全球定位系統及其應用2

全球定位系統及其應用[教學目標]一、知識與技能了解GPS的基本原理；能舉例說明GPS在定位導航中的應用。二、過程與方法以GPS在日常生活的應用為例，培養(yǎng)學生嘗試從學習和生活中發(fā)現地理問題的意識，并通過列表比較的方法，培養(yǎng)和提高學生的分析、歸納和概括能力。三、情感態(tài)度與價值觀以新技術在地理學的應用為例，激發(fā)學生探究地理問題的興趣和動機，了解地理信息技術在現代社會生產和生活中的應用，培養(yǎng)合作精神，提高科學素養(yǎng)。[教學重點]全球定位系統（GPS）在定位導航中的應用（舉例說明）。[教學難點]全球定位系統GPS的基本原理。[教學媒體與教具]多媒體[課時安排]2課時[講授過程]第一課時新課導入：地理信息技術是現代地理科學研究的主要技術手段之一，包括：GPS、RS、GIS，三者的結合即為數字地球。板書三節(jié)全球定位系統及其應用問題思索：你對GPS了解多少？GPS定位原理是什么呢？板書：一、全球定位系統概述講述：美國從本世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統。并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略重要組成。目前的全球覆蓋率為98%，它能夠實時測量“四度”：經度、緯度、高度、速度。分組討論：GPS由哪幾部分組成的？各部分的功能是什么？學生發(fā)言，教師指導：（1）空間部分：使用24顆高度約2.02萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為11小時58分（顧及地球自轉，地球-衛(wèi)星的幾何關系每天提前4min重復一次），分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形。這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。（2）地面監(jiān)控部分包括四個監(jiān)控間、一個上行注入站和一個主控站。監(jiān)控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進行數據初步處理的計算機。監(jiān)控站的主要任務是取得衛(wèi)星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站設在范登堡空軍基地。主控站主要任務是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和時鐘改正值。上行注入站也設在范登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導航數據及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進行一次。（3）用戶設備：GPS接收機。歸納：GPS系統采用“時間同步、單程測距”的原理來實現定位。簡單地說就是用戶同時向已知其位置的3個導航衛(wèi)星分別進行距離測量，然后再以該衛(wèi)星為球心，以所測得的距離為半徑，在空間畫出3個球面，則該3個球面的相交點，就是用戶的所在位置了。投影：名詞鏈接：“時間同步”，是指衛(wèi)星上的時鐘與用戶設備內的時鐘是精確同步的（譬如說校準到兩者之間幾萬年才差1秒鐘）?！皢纬虦y距”，是指從導航衛(wèi)星上發(fā)出的無線電測距信號在傳播到用戶設備的這一單向行程中，就可以把它們之間的距離測量出來。通常應用三顆衛(wèi)星的數據就可以進行定位，但要保證對目標實時觀測（諸如提供目標運動數據等），則需要至少四顆衛(wèi)星的信號。第二課時新課導入：GPS具有全天候、高精度、自動測量、實時性等特點。目前GPS主要功能是定位和導航。導航是一個技術門類的總稱，它是引導飛機、船舶、以及個人安全、準確地沿著選定的路線，準時到達目的地的一種手段。導航的基本功能是回答三個問題：我現在在哪里？我要去哪里？如何去？板書：二、GPS應用分組討論：你了解哪些應用？或者根據其定位與導航功能你能想到有哪些應用？學生發(fā)言，教師指導】：1）軍事：GPS最初就是為軍事應用而建立的，主要用來給航行中的軍艦、飛機及導彈等設施提供定位和導航信息。后方司令部可通過全球定位系統，時刻掌握在前線的特種部隊的位置。隊員一旦面臨危險，立刻派出救援部隊，在空中待命的導彈輸入數據，就可對敵方進行精度達10m的轟炸。（2）測繪：GPS技術給測繪界帶來一場革命，測量精度高；操作簡便；儀器體積小、便于攜帶；全天候操作；信息自動接受、存儲，減少了繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。（3）交通：關鍵是導航。租車服務、物流配送等許多行業(yè)利用GPS技術，就可以對車輛進行跟蹤、調度管理，合理分配車輛，從而以最快速度響應用戶的乘車或配送請求，降低能源消耗，節(jié)省營運成本。（4）救援：關鍵是定位。利用GPS定位技術，可對消防人員、交通警察進行應急調遣，從而提高緊急事件處理部門對火災、犯罪現場、交通事故等緊急事件的響應效率。（5）農業(yè)：“精準農業(yè)耕作”和捕魚的應用。精準農業(yè)是在現代農業(yè)機械化條件下，由于衛(wèi)星遙感定位技術的發(fā)展而興起，是信息技術與地理學、農學、生態(tài)學、植物生理學和土壤學的有機結合，實現農業(yè)生產全過程的實時監(jiān)測，以實現對農作物生長發(fā)育、病蟲害、水肥以及相應環(huán)境變化動態(tài)分析，經過判斷和決策，實施田間作業(yè)的精細管理。精指數量的精細，準表示對空間位置的標定。精準農業(yè)系統是一個綜合性很強的復雜系統，是實現農業(yè)低耗、高效、優(yōu)質、安全的重要途徑。精準農業(yè)是把先進的技術與農業(yè)生產過程有機結合，形成一個具有多目標、多層次、開放循環(huán)、人機物相匹配的農業(yè)生態(tài)經濟系