發展沿革 歷史背景 GPS是指利用GPS衛星,向全球各地全天候、
實時性 地提供三維位置、三維速度等信息的一種
無線電導航 定位系統。GPS的前身是1958年美國軍方研製的一種
子午儀 (Transit)
衛星定位 系統,1964年正式投入使用,該系統用5~6顆衛星組成的星網工作,每天最多繞過地球13圈,並且無法給出高度信息,在
定位精度 方面也不盡如人意。然而,子午儀
衛星定位系統 使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗,並驗證了由衛星系統進行定位的可行性,就為GPS的研製做了鋪墊。由於衛星定位顯示出在導航方面的巨大優越性以及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷,美國陸、海、空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的
衛星導航系統 。
研發進程 20世紀70年代,
美國國防部 為了給陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務,並進行情報收集、核爆監測和
應急通訊 等一些軍事目的,開始研製“
導航衛星 定時和測距全球定位系統”,簡稱全球定位系統。1973年,美國國防部開始設計、試驗。
2007年美軍決定對GPS進行有史以來最大規模的升級。升級後的美軍第三代全球定位系統傳輸量是現行的500倍,而抗干擾能力將翻番。軍事觀察家認為,此舉將引爆新一輪的GPS全面競爭。
原理基礎 定位原理 差分定位
1.偽距測量及偽距單點定位
偽距測量就是測定衛星到接收機的距離,即由衛星發射的測距碼信號到達
GPS接收機 的傳播時間乘以光速所得的距離。偽距法單點定位,就是利用GPS接收機在某一時刻測定與4顆以上GPS衛星的偽距,及從衛星導航電文中獲得的衛星瞬時坐標,採用
距離交會法 求出天線在
WGS-84坐標系 中的三維坐標。
載波相位測量是測定GPS衛星載波信號到接收機天線之間的
相位延遲 。GPS衛星載波上調製了測距碼和導航電文,接收機接收到衛星信號後,先將載波上的測距碼和衛星電文去掉,重新獲得載波,稱為重建載波。GPS接收機將衛星重建載波與接收機內由
振盪器 產生的
本振 信號通過相位計比相,即可得到
相位差 。
3.實時差分定位
GPS實時
差分 定位的原理是在已有的精確地心
坐標點 上安放GPS接收機(稱為
基準站 ),利用已知的
地心坐標 和
星曆計算 GPS觀測值的
校正值 ,並通過
無線電通信設備 (稱為數據鏈)將校正值傳送給運動中的GPS接收機(稱為流動站)。流動站利用校正值對自己的GPS觀測值進行修正,以消除上述誤差,從而提高實時定位精度。GPS動態差分方法有多種,主要有
位置差分 、
偽距差分 (RTD)、載波相位實時差分(RTK)和
廣域差分 等。
GPS
工作原理 GPS 屬於被動式
衛星導航系統 ,在被動式
測距系統 中,用戶天線只需要接收來自這些衛星的導航定位信號,從而就可測得用戶天線至衛星的距離或距離差。這種傳送測距信號和接收測距信號分別位居兩個不同地方的測距方式,稱為被動測距。用它所測得的站星距離,並利用已知的衛星在軌位置,可推算出用戶天線的三維位置。這種基於被動測距原理的定位,稱為被動定位。如果傳送設備所發射的測距信號經過
反射器 的反射或轉發,又返回到傳送點,為其
接收設備 所接收,進而測得測距信號所經歷的距離。這種傳送和接收測距信號位於同一個地方的測距原理,稱為主動測距。用它所測得的站星距離和已知的衛星在軌位置,也可推算出用戶現時的三維位置。這種基於主動測距原理的定位,稱為主動定位。
GPS全球定位系統採用多星高軌測距體制,以距離作為基本觀測量,通過對4顆衛星同時進行
偽距測量 ,即可推算出
接收機 的位置。由於測距可在極短的時間內完成,即定位是在極短的時間內完成的,故可用於動態用戶。
現代測距實質上是使用無線電信號測量其
傳播時間 來推算距離。可以測量往返
傳播延遲 ,也可以測量單程傳播延遲。往返傳播測距即主動測距,要求衛星與用戶均具備收發能力。對用戶來說,這不僅大大增加了儀器的複雜程度,而且從隱蔽性來看也是十分不利的,因為發射信號易造成暴露。單程測距(即被動測距)則在很大程度上避免了上述的缺點。但單程測距要求衛星與用戶接收機的
時鐘同步 。如果兩個時鐘不同步,那么在所測量的傳播延時時間中,除了因衛星至用戶接收機之間距離所引起的傳播延遲之外,還包含了兩個時鐘的
鐘差 。要達到衛星與用戶時鐘同步,在實際工作中很難做到,但可通過適當方法解決。
用偽隨機碼測定信號傳播延遲,需檢測相關輸出的
極大值 。這只能靠逐碼位地移動本地碼進行檢測。考慮到檢測是在
積分器 進行積分之後進行的,
積分時間 又不宜太短,這樣檢測到最大相關輸出就要花費一定的時間,即需要一定的
捕獲時間 。在事先不知道待測距離及站鐘鐘差的情況下,碼越長,所需要的捕獲時間就越長。為了縮短捕獲時間,GPS衛星還播發一種
短碼 ,即
C/A碼 ,也稱租碼。由於C/A碼是採用兩個具有良好
互相關 特性的同碼序列構成的戈爾德碼族,與
P碼 保持同步,所以在捕獲C/A碼後,可以很方便地捕獲P碼。
系統組成 GPS主要由三大組成部分:空間部分、地面監控部分和
用戶設備 部分。GPS系統具有高精度、全天候、使用廣泛等特點。
全球定位系統由以下三個部分組成:空間部分(GPS衛星)、地面監控部分和用戶部分。GPS衛星可連續向用戶播發用於進行導航定位的測距信號和
導航電文 ,並接收來自
地面監控系統 的各種信息和命令以維持系統的正常運轉。地面監控系統的主要功能是:跟蹤GPS衛星,對其進行
距離測量 ,確定衛星的運行軌道及衛星鐘改
正數 ,進行預報後,再按規定格式編製成導航電文,並通過
注入站 送往衛星。地面監控系統還能通過注入站向衛星發布各種指令,調整衛星的軌道及時鐘讀數,修復故障或啟用備用件等。用戶則用
GPS接收機 來測定從接收機至GPS衛星的距離,並根據
衛星星曆 所給出的觀測瞬間衛星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維
運動速度 和鐘差等參數。美國正致力於進一步改善整個
系統的功能 ,如通過衛星間的相互跟蹤來確定
衛星軌道 ,以減少對地面監控系統的依賴程度,增強系統的
自主性 。
空間部分 GPS衛星
GPS衛星的主體呈圓柱形,兩側有
太陽能帆板 ,能自動對日定向。
太陽能電池 為衛星提供工作用電。每顆衛星都配備有多台
原子鐘 ,可為衛星提供高精度的
時間標準 。衛星上帶有燃料和
噴管 ,可在
地面控制系統 的控制下調整自己的運行軌道。GPS衛星的
基本功能 是:接收並存儲來自地面控制系統的導航電文;在原子鐘的控制下自動生成測距碼和載波;並將測距碼和導航電文調製在載波上播發給用戶;按照地面控制系統的命令調整軌道,調整衛星鐘,修復故障或啟用備用件以維護整個系統的正常工作。不同型號的衛星的外形也各不相同。
GPS衛星可分為試驗衛星和工作衛星兩類。各種類型的基本特徵如下:
(1)試驗衛星
試驗衛星也稱原型衛星。衛星重774千克(包括310千克的燃料),
設計壽命 為5年。為滿足方案論證和整個
系統試驗 、改進的需要,美國1978~1985年間從
加利福尼亞州 的
范登堡空軍基地 用Atlas火箭先後發射了11顆試驗衛星。其中第7顆衛星發射失敗,未進入預定軌道。1995年底,最後一顆試驗衛星停止工作。
(2)工作衛星
BlockⅡ衛星重約1.5t,設計壽命為7.5年。每顆衛星耗資4800萬美元。1989年2月至1990年10月間,從
佛羅里達州 的肯納維拉爾空間基地用DeltaⅡ火箭發射了9顆BlockⅡ衛星。與試驗衛星相比,BlockⅡ衛星做了許多改進,衛星可存儲14天的導航電文,並具有實施SA和AS的能力。BlockⅡA衛星(A:Advanced)重約17t,
衛星設計壽命 為7.5年,衛星具備互相通信的能力。衛星存儲導航電文的能力增加至180天。SVN35和SVN36衛星上配備了雷射
反射稜鏡 ,可以通過
雷射測距 來分析衛星鐘和衛星星曆的誤差,檢驗GPS測距的精度。反射稜鏡的大小為24×20厘米。
控制部分 地面監控部分是由分布在世界各地的五個
地面站 組成,按功能可分為監測站、
主控站 和注入站三種。監測站內設有雙頻
GPS接收機 、高精度原子鐘、氣象參數測試儀和計算機等設備,主要任務是完成對GPS衛星信號的連續觀測,並將蒐集的數據和當地
氣象觀測 資料經過處理後傳送到主控站。主控站除了協調管理地面監控系統外,還負責將監測站的觀測資料聯合處理,推算衛星的
星曆 、衛星鐘差和大氣修正參數,並將這些數據編製成導航電文送到注入站;另外,它還可以調整偏離軌道的衛星,使之沿預定軌道運行,調度備用衛星,以替代失效的衛星開展工作。注入站的主要任務是將主控站編制的導航電文、計算出的衛星星曆和衛星鐘差的改正數等,通過直徑為3.6米的天線注入相應的衛星。
用戶部分 用戶設備 主要由GPS接收機、硬體和數據處理軟體、微處理機及
終端設備 組成;GPS接收機由
主機 、天線和電源組成。其主要任務是捕獲、跟蹤並鎖定衛星信號;對接收的衛星信號進行處理,測量出GPS信號從衛星到接收機天線間傳播的時間;譯出GPS衛星發射的導航電文,
實時計算 接收機天線的三維位置、速度和時間。
系統特點 GPS是最為成功的衛星定位系統,被譽為人類定位技術的一個里程碑。歸納起來,系統具有以下特點:
(1)全球,全天候連續不斷的導航定位能力。GPS能為全球任何地點或
近地空間 的各類用戶提供連續的、全天候的導航定位能力,用戶不用發射信號,因而能滿足
多用戶 使用。
(2)實時導航,定位精度高,觀測時間短。利用GPS定位時,在1秒內可以取得幾次位置數據,這種近乎實時的導航能力對於高動態用戶具有很大的意義,同時能為用戶提供連續的三維位置、三維速度和精確的時間信息。利用C/A碼的實時定位精度可達20~50米,速度精度為0.1米/秒,利用特殊處理可達0.005米/秒,相對定位精度可達毫米級。
隨著GPS系統的不斷完善和軟體的不斷更新,20千米以內相對
靜態定位 僅需15~20分鐘,快速
靜態相對定位 測量時,當每個流動站與
基準站 相距在15千米以內時,流動站觀測時間只需1~2分鐘,然後可隨時定位,每站觀測只需幾秒。
(3)
測站 無需通視:GPS測量只要求測站上空開闊,不要求測站之間互相通視,因此可節省大量的造標費用(一般造標費用占總經費的30%、50%)。由於無需點間通視,點位位置可根據需要可疏可密,這樣就使得選點工作變得非常靈活,也可省去經典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。
(5)儀器操作簡便:隨著
GPS接收機 的不斷改進,GPS測量的
自動化程度 越來越高。在觀測巾測量員只需安置儀器,連線
電纜 線,量取天線高,監視儀器的
工作狀態 ,而其他觀測工作,如衛星的捕扶,跟蹤觀測和記錄等均由儀器
自動完成 ,結束測量時,僅需關閉電源,收好接收機,便完成了
野外數據採集 任務。
(7)功能多、套用廣泛:GPS是軍、民兩用系統,其套用範圍十分廣泛。具體的套用實例包括:
汽車導航 和交通管理、
巡線 車輛管理 、道路工程、個人定位以及
導航儀 等。
GPS接收機 1.GPS接收機天線
2.GPS接收機主機
3.GPS接收機電源
GPS接收機電源有兩種,一種為內電源,一般採用鋰電池,主要對
RAM 存儲器供電;另一種為
外接電源 ,常用可充電的12V直流
鎳鎘電池 組。
GPS接收機分類
GPS接收機按照不同的分類標準,可以分為不同類型。
(1)按工作原理劃分,可分為碼相關型接收機、
平方型接收機 和混合型接收機。碼相關型接收機能夠產生與所測衛星
測距碼 結構完全相同的複製碼,利用的是C/A碼或P碼,條件是掌握測距碼結構。平方型接收機利用
載波信號 的平方技術去掉調製碼,獲得
載波相位 測量所必需的載波信號,該機只利用衛星信號,無須解碼,不必掌握測距碼結構,又稱無碼接收機。混合型接收機綜合利用了碼
相關技術 和平方技術的優點,同時獲得碼相位和精密載波相位觀測量,廣泛使用。
(2)根據接收機信號通道類型劃分,可分為多通道接收機、序貫通道接收機及多路復用通道接收機。多通道接收機具有多個衛星信號通道,每個通道只連續跟蹤一個衛星信號,也稱連續跟蹤型接收機。序貫通道接收機只有1~2個信號通道,為了跟蹤多個衛星,在相應軟體控制下按時序依次對各衛星信號進行跟蹤量測,依次量測一個循環所需時間較長(大於20米/秒),對衛星信號的跟蹤是
不連續 的。多路復用通道接收機與序貫通道接收機相似,也只有1~2個信號通道,在相應軟體控制下按時序依次對各衛星信號進行跟蹤量測,依次量測一個循環所需時間較短(小於20米/秒),可保持對衛星信號的連續跟蹤。
(3)根據所接收的衛星
信號頻率 劃分,可分為
單頻接收機 和
雙頻接收機 。單頻接收機(L1)只接收調製的L1信號,雖然可利用導航電文提供的參數,對觀測量進行
電離層 影響修正,但由於修正模型尚不完善,精度較差,主要用於小於20千米的短基線精密定位。雙頻接收機(L1+L2)同時接收L1和L2兩種信號,利用雙頻技術,可消除或減弱
電離層折射 對觀測量的影響,定位精度較高。按信號頻率對衛星信號進行劃分是使用較多的類型。
(4)按接收機用途劃分,可分為導航型、測量型和授時型。導航型主要用於確定船舶、車輛、飛機等
運載體 的實時位置和速度,保障按預定路線航行或選擇最佳路線,其採用測碼偽距為觀測量的單點
實時定位 或
差分GPS 定位,精度低,結構簡單,價格便宜,套用廣泛。測量型接收機採用載波相位觀測量進行相對定位,精度高,
觀測數據 可測
後處理 或
實時處理 (
RTK ),需配備功能完善的數據處理軟體,與導航型相比,結構複雜,價格昂貴。
授時型接收機 主要用於
天文台 或地面
監控站 ,進行時頻同步測定。
接收機工作原理
天線的基本作用是把來自於衛星信號的能量轉化為相應的電流,並經
前置放大器 進行
頻率變換 ,以便對信號進行跟蹤、處理和量測。
當GPS衛星在用戶視界升起時,接收機能夠捕獲到按一定
衛星高度 截止角所選擇的待測衛星,並能夠跟蹤這些衛星的運行;對所接收到的GPS信號,具有變換、放大和處理的功能,以便測量出GPS信號從衛星到
接收天線 的傳播時間,解譯出GPS衛星所傳送的導航電文,實時地計算出
測站 的i維位置,甚至三維速度和時間。
GPS信號接收機 不僅需要功能較強的機內軟體,而且需要一個多功能的GPS數據測後處理
軟體包 。接收機加處理軟體包,才是完整的GPS信號用戶設備。
接收設備的誤差
(1)觀測誤差。除
分辨誤差 外,還包括接收天線相對測站點的安置誤差。分辨誤差一般認為約為信號波長的1%。安置誤差主要有天線的置平與對
中誤差 和量取天線相位中心高度(天線高)誤差。例如當天線高1.6米,置平誤差0.10,則對中誤差為2.10毫米。
(2)接收機鐘差。
GPS接收機 一般設有高精度的
石英鐘 ,日
頻率穩定度 為10~11。如果接收機鐘與衛星鐘之間的同步差為1秒,則引起的等效距離誤差為300米。處理接收機鐘差的方法有作為未知數,在數據處理中求解;利用觀測值求差方法,減弱接收機鐘差影響;定位精度要求較高時,可採用外接
頻標 ,如銣、
銫原子鐘 ,提高接收機
時間標準 精度。
(3)載波相位觀測的整周未知數。無法直接確定載波相位相應起始曆元在
傳播路徑 上變化的整周數。同時存在因衛星信號被阻擋和受到干擾,而產生信號跟蹤中斷和整周變跳。
(4)
天線相位中心位置偏差 。GPS定位中,觀測值都是以接收機天線的相位中心位置為準,在理論上,天線相位中心與儀器的
幾何中心 應保持一致,實際中,其隨著信號輸入的強度和方向不同而有所變化,同時與天線的質量有關,可達數毫米至數厘米。如何減小相位中心的偏移,是天線設計的一個迫切問題。
運行動態 套用場景 全球定位系統一般主要是指GPS,儘管
俄羅斯 、歐洲及中國也紛紛建立自身的全球定位系統,但就技術而言,美國建立的
GPS技術 處於先進地位。本節所指的定位
系統套用 主要依據是GPS的套用,相信在不久的將來,其他定位系統也將發揮自身的作用,同樣也能實現相應領域的套用。
將套用GPS衛星定位技術建立的控制網叫GPS網,GPS網分為兩大類,一類是全球或全國性的高精度GPS網;一類是區域性的GPS網。
大地測量 的科研任務是研究
地球形狀 及其隨時間的變化,利用
全球覆蓋 的高精度GPS網建立起高精度的動態坐標框架。區域GPS網是指國家C、D、E級GPS網或專為
工程項目 布測的工程GPS網。
隨著中國城市建設規模的擴大,車輛日益增多,
交通運輸 的
經營管理 和合理調度,警用車輛的指揮和
安全管理 已成為公安、交通系統的一個重要問題。
GPS導航 定位技術 的出現給車輛、輪船等交通工具的導航定位提供了具體的實時的
定位能力 。用於公安、交通系統的主要有:車輛GPS定位與無線電
通信系統 相結合的指揮
管理系統 ;套用
GPS差分 技術的指揮管理系統。GPS車輛導航
套用範圍 很廣,如
運輸線路 導航、
突發事件 車輛導航、車輛派遣等一一般地,智慧型型車輛和
高速公路 系統根據其功能可以分為4種:自動式系統、
車隊管理系統 、諮詢型導航系統和普查型系統。車隊管理系統可對多輛車進行操作,並設有捌度中心;諮詢型導航系統融合自動式系統和車隊管理系統;普查型系統通常由自動式車輛載入攝像機或數字式的照相機組成,可用於獲取時間、點位特性的道路信息,
利用GPS理論和技術來遙測
地球大氣 、進行氣象學的理論和
方法研究 稱為
GPS氣象學 (GPSIMET)i GPS氣象學的研究始於20世紀10年代後期,最先在美國起步,在美國取得理想的試驗結果後,在其他國家如日本也逐步開始GPS在氣象中的套用。GPS/MET探測數據具有
覆蓋範圍 廣(全球)、高垂直解析度、
高精度 和高長期穩定的特點。
地球的大氣相當於一個透鏡,
電磁波 信號(如載波)在大氣中的傳輸路徑將因
大氣折射 而發生曲折,氣體密度越大,信號折射越強烈,波傳輸越慢,低軌GPS
接收機 接收到經折射的信號,可計算出綜合信號
折射率 。經過適當的轉換,電磁波的折射路徑在各層大氣中的
垂直結構 可以重構。無線電採用微波轉換器由GPS衛星向接收機發射信號,傳播中需經過某種介質,研究信號傳輸的性質就可以探清陔介質的性質。大氣中有3種GPS信號折射源,即乾燥物、水氣和
電離層 物質。
(5)軍事中的套用
軍事上可用於
協同作戰 、飛彈的制導、搜尋及救援人員野外定位。協同作戰方面,GPS可為各級
指揮系統 提供各種目標及事件所發生的時間和地點。飛彈的制導方面,
美伊戰爭 70%左右使用GPS輔助制導,使
戰斧式巡航飛彈 從l600千米的地方準確打擊一個小房子的目標。搜尋及救援人員野外定位方面,在茫茫的沙漠上,沒有任何標誌,主要靠
導航衛星 進行定位,才能知道自己在什麼地方。在海警
艦艇航行 套用中,中國利用
北斗衛星導航系統 不僅規避了全球定位系統隱藏的
安全風險 ,而且可以完成艦艇定位、導航、管理以及
指揮控制 等多項工作。
(6)農業中的套用
GPS系統在
精細農業 實施過程 中異常重要:能對農田各種信息給予精確定位,包括對農機車輛導航、平地、精確播種、噴藥、撒肥、
數據管理 以及作物活力檢測和變數控制。
精準農業 中較為成熟的、效益較好的套用包括:自動駕駛、施肥、噴藥和播種等。GPS對於
土壤養分 分布調查、檢測
作物產量 和農田管理在效率、
準確率 上比人的管理高很多;在
聯合收割機 上配置
監視器 和
GPS接收機 ,構成作物產量
監視系統 ;通過和土壤養分含量分布罔的綜合分析,可以找出影響作物產量的相關因素,從而進行具體的田間施肥等管理工作。利用
棕色土壤 和綠色作物
葉子 反射光波波長的差
可辨別土壤、作物和雜草。利用反射光波的差別,鑑別缺乏營養或感染病蟲害的作物葉子。施加
除草劑 有兩種方法,①利用雜草檢測感測器,採集田間雜草信息,通過變數噴灑設備的控制系統,控制除草劑的噴施量;②事先用雜草感測器繪製出田間雜草
斑塊分布 圖,由電子
地圖輸出 處方,通過變數噴藥機械實施。
美國
土地管理局 於20世紀10年代中葉開發了基於GPS的
地理信息系統 (Geographic Information System,
GIS ),美國土地局分季度收集一次
野生動物資源 的有關信息,如
生態條件 以及
野生動物 棲息地分布、野生動物數量等。
美國西部 生活著數以萬計的
野馬 和野牛。建立野生動物管理系統,其主要目的在於:採用聲音錄入代替舊的手工輸入方法;能顯示當前和歷史的飛行路線,對野生動物分布進行精確定位。實際工作中,在飛機或車輛上安裝該系統,在空中尋找野生動物,用聲音錄入方式記錄有關信息,GPS點位數據自動存儲到資料庫中。必要時可以按照歷史航線進行不同時期的對比分析,結合現時與歷史資料可以進行野生動物活動區域的
動態監測 。
(8)在突發事件中的套用
對突發事件的
反應時間 長短某種程度上影響了事件的
損失程度 。在突發事件如醫療、
火警 、
交通事故 的快速反應中.GPS和GIS起到決定性作用。一般地,建立突發事件救助系統可大致包括:①車載部分.,載有
GPS設備 ,通過適當軟體處理,獲得
地理坐標 ;②通信系統。採用雙通道蜂窩
通信網 ,事件發生後,駕駛人員啟動求助系統,請求幫助種類(報警、醫療等)及傷害程度等;③處理中心。可接收用戶信號,在GIS的輔助下,迅速對事發地點進行查詢、定位,並根據用戶提供的求助
信息類別 ,確定相應的急救措施。GIS包括數位化的地圖和屬性信息,可以進行突發事件的發生地點在數字地圖上的查詢和定位以及調度人員對最短路線的選擇,GPS則可以使急救車輛的點位等信息及時反饋到主控中心,以便調度。
(9)旅遊中的套用
隨著人們
生活質量 的提高,GPS服務逐步套用到私人旅遊及
野外考察 中,到風景秀麗的地區去旅遊,到原始大森林、雪山峽谷或者大沙漠地區去進行野外考察,安裝於車內的
GPS接收機 將充分發揮其全球定位的功能成為駕駛者最忠實的嚮導。在驅車遊覽風景的途中,乘車者可以隨時知道車輛所在位置及行走速度和方向,從而避免迷失路途。即使在途中出現麻煩,GPS監控
服務中心 會及時提供指示、連線最近的救援機構,積極採取行動。通過GPS
監控中心 提供的友情
遠程服務 ,即使乘車者車行萬里,仍不失在家的感覺。提供出行路線規劃是
汽車導航系統 的一項重要
輔助功能 ,包括自動線路規劃和線路設計。自動線路規劃由計算機軟體按要求自動設計最佳行駛路線包括最快的路線、最簡單的路線、通過高速公路路段次數最少的路線等的計算。人工線路設計是由駕駛者根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等,自動建立線路庫。
GPS在物流領域的套用主要體現於以下方面:
1.貨物跟蹤GPS
計算機信息管理系統 可以通過GPS和
計算機網路 實時收集全路列車、機車、車輛、貨櫃及所運貨物的
動態信息 ,實現對陸運、水運貨物的
跟蹤管理 。只要知道貨車的車型、車號或船舶的編號就可以立即從
鐵路網 或水運網中找到該貨車或船舶,知道它們所處的位置,距離運輸目的地的里程以及所有裝運貨物的信息。運用這項技術可以大大提高運營的
精確性 和透明度,為貨主提供高質量的服務。
2.與
地理信息系統 (GIS)結合解決物流配送。物流包括
訂單管理 、運輸、倉儲、裝卸、送遞、報關、退貨處理、
信息服務 及
增值業務 。全過程控制是
物流管理 的核心問題。供應商必須全面、準確、動態地把握散布在全國各個
中轉倉庫 、經銷商、零售以及汽車、火車、飛機、輪船等各種運輸環節之中的產品流動狀況,並據此制定生產和
銷售計畫 ,及時調整
市場策略 。因此,對大型供應商而言,沒有全過程的物流管理就談不上建立有效的
分銷網路 ;對於大型連鎖零售商而言,沒有全過程的物流管理就談不上建立
供應配送 體系;對於
第三方物流服務商 、倉儲物流中心,沒有面向全過程的物流
管理服務 就很難爭取到客戶的物流業務;對於普通用戶而言,沒有快速、準確、安全、可靠的
物流配送服務 ,
網上採購 幾乎是不可想像的。物流配送的過程主要是貨物的空間位置轉移的過程,在物流
配送過程 中,要涉及貨物的運輸、倉儲、裝卸、送達等業務環節,對各個環節涉及的問題如
運輸路線 的選擇、倉庫位置的選擇、倉庫容量設定、合理裝卸策略、運輸
車輛調度 和投遞
路線選擇 等進行
有效管理 和
決策分析 ,有助於物流配送企業有效地利用現有資源、降低消耗、提高效率。事實上,仔細分析上述各個環節存在的問題就可以發現,上面的問題都涉及
地理要素 和
地理分布 。凡是涉及地理分布的領域都可以套用
GIS技術 ,GPS/GIS技術是全過程物流管理中不可缺少的組成部分。
套用情況 1989年2月4日,第一顆GPS
衛星發射 成功,到1993年底建成了實用的GPS網,即(21+3GPS)星座,並開始投入商業運營。經過20餘年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年3月,全球
覆蓋率 高達98%的24顆
GPS衛星星座 已經布設完成。
GPS是美國從20世紀70年代開始研製,歷時20年,耗資200億美元,於1994年全面建成,具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位功能的新一代衛星導航與
定位系統 。經近10年中國測繪等部門的使用表明,GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點,贏得了廣大測繪工作者的信賴,並成功地套用於
大地測量 、工程測量、
航空攝影測量 、
運載工具 導航和管制、
地殼運動監測 、
工程變形監測 、
資源勘察 、
地球動力學 等多種學科中,從而給測繪領域帶來了一場深刻的
技術革命 。
GPS是美國第二代
衛星導航系統 。它是在
子午儀衛星導航系統 的基礎上發展起來的,它採納了
子午儀 系統的成功經驗。按規劃方案,GPS的空間部分使用24顆高度約2.02萬千米的衛星組成
衛星星座 。24顆衛星均為近圓形軌道,運行周期約為11小時58分,分布在6個
軌道面 上(每軌道面4顆),
軌道傾角 為55度。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星,並能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。
20世紀70年代,陸、海、空三軍聯合研製了新一代全球定位系統,GPS主要目的是為陸、海、空三軍提供實時、全天候和全球性的導航服務,並用於
情報蒐集 、
核爆炸監測 和
應急通信 等一些軍事目的,經過20餘年的研究實驗,耗資300億美元,到1994年,全球
覆蓋率 高達98%的24顆
GPS衛星星座 已布設完成。GPS已經經歷了第一代和第二代,已升級到第三代,以保持其在導航定位系統的霸主地位,GPS是全球範圍內精度最高、
覆蓋範圍 最廣的導航定位系統。
最初的GPS計畫是在美國聯合計畫局的領導下制定的,該方案將24顆衛星放置在互成1200的三個軌道上。每個軌道上有8顆衛星,地球上任何一點均能觀測到6~9顆衛星。這樣,
粗碼 精度可達100米,
精碼 精度為10米。由於預算的壓縮,GPS計畫不得不減少
衛星發射 數量,改為將18顆衛星分布在互成600的6個軌道上,然而這一方案保障不了衛星的可靠性。1988年又進行了最後一次修改:21顆工作衛星和3顆備用衛星工作在互成600的6個軌道上,也是GPS衛星所使用的工作方式。
總體評價 世界上正在全球範圍運行服務的衛星導航系統一共有四個:美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統(GLONASS)、歐盟的伽利略衛星導航系統(Galileo)和中國的北斗衛星導航系統(BDS)。其中,全球定位系統(GPS)發展最早,成熟度最高,商業套用開發深入。(學習強國 評 )