第六章GPS与GIS技术

第六章GPS与GIS技术学习目标掌握GPS技术的定义和组成掌握GPS的基本常识了解GIS技术的原理和应用第一节GPS技术一、GPS概述（一）GPS的发展历史1.方案论证阶段（1973—1979年）2.全面研制和试验阶段（1979—1987年）3.实用组网阶段（1989—1999年）4.GPS的现代化阶段（1999年至今）（二）GPS的组成GPS由三大部分组成，即：空间部分、控制部分和用户部分。控制部分监控主站注入站监控站监控站注入站注入站地面部分空间部分GPS卫星GPS卫星GPS卫星1.空间部分空间部分是GPS卫星星座的总称，GPS卫星星座运行在一个以地球为焦点的椭球面上，在这个椭球面上GPS卫星工作星座被分成了6个轨道平面，均匀分布着24颗GPS。卫星每个轨道平面与赤道平面的倾角为55°，轨道平面间距60°，在各个轨道平面内，各卫星间距为90°，任意轨道上的卫星比西侧相邻轨道上的卫星超前30°。2.控制部分控制部分是地面监控系统的总称，主要由主控站（1个）、监测站（5个）、注入站（3个）和通讯与辅助系统，该部分的作用是对空间卫星部分进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。GPS卫星主控站监控站注入站DSCSS-BANDUP.DOWNLINKL1&L2DOWNLINKDSCS控制部分主要实现功能为：监测GPS信号、收集数据、计算导航电文、注入电文、状态诊断和卫星调度。3.用户部分用户部分指的是GPS的用户和接收机部分,接受设备包括GPS信号接收机和其他仪器设备，接收机由天线单元和接收单元组成。（三）GPS的定位原理GPS定位是利用三点定位原理，即知道未知点距离已知点的距离，未知点必然位于以已知点为球心，距离为半径的球上，测出未知点和三个已知点的距离，即未知点在三个球圆周的相交处（为两个点时，因有接收方向，故有一个处于接收背面的点可以舍去），从而准确地测出未知点的位置。影响GPS定位精度的因素主要是时间。假设地面接收机在t时刻接收到四颗卫星的信息参数如下所述，第一颗卫星的位置坐标为(x1,y1,z1),星历参数（钟差）为Vt1，第二颗卫星的位置坐标为（x2,y2,z2），星历参数（钟差）为Vt2，第三颗卫星的位置坐标为（x3,y3,z3），星历参数（钟差）为Vt3，Vt0为接收机钟差。其中C为电磁波速度，则有如下方程组。二、GPS定位方法分类1.根据定位所采用的观测值划分GPS定位可分为伪距定位和载波相位定位2.根据定位的模式划分GPS定位可分为绝对寻址和相对定位3.根据获取定位结果的时间划分GPS定位可分为立即寻址和非立即寻址4.根据定位时接收机的运动状态划分GPS定位可分为动态定位和静态定位三、GPS定位特点1.高精度GPS相对定位精度在10米以内，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。2.高效率观测时间随着GPS系统的不断完善和软件的不断更新缩短。3.全天候作业目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。4.功能多样，应用广泛GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时；不仅可应用于军事上，还可以应用在航空、航海、工业、农业、地质遥感、气象等领域。四、GPS设备的性能指标GPS设备的性能指标主要包括卫星轨迹、并行通道、定位时间、定位精度、DGPS功能、信号干扰、信号物理设备等。五、GPS的应用GPS在我国的应用前景是无限的。现阶段GPS的应用主要集中在以下几个领域中：1.应用于导航主要是为船舶、汽车、飞机等运动物体进行定位导航。2.应用于授时校频主要应用在电力与邮电及通讯等网络的时间同步、准确时间的授入和准确频率的授入等。3.应用于高精度测量主要应用在各种等级的大地测量与控制测量、道路和各种线路放样、水下地形测量、地壳形变测量、大坝和大型建筑物变形监测、GIS应用、工程机械（轮胎吊，推土机）控制和精细农业等。第二节GIS技术一、GIS概述（一）GIS的发展1.三维GIS2.WebGIS（二）GIS的组成1.硬件硬件是GIS所操作的计算机。2.软件GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。3.数据GIS系统中最重要的部件就是数据。地理数据和相关的表格数据可以自己采集或者从商业数据提供者处购买。GIS将把空间数据和其他数据源的数据集成在一起，而且可以使用那些被大多数公司用来组织和保存数据的数据库管理系统来管理空间数据。4.人员GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。5.方法成功的GIS系统具有好的设计计划和自己的事务规律，这些是规范。而且对每一个公司来说，具体的操作实践又是独特的。（三）GIS的数据模型GIS采用数据模型有两种:栅格数据模型和矢量数据模型。栅格数据模型是采用规则分布的栅格数据阵列模型进行模拟和表达空间的地理实体或空间的地理现象。矢量数据模型采用精确定位的坐标对序列模拟和表达空间地理实体(现象)的分布状况。（四）GIS的分类全国性的综合系统、区域性的信息系统和专题性信息系统。二、GIS的功能1.数据采集存储与编辑功能数据采集就是将外部多种来源、多种形式的原始数据（包括空间数据和属性数据）传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程.数据存储就是将采集到的数据以某种格式保存在地理信息系统数据库中。数据编辑就是对采集到的数据进行修改、增加、删除和更新等操作。2.制图功能根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量地图或栅格地图。3.地理数据库的组织与管理包括数据库定义、数据库建立与维护、数据库操作和通讯等功能。4.空间查询与空间分析功能GIS的面向用户的应用功能不仅仅表现在它能提供一些静态的查询、检索数据，更有意义的在于用户可以根据需要建立一个应用分析的模式(通过动态的分析，从而提供平均、管理和决策服务)。5.地形分析功能GIS系统可通过数字地形模型DTM，以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，再从中内插提取各种地形分析数据，地形分析的内容包括等高线分析、透视图分析、坡度坡向分析、断面图分析和地形表面面积与填挖方体积计算等。6.二次开发和编程功能用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。三、GIS的应用在资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、物流、能源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、110报警系统、公共汽车调度等方面得到了具体应用。