空間定位

空間定位是地理學中重要方法之一。空間定位技術主要是指美國的GPS和俄羅斯的GLONASS全球衛星定位系統。由於美國軍方的SA和AS政策仍在起作用故全球的對策是發展廣域（WADGPS）和局域（LADGPS）差分GPS服務體系。GPS作為一種全新的現代空間定位方法，已逐漸在越來越多的領域取代了常規光學和電子儀器。

基本介紹

• 中文名：空間定位
• 外文名：Spatial orientation
• 概述：地理學中重要方法之一
• 取代了：常規光學和電子儀器
• 知識要點：地理空間定位的基礎知識
• GPS：全新的空間定位技術

地理名詞

知識要點

1、地理空間定位的基礎知識

2、地理空間定位的基本要求

3、地理空間定位的基該方法

目標要求

1、地理空間定位的基礎知識——掌握

2、地理空間定位的基本要求——知道

3、地理空間定位的基該方法——運用

學習方法

根據地圖，讀圖分析

命題呈現

⒈ 依據地理事物的地理坐標定位

⒉ 通過地理事物的相對位置定位

⒊ 根據地理事物的典型特徵定位：如面積，輪廓和形狀，氣候，地形，植被，工業，交通，人口，城市等.

⒋ 用圖例，註記，比例尺等圖中信息輔助定位

⒌ 用題目中的文字提示信息輔助定位

主要方法

1、經緯網定位法（絕對定位法）

地球上任何一個地區的區域位置都可以通過一組具體的經度和緯度來確定。利用經緯網進行定位是區域定位中最常見、最準確的方法，也是近幾年高考的重點。這種定位方法要求在區域地理的學習中，不僅要腦中有圖，而且要胸中有網（經緯網），要用經緯網覆蓋腦中的地圖，特別要注意掌握地球上一些重要的經線。

七大洲的位置特徵

2、主要經緯線及附近的地理事物

0&ordm；經線：穿過歐洲和非洲西部。附近的地理事物有倫敦、巴黎（O&ordm；經線東側）、地中海、撒哈拉沙漠、幾內亞灣等。東經30&ordm；：穿過歐洲中部、非洲東部。主要的地理事物有摩爾曼斯克（30ºE東側）、莫斯科（30ºE東側）、東歐平原和波德平原交界處、黑海、小亞細亞半島（西側）、地中海、開羅、尼羅河、東非高原（西側）、南非高原（東側）等。通過這些重要的經緯線建立基本經緯網，通過各大洲及重要國家的大致經緯度範圍以及這些國家的位置關係來進行空間定位。

東經60&ordm；：穿過亞洲西部。主要的地理事物有烏拉爾山脈、鹹海、伊朗高原、阿拉伯半島（東側）、阿拉伯海等。東經90&ordm；：穿過亞洲中部。主要的地理事物有葉尼塞河（西西伯利亞平原與中西伯利亞高原界河）、阿爾泰山、準噶爾盆地、天山、塔里木盆地、青藏高原、拉薩（東經90&ordm；東側）、恆河三角洲、孟加拉灣等。 東經120&ordm；：穿過亞洲東部和澳大利亞西側。主要的地理事物有勒拿河（東側）、大興安嶺（東側）、北京（西側）、上海（東側）、菲律賓群島、馬來群島，澳大利亞西部。東經150&ordm；：穿過亞洲、澳大利亞東部。主要的地理事物有東西伯利亞山地、千島群島、大分水嶺、悉尼（東側）、坎培拉（西側）等。180&ordm；：穿過太平洋中部。主要的地理事物有白令海、阿留申群島、吐瓦魯群島、斐濟群島，紐西蘭等。西經30&ordm；：穿過大西洋中部。西經60&ordm；：穿過北美洲東部、南美洲中部。主要的地理事物有紐芬蘭島（西部）、加勒比海（東部）、蓋亞那高原、亞馬孫平原、巴西高原、拉普拉塔平原、南極半島。西經90&ordm；：穿過北美洲中部。主要的地理事物有密西西比河、墨西哥灣、中美洲。西經120&ordm；：穿過北美洲西部。主要的地理事物有落基山。西經150&ordm；：穿過美國的阿拉斯加州中部、夏威夷群島東部。

3、海陸位置定位法（相對定位法）

在區域地理複習中，我們不可能也沒有必要記住所有事物的經緯度。在記住主要經緯線附近地理事物的同時，我們還可以通過識記一些重要的地理事物（如大洲、大洋），然後以其為參照系，利用地理事物的相對位置進行區域定位，因此海陸位置定位法也稱為相對定位法。地球上有七大洲和四大洋，每個區域周圍的海陸分布是固定的，可以利用這種海陸位置的固定性進行區域定位。利用海陸位置定位，必須在複習時記住地球表面的海陸分布狀況。如亞洲北臨北冰洋，東臨太平洋，南臨印度洋，與大西洋不直接相鄰。北美洲北臨北冰洋，東臨大西洋，西臨太平洋等。太平洋被亞洲、大洋洲、南極洲、南美洲和北美洲包圍，大西洋被歐洲、非洲、南極洲、南美洲和北美洲包圍；印度洋被亞洲、大洋洲、南極洲和非洲包圍；北冰洋被亞洲、歐洲、北美洲包圍等。除了七大洲和四大洋外，世界一些重要的海、海灣、海峽也是進行海陸位置定位的重要參照系。 主要緯線及附近的地理事物 赤道：穿過非洲中部、東南亞、南美洲北部。主要的地理事物有剛果盆地、東非高原、馬來群島、亞馬孫平原等。 北回歸線：穿過北非、阿拉伯半島、印度半島、中南半島、中國華南地區、台灣島、夏威夷群島、墨西哥高原、墨西哥灣。 北極圈：穿過歐洲、俄羅斯北部。 南回歸線：穿過非洲南部、澳大利亞中部、南美洲中部。主要的地理事物有南非高原、澳大利亞大沙漠、大自流盆地、大分水嶺、安第斯山中部、拉普拉塔平原北部。 南極圈：南極大陸外圍。 以上12條等距的經線、5條特殊的緯線，基本上可以構成覆蓋地球表面的經緯網路，也基本上可以滿足對地理事物的粗略定位。

4、區域輪廓定位法

世界上每一個區域，大到一個大洲、大洋，小到一個湖泊、一條河流，都有一定的輪廓特徵。我們既可以根據面狀地理事物的輪廓形狀特徵，也可以根據線狀地理事物的分布特徵（如山脈、河流、交通線、行政區劃界線、海岸線等分布狀況）和點狀地理事物的相關位置（如城市、礦產、山峰等）分析定位。根據輪廓形狀判斷區域時首先要識別各種行政輪廓，側重識別中國34個省級行政區輪廓和世界主要國家輪廓其次要識別海陸輪廓，主要指大洲、大洋的輪廓，對一些著名的湖泊（如五大湖、貝加爾湖、裏海、鹹海、鄱陽湖、洞庭湖、太湖、青海湖等）也要關注。

5、地理景觀定位法

由於地理環境差異和人類活動的影響，不同地區在自然地理景觀和人文地理景觀上存在較大的差異，通過這些地理景觀也可以正確地確定所在地區的位置。⑴自然地理景觀定位法。不同區域有不同的地貌景觀，由於緯度位置和海陸位置的差異，它們的氣候、植被和動物不同，形成了不同的自然地理景觀，成為確定區域位置的重要依據。如日本的富土山，非洲熱帶草原上的長頸鹿、斑馬，熱帶地區的椰子樹、天然橡膠，南極洲的企鵝，乾旱地區的仙人掌，沙漠地區的綠洲等。

6、文字資料定位法

利用相關文字資料考查空間定位是近年來出現的一種命題思路，這需要讀懂文字內容，運用所學知識進行空間定位。

7、圖例、註記定位法

有些試題文字部分沒有明確指出該地的具體名稱，這時要充分利用圖中的圖例（首都、省會與一般城市圖例的不同，海岸線與國界線的不同等）、註記（城市、河流湖泊等的名稱）來進行定位。

8、綜合定位法

從近幾年的高考試題來看，由於目前試卷提供的區域地圖往往是小區域的大比例尺地圖，與學生平時接觸到的小比例尺地圖有所不同。解題時採用某一種區域定位方法準確地確定圖示區域的範圍顯得有點困難。這時就要求學生同時利用多種定位方法進行區域定位。這樣既能提高區域定位的速度，又能提高區域定位的正確性。

方法規律

空間定位前提是建立牢固的空間概念，做到“心中有圖”。所以，平時複習要將各種地理事物在腦海中牢固、準確的“定位”，逐步在大腦中形成“經緯網”。步驟如下：1、會判斷東、西經和東、西半球：經度自西向東逐漸增大的為東經。經度自東向西逐漸增大的為西經。位於20ºW以東，160ºE以西的為東半球，位於160ºE以東．20ºW以西的為西半球。2、會判斷南、北緯和南、北半球：緯度自南向北逐漸增大的為北緯，緯度自北向南逐漸增大的為南緯。經緯網地圖中確定南北半球的常見方法有：①據緯度：北緯在北半球，南緯在南半球；②據極地俯視圖中心字母：為N的在北半球，為S的在南半球；③據極地俯視圖中地球自轉方向：逆時針為北極上空俯視，為北半球，順時針為南極上空俯視，為南半球；④據經度數值的變化：首先據東（西）經度數增大的方向，確定地球自轉的方向，然後確定南北半球；⑤據光照圖特定日期極晝、極夜的狀況：夏至日極圈以內極晝的北半球、極圈以內極夜的為南半球，冬至日相反；⑥利用極地周圍的風向：風向由中心向四周順時針方向輻散的為北半球，風向由中心向四周逆時針方向輻散的為南半球；⑦據極地附近的海陸分布：極地中心附近為海洋，四周被大陸包圍的為北半球，極地中心附近為大陸，四周被海洋包圍的為南半球。3、掌握經緯線的特點：⑴高緯度的經緯線彼此垂直，極地投影圖緯線圈呈閉合圓形，經線圈以極點為中心呈放射狀直線；⑵中緯度的經緯線彼此垂直，緯線圈呈弧形，經線圈呈放射狀直線；⑶低緯度經、緯線皆為彼此垂直的直線。

技術名詞

簡介

GPS作為一種全新的現代空間定位方法，已逐漸在越來越多的領域取代了常規光學和電子儀器。80年代以來，尤其是90年代以來，GPS衛星定位和導航技術與現代通信技術相結合，在空間定位技術方面引起了革命性的變化。用GPS同時測定3維坐標的方法將測繪定位技術從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態擴展到動態，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事後處理擴展到實時（準實時）定位與導航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至亞毫米級，從而大大拓寬它的套用範圍和在各行各業中的作用。不久的將來，人人可以戴上GPS手錶，加上行動電話，你的活動就可以自動進入數字地球中去。

空間定位

GPS 定位的基本信息包含有人為或非人為（大氣層、設備熱噪聲等）隨機干擾的偽距測量值和廣播星曆，定位計算的過程就是從這些信息中提取接收機的位置和速度的過程，即狀態估計。

GPS全球衛星定位導航系統（GlobalPositioningSystem-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能力的新一代衛星導航與定位系統。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，從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命。隨著全球定位系統的不斷改進，硬、軟體的不斷完善，GPS 技術不斷的成熟和迅猛發展, 現在已滲透入除專業領域外的民用領域, 從最初的航天及軍事套用,套用領域正在不斷地開拓，已遍及國民經濟各種部門，並開始逐步深入人們的日常生活。私人汽車保有量的不斷增長, 車載 GPS 導航已進入普及階段。GPS 全球衛星定位導航系統從日常的出行到老人兒童甚至寵物的協尋, 套用範圍不斷擴大。

空間定位

特點

1、全球，全天候工作：

空間定位

能為用戶提供連續，實時的三維位置，三維速度和精密時間。不受天氣的影響。

2、定位精度高：

單機定位精度優於10米，採用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。

3、功能多，套用廣：

隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量，導航，測速，測時等方面得到更廣泛的套用，而且其套用領域不斷擴大。

發展歷程

在衛星定位系統出現之前，遠程導航與定位主要用無線導航系統。

無線電導航系統

1、無線電導航系統

·羅蘭--C：工作在100KHZ，由三個地面導航台組成，導航工作區域2000KM，一般精度200-300M。

·Omega（奧米茄）：工作在十幾千赫。由八個地面導航台組成，可覆蓋全球。精度幾英里。

·多卜勒系統：利用多卜勒頻移原理，通過測量其頻移得到運動物參數（地速和偏流角），推算出飛行器位置，屬自備式航位推算系統。誤差隨航程增加而累加。

缺點：覆蓋的工作區域小；電波傳播受大氣影響；定位精度不高。2、衛星定位系統

最早的衛星定位系統是美國的子午儀系統（transit），1958年研製，64年正式投入使用。由於該系統衛星數目較小（5-6顆），運行高度較低（平均1000KM），從地面站觀測到衛星的時間隔較長（平均1.5h），因而它無法提供連續的實時三維導航，而且精度較低。

為滿足軍事部門和民用部門對連續實時和三維導航的迫切要求。1973年美國國防部制定了GPS計畫。

3、GPS

GPS實施計畫共分三個階段：

·第一階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到1979年，共發射了4顆試驗衛星。研製了地面接收機及建立地面跟蹤網。

·第二階段為全面研製和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續發射了7顆試驗衛星，研製了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。

·第三階段為實用組網階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛星發射成功，表明GPS系統進入工程建設階段。1993年底實用的GPS網即（21+3）GPS星座已經建成，今後將根據計畫更換失效的衛星。

組成

GPS由三個獨立的部分組成：

空間定位

●空間部分：21顆工作衛星，3顆備用衛星。

●地面支撐系統：1個主控站，3個注入站，5個監測站。

●用戶設備部分：接收GPS衛星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。

GPS接收機硬體一般由主機、天線和電源組成。

原理

GPS定位原理

GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，採用空間距離後方交會的方法，確定待測點的位置。

DGPS原理

GPS系統提供的定位精度是優於10米，而為得到更高的定位精度，通常採用差分GPS技術：將一台GPS接收機安置在基準站上進行觀測。根據基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數，並由基準站實時將這一數據傳送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基準站發出的改正數，並對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。差分GPS分為兩大類：偽距差分和載波相位差分。

1．偽距差分原理

這是套用最廣的一種差分。在基準站上，觀測所有衛星，根據基準站已知坐標和各衛星的坐標，求出每顆衛星每一時刻到基準站的真實距離。再與測得的偽距比較，得出偽距改正數，將其傳輸至用戶接收機，提高定位精度。

這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的“信標差分”

2．載波相位差分原理

載波相位差分技術又稱RTK（RealTimeKinematic）技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基準站採集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標。載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量套用於動態需要高精度位置的領域。

其他套用

近年來英國 Strathclyde 大學的 Philip Moore 等人提出了特高頻陣列空間定位的思路，通過四個特高頻感測器組成感測陣列，實現整個變電站內放電源的檢測及空間定位。這樣的系統的結構簡單，充分利用了特高頻技術靈敏度高、覆蓋範圍廣的優勢。相比目前的線上監測和帶電檢測設備，在滿足狀態檢修工作要求的同時，在經濟性方面具有明顯的優勢。

成功實現放電源空間定位的關鍵是特高頻感測器，相比常規的特高頻感測器，用於空間定位的感測器需要有寬頻帶、低損耗、全向、群時延穩定性好、靈敏度高等特點。採用倒錐型和盤錐型感測器對局放進行空間定位，取得較好的效果，但兩種感測器均較重且體積較大，不便於攜帶與安裝。新研製的一種輕便小巧的專用於空間定位的特高頻感測器，該感測器主體採用球面、錐形相結合的結構，通過特定的短接柱進行性能調整，仿真及實測結果均顯示該感測器，性能優異，能滿足變電站空間定位的要求。

聲音感測器陣列是指由一定的幾何結構排列而成的若干個聲音感測器組成的陣列， 它具有很強的空間選擇性，且不需要移動聲音感測器即可獲取聲源信號，同時還可在一定範圍內實現聲源的自適應檢測、定位及跟蹤，這使得它被廣泛套用於諸多領域。

目標定位通常用 3 種類型的物理量進行計算：接收信號的強度（RSS）、到達時延/時延差（TOA/TDOA） 和到達方向/到達角（DOA/AOA）。 在傳統的簡單波束形成器中 ，權值取決於各陣元上信號的相位延遲。 後來出現的一些更複雜的波束形成系統對信號進行了濾波， 根據不同的濾波器形成了不同的算法。採用TOA/TDOA 方法和基於空間坐標系的定位算法，利用 MSP430F149 實現系統控制，實現方法簡單，測試結果表明定位精度較高。