第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件

第十章導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)第十章導(dǎo)航定位技術(shù)與一、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSystem，GPS）GPS系統(tǒng)簡介

1973年，美國國防部批準(zhǔn)其海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即授時和測距導(dǎo)航衛(wèi)星，或稱全球定位系統(tǒng)（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem,NAVSTAR/GPS），簡稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)采用延時測距的被動式導(dǎo)航體制，能夠為地球表面和近地空間的廣大用戶提供全天候、全天時、高精度的三維位置、三維速度和一維時間的7維定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，用戶的數(shù)量沒有任何限制。第一節(jié)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

一、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSyste3

1978年2月發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，1994年3月24顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座部署完畢，GPS系統(tǒng)正式建成，系統(tǒng)總共耗資200億美元。GPS開始時只用于軍事目的，1994年，美國宣布在10年內(nèi)向全世界免費提供GPS使用權(quán)，但美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號。據(jù)信該系統(tǒng)有美國設(shè)置的“后門”，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國可以關(guān)閉對某地區(qū)的信息服務(wù)。它是利用分布在2萬公里高空的多顆人造衛(wèi)星，對地面或接近地面的目標(biāo)進(jìn)行定位（包括移動速度和方向）和導(dǎo)航的系統(tǒng)。具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力。31978年2月發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，199GPS衛(wèi)星軌道示意圖車載導(dǎo)航儀GPS衛(wèi)星軌道示意圖車載導(dǎo)航儀5GPS系統(tǒng)構(gòu)成（1）空間部分--GPS衛(wèi)星星座：GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成。（2）地面控制部分--地面監(jiān)控系統(tǒng)：地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監(jiān)測站、1個主控站和3個數(shù)據(jù)注入站構(gòu)成。3個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的3個美國軍事基地上。注入站的任務(wù)是將主控站計算出的衛(wèi)星參數(shù)發(fā)送給衛(wèi)星，同時向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。5個監(jiān)測站分別設(shè)在主控站、3個注入站及夏威夷島。監(jiān)測站負(fù)責(zé)對諸衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤和監(jiān)視，測量每顆衛(wèi)星的位置和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控站進(jìn)行處理，5個監(jiān)控站均為無人值守的數(shù)據(jù)采集中心。5GPS系統(tǒng)構(gòu)成第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件7（3）用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機(jī)：用戶部分主要是GPS接收機(jī)，接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備?？臻g段注入站監(jiān)測站主控站主控站：1個; 監(jiān)測站：5個;注入站：3個;通訊與輔助系統(tǒng)。7（3）用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機(jī)：用戶部分主要是GP空間部分：衛(wèi)星分布24顆衛(wèi)星分布在2萬公里的太空；每4顆衛(wèi)星工作在同一軌道平面內(nèi)，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面，彼此夾角為60；軌道平面相對于赤道的傾角為55；衛(wèi)星離地面高度20200km；12恒星時(11hr58min2.05s)繞地球一周；地球上任何地方任何時刻同時可收到4顆以上GPS衛(wèi)星的信號?？臻g部分：衛(wèi)星分布1/9/20239GPS信號精度(1)C/A碼又被稱為粗捕獲碼，精度為29.3m到2.93米。(2)P(Y)碼又被稱為精碼，精度為2.93米到0.293米。12/29/20229GPS信號精度GPS系統(tǒng)的定位原理

每個太空衛(wèi)星在運(yùn)行時，任一時刻都有一個坐標(biāo)值來代表其位置所在(已知值)，接收機(jī)所在的位置坐標(biāo)為未知值，而太空衛(wèi)星的信息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經(jīng)由比對衛(wèi)星時鐘與接收機(jī)內(nèi)的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛(wèi)星與使用者接收機(jī)間的距離，如此就可依三角向量關(guān)系來列出一個相關(guān)的方程式。每接收到一顆衛(wèi)星就可列出一個相關(guān)的方程式，因此在至少收到三衛(wèi)星后，即可計算出平面坐標(biāo)(經(jīng)緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準(zhǔn)確度。GPS系統(tǒng)的定位原理每個太空衛(wèi)星在運(yùn)行時，任ρ2

ρ3

ρ1

S1(x1,y1,z1)

S2(x2,y2,z2)

S3(x3,y3,z3)

P(x,y,z)

用距離交會的方法求解P點的三維坐標(biāo)（x,y,z）的觀測方程為：

(含有各種誤差)ρ2ρ3ρ1S1(x1,y1,z1)S2(x2,y2理想狀態(tài)下：理想狀態(tài)下：定位參考標(biāo)準(zhǔn)——世界大地坐標(biāo)（WGS84）定位需求——（x,y,z)數(shù)學(xué)問題已知相對點（衛(wèi)星坐標(biāo)）三個距離ρ=c*△t光速c時間差△t1=t1

—t誤差接收機(jī)鐘面時間衛(wèi)星鐘面時間電離層、對流層等等說明t1和t并不在同一個標(biāo)準(zhǔn)下未知數(shù)增多會增加幾個？定位參考標(biāo)準(zhǔn)——世界大地坐標(biāo)（WGS84）數(shù)學(xué)問題已知相對點實際上，

ρ——衛(wèi)星與GPS接收機(jī)的幾何距離；ρ′——偽距；δρ1——電離層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學(xué)模型計算求得；δρ2——對流層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學(xué)模型計算求得；δti

——第i顆衛(wèi)星的鐘差（衛(wèi)星時間與理想GPS時間的差），可根據(jù)衛(wèi)星星歷求得；Δtk——接收機(jī)鐘差（接收機(jī)時間與理想GPS時間的差，未知）。(i=1,2,3,4)

實際上，15二、俄羅斯“格洛納斯”(GLONASS)尚未部署完畢。始于上世紀(jì)70年代，需要至少18顆衛(wèi)星才能確保覆蓋俄羅斯全境；如要提供全球定位服務(wù)，則需要24顆衛(wèi)星。上世紀(jì)90時代，系統(tǒng)所含衛(wèi)星數(shù)量一度達(dá)標(biāo)，但由于經(jīng)費短缺，部分失效衛(wèi)星未獲更新，最嚴(yán)重時，僅只6顆衛(wèi)星正常工作。目前，“格洛納斯”導(dǎo)航系統(tǒng)共有21顆衛(wèi)星。軌道高度1萬9000公里，運(yùn)行周期11小時15分，位置精度提高到10～15M，定時精度提高到20～30NS，速度精度達(dá)到0.01M／S15二、俄羅斯“格洛納斯”(GLONASS)GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖組成GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖組成GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)17三、歐盟“伽利略”(galileo)1999年，歐洲提出計劃，準(zhǔn)備發(fā)射30顆衛(wèi)星，組成“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！百だ浴毙l(wèi)星定位系統(tǒng)將由30顆軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星的軌道高度為2.4萬公里，傾角為56度，分布在3個軌道面上，每個軌道面部署9顆工作星和1顆在軌備用星，其地面定位服務(wù)的誤差不超過1米，該系統(tǒng)的一些設(shè)計優(yōu)于美國現(xiàn)有的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。歐盟于2002年正式批準(zhǔn)伽利略計劃，目標(biāo)是建成一個覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但由于資金等原因，伽利略計劃的進(jìn)展并不順利，目前僅發(fā)射2顆衛(wèi)星，今年該計劃正式啟動。伽利略計劃總共投資約33億歐元，按照中國和歐盟15個國家以平等地位參與合作的原則，中國將出資2億歐元左右。

17三、歐盟“伽利略”(galileo)18伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖伽利略衛(wèi)星效果圖18伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖伽利略衛(wèi)星效果圖19四、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)1.“北斗一號”(后更名為“北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)”）2003年我國北斗一號建成并開通運(yùn)行，“北斗一號”系統(tǒng)是在地球同步軌道上運(yùn)行，即在離地球3.6萬公里的高度上運(yùn)行,系統(tǒng)由3顆北斗定位衛(wèi)星(兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星)、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成，定位最高精度可達(dá)10米?！氨倍芬惶枴毕到y(tǒng)在導(dǎo)航方式上也與美俄的全球定位衛(wèi)星有一定的差距。“北斗一號”屬于主動式的。不同于GPS，“北斗”的指揮機(jī)和終端之間可以雙向交流。這是由于“北斗一號”本身是兩維導(dǎo)航系統(tǒng)，僅靠兩顆星的觀測量尚不能定位，觀測量的取得及定位解算均需在地面中心站進(jìn)行。北斗二號系列衛(wèi)星今年起將進(jìn)入組網(wǎng)高峰期，預(yù)計在2015年形成由三十幾顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球的系統(tǒng)。

19四、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對定位申請，地面站測出兩個時間延遲：即從地面站發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r1+p1）；和從地面站發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r2+p2）。由于地面站和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的（可算出p1和p2），因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的偽距離（r1），以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和（r1+r2）。定位原理

首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器項服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，地面站測出兩個時間延遲：即從地面站從而知道用戶處于一個分別以兩顆同步衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接收天線距離為半徑，構(gòu)成的兩個球面的交線上，這個交線是一個圓。另外地面站從存儲在計算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。圓與不規(guī)則球面相交，得兩個點，分別位于南北半球，取北半球的點即為用戶機(jī)的位置。從而地面站可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)中心站加密后加入出站廣播電文中，通過衛(wèi)星發(fā)送給用戶。從而知道用戶處于一個分別以兩顆同步衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件08年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中心和四川武警部隊運(yùn)用“北斗”進(jìn)行了上百次交流。汶川地震發(fā)生的第三天上午，成都軍區(qū)應(yīng)急通信小分隊搭乘直升機(jī)抵達(dá)震中汶川縣城。這支應(yīng)急通信小分隊只有十人，但是他們攜帶衛(wèi)星電話、電臺，立即開設(shè)通信中心，恢復(fù)了汶川縣城中斷多時的通信。這就是“北斗”系統(tǒng)，在通信中斷的情況下，顯示了國產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)的威力。也是“北斗”系統(tǒng)，十五日傳回汶川地震災(zāi)區(qū)的最新災(zāi)情和救援情況，傳來大部分救援部隊已經(jīng)到達(dá)指定救援位置，在災(zāi)區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)展開全面搜救的好消息。08年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中242.“北斗二號”（后更名為”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”）正在建設(shè)的的“北斗二號”全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是建立在“北斗一號”區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，但不是北斗一號的簡單延伸，更類似于GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略。我國將在今年和明年兩年發(fā)射10顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星，預(yù)計在2015年建成由30多顆衛(wèi)星組成的，覆蓋全球的“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在精確度方面，“北斗二號”也可以精確到“厘米”之內(nèi)整個系統(tǒng)將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。242.“北斗二號”（后更名為”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”）發(fā)射時間火箭衛(wèi)星編號衛(wèi)星類型2000年10月31日

北斗-1A北斗1號2000年12月21日

北斗-1B2003年5月25日

北斗-1C2007年2月3日

北斗-1D2007年4月14日04時11分長征三號甲第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（M1）北斗2號2009年4月15日長征三號丙第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G2）2010年1月17日第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G1）2010年6月2日第四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G3）2010年8月1日05時30分長征三號甲第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I1）2010年11月1日00時26分長征三號丙第六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G4）2010年12月18日04時20分長征三號甲第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I2）2011年4月10日04時47分第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I3）2011年7月27日05時44分第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I4）2011年12月2日05時07分第十顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I5）2012年2月25日0時12分長征三號丙第十一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星2012年4月30日4時50分長征三號乙第十二、第十三顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星（“一箭雙星”）2012年9月19日3時10分長征三號乙第十四、十五顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星

）2012年10月25日23時33分長征三號丙第十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

2016年2月1日15時29分長征三號丙第五顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

2016年6月12日23時30分長征三號丙第二十三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

發(fā)射時間火箭衛(wèi)星編號衛(wèi)星類型2000年10月31日北斗-1中國北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖中國北斗二號空間結(jié)構(gòu)圖中國北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖中國北斗二號空間結(jié)構(gòu)圖用于車輛自定位、跟蹤調(diào)度、線路規(guī)劃；用于鐵路運(yùn)輸管理；用于船隊最佳航程和安全航線的測定、航向的實時調(diào)度、監(jiān)測；用于空中交通管理、精密進(jìn)場著陸、航路導(dǎo)航和監(jiān)視；用于信息查詢和緊急救援；用于軍事物流。

五、導(dǎo)航定位系統(tǒng)在物流管理中的應(yīng)用用于車輛自定位、跟蹤調(diào)度、線路規(guī)劃；五、導(dǎo)航定位系統(tǒng)在物流管GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?；咀酉到y(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC）和操作維護(hù)中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）等組成。第二節(jié)全球移動通信系統(tǒng)定位

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動1.GSM定位原理（1）基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)起源蜂窩小區(qū)COO(CellOfOrigin)定位技術(shù)根據(jù)移動臺所處的小區(qū)標(biāo)識號ID來確定用戶的位置。移動臺在當(dāng)前小區(qū)注冊后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中就會有相對應(yīng)的小區(qū)ID號。只要系統(tǒng)能夠把該小區(qū)基站設(shè)置的中心位置（在當(dāng)?shù)氐貓D中的位置）和小區(qū)的覆蓋半徑廣播給小區(qū)范圍內(nèi)的所有移動臺，這些移動臺就能知道自己處在什么地方，查詢數(shù)據(jù)庫即可獲取位置信息1.GSM定位原理（1）基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)該小區(qū)基站設(shè)置抵達(dá)時間TOA(TimeOfArrival)定位技術(shù)它是基于測量信號從移動臺發(fā)送出去并到達(dá)消息測量單元（3個或更多基站）的時間來定位。移動臺位于以基站為圓心、移動臺到基站的電波傳播距離為半徑的圓上。通過多個基站進(jìn)行計算，移動臺的二維位置坐標(biāo)可由3個圓的交點確定。

OrArBrC基站A基站B基站C抵達(dá)時間TOA(TimeOfArrival)定位技術(shù)角度到達(dá)AOA(ArrivalOfAngle)定位技術(shù)該技術(shù)根據(jù)信號到達(dá)的角度，確定移動臺相對于基站的角度關(guān)系，只要測量一個移動臺距兩個基站的信號到達(dá)角度，就可以確定出移動臺的位置基站1θθ基站2移動臺位置角度到達(dá)AOA(ArrivalOfAngle)定位技抵達(dá)時間差異TDOA(TimeDifferenceOfArrival)定位技術(shù)該定位技術(shù)是通過檢測信號到達(dá)兩個基站的時間差，而不是到達(dá)的絕對時間來確定移動臺位置的，降低了對時間的同步要求。移動臺定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上。確定移動臺的二維位置坐標(biāo)需要建立兩個以上雙曲線方程，兩條雙曲線的交點即為移動臺的二維位置坐標(biāo)。基站1基站2估計位置基站3抵達(dá)時間差異TDOA(TimeDifferenceO（2）基于移動終端的定位技術(shù)增強(qiáng)型觀察時間差E－OTD、A-GPS（AssistantGPS）（3）混合定位技術(shù)混合定位技術(shù)即利用移動終端定位功能與網(wǎng)絡(luò)定位功能的結(jié)合。（4）定位方式的選擇（2）基于移動終端的定位技術(shù)二、GSM定位在物流管理中的應(yīng)用（1）車輛實時監(jiān)控調(diào)度（2）實時貨運(yùn)派單（3）貨運(yùn)定單跟蹤（4）運(yùn)輸線路優(yōu)化（5）車輛反劫防盜，遠(yuǎn)程遙控（6）物流信息服務(wù)及貨運(yùn)車輛(人員)管理二、GSM定位在物流管理中的應(yīng)用（1）車輛實時監(jiān)控調(diào)度第三節(jié)地理信息系統(tǒng)是一種基于計算機(jī)的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。

其基本功能是將表格型數(shù)據(jù)（無論是來自數(shù)據(jù)庫、電子表格文件或直接在程序中輸入）轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，然后對顯示結(jié)果瀏覽、操作和分析。顯示范圍可以從洲際地圖到非常詳細(xì)的街區(qū)地圖，顯示對象包括人口、銷售情況、運(yùn)輸線路以及其他內(nèi)容。第三節(jié)地理信息系統(tǒng)是一種基于計算機(jī)的工一、GIS的構(gòu)成

一、GIS的構(gòu)成二、GIS的功能二、GIS的功能三、空間數(shù)據(jù)的獲取地圖遙感影像數(shù)據(jù)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文本、報告和立法文件1．GIS數(shù)據(jù)的來源2．GIS數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)的采集幾何數(shù)據(jù)的采集三、空間數(shù)據(jù)的獲取地圖1．GIS數(shù)據(jù)的來源2．GIS數(shù)據(jù)的采四、空間數(shù)據(jù)管理（一）空間數(shù)據(jù)的分類在地理信息系統(tǒng)中，按照空間數(shù)據(jù)的特征，可將其分為三種類型：空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）、專題特征數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）和時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）。1.空間特征數(shù)據(jù)2.專題特征數(shù)據(jù)3.時間屬性數(shù)據(jù)四、空間數(shù)據(jù)管理（一）空間數(shù)據(jù)的分類（二）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼

1.柵格結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)的圖形表示：柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。

柵格數(shù)據(jù)的圖形表示

2

2

1

2

2

3

3

2

3

3

3

2

3

3

3

2

3

3

3

2

柵格化

1

2

3

（二）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼柵格數(shù)據(jù)的圖形表示22.柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼（1）直接?xùn)鸥窬幋a這是最簡單直觀而又非常重要的一種柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，通常稱這種編碼的圖像文件為網(wǎng)格文件或柵格文件。柵格結(jié)構(gòu)不論采用何種壓縮編碼方法，其邏輯原型都是直接編碼網(wǎng)格文件。直接編碼就是格柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行都從左到右逐個像元記錄，也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的顧序。2.柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼（2）鏈?zhǔn)骄幋a基本方向可定義為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等8個基本方向（2）鏈?zhǔn)骄幋a如果對于圖10-16所示的線狀地物確定其起始點為像元（1，5）。則其鏈?zhǔn)骄幋a為：1，5，3，2，2，3，3，2，3。對于圖10-16所示的面狀地物，假設(shè)其原起始點定為像元（5，8）。則該多邊形邊界按順時針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1。如果對于圖10-16所示的線狀地物確定其起始點為像元（1，（3）游程長度編碼游程長度編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法，它的基本思路是：對于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。其編碼方案是，有相同屬性值的鄰近像元被合并在一起稱為一個游程，游程用一對數(shù)字表達(dá)；每個游程對中的第一個值表示游程長度，第二個值表示游程屬性值（類別）；每一個新行都以一個新的游程開始。（3）游程長度編碼例如對圖10-17所示的柵格數(shù)據(jù)，可沿行方向進(jìn)行如下游程長度編碼：(0,1),(4,2),(7,5),(4,5),(7,3),(4,4),(8,2),(7,2),(0,2),(4,1),(8,3),(7,2),(0,2),(8,4),(7,1),(8,1),(0,3),(8,5),(0,4),(8,4),(0,5),(8,3)。例如對圖10-17所示的柵格數(shù)據(jù)，可沿行方向進(jìn)（4）塊狀編碼（BlockCodes）塊碼是游程長度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號）和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和2個9單位的正方形就能完整表示，如圖8-18所示，具體編碼如下：（4）塊狀編碼（BlockCodes）根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和2個9單位的正方形就能完整表示，如圖10-18所示，具體編碼如下：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以（5）四叉樹編碼（Quad-treeCodes）

四叉樹將整個圖像區(qū)逐步分解為一系列被單一類型區(qū)域內(nèi)含的方形區(qū)域，最小的方形區(qū)域為一個柵格像元。分割原則是：將圖像區(qū)域劃分為4個大小相同的象限，而每個象限又可根據(jù)一定規(guī)則判斷是否繼續(xù)等分為次一層的4個象限。其終止判據(jù)是：不管是哪一層上的象限，只要劃分到僅代表一種地物或符合既定要求的少數(shù)幾種地物時，不再繼續(xù)劃分；否則，一直劃分到單個柵格像元為止。四叉樹通過樹狀結(jié)構(gòu)記錄這種劃分，并通過這種四叉樹狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)查詢、修改、量算等操作。（5）四叉樹編碼（Quad-treeCodes）四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更有效地壓縮數(shù)據(jù)的方法。它將2n×2n像元陣列連續(xù)進(jìn)行4等分，一直分到正方形的大小正好與象元的大小相等為止，而塊狀結(jié)構(gòu)則用四叉樹描述，習(xí)慣上稱為四叉樹編碼。四叉樹編碼又稱為四分樹、四元樹編碼。它是一種更圖10-19a為圖10-17原始數(shù)據(jù)的四叉樹分解，其四叉樹如圖10-19b所示。圖10-19b中最上面的那個結(jié)點叫做根結(jié)點，它對應(yīng)整個圖形?？偣灿?層結(jié)點，每個結(jié)點對應(yīng)一個象限，如第2層4個結(jié)點分別對應(yīng)于整個圖形的4個象限，各列次序依次為南西（SW）、南東（SE）、北西（NW）和北東（NE），不能再分的結(jié)點稱為終止結(jié)點（又稱葉子結(jié)點），可能落在不同的層上，該結(jié)點代表的子象限具有單一的代碼。所有終止結(jié)點所代表的方形區(qū)域覆蓋了整個圖形。從上到下、從左到右為葉子結(jié)點編號，如圖10-19b所示，共有40個葉子結(jié)點，也就是原圖被劃分為40個大小不等的方形子區(qū)。圖10-19b中最下面的一排數(shù)字表示各子區(qū)的代碼。

圖10-19a為圖10-17原始數(shù)據(jù)的四叉樹分第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件3.矢量結(jié)構(gòu)

矢量數(shù)據(jù)的圖形表示：矢量方法將地理現(xiàn)象或事物抽象為點、線、面實體，將它們放在特定空間坐標(biāo)系下進(jìn)行采樣記錄3.矢量結(jié)構(gòu)

矢量數(shù)據(jù)的圖形表示：矢量4．矢量數(shù)據(jù)壓縮編碼（1）矢量數(shù)據(jù)編碼的內(nèi)容矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過記錄空間對象的坐標(biāo)及空間關(guān)系來表達(dá)空間對象的位置。其編碼內(nèi)容包括：

◆點：空間的一個坐標(biāo)點；

◆線：多個點組成的弧段；◆多邊形：不但要表示位置和屬性，更重要的是能表達(dá)區(qū)域的拓?fù)涮卣?，如形狀、鄰域和層次結(jié)構(gòu)等，以便使這些基本的空間單元可以作為專題圖的資料進(jìn)行顯示和操作。4．矢量數(shù)據(jù)壓縮編碼（2）坐標(biāo)序列法A:x1,y1;x2,y2;x3,y3;x4,y4;x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x9,y9;B:x1,y1;x10,y10;x11,y11;x12,y12;x13,y13;x14,y14;x15,y15;x16,y16;x17,y17;x8,y8;x9,y9;C:x24,y24;x25,y25;x26,y26;x27,y27;x28,y28;x29,y29;x30,y30;x31,y31;D:x15,y15;x16,y16;x19,y19;x20,y20;x21,y21;x22,y22;x23,y23;E:x5,y5;x6,y6;x7,y7;x8,y8;x17,y17;x16,y16;x19,y19;x18,y18。（2）坐標(biāo)序列法A:x1,y1;x2,y2;x3,y3;x坐標(biāo)序列法文件結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)以多邊形為單位的運(yùn)算和顯示，能夠順次進(jìn)行數(shù)字化繪置工作。這種方法的缺點是：①多邊形之間的公共邊界被數(shù)字化和存儲兩次，由此產(chǎn)生冗余和碎屑多邊形；②每個多邊形自成體系而缺少鄰域信息，難以進(jìn)行鄰域處理，如消除某兩個多邊形之間的共同邊界；③島只作為一個單個的圖形建造，沒有與外包多邊形的聯(lián)系；④不易檢查拓?fù)溴e誤，如有無不完整的多邊形等。這種方法可用于簡單的粗精度制圖系統(tǒng)中。坐標(biāo)序列法文件結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)以多邊形為單位（3）樹狀索引編碼法該方法采用樹狀索引以減少數(shù)據(jù)冗余并間接增加鄰域信息，具體方法是對所有邊界點進(jìn)行數(shù)字化，將坐標(biāo)對以順序方式存儲，由點索引與邊界線號相聯(lián)系，以線索引與各多邊形相聯(lián)系，形成樹狀索引結(jié)構(gòu)。（3）樹狀索引編碼法第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件（4）雙重獨立式編碼（DIME）這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最早是由美國人口統(tǒng)計局研制來進(jìn)行人口普查分析和制圖的，簡稱為DIME（DualIndependentMapEncoding）系統(tǒng)或雙重獨立式的地圖編碼法。它以城市街道為編碼的主體。其特點是采用了拓?fù)渚幋a結(jié)構(gòu)。

（4）雙重獨立式編碼（DIME）第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件5．柵格結(jié)構(gòu)與矢量結(jié)構(gòu)的比較5．柵格結(jié)構(gòu)與矢量結(jié)構(gòu)的比較6.矢量柵格一體化

如果將矢量方法表示的線狀地物也用元子空間充填表達(dá)的話，就能將矢量和柵格的概念辨證統(tǒng)一起來，進(jìn)而發(fā)展矢量柵格一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。6.矢量柵格一體化

如果將矢量方法表示的線狀現(xiàn)實世界抽象：地理關(guān)系連接的不同特征的層面集合人群建筑物街道現(xiàn)實世界(a)模擬地理信息的矢量模式現(xiàn)實世界矢量柵格(b)模擬地理信息的柵格模式現(xiàn)實世界抽象：地理關(guān)系連接的不同特征的層面集合人群建筑物街道五、GIS技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用（1）GIS在倉庫規(guī)劃中的應(yīng)用（2）GIS在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用五、GIS技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用THEENDTHEEND第十章導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)第十章導(dǎo)航定位技術(shù)與一、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSystem，GPS）GPS系統(tǒng)簡介

1973年，美國國防部批準(zhǔn)其海陸空三軍聯(lián)合研制新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即授時和測距導(dǎo)航衛(wèi)星，或稱全球定位系統(tǒng)（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem,NAVSTAR/GPS），簡稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)采用延時測距的被動式導(dǎo)航體制，能夠為地球表面和近地空間的廣大用戶提供全天候、全天時、高精度的三維位置、三維速度和一維時間的7維定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，用戶的數(shù)量沒有任何限制。第一節(jié)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

一、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSyste68

1978年2月發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，1994年3月24顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座部署完畢，GPS系統(tǒng)正式建成，系統(tǒng)總共耗資200億美元。GPS開始時只用于軍事目的，1994年，美國宣布在10年內(nèi)向全世界免費提供GPS使用權(quán)，但美國只向外國提供低精度的衛(wèi)星信號。據(jù)信該系統(tǒng)有美國設(shè)置的“后門”，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，美國可以關(guān)閉對某地區(qū)的信息服務(wù)。它是利用分布在2萬公里高空的多顆人造衛(wèi)星，對地面或接近地面的目標(biāo)進(jìn)行定位（包括移動速度和方向）和導(dǎo)航的系統(tǒng)。具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力。31978年2月發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星，199GPS衛(wèi)星軌道示意圖車載導(dǎo)航儀GPS衛(wèi)星軌道示意圖車載導(dǎo)航儀70GPS系統(tǒng)構(gòu)成（1）空間部分--GPS衛(wèi)星星座：GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成。（2）地面控制部分--地面監(jiān)控系統(tǒng)：地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個監(jiān)測站、1個主控站和3個數(shù)據(jù)注入站構(gòu)成。3個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的3個美國軍事基地上。注入站的任務(wù)是將主控站計算出的衛(wèi)星參數(shù)發(fā)送給衛(wèi)星，同時向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。5個監(jiān)測站分別設(shè)在主控站、3個注入站及夏威夷島。監(jiān)測站負(fù)責(zé)對諸衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤和監(jiān)視，測量每顆衛(wèi)星的位置和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控站進(jìn)行處理，5個監(jiān)控站均為無人值守的數(shù)據(jù)采集中心。5GPS系統(tǒng)構(gòu)成第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件72（3）用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機(jī)：用戶部分主要是GPS接收機(jī)，接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包，構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備?？臻g段注入站監(jiān)測站主控站主控站：1個; 監(jiān)測站：5個;注入站：3個;通訊與輔助系統(tǒng)。7（3）用戶設(shè)備部分--GPS信號接收機(jī)：用戶部分主要是GP空間部分：衛(wèi)星分布24顆衛(wèi)星分布在2萬公里的太空；每4顆衛(wèi)星工作在同一軌道平面內(nèi)，24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面，彼此夾角為60；軌道平面相對于赤道的傾角為55；衛(wèi)星離地面高度20200km；12恒星時(11hr58min2.05s)繞地球一周；地球上任何地方任何時刻同時可收到4顆以上GPS衛(wèi)星的信號。空間部分：衛(wèi)星分布1/9/202374GPS信號精度(1)C/A碼又被稱為粗捕獲碼，精度為29.3m到2.93米。(2)P(Y)碼又被稱為精碼，精度為2.93米到0.293米。12/29/20229GPS信號精度GPS系統(tǒng)的定位原理

每個太空衛(wèi)星在運(yùn)行時，任一時刻都有一個坐標(biāo)值來代表其位置所在(已知值)，接收機(jī)所在的位置坐標(biāo)為未知值，而太空衛(wèi)星的信息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經(jīng)由比對衛(wèi)星時鐘與接收機(jī)內(nèi)的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛(wèi)星與使用者接收機(jī)間的距離，如此就可依三角向量關(guān)系來列出一個相關(guān)的方程式。每接收到一顆衛(wèi)星就可列出一個相關(guān)的方程式，因此在至少收到三衛(wèi)星后，即可計算出平面坐標(biāo)(經(jīng)緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準(zhǔn)確度。GPS系統(tǒng)的定位原理每個太空衛(wèi)星在運(yùn)行時，任ρ2

ρ3

ρ1

S1(x1,y1,z1)

S2(x2,y2,z2)

S3(x3,y3,z3)

P(x,y,z)

用距離交會的方法求解P點的三維坐標(biāo)（x,y,z）的觀測方程為：

(含有各種誤差)ρ2ρ3ρ1S1(x1,y1,z1)S2(x2,y2理想狀態(tài)下：理想狀態(tài)下：定位參考標(biāo)準(zhǔn)——世界大地坐標(biāo)（WGS84）定位需求——（x,y,z)數(shù)學(xué)問題已知相對點（衛(wèi)星坐標(biāo)）三個距離ρ=c*△t光速c時間差△t1=t1

—t誤差接收機(jī)鐘面時間衛(wèi)星鐘面時間電離層、對流層等等說明t1和t并不在同一個標(biāo)準(zhǔn)下未知數(shù)增多會增加幾個？定位參考標(biāo)準(zhǔn)——世界大地坐標(biāo)（WGS84）數(shù)學(xué)問題已知相對點實際上，

ρ——衛(wèi)星與GPS接收機(jī)的幾何距離；ρ′——偽距；δρ1——電離層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學(xué)模型計算求得；δρ2——對流層誤差，可根據(jù)大氣物理參數(shù)及一定的數(shù)學(xué)模型計算求得；δti

——第i顆衛(wèi)星的鐘差（衛(wèi)星時間與理想GPS時間的差），可根據(jù)衛(wèi)星星歷求得；Δtk——接收機(jī)鐘差（接收機(jī)時間與理想GPS時間的差，未知）。(i=1,2,3,4)

實際上，80二、俄羅斯“格洛納斯”(GLONASS)尚未部署完畢。始于上世紀(jì)70年代，需要至少18顆衛(wèi)星才能確保覆蓋俄羅斯全境；如要提供全球定位服務(wù)，則需要24顆衛(wèi)星。上世紀(jì)90時代，系統(tǒng)所含衛(wèi)星數(shù)量一度達(dá)標(biāo)，但由于經(jīng)費短缺，部分失效衛(wèi)星未獲更新，最嚴(yán)重時，僅只6顆衛(wèi)星正常工作。目前，“格洛納斯”導(dǎo)航系統(tǒng)共有21顆衛(wèi)星。軌道高度1萬9000公里，運(yùn)行周期11小時15分，位置精度提高到10～15M，定時精度提高到20～30NS，速度精度達(dá)到0.01M／S15二、俄羅斯“格洛納斯”(GLONASS)GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖組成GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)星GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖組成GLONASS系統(tǒng)的衛(wèi)82三、歐盟“伽利略”(galileo)1999年，歐洲提出計劃，準(zhǔn)備發(fā)射30顆衛(wèi)星，組成“伽利略”衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！百だ浴毙l(wèi)星定位系統(tǒng)將由30顆軌道衛(wèi)星組成，衛(wèi)星的軌道高度為2.4萬公里，傾角為56度，分布在3個軌道面上，每個軌道面部署9顆工作星和1顆在軌備用星，其地面定位服務(wù)的誤差不超過1米，該系統(tǒng)的一些設(shè)計優(yōu)于美國現(xiàn)有的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。歐盟于2002年正式批準(zhǔn)伽利略計劃，目標(biāo)是建成一個覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但由于資金等原因，伽利略計劃的進(jìn)展并不順利，目前僅發(fā)射2顆衛(wèi)星，今年該計劃正式啟動。伽利略計劃總共投資約33億歐元，按照中國和歐盟15個國家以平等地位參與合作的原則，中國將出資2億歐元左右。

17三、歐盟“伽利略”(galileo)83伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖伽利略衛(wèi)星效果圖18伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)模擬圖伽利略衛(wèi)星效果圖84四、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)1.“北斗一號”(后更名為“北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)”）2003年我國北斗一號建成并開通運(yùn)行，“北斗一號”系統(tǒng)是在地球同步軌道上運(yùn)行，即在離地球3.6萬公里的高度上運(yùn)行,系統(tǒng)由3顆北斗定位衛(wèi)星(兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星)、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成，定位最高精度可達(dá)10米?！氨倍芬惶枴毕到y(tǒng)在導(dǎo)航方式上也與美俄的全球定位衛(wèi)星有一定的差距?！氨倍芬惶枴睂儆谥鲃邮降?。不同于GPS，“北斗”的指揮機(jī)和終端之間可以雙向交流。這是由于“北斗一號”本身是兩維導(dǎo)航系統(tǒng)，僅靠兩顆星的觀測量尚不能定位，觀測量的取得及定位解算均需在地面中心站進(jìn)行。北斗二號系列衛(wèi)星今年起將進(jìn)入組網(wǎng)高峰期，預(yù)計在2015年形成由三十幾顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球的系統(tǒng)。

19四、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對定位申請，地面站測出兩個時間延遲：即從地面站發(fā)出詢問信號，經(jīng)某一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)用戶，用戶發(fā)出定位響應(yīng)信號，經(jīng)同一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r1+p1）；和從地面站發(fā)出詢問信號，經(jīng)上述同一衛(wèi)星到達(dá)用戶，用戶發(fā)出響應(yīng)信號，經(jīng)另一顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回地面站的延遲（p1+r1+r2+p2）。由于地面站和兩顆衛(wèi)星的位置均是已知的（可算出p1和p2），因此由上面兩個延遲量可以算出用戶到第一顆衛(wèi)星的偽距離（r1），以及用戶到兩顆衛(wèi)星距離之和（r1+r2）。定位原理

首先由中心控制系統(tǒng)向衛(wèi)星I和衛(wèi)星II同時發(fā)送詢問信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器項服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，徑衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。對定位申請，地面站測出兩個時間延遲：即從地面站從而知道用戶處于一個分別以兩顆同步衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接收天線距離為半徑，構(gòu)成的兩個球面的交線上，這個交線是一個圓。另外地面站從存儲在計算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化地形圖查尋到用戶高程值，又可知道用戶出于某一與地球基準(zhǔn)橢球面平行的橢球面上。圓與不規(guī)則球面相交，得兩個點，分別位于南北半球，取北半球的點即為用戶機(jī)的位置。從而地面站可最終計算出用戶所在點的三維坐標(biāo)，這個坐標(biāo)經(jīng)中心站加密后加入出站廣播電文中，通過衛(wèi)星發(fā)送給用戶。從而知道用戶處于一個分別以兩顆同步衛(wèi)星為球心，以衛(wèi)星到用戶接第10章-導(dǎo)航定位技術(shù)與地理信息系統(tǒng)課件08年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中心和四川武警部隊運(yùn)用“北斗”進(jìn)行了上百次交流。汶川地震發(fā)生的第三天上午，成都軍區(qū)應(yīng)急通信小分隊搭乘直升機(jī)抵達(dá)震中汶川縣城。這支應(yīng)急通信小分隊只有十人，但是他們攜帶衛(wèi)星電話、電臺，立即開設(shè)通信中心，恢復(fù)了汶川縣城中斷多時的通信。這就是“北斗”系統(tǒng)，在通信中斷的情況下，顯示了國產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)的威力。也是“北斗”系統(tǒng)，十五日傳回汶川地震災(zāi)區(qū)的最新災(zāi)情和救援情況，傳來大部分救援部隊已經(jīng)到達(dá)指定救援位置，在災(zāi)區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)展開全面搜救的好消息。08年5月12日四川大地震發(fā)生后，北京武警指揮中892.“北斗二號”（后更名為”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”）正在建設(shè)的的“北斗二號”全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是建立在“北斗一號”區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，但不是北斗一號的簡單延伸，更類似于GPS全球定位系統(tǒng)和伽利略。我國將在今年和明年兩年發(fā)射10顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星，預(yù)計在2015年建成由30多顆衛(wèi)星組成的，覆蓋全球的“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在精確度方面，“北斗二號”也可以精確到“厘米”之內(nèi)整個系統(tǒng)將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。242.“北斗二號”（后更名為”北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”）發(fā)射時間火箭衛(wèi)星編號衛(wèi)星類型2000年10月31日

北斗-1A北斗1號2000年12月21日

北斗-1B2003年5月25日

北斗-1C2007年2月3日

北斗-1D2007年4月14日04時11分長征三號甲第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（M1）北斗2號2009年4月15日長征三號丙第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G2）2010年1月17日第三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G1）2010年6月2日第四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G3）2010年8月1日05時30分長征三號甲第五顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I1）2010年11月1日00時26分長征三號丙第六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（G4）2010年12月18日04時20分長征三號甲第七顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I2）2011年4月10日04時47分第八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I3）2011年7月27日05時44分第九顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I4）2011年12月2日05時07分第十顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星（I5）2012年2月25日0時12分長征三號丙第十一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星2012年4月30日4時50分長征三號乙第十二、第十三顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星（“一箭雙星”）2012年9月19日3時10分長征三號乙第十四、十五顆北斗導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)衛(wèi)星“一箭雙星

）2012年10月25日23時33分長征三號丙第十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

2016年2月1日15時29分長征三號丙第五顆新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

2016年6月12日23時30分長征三號丙第二十三顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

發(fā)射時間火箭衛(wèi)星編號衛(wèi)星類型2000年10月31日北斗-1中國北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖中國北斗二號空間結(jié)構(gòu)圖中國北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖中國北斗二號空間結(jié)構(gòu)圖用于車輛自定位、跟蹤調(diào)度、線路規(guī)劃；用于鐵路運(yùn)輸管理；用于船隊最佳航程和安全航線的測定、航向的實時調(diào)度、監(jiān)測；用于空中交通管理、精密進(jìn)場著陸、航路導(dǎo)航和監(jiān)視；用于信息查詢和緊急救援；用于軍事物流。

五、導(dǎo)航定位系統(tǒng)在物流管理中的應(yīng)用用于車輛自定位、跟蹤調(diào)度、線路規(guī)劃；五、導(dǎo)航定位系統(tǒng)在物流管GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動臺、基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)?；咀酉到y(tǒng)（簡稱基站BS）由基站收發(fā)臺（BTS）和基站控制器（BSC）組成；網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由移動交換中心（MSC）和操作維護(hù)中心（OMC）以及原地位置寄存器（HLR）、訪問位置寄存器（VLR）、鑒權(quán)中心（AUC）和設(shè)備標(biāo)志寄存器（EIR）等組成。第二節(jié)全球移動通信系統(tǒng)定位

GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的主要組成部分可分為移動1.GSM定位原理（1）基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)起源蜂窩小區(qū)COO(CellOfOrigin)定位技術(shù)根據(jù)移動臺所處的小區(qū)標(biāo)識號ID來確定用戶的位置。移動臺在當(dāng)前小區(qū)注冊后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中就會有相對應(yīng)的小區(qū)ID號。只要系統(tǒng)能夠把該小區(qū)基站設(shè)置的中心位置（在當(dāng)?shù)氐貓D中的位置）和小區(qū)的覆蓋半徑廣播給小區(qū)范圍內(nèi)的所有移動臺，這些移動臺就能知道自己處在什么地方，查詢數(shù)據(jù)庫即可獲取位置信息1.GSM定位原理（1）基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)該小區(qū)基站設(shè)置抵達(dá)時間TOA(TimeOfArrival)定位技術(shù)它是基于測量信號從移動臺發(fā)送出去并到達(dá)消息測量單元（3個或更多基站）的時間來定位。移動臺位于以基站為圓心、移動臺到基站的電波傳播距離為半徑的圓上。通過多個基站進(jìn)行計算，移動臺的二維位置坐標(biāo)可由3個圓的交點確定。

OrArBrC基站A基站B基站C抵達(dá)時間TOA(TimeOfArrival)定位技術(shù)角度到達(dá)AOA(ArrivalOfAngle)定位技術(shù)該技術(shù)根據(jù)信號到達(dá)的角度，確定移動臺相對于基站的角度關(guān)系，只要測量一個移動臺距兩個基站的信號到達(dá)角度，就可以確定出移動臺的位置基站1θθ基站2移動臺位置角度到達(dá)AOA(ArrivalOfAngle)定位技抵達(dá)時間差異TDOA(TimeDifferenceOfArrival)定位技術(shù)該定位技術(shù)是通過檢測信號到達(dá)兩個基站的時間差，而不是到達(dá)的絕對時間來確定移動臺位置的，降低了對時間的同步要求。移動臺定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上。確定移動臺的二維位置坐標(biāo)需要建立兩個以上雙曲線方程，兩條雙曲線的交點即為移動臺的二維位置坐標(biāo)?；?基站2估計位置基站3抵達(dá)時間差異TDOA(TimeDifferenceO（2）基于移動終端的定位技術(shù)增強(qiáng)型觀察時間差E－OTD、A-GPS（AssistantGPS）（3）混合定位技術(shù)混合定位技術(shù)即利用移動終端定位功能與網(wǎng)絡(luò)定位功能的結(jié)合。（4）定位方式的選擇（2）基于移動終端的定位技術(shù)二、GSM定位在物流管理中的應(yīng)用（1）車輛實時監(jiān)控調(diào)度（2）實時貨運(yùn)派單（3）貨運(yùn)定單跟蹤（4）運(yùn)輸線路優(yōu)化（5）車輛反劫防盜，遠(yuǎn)程遙控（6）物流信息服務(wù)及貨運(yùn)車輛(人員)管理二、GSM定位在物流管理中的應(yīng)用（1）車輛實時監(jiān)控調(diào)度第三節(jié)地理信息系統(tǒng)是一種基于計算機(jī)的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。

其基本功能是將表格型數(shù)據(jù)（無論是來自數(shù)據(jù)庫、電子表格文件或直接在程序中輸入）轉(zhuǎn)換為地理圖形顯示，然后對顯示結(jié)果瀏覽、操作和分析。顯示范圍可以從洲際地圖到非常詳細(xì)的街區(qū)地圖，顯示對象包括人口、銷售情況、運(yùn)輸線路以及其他內(nèi)容。第三節(jié)地理信息系統(tǒng)是一種基于計算機(jī)的工一、GIS的構(gòu)成

一、GIS的構(gòu)成二、GIS的功能二、GIS的功能三、空間數(shù)據(jù)的獲取地圖遙感影像數(shù)據(jù)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)實測數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)文本、報告和立法文件1．GIS數(shù)據(jù)的來源2．GIS數(shù)據(jù)的采集屬性數(shù)據(jù)的采集幾何數(shù)據(jù)的采集三、空間數(shù)據(jù)的獲取地圖1．GIS數(shù)據(jù)的來源2．GIS數(shù)據(jù)的采四、空間數(shù)據(jù)管理（一）空間數(shù)據(jù)的分類在地理信息系統(tǒng)中，按照空間數(shù)據(jù)的特征，可將其分為三種類型：空間特征數(shù)據(jù)（定位數(shù)據(jù)）、專題特征數(shù)據(jù)（非定位數(shù)據(jù)）和時間屬性數(shù)據(jù)（尺度數(shù)據(jù)）。1.空間特征數(shù)據(jù)2.專題特征數(shù)據(jù)3.時間屬性數(shù)據(jù)四、空間數(shù)據(jù)管理（一）空間數(shù)據(jù)的分類（二）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼

1.柵格結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)的圖形表示：柵格結(jié)構(gòu)是以規(guī)則的像元陣列來表示空間地物或現(xiàn)象的分布的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其陣列中的每個數(shù)據(jù)表示地物或現(xiàn)象的屬性特征。

柵格數(shù)據(jù)的圖形表示

2

2

1

2

2

3

3

2

3

3

3

2

3

3

3

2

3

3

3

2

柵格化

1

2

3

（二）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼柵格數(shù)據(jù)的圖形表示22.柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼（1）直接?xùn)鸥窬幋a這是最簡單直觀而又非常重要的一種柵格結(jié)構(gòu)編碼方法，通常稱這種編碼的圖像文件為網(wǎng)格文件或柵格文件。柵格結(jié)構(gòu)不論采用何種壓縮編碼方法，其邏輯原型都是直接編碼網(wǎng)格文件。直接編碼就是格柵格數(shù)據(jù)看作一個數(shù)據(jù)矩陣，逐行（或逐列）逐個記錄代碼，可以每行都從左到右逐個像元記錄，也可以奇數(shù)行從左到右而偶數(shù)行從右到左記錄，為了特定目的還可采用其他特殊的顧序。2.柵格數(shù)據(jù)壓縮編碼（2）鏈?zhǔn)骄幋a基本方向可定義為：東＝0，東南＝1，南＝2，西南＝3，西＝4，西北＝5，北＝6，東北＝7等8個基本方向（2）鏈?zhǔn)骄幋a如果對于圖10-16所示的線狀地物確定其起始點為像元（1，5）。則其鏈?zhǔn)骄幋a為：1，5，3，2，2，3，3，2，3。對于圖10-16所示的面狀地物，假設(shè)其原起始點定為像元（5，8）。則該多邊形邊界按順時針方向的鏈?zhǔn)骄幋a為：5，8，3，2，4，4，6，6，7，6，0，2，1。如果對于圖10-16所示的線狀地物確定其起始點為像元（1，（3）游程長度編碼游程長度編碼是柵格數(shù)據(jù)壓縮的重要編碼方法，它的基本思路是：對于一幅柵格圖像，常常有行（或列）方向上相鄰的若干點具有相同的屬性代碼，因而可采取某種方法壓縮那些重復(fù)的記錄內(nèi)容。其編碼方案是，有相同屬性值的鄰近像元被合并在一起稱為一個游程，游程用一對數(shù)字表達(dá)；每個游程對中的第一個值表示游程長度，第二個值表示游程屬性值（類別）；每一個新行都以一個新的游程開始。（3）游程長度編碼例如對圖10-17所示的柵格數(shù)據(jù)，可沿行方向進(jìn)行如下游程長度編碼：(0,1),(4,2),(7,5),(4,5),(7,3),(4,4),(8,2),(7,2),(0,2),(4,1),(8,3),(7,2),(0,2),(8,4),(7,1),(8,1),(0,3),(8,5),(0,4),(8,4),(0,5),(8,3)。例如對圖10-17所示的柵格數(shù)據(jù)，可沿行方向進(jìn)（4）塊狀編碼（BlockCodes）塊碼是游程長度編碼擴(kuò)展到二維的情況，采用方形區(qū)域作為記錄單元，每個記錄單元包括相鄰的若干柵格，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由初始位置（行、列號）和半徑，再加上記錄單元的代碼組成。根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和2個9單位的正方形就能完整表示，如圖8-18所示，具體編碼如下：（4）塊狀編碼（BlockCodes）根據(jù)塊狀編碼的原則，對圖10-17所示圖像可以用22個單位正方形，6個4單位的正方形和2個9單位的正方形就能完整表示，如圖10-18所示，具體編碼如下：(1,1,1,0),(1,2,2,4),(1,4,1,7),(1,5,1,7),(1,6,2,7),(1,8,1,7),(2,1,1,4),(2,4,1,4),(2,5,1,4),(2,8,1,7),(3,1,1,4),(3,2,1,4),(3,3,1,4),(3,4,1,4),(3,5,2,8),(3,7,2,7),(4,1,2,0),(4,3,1,4),(4,4,1,8),(5,3,1,8),(5,4,2,8),(5,6,1,8),(5,7,1,7),(5,8,1,8),(6,1,3,0),(6,6,3,8),(7,4,1,0),(7,5,1,8),(8,4,1,0),(8,5,1,0)。根據(jù)塊狀編碼的原則，