《現(xiàn)代物流信息技術》第4章.ppt
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1、 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉2021-4-21 第 四 章 : 全 球 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS WOULD HAVE SAVED HIM !2 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS系 統(tǒng) 產 生n最 古 老 、 最 簡 單 的 導 航 方 法 是 星 歷 導 航 , 人 類 通 過觀 察 星 座 的 位 置 變 化 來 確 定 自 己 的 方 位 ;n最 早 的 導 航 儀 是 中 國 人 發(fā) 明 的 指 南 針 , 幾 個 世 紀 以來 它 經 過 不 斷
2、 的 改 進 而 變 得 越 來 越 精 密 , 并 一 直 為人 類 廣 泛 應 用 著 ;n最 早 的 航 海 表 是 英 國 人 John Harrison經 過 47年 的艱 苦 工 作 于 1761年 發(fā) 明 的 , 在 其 隨 后 的 兩 個 世 紀 ,人 類 通 過 綜 合 地 利 用 星 歷 知 識 、 指 南 針 和 航 海 表 來進 行 導 航 和 定 位 。 3 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉本 章 教 學 要 點n了 解 GPS的 概 念 及 發(fā) 展 歷 程 ;n掌 握 GPS的 分 類 ;n熟 悉 GPS的 特 點 ;n重 點 掌 握
3、GPS的 構 成 及 其 基 本 工 作 原 理 ;n了 解 GPS常 用 術 語 ;n掌 握 GPS定 位 方 式 ;n熟 悉 GPS的 應 用 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉本 章 內 容4.1 GPS概 述4.2 GPS的 分 類 與 特 點4.3 GPS的 構 成4.4 GPS工 作 原 理 概 述4.5 GPS在 現(xiàn) 代 物 流 中 的 應 用本 章 總 結 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.1.1 GPS的 概 念 及 其 發(fā) 展 歷 程n 全 球 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) (Global Positioning S
4、ystem, GPS)是 由 美 國 國 防 部 開 發(fā) 的 一 個 基 于 衛(wèi) 星 的 無 線 導 航 系 統(tǒng) 。n20世 紀 50年 代 末 , 前 蘇 聯(lián) 發(fā) 射 了 人 類 第 一 顆 人 造 地 球 衛(wèi) 星 ,美 國 科 學 家 在 對 其 跟 蹤 研 究 中 , 發(fā) 現(xiàn) 了 多 普 勒 頻 移 現(xiàn) 象 , 并 利用 該 原 理 建 成 了 子 午 衛(wèi) 星 導 航 系 統(tǒng) (Navy Navigation Satellite System, NNSS), 又 稱 多 普 勒 衛(wèi) 星 導 航 定 位 系 統(tǒng) 。nGPS從 根 本 上 解 決 了 人 類 在 地 球 及 其 周 圍 空
5、間 的 導 航 和 定 位問 題 , 它 可 以 用 于 海 陸 空 各 種 運 動 目 標 的 導 航 和 定 位 , 滿 足 軍事 以 及 民 用 部 門 如 大 地 測 量 、 地 殼 監(jiān) 測 等 領 域 。 目 前 民 用 服 務全 球 免 費 。4.1 GPS概 述 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.1.2 國 際 衛(wèi) 星 導 航 系 統(tǒng) 發(fā) 展 歷 程n美 國 的 GPSn蘇 聯(lián) 的 GLONASS全 球 定 位 系 統(tǒng) n歐 盟 的 伽 利 略 定 位 系 統(tǒng) (Galileo Positioning System) n中 國 的 北 斗 衛(wèi) 星
6、定 位 系 統(tǒng) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉美 國 的 全 球 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) ( GPS) 我 國 北 斗 系 統(tǒng) ( CNSS)俄 羅 斯 的 格 羅 納 斯 系 統(tǒng) ( CLONASS )全 球 四 大 GPS衛(wèi) 星 系 統(tǒng) 歐 盟 的 伽 利 略 系 統(tǒng) ( GALILEO) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉美 國 的 GPSn全 球 定 位 系 統(tǒng) 是 繼 “ 阿 波 羅 ” 登 月 計 劃 后 的 又 一 個 龐 大的 空 間 計 劃 。 1957年 10月 , 世 界 上 第 一 顆 衛(wèi) 星 發(fā) 射 成 功后
7、 利 用 衛(wèi) 星 進 行 定 位 和 導 航 的 研 究 工 作 提 到 了 議 事 日 程 。n1967年 7月 美 國 政 府 批 準 對 海 軍 導 航 衛(wèi) 星 系 統(tǒng) 廣 播 星 歷解 密 , 并 提 供 民 用 。n1973年 開 始 籌 建 GPS。n1994年 全 面 建 成 , 歷 時 20年 , 耗 資 200億 美 元 。n在 全 球 商 業(yè) 導 航 定 位 應 用 方 面 , 一 直 處 于 絕 對 壟 斷 地 位 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉n該 系 統(tǒng) 從 80年 代 初 建 設 ,n1995年 12月 14日 , 系 統(tǒng) 的 2
8、4顆 衛(wèi) 星 全 部 就 位 , 1996年 初投 入 運 行 。 打 破 了 美 國 GPS一 統(tǒng) 天 下 的 局 面 。n因 國 家 經 濟 不 景 氣 , 航 天 經 費 投 入 不 足 , 衛(wèi) 星 壽 命 過 短 ,2001年 前 一 直 在 低 谷 徘 徊 , 最 少 時 僅 僅 有 6顆 在 運 行 。 n2001年 后 , 隨 著 經 濟 的 復 蘇 , 俄 羅 斯 也 重 新 拉 開 了 部 署 該系 統(tǒng) 的 序 幕 。 目 前 已 有 17顆 星 正 在 運 行 。 和 GPS相 比 , “ 格洛 納 斯 ” 系 統(tǒng) 具 有 更 強 的 抗 干 擾 能 力 。俄 羅 斯 的
9、格 羅 納 斯 系 統(tǒng) ( CLONASS ) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉歐 盟 的 伽 利 略 系 統(tǒng) ( GALILEO)n為 了 沖 破 美 國 的 壟 斷 , 歐 盟 2002年 正 式 批 準 開 發(fā) 自 己 的 “ 伽 利 略 ”導 航 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) 。n伽 利 略 系 統(tǒng) 是 由 歐 盟 主 導 的 新 一 代 民 用 全 球 衛(wèi) 星 導 航 系 統(tǒng) , 耗 資 超過 30億 歐 元 。 系 統(tǒng) 由 兩 個 地 面 控 制 中 心 和 30顆 衛(wèi) 星 組 成 , 其 中 27顆為 工 作 衛(wèi) 星 , 3顆 為 備 用 衛(wèi) 星 。 衛(wèi)
10、星 軌 道 高 度 約 2.4萬 公 里 , 位 于 3個傾 角 為 56度 的 軌 道 平 面 內 。n美 國 GPS向 別 國 提 供 的 衛(wèi) 星 信 號 , 只 能 發(fā) 現(xiàn) 地 面 大 約 10米 長 的 物體 , 而 伽 利 略 的 衛(wèi) 星 則 能 發(fā) 現(xiàn) 1米 長 的 目 標 。 一 位 軍 事 專 家 形 象 地 比喻 說 , GPS系 統(tǒng) 只 能 找 到 街 道 , 而 伽 利 略 則 可 找 到 家 門 。n2011.11.5日 歐 洲 伽 利 略 導 航 系 統(tǒng) 首 批 衛(wèi) 星 進 入 激 活 測 試 階 段 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉
11、u1983年 提 出 創(chuàng) 建 北 斗 導 航 定 位 系 統(tǒng) ,u2000年 10月 31日 北 斗 一 號 在 西 昌 衛(wèi) 星 發(fā) 射 中 心 發(fā) 射 升 空 。u2000年 12月 21日 第 二 顆 北 斗 導 航 實 驗 衛(wèi) 星 在 西 昌 發(fā) 射 中 心 發(fā)射 升 空 。u2011年 7月 27日 , 我 國 在 西 昌 衛(wèi) 星 發(fā) 射 中 心 用 “ 長 征 三 號 甲 ”運 載 火 箭 , 成 功 將 第 九 顆 北 斗 導 航 衛(wèi) 星 送 入 太 空 預 定 轉 移 軌 道 。 n 覆 蓋 范 圍 : 我 國 計 劃 2012年 左 右 , “ 北 斗 ” 系 統(tǒng) 將 覆 蓋
12、亞 太地 區(qū) , 2020年 左 右 覆 蓋 全 球 。 n 定 位 精 度 : 10米 ( 精 度 與 GPS相 當 )n 功 能 : 快 速 實 時 定 位 , 簡 短 通 信 ( 可 一 次 傳 送 120個 漢 字 短文 ) , 精 密 授 時 ( 可 提 供 20ns的 時 間 同 步 精 度 )中 國 的 北 斗 導 航 定 位 系 統(tǒng) ( BEIDOU) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.2.1 GPS的 分 類1. 按 接 收 機 的 用 途 不 同 分 類(1) 導 航 型 接 收 機 實 時 給 出 運 動 載 體 的 位 置 和 速 度(2
13、) 測 地 型 接 收 機 精 密 的 大 地 測 量 和 工 程 測 量(3) 授 時 型 接 收 機 天 文 臺 及 無 線 電 通 信2 按 接 收 機 的 載 波 頻 率 不 同 分 類(1) 單 頻 接 收 機(2) 雙 頻 接 收 機4.2 GPS的 分 類 與 特 點 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉導 航 型 GPS機手 持 型 GPS機 車 載 型 GPS機 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉
14、大 地 型 GPS接 收 機 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.2.1 GPS的 分 類3 按 接 收 機 的 通 道 數(shù) 不 同 分 類(1)多 通 道 接 收 機(2)序 貫 通 道 接 收 機(3)多 路 多 用 通 道 接 收 機4 按 接 收 機 工 作 原 理 分 類(1) 碼 相 關 型 接 收 機(2) 平 方 型 接 收 機(3) 混 合 型 接 收 機(4) 干 涉 型 接 收 機 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.2.2 GPS的 特 點1 定
15、位 精 度 高2 覆 蓋 面 廣 : 全 天 候 、 全 球 范 圍3 觀 測 時 間 短4 被 動 式 、 全 天 候 的 導 航 能 力 : 不 會 暴 露 用 戶 位 置5 操 作 簡 便 : 輕 便 、 傻 瓜 化6 功 能 多 , 應 用 廣 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.3 GPS的 構 成 GPS衛(wèi) 星 星 座GPS信 號 接 收 機 地 面 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉n 24顆 衛(wèi) 星 (21+3備 用 )n 6個 軌 道 平 面 , 每 個 軌 道 4顆 衛(wèi) 星n 相 對 赤 道 55軌
16、道 傾 角n 20200km軌 道 高 度 (地 面 高 度 )n 11小 時 58分 軌 道 周 期n 5個 多 小 時 出 現(xiàn) 在 地 平 線 以 上 (每 顆 星 )4.3.1空 間 部 分 GPS衛(wèi) 星 星 座 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.3.1空 間 部 分 GPS衛(wèi) 星 星 座作 用 :n接 收 、 存 儲 導 航 電 文n生 成 用 于 導 航 定 位 的 信 號 ( 測 距 碼 、 載 波 )n發(fā) 送 用 于 導 航 定 位 的 信 號 ( 采 用 雙 相 調 制 法 調 制 在載 波 上 的 測 距 碼 和 導 航 電 文 )n接 受 地
17、 面 指 令 , 進 行 相 應 操 作n其 他 特 殊 用 途 , 如 通 訊 、 監(jiān) 測 核 暴 等 。主 要 設 備n太 陽 能 電 池 板n原 子 鐘 ( 2臺 銫 鐘 、 2臺 銣 鐘 )n信 號 生 成 與 發(fā) 射 裝 置 23 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS衛(wèi) 星 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉地 面 監(jiān) 控 部 分 主 要 包 括 : 一 個 主 控 站 : 科 羅 拉 多 斯 普 靈 三 個 注 入 站 : 大 西 洋 : 阿 松 森 ( Ascencion) 印 度 洋 : 迪 戈 加 西 亞 (Dieg
18、o Garcia) 太 平 洋 : 卡 瓦 加 蘭 (kwajalein)五 個 監(jiān) 測 站 =1個 主 控 站 +3個 注 入 站 +夏 威 夷 ( Hawaii)55夏威夷阿松森迪戈伽西亞卡瓦加蘭科羅拉多斯必靈4.3.2地 面 監(jiān) 控 部 分 地 面 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉n 地 面 控 制 站 是 由 美 國 國 防 部 控 制 , 主 要 工 作 是 追 蹤 及預 測 GPS衛(wèi) 星 、 控 制 GPS衛(wèi) 星 狀 態(tài) 及 軌 道 偏 差 、 維 護整 套 GPS衛(wèi) 星 工 作 正 常 。n 注 入 站 的 主 要 作 用 是 將 主
19、 控 站 需 傳 輸 給 衛(wèi) 星 的 資 料 以既 定 的 方 式 注 入 到 衛(wèi) 星 存 儲 器 中 , 每 天 注 入 3次 。n 監(jiān) 測 站 的 主 要 任 務 是 為 主 控 站 提 供 衛(wèi) 星 觀 測 數(shù) 據 。主 控 站 的 作 用 收 集 數(shù) 據 數(shù) 據 處 理 監(jiān) 測 與 協(xié) 調 控 制 衛(wèi) 星 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.3.3用 戶 設 備 部 分 GPS信 號 接 收 機n GPS信 號 接 收 機 能 夠 捕 獲 到 按 一 定 衛(wèi) 星 高 度 截 止 角 所 選 擇的 待 測 衛(wèi) 星 的 信 號 , 并 跟 蹤 這 些 衛(wèi) 星 的
20、 運 行 , 對 所 接 收 的GPS信 號 進 行 變 換 、 放 大 和 處 理 , 解 譯 出 GPS衛(wèi) 星 所 發(fā) 送的 導 航 電 文 , 實 時 地 計 算 出 測 站 的 三 維 位 置 , 甚 至 三 維 速度 和 時 間 。n GPS信 號 接 收 機 的 基 本 結 構 是 天 線 單 元 和 接 收 單 元 兩 部 分 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS信 號 接 收 機 天 線 單 元接 收 單 元 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS定 位 技 術 的 缺 點uGPS需 要 良 好 的 對 天 通
21、視u接 收 天 線 的 觀 測 視 野 中 不 應 存 在 障 礙 物u受 強 磁 場 、 高 壓 線 等 輻 射 影 響 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.1 GPS常 用 術 語 1 坐 標 (Coordinate) GPS坐 標 有 二 維 和 三 維 兩 種 。 當 GPS能 夠 收 到 4顆 及以 上 衛(wèi) 星 的 信 號 時 , 它 可 以 計 算 出 本 地 的 三 維 坐 標 (經 度 、緯 度 、 高 度 );2 路 標 (Landmark or Waypoint) 路 標 是 GPS數(shù) 據 核 心 , 它 是 構 成 “ 路 線 ” 的 基
22、 礎 。 GPS內 存 中 保 存 有 一 個 點 的 坐 標 值 , 在 有 GPS信 號 時 ,按 一 下 MARK鍵 , 它 就 會 將 當 前 的 點 記 成 一 個 路 標 , 并產 生 一 個 默 認 的 例 如 “ LMK01”的 名 字 , 用 戶 可 以 把 它 修改 成 一 個 易 認 的 名 字 , 還 可 以 給 它 選 定 一 個 圖 標 。4.4 GPS工 作 原 理 概 述 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.1 GPS常 用 術 語3 路 線 (Route) 路 線 是 GPS內 存 中 存 儲 的 一 組 數(shù) 據 , 包 括
23、一 個 起 點 和 一個 終 點 的 坐 標 , 還 可 以 包 括 若 干 中 間 點 的 坐 標 , 每 兩 個 坐 標點 之 間 的 線 段 叫 做 一 條 “ 腿 ” 。 常 見 GPS能 存 儲 20條 路 線 ,每 條 路 線 30條 “ 腿 ” 。4 前 進 方 向 (Heading) GPS沒 有 指 南 針 的 功 能 , 靜 止 不 動 時 它 不 知 道 方 向 , 但是 一 旦 動 起 來 , 它 就 能 知 道 自 己 的 運 動 方 向 。 GPS每 隔 1s更新 一 次 當 前 地 點 信 息 , 將 每 一 點 的 坐 標 與 上 一 點 的 坐 標 進 行比
24、較 , 就 可 以 知 道 前 進 方 向 。 前 進 方 向 以 多 少 度 顯 示 , 這 個度 數(shù) 是 手 表 表 盤 朝 上 12:00指 向 北 方 , 順 時 針 轉 的 角 度 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.1 GPS常 用 術 語5 導 向 (Bearing) 設 定 “ 走 向 ” 目 標 , 按 GOTO鍵 , 然 后 從 列 表 中 選 擇 一 個路 標 。 以 后 “ 導 向 ” 功 能 將 導 向 此 路 標 。 如 果 目 前 有 活 躍 路 線(Activity route) , 那 么 “ 導 向 ” 的 點 是 路
25、線 中 第 一 個 路 點 , 每到 達 一 個 路 點 后 , 自 動 指 到 下 一 個 路 點 。6 日 出 日 落 時 間 (Sun raise / set time) 日 出 、 日 落 時 間 是 GPS根 據 當 地 經 度 和 日 期 計 算 得 到 的 ,是 指 平 原 地 區(qū) 的 日 出 、 日 落 時 間 。 GPS的 時 間 是 從 衛(wèi) 星 信 號 得到 的 格 林 威 治 時 間 。 對 中 國 來 說 應 設 8h, 此 值 只 與 時 間 的 顯示 有 關 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.1 GPS常 用 術 語7 足 跡
26、 線 GPS每 秒 更 新 一 次 坐 標 信 息 , 所 以 可 以 記 載 自己 的 運 動 軌 跡 (Plot trail)。 一 般 GPS能 記 錄 1 024個足 跡 點 , 足 跡 點 的 采 樣 有 自 動 和 定 時 兩 種 方 式 。n自 動 采 樣 由 GPS自 動 決 定 足 跡 點 的 采 樣 方 式 , 一 般是 只 記 錄 方 向 轉 折 點 , 長 距 離 直 線 行 走 時 不 記 點 ;n定 時 采 樣 可 以 規(guī) 定 采 樣 時 間 間 隔 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.2 GPS的 基 本 工 作 原 理 GP
27、S定 位 原 理 GPS定 位 采用 空 間 被 動 式 測 量原 理 : 衛(wèi) 星 不 間 斷地 發(fā) 送 自 身 的 星 歷參 數(shù) 和 時 間 信 息 ,用 戶 接 收 到 這 些 信息 后 , 經 過 計 算 求出 接 收 機 的 三 維 位置 , 三 維 方 向 以 及運 動 速 度 和 時 間 信息 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉Xll V l Xl lll 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉Xll V lXl llll ll lVVVll VlllX lX 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉Xl
28、l V lXl lllVll 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉Xll V lXl llll ll lVVVll VlllX lX距 離 = 傳 播 時 間 x 光 速 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉我 們 必 定 在 以 R1 為 半 徑 的 球 面 的 某 個 點 上R1 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉2 個 球 面 相 交 成 一 個 圓 弧點 位 被 限 制 在 一 曲 線 上R1 R2 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉3 個 球 面 相 交 成 一 個 點3 個
29、距 離 段 可 以 確 定 緯 度 , 經 度 , 和 高 度點 的 空 間 位 置 被 確 定R1 R2R3 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.2 GPS的 基 本 工 作 原 理 假 設 t時 刻 在 地 面 待 測 點 上 安 置 GPS接 收 機 , 可以 測 定 GPS信 號 到 達 接 收 機 的 時 間 t, 再 加 上 接 收機 所 接 收 到 的 衛(wèi) 星 星 歷 等 其 它 數(shù) 據 可 以 建 立 以 下 4個方 程 式 : 1 02 03 04 02 2 2 1/21 1 1 12 2 2 1/22 2 2 22 2 2 1/23 3 3
30、 32 2 2 1/24 4 4 4( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )t tt tt tt tx x y y z z c v v dx x y y z z c v v dx x y y z z c v v dx x y y z z c v v d 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS中 的 幾 個 時 間 變 量)( -(-)-(* -( )-( )()(- 0 222tt vvctc ttttc ttttc ttc zzyyxxtcd ttt ttt ttt i iii )
31、)( )( 用 戶 鐘 差衛(wèi) 星 鐘 差衛(wèi) 星 鐘 面用 戶 鐘 面 衛(wèi) 星 鐘 差衛(wèi) 星 鐘 面用 戶 鐘 差用 戶 鐘 面 發(fā) 出到 達傳 輸 傳 輸發(fā) 出到 達 衛(wèi) 星 鐘 差衛(wèi) 星 鐘 面發(fā) 出 用 戶 鐘 差用 戶 鐘 面到 達 衛(wèi) 星 星 歷 提 供未 知 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉接 收 機 鐘 差nGPS衛(wèi) 星 采 用 的 時 鐘 是 銫 原 子 鐘 , 價 格 十 分 昂貴 , 但 精 確 度 非 常 高 。n接 收 機 中 一 般 使 用 精 度 較 低 的 石 英 鐘 , 因 而 衛(wèi)星 鐘 和 接 收 機 鐘 就 不 可 能 同 步 ,
32、 鐘 誤 差 較 為 嚴重 。n假 設 用 戶 的 時 鐘 慢 千 分 之 一 秒 , 于 是 延 遲 就 多了 0.001秒 , 所 測 量 得 的 距 離 也 就 多 了 三 百 公里 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.2 GPS的 基 本 工 作 原 理 實 現(xiàn) GPS精 確 定 位 需 解 決 兩 個 問 題 :1 確 定 衛(wèi) 星 的 準 確 位 置 使 衛(wèi) 星 保 持 在 正 確 的 運 行 軌 道 。 將 正 確 的 運 行 軌 跡 編成 星 歷 , 注 入 衛(wèi) 星 , 且 經 由 衛(wèi) 星 發(fā) 送 給 GPS接 收 機 。 正確 接 收 每
33、個 衛(wèi) 星 的 星 歷 , 就 可 確 定 衛(wèi) 星 的 準 確 位 置 。2 準 確 測 定 衛(wèi) 星 信 號 傳 輸 時 間 GPS接 收 機 中 的 時 鐘 , 不 可 能 像 衛(wèi) 星 上 那 樣 設 置 昂貴 的 銫 原 子 鐘 , 所 以 就 利 用 測 定 第 4顆 衛(wèi) 星 , 來 校 準GPS接 收 機 的 時 鐘 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.3 GPS定 位 方 式 1 根 據 定 位 的 模 式 不 同 分 類n絕 對 定 位 絕 對 定 位 又 稱 為 單 點 定 位 , 通 常 是 指 在 協(xié) 議 地 球 坐標 系 中 , 采 用
34、 一 臺 接 收 機 , 直 接 確 定 觀 測 站 相 對 于 坐 標系 原 點 (地 球 質 心 )絕 對 坐 標 的 一 種 定 位 方 法 。 n相 對 定 位 相 對 定 位 又 稱 為 差 分 定 位 , 這 種 定 位 方 式 采 用 兩 臺或 者 兩 臺 以 上 的 接 收 機 , 同 時 對 一 組 相 同 的 衛(wèi) 星 進 行 觀測 , 以 確 定 接 收 機 天 線 間 的 相 互 位 置 關 系 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.3 GPS定 位 方 式 2. 根 據 獲 取 定 位 結 果 的 時 間 不 同 分 類 n實 時 定
35、 位 實 時 定 位 是 根 據 接 收 機 觀 測 到 的 數(shù) 據 , 實 時地 解 算 出 接 收 機 天 線 所 在 的 位 置 。n非 實 時 定 位 非 實 時 定 位 又 稱 后 處 理 定 位 , 它 是 對 接 收 機接 收 到 的 數(shù) 據 先 處 理 再 定 位 的 方 法 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.3 GPS定 位 方 式 3 根 據 定 位 時 接 收 機 的 運 動 狀 態(tài) 不 同 分 類靜 態(tài) 定 位 靜 態(tài) 定 位 就 是 GPS接 收 機 在 捕 獲 和 跟 蹤 GPS衛(wèi)星 的 過 程 中 固 定 不 變 , 接 收
36、 機 測 量 GPS信 號 的 傳 播時 間 , 利 用 GPS衛(wèi) 星 在 軌 的 已 知 位 置 , 解 算 出 接 收機 天 線 所 在 位 置 的 三 維 坐 標 。 動 態(tài) 定 位 動 態(tài) 定 位 就 是 在 進 行 GPS定 位 時 , 認 為 接 收 機的 天 線 在 整 個 觀 測 過 程 中 的 位 置 是 變 化 的 , 是 GPS接 收 機 對 物 體 運 動 軌 跡 的 測 定 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.4.4影 響 GPS定 位 精 度 的 主 要 因 素1.接 收 不 到 4顆 及 以 上 衛(wèi) 星 : 由 于 高 建 筑 物
37、 、 高 山 的 遮擋 。2.大 氣 層 ( 電 離 層 和 對 流 層 對 信 號 的 延 遲 ) :一 般 可 以 根據 監(jiān) 測 站 收 集 到 的 氣 象 數(shù) 據 , 再 利 用 典 型 的 電 離 層 和對 流 層 模 型 來 進 行 修 正 。3.GPS的 衛(wèi) 星 鐘 差4.GPS衛(wèi) 星 軌 道 差5.人 為 干 擾 , 如 安 裝 微 波 發(fā) 射 裝 置 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉軍 用民 用4.5 GPS的 應 用 4.5.1 GPS的 應 用 領 域 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 軍 事 中 的
38、應 用GPS導 航 的 艦 載飛 彈 配 備 GPS的 士 兵 美 國 海 軍 核 潛 艇 GPS贏 得 了 戰(zhàn) 爭 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉美 艦 發(fā) 射 戰(zhàn) 斧 巡 航 導 彈精 確 打 擊 武 器 大 多 使 用 了 GPS衛(wèi) 星 定 位 制 導 系 統(tǒng) 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 交 通 運 輸 業(yè) 中 的 應 用航 運 、 航 空 搜 索陸 路 交 通 ( 車 輛 導 航 、 監(jiān) 控 )船 舶 遠 洋 導 航 和 進 港 引 水 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在
39、 測 量 中 的 應 用建 立 和 維 持 全 球 性 的 參 考 框 架 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 測 量 中 的 應 用板 塊 運 動 和 監(jiān) 測 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 測 量 中 的 應 用珠 峰 測 量 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 測 量 中 的 應 用建 立 各 級 國 家 平 面 控 制 網 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 測 量 中 的 應 用高 度 精 確 的 GPS接 收 系 統(tǒng) 可 以 即 時 得
40、 到 公 分 級的 測 量 精 度 。 土 地 測 繪 、 建 筑 測 量 、 工 程 測 繪 、橋 梁 隧 道 測 量 。 市 話 網 市 話 網市 話 網 市 話 網市 話 網深 圳 市 連 續(xù) 運 行 衛(wèi) 星 定 位 導 航 服 務 系 統(tǒng) 結 構 及 通 信 網 絡 示 意 圖市電信局監(jiān) 控 分 析 中 心衛(wèi) 星 定 位 信 號發(fā) 射 臺 FM電 臺 基 準 站 1基 準 站 2 基 準 站 3基 準 站 4 基 準 站 5進 入 移 動 電話 系 統(tǒng)用 戶用 戶 全 向 天 線定 向 天 線Modem 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS在 其 他 領
41、 域 中 的 應 用精 細 農 業(yè)遙 感衛(wèi) 星 定 軌資 源 勘 探個 人 旅 游 及 野 外 探 險電 力 、 廣 播 、 電 視 、 通 訊 等 網 絡 的 時 間 同 步 、時 間 傳 遞 . 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉 卡 西 歐 衛(wèi) 星 導 航 手 表 PROTREK 1841 卡 西 歐 衛(wèi) 星 導 航 手 表 PROTREK 1841 世 界 上 第 一 款 最 小 的 衛(wèi) 星 導 航 手 表 , 著 名的 運 動 手 表 制 造 商 日 本 卡 西 歐 公 司 推出 的 CASIO PROTREK 1841。 這 款 手 表 它能 夠 接 收
42、 到 GPS的 衛(wèi) 星 信 號 , 為 全 球 用 戶提 供 準 確 的 定 位 導 航 服 務 。 在 它 手 表 屏 幕上 , 可 顯 示 用 戶 的 運 動 方 向 、 速 度 , 目 的地 的 方 位 、 距 離 , 并 以 圖 形 方 式 記 錄 了 運動 軌 跡 , 不 受 地 形 條 件 的 限 制 。 更 適 于 喜 愛 旅 游 探 險 的 人 們 和 長 期 野 外 工 作 者 。 這款 手 表 內 置 微 小 的 GPS接 收 天 線 和 解 算 芯片 , 解 決 了 二 十 多 年 來 GPS應 用 中 超 小 型化 、 高 靈 敏 度 和 設 備 節(jié) 電 的 問 題 ,
43、 是 GPS民 用 領 域 的 一 大 創(chuàng) 舉 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉n據 中 國 倉 儲 協(xié) 會 的 調 查 報 告 顯 示 , 我 國 車 輛 運 營 的空 載 率 約 45%左 右 。 造 成 這 一 情 況 的 重 要 原 因 之 一就 是 物 流 企 業(yè) 無 法 準 確 知 道 運 行 車 輛 的 具 體 位 置 ,而 且 無 法 與 司 機 隨 時 隨 地 地 保 持 聯(lián) 系 , 不 能 為 其 組織 貨 源 和 靈 活 配 貨 。n同 時 , 司 機 只 能 憑 個 人 經 驗 確 定 路 線 , 有 時 不 能 找到 最 佳 路 徑
44、, 不 僅 延 誤 時 機 而 且 增 加 運 行 成 本 。 另外 , 實 際 客 戶 也 不 能 及 時 了 解 貨 物 配 送 過 程 的 情 況 ,不 能 和 物 流 企 業(yè) 協(xié) 調 配 合 。n物 流 運 輸 業(yè) 將 是 未 來 GPS應 用 的 主 要 市 場 。4.5.2GPS在 現(xiàn) 代 物 流 中 的 應 用 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉1 導 航 功 能 三 維 導 航 是 GPS的 首 要 功 能 , 飛 機 、 船 舶 、 地 面車 輛 以 及 步 行 者 都 可 以 利 用 導 航 接 收 器 進 行 導 航 。 例如 , 如 果 你
45、擁 有 一 臺 GPS接 收 機 , 你 就 再 也 不 用 為 外出 可 能 迷 路 的 問 題 而 煩 惱 , 它 可 以 指 出 你 所 在 的 準 確的 地 理 位 置 。n航 海n航 空 n汽 車 導 航 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.5.2 交 通 運 輸 功 能1 車 輛 跟 蹤 車 輛 跟 蹤 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 是 集 GPS、 GIS和 現(xiàn) 代 通 信 技 術 于一 身 的 高 科 技 系 統(tǒng) 。 利 用 GPS和 電 子 地 圖 可 以 實 時 顯 示 出車 輛 的 實 際 位 置 , 并 跟 隨 目 標 移 動 , 使 目 標 始 終 保
46、 持 在 屏幕 上 ; 還 可 實 現(xiàn) 多 窗 口 、 多 車 輛 、 多 屏 幕 同 時 跟 蹤 。2 信 息 查 詢 GPS的 信 息 查 詢 功 能 為 用 戶 提 供 主 要 物 標 , 如 道 路 的準 確 位 置 、 行 車 路 線 、 經 緯 度 、 沿 路 設 施 、 旅 游 景 點 、 賓館 等 數(shù) 據 庫 , 用 戶 能 夠 在 電 子 地 圖 上 根 據 需 要 進 行 查 詢 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉4.5.2 交 通 運 輸 功 能3 話 務 指 揮 監(jiān) 控 中 心 可 監(jiān) 視 車 輛 的 運 行 狀 況 , 對 系 統(tǒng) 內
47、的 所 有車 輛 進 行 動 態(tài) 調 度 管 理 , 通 過 實 施 車 輛 調 度 , 可 提 高 車輛 的 實 載 率 , 有 效 地 減 少 車 輛 的 空 駛 率 , 從 而 降 低 運 輸成 本 , 提 高 運 輸 效 率 。4 緊 急 援 助 及 事 故 處 理 通 過 GPS定 位 和 監(jiān) 控 管 理 系 統(tǒng) 可 以 對 遇 有 險 情 或 發(fā)生 事 故 的 車 輛 進 行 緊 急 援 助 。 監(jiān) 控 臺 的 電 子 地 圖 顯 示 求助 信 息 和 報 警 目 標 , 并 以 報 警 聲 光 提 醒 值 班 人 員 進 行 應急 處 理 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系
48、信 管 教 研 室 劉 玉車 輛 定 位可 以 看 出 車 輛 當 前 準 確 位 置 所 在 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉標 志 位 置 附 近 車 輛 查 詢 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉車 輛 分 布 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉車 內 攝 像 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉車 輛 報 警何 時 、 何 地 、 何 車 因 何 原 因 發(fā) 生 報 警 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉油 量 分 析 物 流 信 息 技 術 管
49、理 系 信 管 教 研 室 劉 玉歷 史 軌 跡 查 詢 一 段 時 間 以 來 , 車 輛 的 行 駛 路 線 , 公 司 和 客戶 都 可 以 對 貨 物 的 在 途 運 輸 過 程 有 相 應 的 了 解 ,并 可 將 此 作 為 考 評 依 據 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉里 程 統(tǒng) 計 查 詢 一 段 時 間 以來 , 車 輛 的 行 駛里 程 數(shù) 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS & RFIDnGPS讓 人 隨 時 知 道 身 在 何 處 , RFID則 顯 示 出自 己 相 關 訊 息 , 有 了 GPS+
50、RFID, 就 可 以 針對 個 人 隨 時 做 追 蹤 與 服 務 。nGPS可 以 加 上 身 份 識 別 系 統(tǒng) , 做 更 深 入 的 個人 服 務 , 例 如 透 過 含 GPS功 能 行 動 手 機 的 持有 者 來 辨 別 某 人 身 在 某 處 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS & RFID 的 生 活 化美 國 新 款 的 GPS / RFID的 咖 啡 機 美 國 印 第 安 納 州 的 拉 法 耶 特 研 究 所 里 面 , 科 學家 正 在 利 用 全 球 定 位 系 統(tǒng) /RFID的 技 術 研 究 咖啡 機 , 利 用 定 位
51、 技 術 , 咖 啡 機 能 感 知 主 人 距 離自 己 的 位 置 , 如 果 你 正 在 往 家 趕 , 它 就 會 啟 動程 序 研 磨 出 一 杯 咖 啡 出 來 。 另 外 它 還 可 以 感 知你 的 喝 咖 啡 規(guī) 律 , 從 而 在 適 當 的 時 候 為你 服 務 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS & RFID的 創(chuàng) 新 -寵 物 協(xié) 尋n 現(xiàn) 有 的 RFID寵 物 芯 片 協(xié) 尋 系 統(tǒng) 為 一 被 動式 的 協(xié) 尋 機 制 , 走 失 犬 只 必 須 經 由 發(fā) 現(xiàn)者 送 至 登 記 站 進 行 掃 讀 芯 片 , 并 查 詢
52、數(shù)據 后 才 能 通 知 飼 主 領 回 , 在 此 之 前 , 飼主 只 能 著 急 地 等 待 。n 供 寵 物 飼 主 第 一 時 間 的 主 動 式 協(xié) 尋 。n 能 對 寵 物 追 蹤 定 位 。n 把 查 詢 結 果 用 地 圖 簡 訊 傳 到 飼 主 移 動 電話 上 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉GPS & RFID的 創(chuàng) 新 -車 輛 監(jiān) 控n 在 車 子 上 都 要 加 裝 GPS+RFID, 各 大 交 通 路口 都 有 偵 測 設 備 , 便 可 知 道 所 有 車 子 的位 置 概 況 , 杜 絕 所 有 犯 罪 可 能 。n 也
53、能 知 道 車 子 的 開 車 速 限 , 政 府 也 不 用 投資 那 么 多 錢 買 測 速 照 相 設 備 。 n 也 可 監(jiān) 控 交 通 狀 況 。 物 流 信 息 技 術 管 理 系 信 管 教 研 室 劉 玉本 章 總 結 n GPS是 由 美 國 國 防 部 開 發(fā) 的 一 個 基 于 衛(wèi) 星 的 無 線 導 航系 統(tǒng) 。 由 GPS衛(wèi) 星 星 座 、 地 面 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 和 GPS信 號 接 收 機組 成 , 它 能 對 靜 態(tài) 、 動 態(tài) 對 象 進 行 動 態(tài) 空 間 信 息 的 獲 取 ,快 速 、 精 度 均 勻 、 不 受 天 氣 和 時 間 限 制 地 反 饋 空 間 信 息 。n GPS定 位 采 用 空 間 被 動 式 測 量 原 理 , 即 衛(wèi) 星 不 間 斷 地發(fā) 送 自 身 的 星 歷 參 數(shù) 和 時 間 信 息 , 用 戶 接 收 到 這 些 信 息 后 ,經 過 計 算 求 出 接 收 機 的 三 維 位 置 、 三 維 方 向 以 及 運 動 速 度和 時 間 信 息 。n 在 現(xiàn) 代 物 流 管 理 中 , GPS廣 泛 應 用 于 導 航 、 交 通 運 輸 、定 位 測 量 等 方 面 , 提 高 了 物 流 管 理 的 效 率 。
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