2020-2021学年高二地理湘教版必修三学案：第三章第三节　全球定位系统及其应用 Word版含解析 11页

第三节 全球定位系统及其应用 [学习目标] 1.了解全球定位系统(GPS)的概念、基本组成和工作过 程。2.能运用实例，说明 GPS 的主要应用领域。3.了解 GPS 接收机的 主要种类和用途。 一、全球定位系统 1．概念：简称 GPS，是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维 导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。 2．组成 (1)空间星座：21 颗工作卫星、3 颗备用卫星。 (2)地面监控系统：1 个主控站、3 个注入站、5 个监控站。 (3)用户系统：GPS 接收机包括接收机硬件、GPS 数据处理软件等 用户设备。 3．GPS 接收机 (1)功能：用于接收 GPS 卫星发射的信号。 (2)种类 导航型接收机 测地型接收机 授时接收机 二、全球定位系统与定位导航 1．特点：全天候、高精度、自动测量。 2．主要功能：定位和导航。 3．应用：最初用于军事，目前已扩展到以下领域： (1)交通、邮电、地矿、建筑、农业、气象、土地管理、金融、公 安等部门和行业。 (2)监测地壳的微小移动，帮助预报地震。 (3)与 GIS、RS 结合，为资源调查、工程管理、精细农业服务等。 教材 P96 图 3－44 GPS 空间星座 阅读时可结合下列问题进行： (1)GPS 空间卫星分布在几个轨道上？每相邻两个轨道间的夹角是 多少？每个轨道有几颗 GPS 卫星？(6 60° 4) (2)在 GPS 系统中，共有多少颗 GPS 卫星？它们都是工作卫星吗？ (24 不是，有 3 颗是备用卫星) (3)要确定某点的三维信息至少需要几颗 GPS 卫星提供信号？(4) 主题一 全球定位系统 春节前夕的最后一次航天发射，以北斗三号“一箭双星”的完美 入轨告终。这是北斗三号的第五和第六颗卫星，也是整个北斗卫星导 航系统的第二十八和第二十九颗卫星。2018 年，北斗卫星导航系统工 程迎来了高密度发射的组网年。按照计划，今年长三甲系列运载火箭 将通过 10 次飞行，将 18 颗北斗导航卫星送入轨道。 (1)我国北斗卫星导航系统最基本的功能是什么？ 试答：定位和导航。 (2)如何确定地物的精准位置？ 试答：确定地物的经度位置、纬度位置和海拔即可。 全球定位系统的功能、工作过程、用途及特点 GPS 接收机界面解读 一般在 GPS 接收机上能读出以下几项信息，以右图为例： (1)经纬度位置：如图所示，GPS 接收机所在的经纬度位置是 (39°58′27.9″N,116°18′50.2″E)。 (2)高度：如上图所示，GPS 接收机所在的高度是 H＝109 m±5.7 m， 即为 103.3 m～114.7 m。 (3)搜索到的卫星：卫星分布图描绘了 GPS 接收机所处位置(圆心) 仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为抬头以 45°角仰望 天空的范围，越靠近圆心，卫星信号越强，图片表示当前能搜索到第 02、07、08、11、20、27、28、31 号八颗卫星。卫星号是卫星发射时 的序号，最大序号已经大于 24。 (4)信号强弱：数字表示被接收到信号的卫星编号，黑色柱的长短 表示信号强弱。图片表示接收到第 02、07、08、11、20、27、28、31 号八颗卫星的信号，其中第 02 号和第 20 号卫星的信号比较弱。 1．思考领悟 (1)三维坐标就是我们平时所说的地理位置吗？ 提示：我们平常所说的地理位置包括多种类别，如海陆位置、经 纬度位置、经济地理位置等，其中经纬度位置仅是二维坐标，而三维 坐标是由经度、纬度和海拔组成的。 (2)在 GPS 汽车导航系统中，信息在汽车、卫星和服务中心之间是 怎样传递的？ 提示：在 GPS 汽车导航系统中，汽车中的 GPS 用户设备接收了 GPS 卫星信息；解算出本车的位置、速度等信息，并通过无线电信号 传递至服务中心，服务中心再根据汽车所在位置，及时通过语音提示 为汽车导航。 2．题组实践 GPS 最初是为军事应用而建立的，至今仍然由美国国防部控制。 下图是装备了军用 GPS 接收机的美国驻伊士兵图。结合所学知识完成 (1)～(3)题。 (1)获取 GPS 观测数据的是( C ) A．空间卫星 B．主控站 C．监控站 D．信息注入站 解析：监控站的功能是获取 GPS 卫星的观测数据并传给主控站。 (2)配备 GPS 接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的 ( B ) ①三维位置 ②三维方向 ③运动速度和时间 ④伊军士兵位置 A．①②④ B．①②③ C．②③④ D．①③④ 解析：美国士兵可获得工作卫星提供的自身所在地点的三维位置、 三维方向、运动速度、时间信息，而不是伊军士兵的位置。 (3)配备 GPS 接收机的美国士兵，获取信息的过程是( A ) ①工作卫星获取信息 ②监控站 ③主控站计算和改正参数 ④信息注入站 ⑤空间卫星 ⑥GPS 机接收信息 A．①—②—③—④—⑤—⑥ B．②—③—④—⑤—⑥—① C．③—④—⑤—⑥—①—② D．④—⑤—⑥—①—②—③ 解析：GPS 的工作过程，首先是工作卫星获取信息，然后传给监 控站再由监控站传给主控站，经计算和改正参数后由注入站注入空间 卫星就可传给用户，用户用 GPS 接收机接收信息。 主题二 全球定位系统与定位导航 挪威首都奥斯陆曾发生过一起救护车失窃事件。当时窃贼在奥斯 陆市中心发现一辆救护车上空无一人，而且车门敞开，于是蹿上汽车 扬长而去。没想到，他还没开多远就听见身后的警笛声越来越响，再 抬头一看，空中竟然还有一架警察直升机在他头顶盘旋。原来，这辆 救护车上安装了 GPS 设备。 (1)请描述出警察抓捕盗车贼的信息在 GPS 系统中各组成部分间 的传递过程。 试答：被盗救护车上的 GPS 将其三维坐标、运动速度和方向提供 给空间星座，空间星座将信息传递给监测站，监测站将数据传递给主 控站，主控站将数据传递给警方的 GPS。 (2)警察是如何追上窃贼的？ 试答：当救护车司机发现车辆被盗时，立即报警；警方启动 GPS 监控系统和该市的电子地图，确定被盗车辆的位置、速度以及航向等 信息，传递给警方，警方结合 GIS 系统，确定最佳抓捕路径并提供给 地面警车和直升机驾驶员实施抓捕。 全球定位系统的应用 “3S”技术的选取方法 技术手段 应用过程 实质 RS 收集信息的感知手段 “看”一面 GIS 分析、对比、计算数据源 “想、算”一面 GPS 定位、导航 定“点”(单个、多个) 在做从“3S”技术中选取适当手段之类的题目时，看其工作对象是 “点”还是“面”，是“点”则选用 GPS，如导航、珠峰高度测量等， 如果是“面”则需看突出监测方面还是需处理计算才能得出结果，如 果监测森林火灾则应选用 RS，要在某城市规划大型商业中心应选用 GIS。 1．思考领悟 (1)如何利用 GPS 来提高物流企业的工作效率与质量？ 提示：首先建立物流 GPS 网络平台，当货主交付货物后，将 GPS 设备与货物捆绑在一起运输。然后提供给货主提货单和 GPS 网络查询 密码。这样当货物装进运输车辆后，货主和物流公司都可以随时随地 通过网络按货单号和密码查询货物当前的运输位置，从而提高了物流 企业的工作效率和质量。 (2)车辆运行中出现紧急情况后，监控中心可以获取哪些信息？ 提示：车辆出现紧急情况后，司机启动车载 GPS 报警装置，监控 中心可显示出车辆情况、出事地点、车辆人员等信息。 2．题组实践 下图示意某软件的主界面，该软件能够为用户提供公交车实时位 置和实时路况信息。据此回答(1)～(2)题。 (1)图示软件中公交车实时位置的确定主要利用的地理信息技术是 ( C ) A．地理信息系统 B．遥感 C．全球定位系统 D．因特网 解析：用户通过软件确定公交车的实时位置，主要利用了 GPS 的 定位功能，C 项正确。 (2)下列关于上述地理信息技术的用途，说法不正确的是( D ) A．对失事飞机进行及时救援 B．飞机飞行表演时保持间距 C．地质勘探者回顾考察线路 D．游客规划旅游线路 解析：GPS 可以确定失事飞机的位置，缩小搜索范围，及时提供 救援，A 项说法正确；在表演飞机上安装 GPS，飞机在高速飞行表演 中能够更好地保持间距，避免撞机，B 项说法正确；GPS 可以记录一 段时间的行进线路，地质勘探者可及时回顾考察线路，C 项说法正确； 旅游线路的规划需要借助 GIS，而不是 GPS，D 项说法错误。 全球定位系统(GPS)是利用卫星在全球范围内实时进行导航、定位 的系统。据此完成 1～2 题。 1．GPS 与地图最基本的差异是( B ) A．空间模型 B．数据模型 C．阅读速度 D．空间分析能力 解析：GPS 是一种数据模型。 2．通常确定地球上任何一点的地理位置应该具备以下三个数据 ( B ) A．经度、距离、海拔 B．经度、纬度、海拔 C．纬度、相对高度、距离 D．到两极、赤道的距离和等高线 解析：每一个地点都是一个三维空间，即包括经度、纬度和海拔。 物流公司是经营货物流通与运输的企业。在承运货物中，物流公 司建立物流 GPS 网络平台，当货主交付货物后，物流公司将 GPS 设 备与货物捆绑运输，并提供给货主提货单和 GPS 网络查询密码。据此 完成 3～4 题。 3．当货物装到运输车辆后，货主和物流公司都可以随时随地通过 GPS 网络按货单号和密码查询( C ) A．物流公司的地理位置 B．货物所在地的天气 C．货物当前的运输位置 D．货主所在的地理坐标 解析：货主和物流公司可以随时随地通过 GPS 网络按货单号和密 码查询货物当前的运输位置。 4．驾驶员利用车载 GPS 设备( B ) A．上因特网浏览信息 B．制定运输路线 C．接收天气预报 D．了解货运行情 解析：驾驶员利用车载 GPS 设备，输入货物运输的起止点，可以 制定运输路线。 5．阅读 GPS 系统工作流程图，回答问题。 (1)图中甲、乙分别代表： 甲地面监控系统，乙 GPS 接收机。 (2)GPS 卫星星座中有 21 颗工作卫星，要想获得准确的三维信息， 需要 4 颗定位卫星提供数据。 (3)如果你要进行一次探险活动，需要导航型接收机，该型接收机 按具体用途还有哪几种？ (4)如果某人自驾游时出现紧急情况，监控中心可通过车载 GPS 获 取哪些信息？ 答案：(3)车载型、航海型、航空型、星载型。 (4)车辆情况、出事地点、车辆人员等。 解析：第(1)题，根据图中箭头的指向，具有监测控制功能的是地 面监控系统、接收信号的是 GPS 接收机。第(2)题，在 GPS 系统中有 21 颗工作卫星；要获取精确的三维信息，需要 4 颗工作卫星提供数据。 第(3)题，探险需要导航型接收机。第(4)题，监控中心可通过 GPS 获 取车辆情况、出事地点、车辆人员等信息。