物流信息管理.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流物流信息管理.精品文档.GPS技术及应用 一、系统概述GPS是全球定位系统的简称，是美国从20世纪70年代开始研制的，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成 ，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，可提供陆地、海洋、航空等实时性的导航、定位、定时甚至速度测量等功能。二、GPS系统的组成 GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。 GPS卫星星座： 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗

2、卫星均匀分布在6个轨道平面内轨道倾角为55度各个轨道平面之间相距60度即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。 在两万公里高空的GPS卫星当地球对恒星来说自转一周时它们绕地球运行二周即绕地球一周的时间为12恒星时。这样对于地面观测者来说每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同最少可见到4颗最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时为了结算测站的三维坐标必须观测4颗GPS卫星称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于

3、某地某时甚至不能测得精确的点位坐标这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。 地面监控系统： 对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星卫星再由

4、导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 GPS信号接收机： GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间解译出GPS卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三维位置位置甚至三维速度和时间。 GPS卫星发送的导航定位信号是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根

5、据使用目的的不同用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。 静态定位中GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变接收机高精度地测量GPS信号的传播时间利用GPS卫星在轨的已知位置解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰空中的飞机行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。 接收机硬

6、件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说两个单元一般分成两个独立的部件观测时将天线单元安置在测站上接收单元置于测站附近的适当地方用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体观测时将其安置在测站点上。 GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电以防止丢失数据。 近几年国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用

7、于精密相对定位时其双频接收机精度可达5MM+1PPM.D单频接收机在一定距离内精度可达10MM+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。 目前各种类型的GPS接收机体积越来越小重量越来越轻便于野外观测。GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。三、GPS的定位原理 GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信息。四、GPS系统的特点 GPS系统具有以下主要特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。 定位精度高应用实践已经证明GPS相对定位精度在50KM

8、以内可达10-6100-500KM可达10-71000KM可达10-9。在300-1500M工程精密定位中1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较其边长较差最大为0.5mm校差中误差为0.3mm。 观测时间短随着GPS系统的不断完善软件的不断更新目前20KM以内相对静态定位仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时当每个流动站与基准站相距在15KM以内时流动站观测时间只需1-2分钟然后可随时定位每站观测只需几秒钟。 测站间无须通视GPS测量不要求测站之间互相通视只需测站上空开阔即可因此可节省大量的造标费用。由于无需点间通视点位位置可根据需要可稀

9、可密使选点工作甚为灵活也可省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。 可提供三维坐标经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度。 操作简便随着GPS接收机不断改进自动化程度越来越高有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积越来越小重量越来越轻极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。使野外工作变得轻松愉快。 全天候作业目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响功能多、应用广。 从这些特点中可以看出GPS系统不仅可用于测量、导航还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1

10、M/S测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。GPS系统的应用前景当初设计GPS系统的主要目的是用于导航收集情报等军事目的。但是后来的应用开发表明GPS系统不仅能够达到上述目的而且用GPS卫星发来的导航定位信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位米级至亚米级精度的动态定位亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量。因此GPS系统展现了极其广阔的应用前景。五、GPS的用途 GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标给海中的军舰导航为军用飞机提供位置和导航信息等。 目前GPS系统的应用已将十

11、分广泛我们可以应用GPS信号可以进行海、空和陆地的导航导弹的制导大地测量和工程测量的精密定位时间的传递和速度的测量等。对于测绘领域GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地海洋大地测量基准进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量成为建立城市与工程控制网的主要手段。用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置实现仅有少量地面控制或无地面控制的航测快速成图导致地理信息系统、全球环境遥感监测的技术革命。 许多商业和政府机构也使用GPS设备来跟踪他们的车辆位置这一般需要借助无线通信技术。一些GPS接收器集成了收

12、音机、无线电话和移动数据终端来适应车队管理的需要。 由于多元化空间资源环境的出现 使得GPSGLONASSINMARSAT等系统都具备了导航定位功能形成了多元化的空间资源环境。这一多元化的空间资源环境促使国际民间形成了一个共同的策略即一方面对现有系统充分利用一方面积极筹建民间GNSS系统待到2010年前后GNSS纯民间系统建成全球将形成GPS/GLONASS/GNSS三足鼎立之势才能从根本上摆脱对单一系统的依赖形成国际共有、国际共享的安全资源环境。世界才可进入将卫星导航作为单一导航手段的最高应用境界。国际民间的这一策略反过来有影响和迫使美国对其GPS使用政策作出更开放的调整。总之由于多元化空间

13、资源环境的确立给GPS的发展应用创造了一个前所未有的良好的国际环境。六、GPS在交通运输中的应用 1、GPS在道路工程中的应用GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如沪宁、沪杭高速公路的上海段就是利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。浙江省测

14、绘局利用Wild 200 GPS接收机的快速静态定位功能施测了线路的全部初测导线，快速、高精度的建立了数百公里的高速公路控制网，取得了良好的效果。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。如在江阴长江大桥的建设中，首先用常规方法建立了高精度边角网，然后利用GPS对该网进行了检测，GPS检测网达到了毫米级精度，与常规精度网的比较符合较好。GPS技术在隧道测量中具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字

15、地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS航测等方面。1994年6月在同济大学试验了KART实时相位差分卫星定位系统，在1km范围内达到了优于2cm的精度，因此能够用于线路控制网的加密。GPS测量包含有三维信息，可用于数字地面模型的数据采集、中线放样以及纵断面测量。在中线平面位置放样的同时，可获得纵断面，在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到移动站，从而提供移动站的实时位置，由于GPS仪器不象经纬仪那样可以指示方向，因此需与计算机辅助设计系统相结合，从而可在计算机屏幕上看到目前位置与设计坐标的差异。机载动态差分GPS应用于航测在德国和加拿大已取得了成

16、功，用载波相位差分测出每个摄影中心的三维坐标，而不再需要外控点测量，取得了良好的效果。2、GPS在汽车导航和交通管理中的应用三维导航是GPS的首要功能，飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CDROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航是由GPS接收机接收GPS卫星信号（三颗以上），求出该点的经纬度坐标、速度、时间等信息。为提高汽车导航定位精度，通常采用差分GPS技术。当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物而与捕获不到GPS卫

17、星信号时，系统可自动导入自律导航系统，此时由车速传感器检测出汽车的行进速度，通过微处理单元的数据处理，从速度和时间中直接算出前进的距离，陀螺传感器直接检测出前进的方向，陀螺仪还能自动存储各种数据，即使在更换轮胎暂时停车时，系统也可以重新设定。由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标数据、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者的误差，与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术，加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线与电子地图上道路误差进行实时相关匹配作自动修正，此时地图匹配电路是通过微处理单元的整理程序进行快速处理，得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。CD-

18、ROM用于存储道路数据等信息，LCD显示器用于显示导航的相关信息。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括：车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。提供出行路线规划和导航 提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的

19、路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。信息查询 为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。（4）话务指挥指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可

20、随时与被跟踪目标通话，实行管理。（5）紧急援助通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。GPS技术在汽车导航和交通管理工程中的研究与应用目前在中国刚刚起步，而国外在这方面的研究早已开始并已取得了一定的成果。加拿大卡尔加里大学设计了一种动态定位系统，该系统包括一台捷联式惯性系统，两台GPS接收机和一台微机，可测定已有道路的线形参数，为道路管理系统服务。美国研制了应用于城市的道路交通管理系统，该系统利用GPS和GIS建立道路数据库，在数据库中包含有各种现时的数据资料，如道路

21、的准确位置、路面状况、沿路设施等，该系统于1995年正式运行，为城市道路交通管理起到重要作用。近些年来国外研制了各种用于车辆诱导的系统，其中车辆位置的实时确定以往主要依据惯性测量系统以及车轮传感器，随着GPS的发展和所显示出的优越性，有取代前两种方法的趋势。用于城市车辆诱导的GPS定位一般是在城市中设立一个基准站，车载GPS实时接收 基准站发射的信息，经过差分处理便可计算出实时位置，把目前所处位置与所要到达的目标在道路网中进行优化计算，便可在道路电子地图上显示出到达目标的最优化路线，为公安、消防、抢修、急救等车辆服务。七、GPS的其他应用 GPS除了用于导航、定位、测量外，由于GPS系统的空间

22、卫星上载有的精确时钟可以发布时间和频率信息，因此，以空间卫星上的精确时钟为基础，在地面监测站的监控下，传送精确时间和频率是GPS的另一重要应用，应用该功能可进行精确时间或频率控制，可为许多工程实验服务。此外，据国外资料显示，还可利用GPS获得气象数据，为某些试验和工程应用。 全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。参考文献 （参考自中国教育文摘http:/www.edU）物流技术与装备程国全 王转 张庆华编著物流信息系统李波 王谦编著全球卫星定位系统GPS及其在现代交通运输中的应用交通物流论文