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    [3S 4D 地图知识]  
全球定位系统(Global Positioning System)

  常用的GPS接收器

  1.汽车导航仪
  计算机和通信的发展使人们的生活更加快捷、轻松,汽车导航和移动办公已风靡全球,并逐渐成为现代社会中不可缺少的部分。在日本、美国等国家,为了方便用户,很多汽车制造商在车辆出厂时就装配了导航和移动办公设备。在我国,类似产品的研制工作刚刚起步。
  汽车导航仪是集计算机、通信导航、地图信息为一体的高科技产品,通常它都具备笔记本PC的基本功能,可以方便地驳接网络、发送传真和数据通信;并且内置GPS接收器,提供GPS天线接口,装载定位导航软件,利用接收到的GPS卫星信号为车辆提供全天候、全时域位置信息,并可以在屏幕上显示当时车辆运行情况。用户可以预先自定义行进路线、路旁标记和航路点,保存预先设定的路线或已走过的路线,以便再次查询。通过查询电子地图,用户能了解某地区的地理环境和交通状况,增加对未来旅途的预测,当发现了一些原地图中没有的道路,可以通过“记录新路”来更新地图。
  2.GPS手持机
  GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的,体积小巧、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。好的手持机必备的条件是:灵敏度高,存贮量大,外部接口齐全。
  GPS手持机按用途可分为陆用型、空用型、海用型。图2是一款陆用型GPS手持机。陆用型一般没有内置地图,主要利用航路点记录,选择相应航路点可自动生成路线。内置天线使得机型小巧,它是应用最广的GPS设备;空用型提供全球空域图和地域图,灵敏度极高,适用于在高速行进的飞机中定位;海用型内置全球海图,超大屏幕,提供可固定在船体上的配套支架和天线。

GPS接收器的知识

  1.坐标
  描述你的位置的一组数值,一般有纬度(北或南)和经度(东或西)。UTM坐标系以米为单位测量你离赤道(北或南)和本初子午线(东或西)的距离。另外一个坐标系MGPS (Military Grid Reference By Stem)也基于UTM,但是把UTM坐标分隔得更细了,它只用在军用的GPS接收器上。
  2.2维和3维坐标
  你的平面位置,例如经度和纬度,称做2维坐标,至少需要3颗GPS卫星的数据来定位2维坐标。如果因为树木、山峰或建筑物挡住了卫星,你可能只能得到2维坐标。 纬度、经度和速度称为3维坐标,确定它需要至少4颗卫星。几乎所有GPS接收器都以提供3维坐标做为标准。
    3.路旁标记和航路点
  你可以把一个位置存储为一个路旁标记(landmark)或航路点(waypoint)。它可以是你途中定位的一个位置,也可能是你输入的一个坐标或其他位置,例如目的地。GPS设备会给它一个名称,例如LMKOZ,你也可以用一个容易记住的名称重新命名。 
  4.位置 
  当你的接收器根据GPS卫星的信息标出了你的坐标后,它会确定你的位置。许多GPS设备允许你选择标记或存储你的现在位置做为路旁标记或航路点。一些甚至允许你为位置命名或添加一个图标。 
  5.路线 
  路线包括开始位置和目的地,同时也有途径的地点。一条路线上的两点之间称为航段。一条路线可由一个或若干个航段组成。如果你徒步旅行,你可以输入一条路线,其中包括方向、计划休息的地点或宿营地,还有你的目的地。有一些GPS 设备允许你反向跟踪路线或设置逆向路线。 
  路线主要有两种用途: 
  1)如果你去探险或旅行,你可以从高速路地图或一些地图软件中获取地点的坐标。这在以后的旅行中很有用。一些 GPS接收器允许在计算机上设计你的旅线,然后把它载入你的GPS接收器; 
  2)如果你拿着GPS接收器旅行时记录下你走过的地点,回家后可以复制或者下载你的路线并且找出最有价值的景点的位置,或者最适合钓鱼的地点,或者你看见一只珍稀小鸟的地点,或者你在恶劣天气藏身的岩洞位置。如果有队员受伤了,救援队就可以根据确切的坐标找到伤员所在的地方。搜索救援人员可以下载完整的路线来知道探险队所在的位置。 
    6.高度 
  如果有足够的GPS卫星可见,一些GPS设备可提供高度信息(海拔)。由于GPS系统本身的特点,高度不如平面坐标那么精确。 
    7.航向
这是反映沿水平方向GPS接收器移动的方向,并不需要你把GPS接收器确切地指向这个方向。在你移动时可以看到这个值,航向的值是按0~359度顺时针方向分布的,和指南针的值相对应。 
    8.方位角 
  如果你选定了一个路旁标志或航路点,想知道从你现在所处位置到它的方向,你就需要知道方位角的值。它是从北方向算起沿顺时针分布的值。如果到你的目的地的方位角是270度,而你的移动方向是240度,你的航线就和目的地有30 度的偏差。如果你是在坐火车,这可能没关系,但如果这个偏差值很大,你需要查看一下地图,说不定你的路线错了。 
    9.操作要点 
  大部分GPS接收器是很容易安装和使用的,用户手册可帮你快速学会怎样装电池、确定初始位置或输入一个位置等。 
  当你在一个新的地点首次开启GPS接收器时,如果输入一个估计的大概位置(例如邻近的大城市的坐标)将有助于你的设备快速得出卫星所在位置,从而快速定位。如果设备是冷启动的,或者你不在你最后一次存贮位置的附近,一般可能需要15分钟定位;但是,如果你给它一点提示,或者你在上一次存贮位置的附近,一般需要3~5分种定位。 
  向GPS接收器中输入数据的方式因设备而异,有些是用菜单结合上、下箭头选择的,有些设备则像使用电话机的键盘一样简单。 
    10.常见功能 
  大多数GPS设备的面板上都有一些按钮,引导你到不同的操作选项。也许它们的名称不太一样,但功能都是类似的。它们可能是让你浏览一个导航画面、查看可用的卫星信号,检查位置目录、清单或者到选定目标的方向。最主要的功能就是显示你的位置,包括当前坐标、海拔和时间,如果选定了目的地或路线,它还指示通往目的地的方向。其他常用的功能有导航、菜单、卫星状态、路旁标志或航路点清单/路线清单、设置选项、距离、偏航、上次定位地点、日出/日落时间等。 结合地图使用 不同的地图使用不同的坐标系,美国地理最常用的两种地图是: 1. LAT/LONG矢量地图:包括经度、纬度、分和秒; 2. UTM栅格地图,以米为单位。 LAT/LONG是我们最熟悉的形式,地球从赤道到极点的位置被等分为0~90度的北纬或南纬(地球仪上的平行线),而地球从东向西等分为从0~360度的经度(地球仪上的弧线),通过英国格林威治的线,称为本初子午线。用这种坐标人工计算出两点之间的距离是很难的,因为我们生存的地球是椭圆的。 
  UTM坐标是那些需要精确距离信息的地图使用者的首选。这个坐标系选择一条子午线,标明你在它东面或西面多少米,还有你在赤道南面或北面多少米。 
  大部分GPS设备在设置时允许你选择LAT/LONG或UTM或其他坐标系作为你的坐标系,当你有了你所在位置的坐标,你可以在地图上查找,从而得知你所在位置的确切地址。当你在地图上找到了目的地时,你可以输入它们的坐标到你的GPS接收器中以形成一条路线。可以利用透明的塑料尺子在TOPO地图或UTM地图上测量,这样更容易估计一个位置的坐标,一些GPS设备有这样的功能:你可以测量一个位置到地图右下角的距离,然后用地图名和刻度为这个位置命名。

GPS接收器的性能指标

  (1)卫星轨迹
  这里有24颗GPS卫星沿六条轨道绕地球运行(每四颗一组),一般不会有超过12个卫星在地球的同一边,大多数GPS接收器可以追踪8~12颗卫星。计算LAT/LONG(2维)坐标至少需要3颗卫星。再加一颗就可以计算3维坐标。对于一个给定的位置,GPS接收器知道在此时哪些卫星在附近,因为它不停地接收从卫星发来的更新信号。 
  (2)并行通道 
  一些消费类GPS设备有2~5条并行通道接收卫星信号。因为最多可能有12颗卫星是可见的(平均值是8),这意味着GPS接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息。 
    市面上的GPS接收器大多数是12并行通道型的,这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息,12通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息,而且在森林地区可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天线,除非你是在封闭的空间中,如船舱、车厢中。 
  (3)定位时间 
  这是指你重启动你的GPS接收器时,它确定现在位置所需的时间。对于12通道接收器,如果你在最后一次定位位置的附近,冷启动时的定位时间一般为3~5分钟,热启动时为15~30秒,而对于2通道接收器,冷启动时大多超过15 分钟,热启动时为2~5分钟。 
    (4)定位精度 
  大多数GPS接收器的水平位置定位精度在20m~30m左右,但这只是在SA没有开启的情况下,有些GPS接收器声称它们可以达到这个精度,但是往往有一个小小的标签附在后面:“在SA关闭时”。 
    你可能会发现,大多数GPS生产商不怎么提及“高度”的精度,因为这是GPS设备中精度最没有保证的方面。据我所知,几乎所有的GPS设备(除非那些专为航海定制的在海拔为0m的海平面上使用的设备)在4颗卫星可见的情况下,可以定位高度,但是偏差可能达到3倍。30m的精度意味着什么?这意味着,当SA关闭时,从统计的角度讲,你的平面定位的位置距离你的实际位置在30m之内的概率是95%。GPS接收器工作时是依靠卫星信号到达GPS接收器的时间来定位的(时间X光速=距离)。对于高度读数,这意味着精度在45~100m之间的概率是95%。 
  如果政府开启了SA(为了安全原因,而且几乎是所有时间都开启着),水平精度在100m之内的概率是95%,高度在300m之内的概率是95%,这可能比你期望值高很多,但不影响你找到想去的街道或那条河流。 
    (5)DGPS功能 
  为了将SA和大气层折射带来的影响降为最低,有一种叫做DGPS发送机的设备。它是一个固定的GPS接收器(在一个勘探现场100km~200km的半径内设置)接收卫星的信号,它确切地知道理论上卫星信号传送到的精确时间是多少,然后将它与实际传送时间相比较,然后计算出“差”,这十分接近于SA和大气层折射的影响,它将这个差值发送出去,其他GPS接收器就可以利用它得到一个更精确的位置读数(5m~10m或者更少的误差)。 
  许多GPS设备提供商在一些地区设置了DGPS发送机,供它的客户免费使用,只要客户所购买的GPS接收器有DGPS功能。 
    (6)信号干扰 
  要给予你一个很好的定位,GPS接收器需要至少3~5颗卫星是可见的。如果你在峡谷中或者两边高楼林立的街道上,或者在茂密的丛林里,你可能不能与足够的卫星联系,从而无法定位或者只能得到二维坐标。同样,如果你在一个建筑里面,你可能无法更新你的位置,一些GPS接收器有单独的天线可以贴在挡风玻璃上,或者一个外置天线可以放在车顶上,这有助于你的接收器得到更多的卫星信号。 
    (7)物理指标 
  选购GPS设备时,大小、重量、显示画面、防水、防震、防尘性能、耐高温、耗电等物理指标都要考虑在内。

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