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Gps的发展及其在公共事业中的应用解读
南京理工大学人文学院
课程考核论文
课程名称：
导航定位技术概论
论文题目：
GPS的发展及在公共事业中的应用
姓名：
徐云慧
学号：
1115450128
成绩：
任课教师评语：
签名：
年月日
Gps的发展及其在公共事业中的应用
[摘要]GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。
据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在中国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。
可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。
[关键词]全球定位系统军事民用导航系统发展前景
一、引言
GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称。
GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。
20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。
主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS即全球定位系统，是由距离地球2万多公里的24颗人造卫星，基本均匀地分布在6个轨道平面内组成的卫星网向地球不断发射定位信号，用户通过GPS接收设备（接收机）接收3颗或3颗以上的GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，从而实现对目标进行准确定位的高科技技术。
GPS监控调度系统指把先进的GPS全球卫星定位系统应用于车辆监控、调度和报警等方面构建的一套软硬件系统。
这个系统在客车、货车、公安、押运、危险品运输等车辆上安装一套具有GPS定位功能和通讯（通常为GSM短信、GPRS或CDMA1X三种模式）功能的车载GPS终端，通过车载的手机卡发送短信或网络（GPRS或CDMA）信号到GPS中心平台，GPS中心平台对接收到的信号进行存储处理并发送到GPS调度计算机，GPS调度计算机通过GPS调度软件或互联网连接GPS中心平台，查看车辆运行轨迹，车辆状态，油耗情况，报警等，并对车辆进行监控调度和管理。
GPS全球卫星定位系统应用行业包括：
1、GPS定位系统应用汽车租赁行业
2、物流运输车辆安装GPS定位系统
3、食品公司车辆安装GPS定位系统
4、长途客运公司车辆安装GPS定位
5、危险品运输车辆安装GPS定位系统
6、企业单位车辆安装GPS定位系统
7、学校车辆安装GPS定位系统
二、GPS的诞生
GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。
该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。
然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。
而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码（PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。
伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。
海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。
由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。
该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。
[1]
最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。
每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。
这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。
由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。
1988年又进行了最后一次修改：
21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。
这也是GPS卫星所使用的工作方式。
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。
它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。
二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。
三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。
民用的定位精度可达10米内。
三、GPS的发展历程
（一）方案论证和初步设计阶段。
从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km，倾角64度。
轨道高度20000km。
这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意。
（二）全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为“BLOCKI”的试验卫星，研制了各种用途的接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米。
（三）实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为“BLOCKII”和“BLOCKIIA”。
此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态。
1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
四、GPS的要功能
（一）导航
导航有两种意思，一种意思是引导飞行器或船舶沿一定航线从一点运动到另一点的方法。
而另一种意思则是由于互联网的兴起而兴起的网站导航，帮助上网者找到想要浏览的网页，想要查找的信息，基本上每个网站都有自己的网站导航系统为网页的浏览者提供导航服务，也有专业的导航网站提供专业导航服务。
（二）测量
量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。
测量是对非量化实物的量化过程。
（三）授时
“授时”是指利用无线电波发播标准时间信号的工作，国外常称为"timeservice"。
根据授时手段的不同分为短波授时、长波授时、卫星授时、互联网和电话授时等。
5、GPS特点
（一）全球全天候定位
GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。
（二）定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。
在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。
实时单点定位（用于导航）：
P码1~2m；C/A码5~10m。
静态相对定位：
50km之内误差为几mm+（1~2ppm*D）；50km以上可达0.1~0.01ppm。
实时伪距差分（RTD）：
精度达分米级。
实时相位差分（RTK）：
精度达1~2cm。
（三）观测时间短
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，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；采取实时动态定位模式时，每站观测仅需几秒钟。
因而使用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。
（四）测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。
这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%～50%），同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
（五）仪器操作简便
随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。
在观测中测量员只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。
结束测量时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。
如果在一个测站上需作长时间的连续观测，还可以通过数据通讯方式，将所采集的数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。
另外，接收机体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。
（六）可提供全球统一的三维地心坐标
GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。
GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。
（7）应用广泛
GPS的应用都是基于两个基本服务：
1.空间位置服务
GPS应用范围
①.定位：
如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生。
②.导航：
如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智能交通、汽车自主导航及导弹制导。
③测量：
主要用于测量时间、速度、及大地测绘，如水下地形测量、地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据，利用GPS定期记录车辆的位置和速度信息。
从而计算道路的拥堵情况。
2、时间服务
①系统同步：
如CDMA通信系统和电力系统
②授时：
准确时间的授入、准确频率的授入
实例：
在巡线车辆管理的运用，巡线车辆监控调度方案服务于需要通过车辆巡逻来监控线
①GPS导航仪
路状态的服务型企业或管理型部门。
方案将线路的规划和实际的巡线工作结合起来，以业务关键点为核心，通过GPS实时监控获得车辆的位置信息来考察车辆的巡线任务完成情况，通过各车辆距离事发关键点的距离和车辆当前的状态自动进行可调度车辆的选取。
最终结合车辆分析和周密的统计报表，行成可计划、可执行、可评价的巡线车辆监控调度方案。
该方案由行业中的成功实践者提出，并在2010广州亚运会对中国电信巡线车辆成功运用
②GPS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、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。
汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来
六、GPS前景
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。
随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。
据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在中国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。
可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。
七、GPS在公共事业中应用综述
随着经济以及科技的发展，GPS已渐渐被大众所接受。
许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。
我国的GPS应用发展势头迅猛，短短几年里，GPS在我国的应用已从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个民用领域。
下面就谈一谈GPS日常生活中的几种常见应用。
（一）防抢防盗
随着汽车电动车的普及，车辆盗窃丢失的案例也越来越多，而且往往丢失后，车辆都是迅速跨省销售出去，即使报了案，车辆能找回来的也不多。
如果能在每辆车出厂时，在内部固化一个GPS定位器，那么，即使这辆车丢了，车主也可以通过全球卫星定位，来查询自己的车辆，提供线索追回自己的车辆，挽回经济损失。
除了对车辆的定位追踪外，一些贵重物品，如保险柜、大型机械设备等，也可以安装定位器，来实现防盗功能。
（二）物流调度
近年来由于油价及过路费居高不下，物流行业调度成本居高不下。
以至生产厂家不得不采取不同的补贴策略来扶持偏远地区的价格，一些不良商家纷纷投机取巧，将下发给偏远地区的货物就近销售，导致本地市场混乱。
如果在这些物流车辆上安装GPS追踪设备，就可以有效地避免这种情况发生。
厂家可以针对每辆物流车辆制订线路，一旦车辆偏移线路就报警，有效地防止不按规则销售的情况发生。
除此以外，还可以随时调出过去几个月的车辆行驶轨迹，统计各地区的销售业绩情况，同时也可以通过一定的传感器防止车辆偷油，不正常行驶等违规行为。
一旦车辆遇险，也可以在第一时间在知道位置，提供救援及补救措施，把损失降到最低。
（三）警力布控
在一些发达国家，警员身上都装有GPS追踪设备，在收到群众报警时，可以在监控屏幕上第一时间找到最近的警员，方便安排警力。
在遇到严重情况时，后续支援力量也能快速定位事故点，第一时间赶往现场。
与此同时，也能有效杜绝少数警员不按时上班，不按指定路线巡逻，上班时间不在指定地点值勤的情况发生。
（四）公车管理
公车私用问题，历来让政府机构的管理者头疼，部门的司机甚至是少数在职公务人员，使用公车旅游或接送孩子上学等，影响政府在群众心中的公信力，往往被人诟病。
安装GPS追踪设备，则可以随时监督车辆的使用情况，可以有效防止公车私用的问题，提高政府管理水平，节省部门开支，在群众中树立良好形象。
（五）亲情监控
现在的孩子大多是独生子女，在家里都是宝，但很多家长本身工作繁忙，难以保证寸步不离。
通过在孩子身上安装定位器，家长可以随时拿出手机，看到孩子的位置，是不是在学校正常学习，既能保证孩子的安全，又能起到监控的作用，可以说一举两得。
除了孩子以外，家里有老人的，也可以为老人安装GPS监控，一些老年人喜欢出门走动，又容易走丢，实时通过手机查到位置，子女更加安心。
同时，也可以通过内置的加速度传感器，监控老人摔倒等情况的发生，第一时间提供救援。
另外，对于一些经常跑长途车的司机，或是的哥们，如果能安装上GPS追踪器，家里人实时能看到车辆在动，也能更加安心。
（六）公交查询
随着“绿色出行”口号的提出，越来越多的人选择公共交通作为出行手段，然而，公交车时间不稳定，常常是在公交站牌等上半小时，也等不到需要的车辆。
如果能提前预知公交车抵达时间，则可以合理安排时间，有计划的等车。
只要公交部门将所有车辆安装GPS追踪器，并提供统一的接口供大家查询，用户只要使用手机，就能够随时知道下一辆车当前在哪里，大约多久能到达本站点，从而有计划地出行。
对于公交公司来说，
可以对每辆车的运营情况了如指掌，随时精确统计车辆的发车时间，到站时间，抵达终点时间，有没有超速等情况。
通过现有的技术，完全可以实现智能化的电子站牌，方便大众出行，提升城市形象。
（七）拼车等人
现在拼车越来越流行，5座的车辆通过拼车可以发挥最大潜力，降低使用成本，同时也能缓解交通压力，然而时间安排却是无法预计，为了不错过车子，往往要提前半小时到路口等车。
现在，如果安装了GPS追踪器，就不用这么麻烦了，拼车人可以根据车辆的位置准确地前往指定地点等车。
（八）路况分享
随着车辆的日益增多，城市交通情况每况愈下，交通事故随时可能发生，各条路段路况时时在变化。
出行前，如果能观查一下该路段车辆的平均速度，可以大致了解该处交通顺畅情况，从而合理地安排路线。
更方便地，后台通过分析所有车辆的速度情况，为路段提供实时路况指示，用户使用手机即可获得综合了路况的最佳线路。
总之，随着科技人性化时代的到来，GPS系统正逐渐显示出其强大的生命力和广阔的应用前景，市场潜力巨大。
相信在不久的将来，它将成为人们工作、生活、娱乐、旅游探险不可缺少的必备工具，引领时尚前沿消费市场。
参考文献：
[1] 徐绍铨，张华海.等．GPS测量原理及应用．武汉测绘大学出版社．2008.7。
[2]刘经南．GPS卫星定位技术进展[J]．全球定位系统．2000.
（2）:
1-4。
[3]袁建平,罗建军,越小奎,方群.卫星导航原理与应用 [M].北京：
中国宇航出版社，2003。
[4]黄庚年、武法正、李巧云、刘瑞破.通信系统原理北京邮电学院出版社，1991年。
[5]周忠谟、易杰军，GPS卫星测量原理与应用 [M]. 北京，测绘出版社,1992。
[6]李天文.GPS原理及应用 [M]. 北京：
科学出版社，2003。
[7]刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法 [M]. 北京：
科学出版社，2003。
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