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全球定位系统（专业术语）

次浏览 | 更新时间：2023-05-31

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全球定位系统

本词条是多义词，共2个义项

专业术语

全球定位系统是专业术语，GPS是英文Global Positioning System（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，并用于情报搜集、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卫星星座已布设完成。

基本信息

中文名	全球定位系统
外文名	GlobalPositioning System
别名	GPS
特点	全天候、实时性
功能	测时和测距
简称	GPS

收起

内容简介

全球定位系统

全球卫星定位系统(Globle Positioning System)是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统(简称GPS)是美国从上世纪70年代开始研制，历时20余年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过近十年我国测绘等部门的使用表明，全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益和社会效益。

现有的卫星导航定位系统有美国的全球卫星定位系统(GPS)和俄罗斯的全球卫星定位系统(Globle Naviga2tion Satellite System)，简称GLONASS，以及中国北斗星，欧洲伽利略。

美国的GPS系统

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分—GPS星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。

1.空间部分

GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°。此外，还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码，一组称为C/A码(Coarse/Acquisition Code11023MHz)；一组称为P码(Procise Code 10123MHz)，P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/A码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。

2.地面控制部分

地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可以用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

3.用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

俄罗斯GLONASS系统

俄罗斯GLONASS系统系统也由卫星星座、地面支持系统和用户设备三部分组成。

1.GLONASS星座

GLONASS星座由24颗工作星和3颗备份星组成，所以GLONASS星座共由24颗卫星组成。24颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度1.91万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8度。

2.地面支持系统

地面支持系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。地面支持系统的功能由前苏联境内的许多场地来完成。随着苏联的解体，GLONASS系统由俄罗斯航天局管理，地面支持段已经减少到只有俄罗斯境内的场地了，系统控制中心和中央同步处理器位于莫斯科，遥测遥控站位于圣彼得堡、捷尔诺波尔、埃尼谢斯克和共青城。

3.用户设备

GLONASS用户设备(即接收机)能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。接收机处理器对上述数据进行处理并计算出用户所在的位置、速度和时间信息。GLONASS系统提供军用和民用两种服务。GLONASS系统绝对定位精度水平方向为16米，垂直方向为25米。目前，GLONASS系统的主要用途是导航定位，当然与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的定位、导航和时频领域等。

中国北斗星

北斗星导航定位系统(简称北斗系统)由空间星座、地面控制中心系统和用户终端三部分构成。

1、空间星座

建设中的中国北斗导航系统(COMPASS)空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。距离地面36000km，分别位于东经80和140的赤道上空，执行地面控制中心与用户终端的双向无线电信号的中继任务。另外还有一颗备份卫星定位于东经115.5的赤道上空。卫星重980kg，寿命不少于8年。

2、地面控制中心系统

北斗系统地面控制中心包括主控、测轨站、测高站、校正站和计算中心，主要用来测量和收集校正导航定位参数，完成测轨和调整卫星的运行轨道，姿态，编制星历，形成用户定位修正数据和对用户进行定位，即负责无线电信号的发送接收及对整个工作系统的监控管理。

3、用户设备

根据北斗用户机和应用环境和功能的不同，通常北斗用户机有五种类型：

普通型。该型用户机只能进行定位和点对点的通信，适合于一般车辆、船舶及便携等用户的定位导航应用，可接收和发送定位及通信信息，与中心站及其它用户终端双向通信。

通信型。适合于野外作业，水文测量、环境检测等各类数据采集和数据传输用户，可接收和发送短信息、报文，与中心站和其它用户终端进行双向或单向通信。

授时型。适合于授时、校时、时间同步等用户，可提供数十纳秒级的时间同步精度。

指挥型。指挥型用户机是供拥有一定数量用户的上级集团管理部门所使用，除具有普通用户机所有功能外，还能够播发通播信息和接收中心控制系统发给所属用户的定位通信信息。指挥型用户机又可分为一、二、三级。其中一级指挥型用户机，所辖用户为普通型用户机；二级指挥用户机，所辖用户为一级指挥机用户；三级指挥型用户机，所辖用户为二级指挥机用户。

多模型用户机。此种用户机既能接收北斗卫星定位和通信信息，又可利用GPS系统或GPS增强系统导航定位，适合于对位置信息要求比较高的用户。

欧洲伽利略

1、星座系统

“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。“伽利略”卫星导航定位系统的建立将于2007年底之前完成，2008年投入使用，总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

2、地面控制系统

包括全球地面控制段、全球地面任务段、全球域网、导航管理中心、地面支持设施、地面管理机构

3、用户系统

用户端主要就是用户接收机及其等同产品，伽利略系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成复合型卫星导航系统，因此用户接收机将是多用途、兼容性接收机。

发展历程

自1978年以来已经有超过50颗GPS和NAVSTAR卫星进入轨道。

前身

GPS

GPS系统的前身为美军研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit），1958年研制，64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-{A|zh-cn：信息；zh-tw：资讯}-，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系统的研制埋下了铺垫。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系统精确定位的基础。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系统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。

计划

最初的GPS计划在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的可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备份星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。

计划实施

GPS计划的实施共分三个阶段：

第一阶段为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。

第二阶段为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BLOCK I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。

第三阶段为实用组网阶段。

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BLOCK II和BLOCK IIA。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。

GPS卫星

在测试架上的GPS卫星GPS卫星是由洛克菲尔国际公司空间部研制的，卫星重774kg，使用寿命为7年。卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为1.5m。卫星两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板(BLOCK I)，全长5.33m接受日光面积为7.2m2。对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组15Ah镉镍电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。在星体底部装有12个单元的多波束定向天线，能发射张角大约为30度的两个L波段（19cm和24cm波）的信号。在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。

由GPS系统的工作原理可知，星载时钟的精确度越高，其定位精度也越高。早期试验型卫星采用由霍普金斯大学研制的石英振荡器，相对频率稳定度为10−11/天。误差为14米。1974年以后，gps卫星采用铷原子钟，相对频率稳定度达到10−12/天，误差8m。1977年，BOKCK II型采用了马斯频率和时间系统公司研制的铯原子钟后相对稳定频率达到10−13/天，误差则降为2.9m。1981年，休斯公司研制的相对稳定频率为10−14/天的氢原子钟使BLOCK IIR型卫星误差仅为1m。

GPS系统原理

当苏联发射了第一颗人造卫星后，美国约翰·霍布斯金大学应用物理实验室的研究人员提出既然可以已知观测站的位置知道卫星位置，那么如果已知卫星位置，应该也能测量出接收者的所在位置。这是导航卫星的基本设想。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中-{A|zh-cn：解调制；zh-tw：解调变}-出来，以50b/s-{A|zh-cn：调制；zh-tw：调变}-在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84-{A|zh-cn：大地坐标系；zh-tw：大地坐标系}-中的位置速度等信息便可得知。可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维-{A|zh-cn：坐标；zh-tw：坐标}-x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

差分技术

为了使民用的精确度提升，科学界发展另一种技术，称为差分全球定位系统(Differential GPS)，简称DGPS。亦即利用附近的已知参考坐标点(由其它测量方法所得)，来修正GPS的误差。再把这个即时(real time)误差值加入本身坐标运算的考虑，便可获得更精确的值。

GPS有2D导航和3D导航分，在卫星信号不够时无法提供3D导航服务，而且海拔高度精度明显不够，有时达到10倍误差。但是在经纬度方面经改进误差很小。卫星定位仪在高楼林立的地区扑捉卫星信号要花较长时间。

GPS的功能

GPS的增强系统

精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中

工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备进行工程测量

勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到

导航：

武器导航：精确制导导弹、巡航导弹

车辆导航：车辆调度、监控系统

船舶导航：远洋导航、港口/内河引水

飞机导航：航线导航、进场着陆控制

星际导航：卫星轨道定位

个人导航：个人旅游及野外探险

定位：

车辆防盗系统

手机，PDA，PPC等通信移动设备防盗，电子地图，定位系统

儿童及特殊人群的防走失系统

农业勘测

增强系统

有许多对GPS的增强可以使GPS满足用户在定位、导航和定时（PNT）方面的特殊要求。增强是一个提高定位、导航和定时的精确性、完整性、可靠性和可用性的系统，这个增强部分是GPS本身原来并不具有的。它包括、但不仅限于如下的各项：

◆全国范围差分GPS系统（NDGPS）：NDGPS是由联邦铁路管理局、美国海岸警卫队和联邦公路管理局经营和维护的地面增强系统，它为地面和水面的用户提供更精确和完全的GPS。现代化的工作包括正在开发的高精度NDGPS系统（HA－NDGPS），用来加强性能使整个覆盖范围内的精确度达到10至15厘米。NDGPS是按照国际标准建造，世界上五十多个国家已经采用了类似的标准。

◆广域增强系统（WAAS）：WAAS是由美国联邦航空管理局（FAA）经营的一个以卫星为基地的增强系统，它为飞行器航行的各阶段提供导航。今天，这种功能已经被广泛地运用到其他领域，因为这种类似GPS的信号可以由简单的接收机处理，并不需要额外的设备。使用国际民航组织（ICAO）的标准，FAA继续与其他国家合作来为任何区域的所有用户提供完善的服务。其他ICAO标准的空间增强系统包括：欧洲的欧洲对地静止卫星导航重叠系统（EGNOS），印度的GPS和地球导航增强系统（GAGAN），以及日本的多功能传送卫星（MTSAT）卫星增强系统（MSAS）。所有这些国际的应用都是以GPS为基础的。FAA将改善WAAS以利用未来的GPS生命安全信号和提供更好的服务，并且还要在全球推广实行这些新的功能。

◆持续运行参照站（CORS）：美国CORS网络是由国家海洋大气管理局管理，它负责保存和分发GPS数据，主要通过后期处理为精确定位和大气模型的应用服务。CORS正在被现代化更新以支持实时的用户。

◆全球差分GPS（GDGPS）：GDGPS是由喷气推进实验室（JPL）开发的高精度GPS增强系统，用来支持美国宇航局（NASA）科学任务所要求的实时定位、定时和轨道确定需要。NASA今后的计划包括利用跟踪和数据转播系统（TDRSS）通过卫星发布一个实时差分改正信息。这个系统被称作TDRSS增强服务卫星（TASS）。

◆国际GNSS服务（IGS）：IGS是由来自80个国家的200个组织提供的350个GPS监控站所组成的一个网络。它的使命是按照全球导航卫星系统（GNSS）的标准提供最高质量的数据和产品来支持地球科学研究、跨学科应用和教育事业，并且促进其他有益于社会的用途。大约有100个IGS监控站可以在收集后一小时之内播出他们的跟踪数据。

在世界范围内还有其他的增强系统，包括政府的和商业的。这些系统使用差分的、静态的或实时的技术。

六大特点

第一，全天候，不受任何天气的影响；

第二，全球覆盖（高达98%）；

第三，七维定点定速定时高精度；

第四，快速、省时、高效率；

第五，应用广泛、多功能；

第六，可移动定位。

其他卫星定位系统

目前正在运行的全球卫星定位系统有美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。

欧盟1999年初正式推出“伽利略”计划，部署新一代定位卫星。该方案由27颗运行卫星和3颗预备卫星组成，可以覆盖全球，位置精度达几米，亦可与美国的GPS系统兼容，总投资为35亿欧元。该计划预计于2010年投入运行。

另外，中国还独立研制了一个区域性的卫星定位系统——北斗导航系统。该系统的覆盖范围限于中国及周边地区，不能在全球范围提供服务，主要用于军事用途。

未来发展

新加信号后单独GPS平面性能概念图

美国致力于一个广泛的现代化项目，包括对GPS卫星采用第二和第三民用信号。第二民用信号将增加民用服务的准确性并改进某些有关生命安全的应用。第三信号将进一步提高民用服务的能力，主要目的是用于生命安全，比如航空。

应用前景

定时

GPS应用-道路和高速公路

除了经度、纬度和海拔，全球定位系统（GPS）提供一个关键的第四维参数－时间。每一个GPS卫星都装有多台原子钟为GPS信号提供非常精确的时间数据。GPS接收机可以将这些信号解码，有效地使每一个接收机与那些原子钟同步。这就使用户能够以万亿分之一秒的精确度确定时间，却不需要自己拥有原子钟。

道路和高速公路

全球定位系统（GPS）的使用和精确性可以增加高速公路和街道上以及公共交通系统的车辆的安全和效率。由于GPS的帮助，许多商用车辆的分派和调度的问题明显地减少了。同样，公交系统、道路维修和急救车辆所面临的问题也大大地减轻。

随着GPS的不断现代化，我们可以预期会出现更为有效的系统来预防撞车、警告危难、通知位置、提供电子地图以及有语音指示的车内导航装置。

空间

全球定位系统（GPS）彻底改变和更新了许多国家在空间运作的方式，从载人飞船的导航系统到对通讯卫星群的管理、跟踪和控制，到从空间监视地球。使用GPS的益处包括：

GPS应用-空间

解决导航问题――用现有的达到空间使用水平的GPS设备和最少的地面工作人员提供高精度的轨道确定。

解决高度问题――由低成本的多重GPS天线和专门的算法程序取代高成本的机载高度感受器。

解决定时问题――由低成本的、具有精确时间的GPS接收机取代昂贵的航天器原子钟。

卫星群控制――为大量的空间器如通讯卫星群的轨道维护控制提供单一的联络点。

编队飞行――由地面人员最少干预达到精确的卫星编队。

虚拟的平台――为高级的科学追踪行动，如干涉测量，提供自动化的“空间站保持”和相对位置服务。

发射航天器跟踪――以高精度、低成本的GPS设备取代或增强跟踪雷达以保证射程安全和自动的飞行终止。

航空

世界各地的飞行员利用GPS来提高飞行安全和效率。由于它的精确性、连续性和全球的性能，GPS可以提供完美的卫星导航服务，满足航空用户的许多要求。以空间为基地的定位和导航可以在飞行的所有阶段确定三维的位置，从起飞、飞行和降落，到机场的地面导航。

运用区域导航概念的趋势说明GPS担当了更加重要的角色。区域导航允许飞机在用户选择的路线上从一定点飞到另一定点，而这些定点并不需要地面基础设施的参照。一些程序已经被扩展以在飞行的各个阶段利用GPS及其增强服务。在飞行区域内没有适当的地面导航帮助或监控设备时更是如此。

农业

GPS应用-农业

全球定位系统（GPS）与地理信息系统（GIS）的结合使发展和应用精准农业以及从事因地制宜的耕种成为可能。这些技术使实时的数据收集与精确的定位信息得以合二为一，从而使大量的地理空间数据得到有效的操作与分析。在精准种植中，GPS可应用于耕种规划、耕地绘图、土壤取样、拖拉机导航、庄稼监测、变率应用以及收成绘图等。GPS让农民能够在雨、尘、雾及黑暗等能见度低的条件下工作。

海运

全球定位系统（GPS）改变了世界的运作方式。这一点在包括搜救在内的海上业务方面尤为如此。GPS为海运业者提供了最快也最准确的导航、测速及定位方法。它提高了全世界海运业者的安全和效率水平。

铁路

世界很多地方的铁路系统都把全球定位系统（GPS）与各类传感器、电脑及通讯系统结合起来使用，以提高安全、保安以及运作效率。这些技术有助于减少事故、晚点及运作成本。铁路系统高效运作的一个必要的前提是得到有关机车、车厢、机动保养车、以及道旁设施的准确、实时的定位信息。

环境

要想在保持地球环境的同时平衡人类的需求，就需要根据最新信息来作出更好的决定。对于需要作出这类决定的政府与私人组织来说，准确和及时地收集信息是一个极大的挑战。全球定位系统（GPS）有助于满足这个需要。

公共安全与灾难救援

任何一个成功的救援行动，其关键因素是时间。了解地标、街道、建筑、紧急服务资源以及救灾地点的准确位置有助于减少延误并拯救生命。对于救援和公共安全人员来说，要保护生命、减少财产损失，这类信息极为重要。作为辅助技术，全球定位系统（GPS）满足了这些需要。

勘测和测绘地图

GPS应用-勘测和测绘地图

随着全球技术的进化和扩展，勘测和测绘地图界正在不断地重新开发所需的工具来增加工作能力和得到高度精确的数据。

利用GPS及其地面增强系统提供的针尖般的精确度，测量者可以迅速得到高精度的勘测和地图测绘结果，从而可以大幅减少使用传统测绘技术通常所需的设备和工时。如今，一个勘测员在一天里就可以完成过去一个勘测队数周才能完成的任务。GPS不受雨、风和阳光不足的影响，它正在全世界迅速地被专业勘测员和地图测绘人员采用。

娱乐

全球定位系统（GPS）通过提供精确位置的能力排除了许多常见娱乐活动中的危险。GPS接收机使许多常见的问题简单化，从而扩大了户外活动的范围，增加了乐趣，比如保持行走在正确的山路上或回到最好的钓鱼地点。

户外探险活动本身带有许多危险，其中最重要的一点就是在不熟悉和不安全的区域走失的可能性。徒步旅行者、骑自行车的人和户外探险者越来越依赖GPS而不是传统的纸上地图，指南针或地面标志。纸上地图常常是过时的，指南针和地面标志不一定能提供确切的位置信息以避免误入不熟悉的地区。另外，黑暗和恶劣天气也会造成不确切的导航结果。

实际运用

全球定位系统一般主要是指GPS，尽管俄罗斯、欧洲及中国也纷纷建立自身的全球定位系统，但就技术而言，美国建立的GPS技术处于先进地位。本节所指的定位系统应用主要依据是GPS的应用，我们相信在不久的将来，其他定位系统也将发挥自身的作用，同样也能实现相应领域的应用。

(1)精密工程、测量及变形监测中的应用

将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网，GPS网分为两大类，一类是全球或全国性的高精度GPS网；一类是区域性的GPS网。大地测量的科研任务是研究地球形状及其随时间的变化，利用全球覆盖的高精度GPS网建立起高精度的动态坐标框架。区域GPS网是指国家C、D、E级GPS网或专为工程项目布测的工程GPS网。

(2)交通系统中的应用

对当前位置的定位以及对目标物的定位是地面车辆导航系统的两个关键技术。前者需要GPS获取点位根据，而后者则偏重以数字地图为基础，确定点位置，这实际上是一个地图相关分析的问题。

随着我国城市建设规模的扩大，车辆日益增多，交通运输的经营管理和合理调度，警用车辆的指挥和安全管理已成为公安、交通系统的一个重要问题。GPS导航定位技术的出现给车辆、轮船等交通工具的导航定位提供了具体的实时的定位能力。用于公安、交通系统的主要有：车辆GPS定位与无线电通信系统相结合的指挥管理系统；应用GPS差分技术的指挥管理系统。GPS车辆导航应用范围很广，如运输线路导航、突发事件车辆导航、车辆派遣等一一般地，智能型车辆和高速公路系统根据其功能可以分为4种：自动式系统、车队管理系统、咨询型导航系统和普查型系统。车队管理系统可对多辆车进行操作，并设有捌度中心；咨询型导航系统融合自动式系统和车队管理系统；普查型系统通常由自动式车辆加载摄像机或数字式的照相机组成，可用于获取时间、点位特性的道路信息，

(3)地球动力学中的应用

用GPS来监测全球和区域板块运动，监测区域地壳运动，对地球成因及动力机

制的研究。研究地下断层活动模式、应力场变化，对地震危险值估计和预报。为了进行我国地壳形变监测，由地震局、总参测绘局、国家测绘局、中国科学院承担的“九五”重大科学工程项目“中同地壳运动监测网络工程”已于2000年建成。武汉测绘科技大学利用云南滇西两期GPS监测资料，反演红河断裂带低下断层活动模式，对1996年云南丽江地震作了较为准确的中期预报，其位置误差为27km，震源深度误差为0-6km．震级完全准确，揭示了用GPS监测资料做中期地震预报的可能性。

(4)气象学中的应用

利用GPS理论和技术来遥测地球大气、进行气象学的理论和方法研究称为GPS气象学(GPSIMET)i GPS气象学的研究始于20世纪10年代后期，最先在美国起步，在美国取得理想的试验结果后，在其他国家如日本也逐步开始GPS在气象中的应用。GPS/MET探测数据具有覆盖范围广（全球）、高垂直分辨率、高精度和高长期稳定的特点。

地球的大气相当于一个透镜，电磁波信号（如载波）在大气中的传输路径将因大气折射而发生曲折，气体密度越大，信号折射越强烈，波传输越慢，低轨GPS接收机接收到经折射的信号，可计算出综合信号折射率。经过适当的转换，电磁波的折射路径在各层大气中的垂直结构可以重构。无线电采用微波转换器由GPS卫星向接收机发射信号，传播中需经过某种介质，研究信号传输的性质就可以探清陔介质的性质。大气中有3种GPS信号折射源，即干燥物、水气和电离层物质。

(5)军事中的应用

军事上可用于协同作战、导弹的制导、搜索及救援人员野外定位。协同作战方面，GPS可为各级指挥系统提供各种目标及事件所发生的时间和地点。导弹的制导方面，美伊战争70%左右使用GPS辅助制导，使战斧式巡航导弹从l600km的地方准确打击一个小房子的目标。搜索及救援人员野外定位方面，在茫茫的沙漠上，没有任何标志，主要靠导航卫星进行定位，才能知道自己在什么地方。

(6)农业中的应用

GPS系统在精细农业实施过程中异常重要：能对农田各种信息给予精确定位，包括对农机车辆导航、平地、精确播种、喷药、撒肥、数据管理以及作物活力检测和变量控制。精准农业中较为成熟的、效益较好的应用包括：自动驾驶、施肥、喷药和播种等。GPS对于土壤养分分布调查、检测作物产量和农田管理在效率、准确率上比人的管理高很多；在联合收割机上配置监视器和GPS接收机，构成作物产量监视系统；通过和土壤养分含量分布罔的综合分析，可以找出影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。利用棕色土壤和绿色作物叶子反射光波波长的差。

可辨别土壤、作物和杂草。利用反射光波的差别，鉴别缺乏营养或感染病虫害的作物叶子。施加除草剂有两种方法，①利用杂草检测传感器，采集田间杂草信息，通过变量喷洒设备的控制系统，控制除草剂的喷施量；②事先用杂草传感器绘制出田间杂草斑块分布图，由电子地图输出处方，通过变量喷药机械实施。

(7)野生动物保护中的应用

美国土地管理局于20世纪10年代中叶开发了基于GPS的地理信息系统(Geographic Information System，GIS)，美国土地局分季度收集一次野生动物资源的有关信息，如生态条件以及野生动物栖息地分布、野生动物数量等。美国西部生活着数以万计的野马和野牛。建立野生动物管理系统，其主要目的在于：采用声音录入代替旧的手工输入方法；能显示当前和历史的飞行路线，对野生动物分布进行精确定位。实际工作中，在飞机或车辆上安装该系统，在空中寻找野生动物，用声音录入方式记录有关信息，GPS点位数据自动存储到数据库中。必要时可以按照历史航线进行不同时期的对比分析，结合现时与历史资料可以进行野生动物活动区域的动态监测。

(8)在突发事件中的应用

对突发事件的反应时间长短某种程度上影响了事件的损失程度。在突发事件如医疗、火警、交通事故的快速反应中.GPS和GIS起到决定性作用。一般地，建立突发事件救助系统可大致包括：①车载部分．，载有GPS设备，通过适当软件处理，获得地理坐标；②通信系统。采用双通道蜂窝通信网，事件发生后，驾驶人员启动求助系统，请求帮助种类（报警、医疗等）及伤害程度等；③处理中心。可接收用户信号，在GIS的辅助下，迅速对事发地点进行查询、定位，并根据用户提供的求助信息类别，确定相应的急救措施。GIS包括数字化的地图和属性信息，可以进行突发事件的发生地点在数字地图上的查询和定位以及调度人员对最短路线的选择，GPS则可以使急救车辆的点位等信息及时反馈到主控中心，以便调度。

(9)旅游中的应用

随着人们生活质量的提高，GPS服务逐步应用到私人旅游及野外考察中，到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山峡谷或者大沙漠地区去进行野外考察，安装于车内的GPS接收机将充分发挥其全球定位的功能成为驾驶者最忠实的向导。在驱车游览风景的途中，乘车者可以随时知道车辆所在位置及行走速度和方向，从而避免迷失路途。即使在途中出现麻烦，GPS监控服务中心会及时提供指示、连接最近的救援机构，积极采取行动。通过GPS监控中心提供的友情远程服务，即使乘车者车行万里，仍不失在家的感觉。提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，包括自动线路规划和线路设计。自动线路规划由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。

全球定位系统的应用还包括航空摄影测量，线路勘测及隧道贯通测量，地形、地籍及房地产测量，海洋测绘，工程施工测量、大桥施工控制网建立、海上勘探平台沉降监测、大桥动态实时形变监测、高层建筑实时变形监测。GPS更高效的服务将在生产、生活中的各个领域得到应用。

GPS在物流领域的应用主要体现在以下方面：

1．货物跟踪GPS计算机信息管理系统可以通过GPS和计算机网络实时收集全路列车、机车、车辆、集装箱及所运货物的动态信息，实现对陆运、水运货物的跟踪管理。只要知道货车的车型、车号或船舶的编号就可以立即从铁路网或水运网中找到该货车或船舶，知道它们所处的位置，距离运输目的地的里程以及所有装运货物的信息。运用这项技术可以大大提高运营的精确性和透明度，为货主提供高质量的服务。

2．与地理信息系统(GIS)结合解决物流配送。物流包括订单管理、运输、仓储、装卸、送递、报关、退货处理、信息服务及增值业务。全过程控制是物流管理的核心问题。供应商必须全面、准确、动态地把握散布在全国各个中转仓库、经销商、零售以及汽车、火车、飞机、轮船等各种运输环节之中的产品流动状况，并据此制订生产和销售计划，及时调整市场策略。因此，对大型供应商而言，没有全过程的物流管理就谈不上建立有效的分销网络；对于大型连锁零售商而言，没有全过程的物流管理就谈不上建立供应配送体系；对于第三方物流服务商、仓储物流中心，没有面向全过程的物流管理服务就很难争取到客户的物流业务；对于普通用户而言，没有快速、准确、安全、可靠的物流配送服务，网上采购几乎是不可想象的。物流配送的过程主要是货物的空间位置转移的过程，在物流配送过程中，要涉及货物的运输、仓储、装卸、送达等业务环节，对各个环节涉及的问题如运输路线的选择、仓库位置的选择、仓库容量设置、合理装卸策略、运输车辆调度和投递路线选择等进行有效管理和决策分析，有助于物流配送企业有效地利用现有资源、降低消耗、提高效率。事实上，仔细分析上述各个环节存在的问题就可以发现，上面的问题都涉及地理要素和地理分布。凡是涉及地理分布的领域都可以应用GIS技术，GPS/GIS技术是全过程物流管理中不可缺少的组成部分。

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