第三章物流信息系統(tǒng)的支撐技術(shù)5_全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

1、第五節(jié)第五節(jié) 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS）GPSGPS定義定義 功能及功能及 特點(diǎn)特點(diǎn)GPSGPS的的 組成組成 GPS GPS工工 作原理作原理GPS GPS 的應(yīng)用的應(yīng)用1 1、GPSGPS的定義的定義 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPSGPS，其全稱為定時(shí)和測(cè)距的導(dǎo)航衛(wèi)星，其全稱為定時(shí)和測(cè)距的導(dǎo)航衛(wèi)星（Navigation Satellite Timing and Ranging-NavstarNavigation Satellite Timing and Ranging-Navstar）, ,國(guó)國(guó)際上將這一全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為際上將這一全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GPSGPS（Global P

2、ositioning Global Positioning SystemSystem），是），是利用空間衛(wèi)星星座（通信衛(wèi)星）、地面控制部分利用空間衛(wèi)星星座（通信衛(wèi)星）、地面控制部分及信號(hào)接收機(jī)對(duì)地球上任何地方的用戶都能進(jìn)行全方位導(dǎo)航和及信號(hào)接收機(jī)對(duì)地球上任何地方的用戶都能進(jìn)行全方位導(dǎo)航和定位的系統(tǒng)。定位的系統(tǒng)。 無(wú)論是陸地、海洋還是空中用戶都可以通過(guò)GPS全天候、24小時(shí)、全球任何位置精確定位他們的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。 全球定位系統(tǒng)也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 GPSGPS是美國(guó)國(guó)防部于是美國(guó)國(guó)防部于19731973年年1111月授權(quán)海陸空三軍共同研制的美國(guó)月授權(quán)

3、海陸空三軍共同研制的美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼阿波羅登月飛船和航天飛機(jī)之后第第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼阿波羅登月飛船和航天飛機(jī)之后第三大航天工程。三大航天工程。一、一、GPSGPS概述概述2 2、 GPSGPS的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段： 方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。 全面研制和試驗(yàn)階段全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，同時(shí)研制了各種用途接收機(jī)。 實(shí)用組網(wǎng)階段實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程

4、建設(shè)階段。1993年底使用的GPS網(wǎng)即(21+3) GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。 美國(guó)的全球定位系統(tǒng)GPS和俄羅斯的全球軌道導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)GLONASS（Global Navigation Satellite System）共同構(gòu)成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。 GLONASS于1982年10月開(kāi)始由前蘇聯(lián)政府組織研制，歷經(jīng)14年建成。與美國(guó)的GPS相類(lèi)似， GLONASS也由24顆衛(wèi)星組成，但增加了一顆備用衛(wèi)星。其衛(wèi)星軌道距離地面19100km，比GPS的衛(wèi)星軌道低1000多千米，構(gòu)成部分與GPS相似，也是由空間衛(wèi)星星座、地面控制和用戶設(shè)備三大系統(tǒng)組成，但定位精度比GPS稍差一些。

5、 2007年2月3日零時(shí)28分，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功將第四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星送入太空。 2007年4月14日，我國(guó)成功發(fā)射了第1顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。 2009年4月15日15日零時(shí)16分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭，成功將第2顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。 2010年1月17日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)三丙”運(yùn)載火箭成功將第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星成功送入預(yù)定軌道 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司宇航部部長(zhǎng)趙小津介紹說(shuō)，在今年（2009年）和明年兩年我們要發(fā)射10顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星，計(jì)劃2015年建成一個(gè)由三十幾顆衛(wèi)星組成的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。目前我國(guó)的各種導(dǎo)航定位設(shè)

6、備都要靠美國(guó)的GPS系統(tǒng)提供服務(wù)，“北斗”系統(tǒng)建成后，將使我國(guó)在衛(wèi)星應(yīng)用方面擺脫對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴。 首先，北斗一號(hào)衛(wèi)星是區(qū)域性而不是全球性的，它只是在亞太地區(qū)。美國(guó)和俄羅斯的導(dǎo)航衛(wèi)星則是全球性的。其次，北斗一號(hào)衛(wèi)星是在地球同步軌道上運(yùn)行，也就是說(shuō)在離地球三萬(wàn)六千公里的高度上運(yùn)行。而美國(guó)和俄羅斯的導(dǎo)航衛(wèi)星則是在幾百公里到上千公里的低軌道運(yùn)行。此外，北斗一號(hào)衛(wèi)星在導(dǎo)航方式上也與美俄的衛(wèi)星有一定的差距?！氨倍芬惶?hào)屬于主動(dòng)式的。就是說(shuō)，如果地面的一架飛機(jī)想知道自己的確切位置，它首先要向北斗一號(hào)發(fā)射一個(gè)信號(hào)，然后北斗一號(hào)再告訴它在什么地方。而俄羅斯和美國(guó)的導(dǎo)航衛(wèi)星都是屬于被動(dòng)式的，它不需要先發(fā)射

7、一個(gè)信號(hào)。那架飛機(jī)打開(kāi)它的接受器就能立即知道自己的所在點(diǎn)。所以，中國(guó)的北斗一號(hào)的功能還是有限的，它的地域有限，不是全球的。另外，它的速度較慢，因?yàn)樾枰獙?dǎo)航的車(chē)輛或飛機(jī)首先必須發(fā)出一個(gè)信號(hào)才能接收到自己位置的信號(hào)。還有，在軍事上，北斗一號(hào)衛(wèi)星比較危險(xiǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)軍事單位或是一件武器要想確切知道自己的位置，首先要向北斗衛(wèi)星發(fā)信號(hào)。而一發(fā)信號(hào)，就容易被對(duì)方判斷出自己的位置，因而暴露了自己。系統(tǒng)的持點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、操作簡(jiǎn)便、多功能、應(yīng)用廣泛等。1）定位精度高單機(jī)定位精度優(yōu)于l0m，采用差分定位，精度可達(dá)毫米級(jí)。2）實(shí)時(shí)導(dǎo)航目前GPS接收機(jī)的一次定位和測(cè)速工作在1秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)便可完成，這

8、對(duì)高動(dòng)態(tài)用戶來(lái)講尤其重要。 3）執(zhí)行操作簡(jiǎn)便GPS接收機(jī)自動(dòng)化越來(lái)越高，有的已達(dá)“傻瓜化”程度。 4）全球、全天候作業(yè)目前GPS觀測(cè)可在一天（24小時(shí)）內(nèi)的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行，不受惡劣氣候（陰天、黑夜、起霧、刮風(fēng)下雨）的影響。 5）功能多、應(yīng)用廣。 GPS系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1m/s，測(cè)時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，不僅用于導(dǎo)航、收集情報(bào)等軍事目的，在民用方面也展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景，如車(chē)輛調(diào)度、貨物跟蹤等3 3、GPSGPS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)二、二、GPSGPS系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成( (三大部分三大部分) ) 由高度2

9、萬(wàn)公里的24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)近圓形的軌道平面內(nèi)，每顆衛(wèi)星都配有精度極高的原子鐘（30萬(wàn)年的誤差僅為1秒），各軌道平面赤道夾角為55度，軌道平面間距60度，在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星的間隔為90度。 2、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國(guó)本土和三大洋的美軍基地上的地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國(guó)本土和三大洋的美軍基地上的1個(gè)主控站、個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)測(cè)站和個(gè)監(jiān)測(cè)站和3個(gè)數(shù)據(jù)注入站構(gòu)成。個(gè)數(shù)據(jù)注入站構(gòu)成?？臻g衛(wèi)星的這種分布，提供了全球范圍從地面到2萬(wàn)公里高空之間任一載體高精度的三維位置、三維速度和系統(tǒng)時(shí)間信息。1 1、空間衛(wèi)星星座、空間衛(wèi)星星座主控站功能主控站功能: :整個(gè)整

10、個(gè)GPSGPS系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的核心。為全系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)，監(jiān)視控制衛(wèi)星的軌道，為全系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)，監(jiān)視控制衛(wèi)星的軌道，處理監(jiān)測(cè)站送來(lái)的各種數(shù)據(jù)，編制各衛(wèi)星星歷，計(jì)算和修正時(shí)鐘誤差及電離層對(duì)處理監(jiān)測(cè)站送來(lái)的各種數(shù)據(jù)，編制各衛(wèi)星星歷，計(jì)算和修正時(shí)鐘誤差及電離層對(duì)電波傳播造成的偏差；當(dāng)運(yùn)行衛(wèi)星失效時(shí)及時(shí)調(diào)用備用衛(wèi)星等。具體來(lái)說(shuō)就是根電波傳播造成的偏差；當(dāng)運(yùn)行衛(wèi)星失效時(shí)及時(shí)調(diào)用備用衛(wèi)星等。具體來(lái)說(shuō)就是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì)據(jù)各監(jiān)控站對(duì)GPSGPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入到衛(wèi)星中去這些數(shù)據(jù)通過(guò)注入站注入

11、到衛(wèi)星中去；同時(shí)，它還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布同時(shí)，它還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作。監(jiān)測(cè)站任務(wù)監(jiān)測(cè)站任務(wù): :接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。 注入站作用注入站作用: :將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中衛(wèi)星中 3、用戶接收機(jī)、用戶接收機(jī) GPS的用戶設(shè)備主要由接收機(jī)硬件和處理軟件組成。 GPS接收機(jī)

12、的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分， 天線作用：天線作用：捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號(hào)。 接收單元作用：接收單元作用：對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波，求解信號(hào)相位 差 ，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。三、三、GPSGPS工作原理工作原理要實(shí)現(xiàn)精確定位，要解決兩個(gè)問(wèn)題：要實(shí)現(xiàn)精確定位，要解決兩個(gè)問(wèn)題：1）確定衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置2）準(zhǔn)確測(cè)定衛(wèi)星至地球上我們所在地點(diǎn)的距離四、四、GPSGPS在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用在物流領(lǐng)域中的應(yīng)用 GPS定位技術(shù)給車(chē)輛、輪船、火車(chē)等交通工具的導(dǎo)航與跟蹤提供定位技術(shù)給車(chē)輛、輪船、火車(chē)等交通工具的導(dǎo)航與跟蹤提供了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的定位能力。了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的定位能力。2、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)功能

13、(1) 出行路線規(guī)劃。GPS可提供自動(dòng)線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計(jì)。自動(dòng)線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點(diǎn)和目的地，由計(jì)算機(jī)軟件按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過(guò)高速公路路段次數(shù)最少的路線等的計(jì)算。人工線路設(shè)計(jì)是由駕駛者根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立線路庫(kù)。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計(jì)線路，并同時(shí)顯示汽車(chē)路徑和運(yùn)行方法。 (2) 車(chē)輛導(dǎo)航與跟蹤。通過(guò)車(chē)載GPS，駕駛員通過(guò)顯示屏及時(shí)查看車(chē)輛的有關(guān)信息，如經(jīng)度、緯度、速度、航向等，同時(shí)車(chē)載電臺(tái)將定位信息發(fā)送給車(chē)輛監(jiān)控中心。若車(chē)輛出現(xiàn)緊急情況，司機(jī)啟動(dòng)報(bào)警裝置，在監(jiān)控中心即可顯示出車(chē)輛情況、出事地

14、點(diǎn)、車(chē)輛人員等信息。（一）物流配送監(jiān)控管理系統(tǒng)（一）物流配送監(jiān)控管理系統(tǒng) 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物流配送監(jiān)控管理系統(tǒng)由智能車(chē)載單元、GSM數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。 (3)交通指揮。交通指揮。裝備了GPS的公共交通工具，其監(jiān)控中心將車(chē)輛信息在電子地圖上顯示出來(lái)用以分析，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行調(diào)度指揮，實(shí)現(xiàn)交通的實(shí)時(shí)監(jiān)控和進(jìn)行高效率的交通指揮、調(diào)度。 (4)緊急援助與反劫防盜。緊急援助與反劫防盜。通過(guò)GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車(chē)輛進(jìn)行緊急援助。公安、消防、醫(yī)療急救通過(guò)GPS迅速確定各個(gè)警車(chē)、消防車(chē)、救護(hù)車(chē)的位置，在第一時(shí)間到達(dá)目的地。當(dāng)車(chē)輛遇到搶劫、被盜時(shí)，車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng)感應(yīng)器被激活，

15、并向監(jiān)控中心報(bào)警。監(jiān)控中心接到報(bào)警后，可以根據(jù)警情遙控熄火或鎖門(mén)等，從而控制車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，并立刻與公安110、急救120網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。 (二二)GPS接收機(jī)的分類(lèi)接收機(jī)的分類(lèi) （1）全球衛(wèi)星定位：）全球衛(wèi)星定位：24小時(shí)全天候?qū)?chē)輛定位，跟蹤汽車(chē)行駛線路、速度、方向，并反映在電子地圖上。 （2）被劫報(bào)警：）被劫報(bào)警：一旦車(chē)主遇到搶劫，馬上按動(dòng)隱藏式緊急報(bào)警按鈕即可報(bào)警、監(jiān)控中心即可知道車(chē)主危況及位置，并立即通知警方追蹤被劫車(chē)輛，幫車(chē)主脫險(xiǎn)。 （3）防盜報(bào)警：）防盜報(bào)警：系統(tǒng)設(shè)防后，一旦有人非法開(kāi)啟車(chē)門(mén)或啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，車(chē)載終端會(huì)自動(dòng)向監(jiān)控中心報(bào)警。 （4）遙控報(bào)警：）遙控報(bào)警：用戶在被脅迫離車(chē)情況下

16、，可在遙控器有效范圍內(nèi)，向監(jiān)控中心報(bào)警求助。 （5）遙控鎖車(chē)：）遙控鎖車(chē)：一旦車(chē)輛發(fā)生警情，監(jiān)控中心可以對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遙控鎖車(chē)（斷油、斷電）及遙控監(jiān)聽(tīng)（此功能只有報(bào)警時(shí)才可啟用，充分保障車(chē)主的隱私）。 （6）車(chē)載電話：）車(chē)載電話：GPS具備中文車(chē)載電話功能，可實(shí)現(xiàn)來(lái)電顯示、接聽(tīng)撥打電話、收發(fā)固定短信等功能。 （7）斷油斷電：）斷油斷電：當(dāng)車(chē)輛被盜后，在確認(rèn)警情無(wú)誤后，監(jiān)控中心發(fā)出斷油斷電指令攔劫匪徒，協(xié)助警方圍捕。 （8）疲勞駕駛警示系統(tǒng)：）疲勞駕駛警示系統(tǒng)：監(jiān)控中心可設(shè)定車(chē)輛的連續(xù)行駛時(shí)間，超時(shí)將會(huì)觸發(fā)車(chē)內(nèi)警示系統(tǒng)，同時(shí)監(jiān)控中心也會(huì)收到疲勞駕駛報(bào)警。 （9）車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)：）車(chē)輛調(diào)度系統(tǒng)：監(jiān)控中心

17、系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)輛、人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度，隨時(shí)下達(dá)會(huì)議通知、貨物運(yùn)輸信息等功能，隨時(shí)調(diào)配其作業(yè)流程，做到有的放矢。 （10）超速報(bào)警：）超速報(bào)警：當(dāng)行駛速度超過(guò)每小時(shí)80公里時(shí)，車(chē)輛超速報(bào)警被激活。 （11）授權(quán)監(jiān)聽(tīng)：）授權(quán)監(jiān)聽(tīng)：監(jiān)控中心開(kāi)啟監(jiān)聽(tīng)功能，可聽(tīng)到車(chē)內(nèi)一切聲音。 （三）網(wǎng)絡(luò)（三）網(wǎng)絡(luò)GPS 網(wǎng)絡(luò)GPS是指在互聯(lián)網(wǎng)上建立起來(lái)的，同時(shí)融合了衛(wèi)星定位技術(shù)、GSM數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)以及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種目前世界上先進(jìn)科技成果的一個(gè)公共GPS監(jiān)控平臺(tái)。 網(wǎng)絡(luò)GPS移動(dòng)跟蹤與通信服務(wù)平臺(tái)，由專(zhuān)門(mén)提供公共GPS定位服務(wù)的公司運(yùn)營(yíng)，向運(yùn)輸企業(yè)或貨主提供車(chē)輛、貨物監(jiān)控服務(wù)。 運(yùn)輸企業(yè)或貨主以會(huì)員身份申請(qǐng)服務(wù)，以唯一的身份ID號(hào)來(lái)區(qū)分各自的權(quán)限，由監(jiān)控平臺(tái)接受所有前端設(shè)備發(fā)回的定位信息，提交給有相應(yīng)權(quán)限的會(huì)員使用，并嚴(yán)格限制無(wú)權(quán)限用戶的訪問(wèn)。 會(huì)員可以在世界上任何地方使用瀏覽器，通過(guò)Internet訪問(wèn)運(yùn)營(yíng)這個(gè)平臺(tái)的網(wǎng)站，即可實(shí)