第三节　全球定位系统及其应用
[生活链接]　春种时节，新疆的棉花地里一台台拖拉机驾驶室里没人，但它却自己跑了起来，这就是安装了北斗导航农机自动驾驶系统的“超级播种机”，一台播种机一天差不多能播种150亩棉花。这套系统大致可以分为三个部分：一部分安装在拖拉机上，另一部分安置在卫星数据服务站，还有一部分则是太空中游走的卫星。系统利用卫星定位、机械控制、惯性导航技术，在作业时，使农机按照规划好的路线，自动调整行进方向。
课程标准
学习目标
核心素养
举例说明全球定位系统(GPS)在定位导航中的应用。
了解：全球定位系统种类，如中国的北斗导航系统，“伽利略系统”等。
知道：GPS的概念、主要组成及工作过程。
汽车gps定位
理解：GPS的工作原理及主要功能。
应用：学会利用GPS的工作原理分析其主要的应用领域，学会使用GPS接收机。
综合思维：归纳、总结全球定位系统的工作原理和用途。
地理实践力：利用智能手机进行实时导航。
自主预习固根基主干引导 夯基固本
一、全球定位系统
1．概念：具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。
2．组成
系统结构
组成和分布
功能
空间星座
由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成
为全天候的全球定位提供可能
地面控制系统
1个主控站
收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算GPS卫星的轨道和卫星时钟数据
3个注入站
在每颗卫星运行至上空时，将导航数据及主控站的指令注入到卫星
5个监控站
监测与调控卫星上的各种设备的工作、运行情况
用户系统
包括接收机硬件、GPS数据处理软件等用户设备。硬件由天线单元和接收单元组成
捕获GPS卫星信号，实时地计算出三维坐标、速度以及时间
3．GPS接收机的常见类型
根据用途可将GPS接收机分为：导航型接收机、测地型接收机和授时接收机等。
[自我探究]　遥感技术与全球定位系统的区别是什么？
[答案]　遥感技术获取的常为呈面状的地理信息，其范围一般较大；全球定位系统获取的为点状的地理信息，非常精确。同时，遥感技术注重于“看”，是“人视力的延伸”；全球定位系统则主要是定位与导航。
二、全球定位系统与定位导航
1．最初设计目的：军事目的。
2．精度
(1)静态导航定位：能达到厘米级甚至毫米级精度。
(2)动态定位：能达到1米内的精度。
(3)速度测量：能达到厘米级精度。
(4)时间测量：能达到毫微秒级精度。
3．应用领域
(1)在交通、邮电、地矿、建筑、农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业得到广泛应用。
(2)监测地壳的微小移动，帮助预报地震。
(3)GPS与GIS、RS结合，为资源调查、工程管理、精细农业服务等。
1．下列属于全球定位系统组成部分的是(  )
A．存储设备    B．信息传输装置
C．地面控制系统    D．传感器
答案　C
解析　传感器、信息传输装置是遥感技术系统的主要设备；存储设备是GIS硬件组成；GPS由空间星座、用户系统和地面控制系统三部分组成。
2．在南极地区，判断地理方位最好利用(  )
A．指南针    B．北极星
C．太阳    D．GPS
答案　D
解析　GPS可以提供准确的三维坐标。
[教材P97～98活动]
我国导航定位技术发展的讨论提纲
小组
讨论主题
A组
我国导航定位技术的发展历程
B组
GPS技术在大地测量方面的应用
C组
GPS技术在工程测量方面的应用
D组
GPS技术在航空摄影测量方面的应用
E组
GPS技术在地球动力学方面的应用
……
……
A组　我国导航定位技术的发展历程
我国的航天科技事业在逐步建立和发展中。从1970年4月把第一颗人造卫星送入轨道以来，我国已成功地发射了100多颗不同类型的人造卫星。
B组　GPS技术在大地测量方面的应用
在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精确大地水准面。我国已完成西沙、南沙岛各岛屿与祖国大陆的GPS联测，使海岛与全国大地网连成一个整体。
C组　GPS技术在工程测量方面的应用
在工程测量方面，应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区地面沉降监测，大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。
D组　GPS技术在航空摄影测量方面的应用
在航空摄影测量方面，除应用GPS技术进行航测外，还控制测量、航摄飞行导航、机载GPS
航测等航测成图的各个阶段。
E组　GPS技术在地球动力学方面的应用
我国已开始用GPS技术监测南极洲板块运动、青藏高原地壳运动、四川鲜水河地壳断裂运动，建立了中国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都圈GPS形变监测网等。GPS技术已经用于海洋测量、水下地形测绘。我国的《全球定位系统(GPS)测量规范》已于1992年10月1日起实施。
此外，在军事、交通、邮电、地矿、建筑以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业，在航空航天、测时授时、物理探矿、资源测定等领域，也都开展了GPS技术的研究和应用。
[教材P101～102活动]
1．GPS还可以应用在大地测量、地震监测、地形测量、林业测量、水利监测、国土资源调查、城建规划勘测等多个方面，并提高工作效率。
资源调查：土地探测，如森林区、山坡地违规开发、查报工作。使用GPS可顺利导航至可疑之变异点，并直接查询、调阅地籍图等相关资料以利研究判断。
大地测量：利用GPS测定地球上任何点(包括地面上和海洋上)的位置，以及测定地球重力场和地球形状、大小等。
林业面积测绘：GPS在林业面积测绘的应用主要有两个方面，一是用于定位造林地块，地块位置和形状，便于在地形图上标注具体的位置；二是利用GPS求算面积。
森林防火：利用GPS进行火场定位、火场布兵、火场面积测量，火灾损失估算，精确度高，安全性强，能够实时、快速、准确地测定火险位置和范围，为防火指挥部门提供决策依据，已被国内外防火机构广泛采用。
监测作物产量：在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。对不同的农作物需配备不同的监视器。例如监视玉米产量的监视器，当收割玉米时，监视器记录下玉米所接穗数和产量，同时GPS接收机记录下收割该株玉米所处位置，通过计算机最终绘制出一幅关于每块土地产量的分布图，再通过和土壤养分含量分布图的综合分析，可以出影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。
2．畅想GPS新生活
GPS业界流行这样一句话“GPS的应用只受到人们想象力的限制”。随着GPS的发展，GPS已经不再只局限于行业应用，GPS更大的一部分市场是民用级的个人消费。车载机或者手持机，将是离我们最近的一种消费。
现在你已大体了解了手持GPS在实际生活中的主要用途，对照自己对理想生活的向往，以上功能中是否有可以满足的需求。
你基本可以确定是否需要买一个GPS了。有人会问：没有自备车，也不会开车，单纯为了旅游(自助游)去弄一个GPS是不是太奢侈了？实际上，像数码相机一样，新科技带给我们的是一个完全不同的生活方式。
3．GPS应用领域及主要功能
GPS应用领域
主要功能
在海洋测绘中的应用
海洋测绘主要包括海上定位、海洋测量和水下地形测量。对海洋划界、航道测量以及海洋资源勘探与开采、近海工程、海面变化、板块运动以及海啸等研究具有重要作用
在旅游及野外考察中的应用
在旅游及野外考察中，如到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山、峡谷或者沙漠地区考察，GPS接收机是你最忠实的向导。利用它，你可以随时知道所在的位置及行走速度和方向，使你不会迷失
在林业管理方面的应用
GPS技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，寻水源和测定地区边界等方面可以发挥其独特的重要作用
在精确农业管理方面的应用
依据农田土壤养分含量分布图，设置有GPS接收机的“受控应用”的喷施器，在GPS的控制下，能够精确地给田地的各点施肥
在精确定时方面的应用 
每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所以GPS接收机可以接收到精确的时间信息