第五章物流動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)PPT課件.ppt

1、第五章 物流動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)第一節(jié) GPS概述第二節(jié) GPS的工作原理第三節(jié) 各國(guó)GPS技術(shù)及發(fā)展第四節(jié) GPS在物流等領(lǐng)域的應(yīng)用第五節(jié) 無限定位技術(shù)LBS全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(1)美國(guó)的GPS(2)俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(3)歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(4)我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星定位技術(shù)回顧 1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，40年來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導(dǎo)航、遙感、大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、天文學(xué)和軍事科學(xué)等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛應(yīng)用。 人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn)，首先引起了各國(guó)軍事部門的高度重視。1958年底，美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室，開始著手建立為美國(guó)海軍艦艇導(dǎo)航的

2、衛(wèi)星系統(tǒng)，即“海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午(Transit)衛(wèi)星系統(tǒng)”。 為滿足軍事和民用對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)和三維導(dǎo)航的迫切要求，1973年美國(guó)國(guó)防部開始組織陸?？杖姡餐芯拷⑿乱淮l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的計(jì)劃，這就是目前所稱的“導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)測(cè)距/全球定位系統(tǒng)”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）簡(jiǎn)稱全球定位系統(tǒng)（GPS）。GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到19

3、79年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（21+3，21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。 第一節(jié) GPS概述一、GPS的定義 全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡(jiǎn)稱GPS），利用衛(wèi)星星座（通信衛(wèi)星）、地面控制部分和信號(hào)

4、接收機(jī)對(duì)地球表面上任何地方的用戶都能進(jìn)行全方位導(dǎo)航和定位的系統(tǒng)，也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 這個(gè)系統(tǒng)通過24顆地球同步衛(wèi)星全天候向地面發(fā)送授時(shí)和定位信號(hào)，其中高精度的信號(hào)僅供美國(guó)軍方和北約盟軍使用，普通用戶只能夠接收和解析低經(jīng)度的民用信號(hào)。GPS能對(duì)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)空間信息的獲取，快速、精度均勻、不受天氣和時(shí)間的限制反饋空間信息，使在地球上任何地方GPS系統(tǒng)的用戶，都能計(jì)算出他們所處的方位 。NAVSTAR衛(wèi)星提供了P碼（精碼）和C/A碼（粗碼）兩種定位服務(wù)，P碼為軍方服務(wù)，定位精度達(dá)到3M；C/A碼對(duì)社會(huì)開放，定位精度為10M。目前，美國(guó)正加緊部署研究GPS計(jì)劃。為了滿足到2030年的軍用

5、、民用要求，GPS將選擇全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，放棄現(xiàn)有的24顆中軌道衛(wèi)星，采用全新的33顆高軌道加靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)。據(jù)介紹，與現(xiàn)有GPS相比，GPS的信號(hào)發(fā)射功率可提高100倍，定位精度提高到0.2-0.5米，這樣可以使GPS制導(dǎo)武器的精度達(dá)到1米以內(nèi)。屆時(shí)，GPS的定位、導(dǎo)航和授時(shí)能力將得到進(jìn)一步提高。 二、GPS的主要功能軍事上，GPS已成為自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、先進(jìn)武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)理論的一項(xiàng)關(guān)鍵性基本保障技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于陸?？占皯?zhàn)略導(dǎo)彈等各軍兵種。民用上，GPS能為地面車輛、人員、商船、漁船、游艇、民航機(jī)導(dǎo)航定位，用于航道測(cè)量、河流及港口導(dǎo)航、大地測(cè)量、海洋石油勘探、鉆臺(tái)井位的精確定位

6、、管道鋪設(shè)、機(jī)場(chǎng)著陸、交通管制等。百度地圖三、GPS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)定位精確度高定位時(shí)間短（1s定位或測(cè)速）執(zhí)行操作簡(jiǎn)便（“傻瓜化”）功能多、應(yīng)用廣（測(cè)量、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)時(shí)）全球、全天候作業(yè)四、GPS系統(tǒng)的組成GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分用戶接收系統(tǒng)。 空間部分：提供星歷和時(shí)間信息發(fā)射偽距和載波信號(hào)提供其它輔助信息用戶部分：接收并測(cè)衛(wèi)星信號(hào)記錄處理數(shù)據(jù)提供導(dǎo)航定位信息地面控制部分：中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌 GPS工作衛(wèi)星及其星座由高度約為2萬km的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，記作（213）GPS星座?？臻g衛(wèi)星系統(tǒng)

7、由均勻分布在6個(gè)軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，每顆衛(wèi)星都配備有精度極高的原子鐘（30萬年的誤差為1s）。衛(wèi)星星座的分布設(shè)置要保證地球上任何地點(diǎn)，任何時(shí)刻至少可以同時(shí)觀測(cè)到四顆衛(wèi)星。1.GPS空間衛(wèi)星星座觀測(cè)站（5個(gè)） 它的主要任務(wù)是接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)，并向主控站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。 主控站（1個(gè)） 主控站為全系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)，監(jiān)視、控制衛(wèi)星的軌道，處理監(jiān)測(cè)站送來的各種數(shù)據(jù)，編制各衛(wèi)星星歷，計(jì)算和修正時(shí)鐘誤差及電離層對(duì)電波傳播造成的偏差。 注入站（3個(gè)） 它的作用是將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中。此外，也能自動(dòng)向主控站發(fā)射信號(hào)，每分鐘報(bào)告一次自己

8、的工作狀態(tài)。2. 地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS的用戶設(shè)備主要由接收機(jī)硬件和處理軟件組成。 GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分， 天線作用：捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號(hào)。 接收單元作用：對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波，求解信號(hào)相位 差 ，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。3. 用戶接收系統(tǒng)GPS接收機(jī)天線 天線的基本作用是把來自于衛(wèi)星信號(hào)的能量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流，并經(jīng)前置放大器進(jìn)行頻率變換，以便對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、處理和量測(cè)。 天線基本類型GPS接收機(jī)單元構(gòu)成 接收單元作用：對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波，求解信號(hào)相位差 ，獲得定位、測(cè)速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。手持式GPS產(chǎn)品導(dǎo)航型GPS機(jī)汽車導(dǎo)航產(chǎn)品導(dǎo)航型GPS機(jī)大地型GP

9、S接收機(jī)單頻機(jī)雙頻機(jī)GPS數(shù)據(jù)處理軟件 GPS數(shù)據(jù)處理軟件是GPS用戶系統(tǒng)的重要部分，其主要功能是對(duì)GPS接收機(jī)獲取的衛(wèi)星測(cè)量記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行“粗加工”、“預(yù)處理”，并對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行平差計(jì)算、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及分析綜合處理。從而求得觀測(cè)站的三維坐標(biāo)，觀測(cè)體的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、方向及精確時(shí)刻。第二節(jié) GPS的工作原理一、GPS的基本工作原理首先假定衛(wèi)星的位置為已知，而又能準(zhǔn)確測(cè)定某地點(diǎn)A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心，所測(cè)得距離為半徑的圓球面上。 進(jìn)一步，又測(cè)得點(diǎn)A至另一衛(wèi)星的距離，則A點(diǎn)一定處在前后兩個(gè)圓球面相交的圓環(huán)上。另外，還可測(cè)得與第三個(gè)衛(wèi)星的距離，通過3個(gè)定位球面就可以確定A點(diǎn)在地

10、球上的空間位置。如果要定位空中位置（如飛機(jī)），還可通過第4顆衛(wèi)星。一、GPS的基本工作原理在太空中如果只有一顆衛(wèi)星，并知道某被觀測(cè)物與這顆衛(wèi)星的距離，那么被觀測(cè)物肯定在以衛(wèi)星為中心，以被觀測(cè)物與衛(wèi)星距離為半徑的球面上（如圖），這雖然界定了一個(gè)范圍，但球面可以有無數(shù)個(gè)點(diǎn)，無法確定它的準(zhǔn)確位置。 如果有第二顆衛(wèi)星，且知道被觀測(cè)物與第二顆衛(wèi)星的距離，同理，被觀測(cè)物也在以第二顆衛(wèi)星為中心，以與第二顆衛(wèi)星的距離為半徑的球面上，若滿足上述兩個(gè)條件的被觀測(cè)物一定在兩個(gè)球面的交界線上，即一個(gè)圓周線上。 如果有第三顆衛(wèi)星，并知道被觀測(cè)物與它的距離，那么被觀測(cè)物一定在圓周線與第三顆衛(wèi)星為中心的球面的交點(diǎn)上，這時(shí)，

11、球面與圓周線相交于兩點(diǎn)。1. 怎樣確知衛(wèi)星所處的準(zhǔn)確位置 要確知衛(wèi)星所處的準(zhǔn)確位置，首先優(yōu)化設(shè)計(jì)衛(wèi)星運(yùn)行軌道，而且要由監(jiān)測(cè)站通過各種手段連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)，適時(shí)發(fā)送控制指令，使衛(wèi)星保持在正確的軌道運(yùn)行。將正確的運(yùn)行軌跡編成星歷，注入衛(wèi)星，且經(jīng)由衛(wèi)星發(fā)送給GPS接收機(jī)。正確接受每個(gè)衛(wèi)星的星歷，就可以確知衛(wèi)星的準(zhǔn)確位置。2. 如何測(cè)定衛(wèi)星至用戶的距離 衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收機(jī)收到后經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、運(yùn)動(dòng)方向以及速度和時(shí)間等數(shù)據(jù)。（1）時(shí)間基準(zhǔn)問題。（原子鐘）（2）時(shí)間差與偽距離問題。距離（L）=光速（c）時(shí)間差(T1-T0)注意：上述時(shí)間差由于接收

12、機(jī)時(shí)鐘誤差、大氣傳播誤差及受其他干擾因素的影響，算出來的距離稱為偽距離。（3）誤差及修正技術(shù)。（差分技術(shù)）GPS用于救援GPS用于森林防火GPS用于地震預(yù)報(bào)GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測(cè)GPS用于通信二、GPS信號(hào)載波：L波段雙頻L1 1575.42MHz，L2 1227.60MHz衛(wèi)星識(shí)別：碼分多址（CDMA,Code-Division Multiple Access ） GSM-Global System Mobile communication(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))測(cè)距碼：C/A碼（民用），P碼（美國(guó)軍方及特殊授戶）導(dǎo)航數(shù)據(jù)：衛(wèi)星軌道坐標(biāo)、衛(wèi)星鐘差方程式參數(shù)、電離 層延遲修正 美國(guó)GPSG

13、LONASS 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)北斗系統(tǒng)：我國(guó)的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)第三節(jié) 各國(guó)GPS技術(shù)及發(fā)展P125 表5-11、美國(guó)GPS 美國(guó)的“全球定位系統(tǒng)”（GPS），是目前世界上應(yīng)用最廣泛、也是技術(shù)最成熟的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。上述章節(jié)介紹的GPS都是指美國(guó)的GPS.。2、GLONASS類似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)；其前身CICADA與子午系統(tǒng)同期，于1965年設(shè)計(jì)，有12顆衛(wèi)星；20世紀(jì)70年代中期開始啟動(dòng)GLONASS計(jì)劃；1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星；1996年1月18日，完成24顆衛(wèi)星的布局，衛(wèi)星具備完全工作能力；截止2013年4月，GL

14、ONASS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星總數(shù)為29顆，其中有23顆在軌運(yùn)行，3顆備用衛(wèi)星，2顆正在維護(hù)，1顆正處于試飛階段；今年6月15日凌晨成功發(fā)射一顆，目前有在軌數(shù)達(dá)30顆。GLONASS3、Galileo背景：GLONASS在軌衛(wèi)星缺失，GPS獨(dú)霸市場(chǎng) GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國(guó)際民間控制的或歐盟自己的民用導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)：共享的獨(dú)立于GPS的無增強(qiáng)條件下的適于海陸空的 系統(tǒng)。參股共建，收費(fèi)。階段：（一）2000年前，可行性評(píng)估或定義（二）20012005，開發(fā)和檢測(cè)（三）20062007，部署（四）2008，商業(yè)運(yùn)行4、北斗系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是是中國(guó)自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定

15、位與通信系統(tǒng)（CNSS），是除美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，其建設(shè)與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進(jìn)性這4項(xiàng)原則。4、北斗系統(tǒng)我國(guó)開始建設(shè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這也是我國(guó)自主建立的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 我國(guó)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)2002年投入使用（2006年底已發(fā)射第四顆）。中國(guó)正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)（屬于第二代系統(tǒng)）。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、

16、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為50納秒，測(cè)速精度02米秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。 中國(guó)計(jì)劃2012年左右，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。我國(guó)正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，已成功發(fā)射六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時(shí)以及短報(bào)文通信服務(wù)能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 北斗系統(tǒng)定位的目標(biāo)第四節(jié) GPS在物流等領(lǐng)域的應(yīng)用（一）GPS在物流領(lǐng)域的應(yīng)用（二）GPS在交通管理中的應(yīng)用（三）GPS在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用（四）GPS在現(xiàn)

17、代測(cè)量中的應(yīng)用一、 GPS在物流領(lǐng)域的應(yīng)用物流單位要求貨物運(yùn)輸能夠做到及時(shí)、機(jī)動(dòng)、高效，即要求貨物能通過最佳路徑、最優(yōu)安排被準(zhǔn)確及時(shí)運(yùn)送，最大限度的控制運(yùn)輸成本。這要求物流公司時(shí)刻跟蹤貨物的位置和狀態(tài)。通過車輛監(jiān)控系統(tǒng)，物流公司可以對(duì)貨物和車輛進(jìn)行遙控跟蹤。同時(shí)，監(jiān)控中心亦可隨物流車隊(duì)一起移動(dòng)，真正發(fā)揮了適時(shí)監(jiān)控的作用。GPS在車、貨運(yùn)行系統(tǒng)中的應(yīng)用 GPS定位技術(shù)給車輛、輪船、火車等交通工具的導(dǎo)航與跟蹤提供了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的定位能力。二、GPS在交通管理中的應(yīng)用GPS在客運(yùn)車輛管理中的應(yīng)用 目前，全國(guó)安裝GPS的班線客車和旅游客車近30萬輛，其中跨省客運(yùn)班線和高速公路客運(yùn)班線安裝率已達(dá)到100%

18、，進(jìn)入GPS聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)的車輛達(dá)到19.2萬輛。 P135GPS在出租車管理中的應(yīng)用 運(yùn)用GPS和GSM（Global System for Mobile Communication）通信網(wǎng)絡(luò)，可以建立GPS出租車調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車的實(shí)時(shí)調(diào)度監(jiān)控、防劫防盜報(bào)警等功能。身邊的：嘀嘀打車【案例】GPS建功揭陽一車主坐駕被盜，全球定位技術(shù)助其找回 凌晨2時(shí)10分，廣州神盾公司監(jiān)控室，警鈴發(fā)出刺耳的尖叫，原來是數(shù)百公里之外揭陽市的一輛小轎車發(fā)出破壞警報(bào)。值班人員即將該情況反饋到車主那里。但車主說，車輛就停在揭陽財(cái)政局附近，不會(huì)有問題。 凌晨5時(shí)40分，揭陽的陳先生突然急匆匆致電監(jiān)控中心，他的馬

19、自達(dá)銀色轎車真的被偷了。中心馬上對(duì)該車詢址，發(fā)現(xiàn)匪徒正以159公里的時(shí)速在深圳機(jī)荷高速公路行駛。中心一面與110聯(lián)系，一面密切跟蹤匪徒的行蹤。 5時(shí)50分，根據(jù)GPS系統(tǒng)記錄，在短短3個(gè)小時(shí)里，被盜車輛已經(jīng)狂奔了近300公里。盜車后行駛路線示意圖中心指令鎖車控制竊賊無奈棄車逃走 凌晨6時(shí)，深圳公安開始了圍捕偷車賊行動(dòng)。 6時(shí)15分，該車到達(dá)寶安西鄉(xiāng)鎮(zhèn)某村委會(huì)附近停下。為了防止偷車賊駕車?yán)^續(xù)逃竄，6時(shí)16分監(jiān)控中心從300公里之外對(duì)該車進(jìn)行鎖車控制，切斷了汽車電路(利用繼電器斷了油泵的電路)，被盜車輛瞬間“癱瘓”。 7時(shí)40分，警察在村委會(huì)附近找到一輛馬自達(dá)轎車，但是沒有車牌。后經(jīng)核實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)，確認(rèn)該車就是失竊轎車。 據(jù)監(jiān)控中心人員介紹，從車主致電中心到鎖車，前后只用了36分鐘，“至