全球定位系統(tǒng)一般主要是指GPS,盡管俄羅斯、歐洲及中國(guó)也紛紛建立自身的全球定位系統(tǒng),但就技術(shù)而言,美國(guó)建立的GPS技術(shù)處于先進(jìn)地位。本節(jié)所指的定位系統(tǒng)應(yīng)用主要依據(jù)是GPS的應(yīng)用,我們相信在不久的將來(lái),其他定位系統(tǒng)也將發(fā)揮自身的作用,同樣也能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
(1)精密工程、測(cè)量及變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng),GPS網(wǎng)分為兩大類(lèi),一類(lèi)是全球或全國(guó)性的高精度GPS網(wǎng);一類(lèi)是區(qū)域性的GPS網(wǎng)。大地測(cè)量的科研任務(wù)是研究地球形狀及其隨時(shí)間的變化,利用全球覆蓋的高精度GPS網(wǎng)建立起高精度的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)框架。區(qū)域GPS網(wǎng)是指國(guó)家C、D、E級(jí)GPS網(wǎng)或?qū)楣こ添?xiàng)目布測(cè)的工程GPS網(wǎng)。 (2)交通系統(tǒng)中的應(yīng)用
對(duì)當(dāng)前位置的定位以及對(duì)目標(biāo)物的定位是地面車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。前者需要GPS獲取點(diǎn)位根據(jù),而后者則偏重以數(shù)字地圖為基礎(chǔ),確定點(diǎn)位置,這實(shí)際上是一個(gè)地圖相關(guān)分析的問(wèn)題。
隨著我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,車(chē)輛日益增多,交通運(yùn)輸?shù)慕?jīng)營(yíng)管理和合理調(diào)度,警用車(chē)輛的指揮和安全管理已成為公安、交通系統(tǒng)的一個(gè)重要問(wèn)題。GPS導(dǎo)航定位技術(shù)的出現(xiàn)給車(chē)輛、輪船等交通工具的導(dǎo)航定位提供了具體的實(shí)時(shí)的定位能力。用于公安、交通系統(tǒng)的主要有:車(chē)輛GPS定位與無(wú)線電通信系統(tǒng)相結(jié)合的指揮管理系統(tǒng);應(yīng)用GPS差分技術(shù)的指揮管理系統(tǒng)。GPS車(chē)輛導(dǎo)航應(yīng)用范圍很廣,如運(yùn)輸線路導(dǎo)航、突發(fā)事件車(chē)輛導(dǎo)航、車(chē)輛派遣等一一般地,智能型車(chē)輛和高速公路系統(tǒng)根據(jù)其功能可以分為4種:自動(dòng)式系統(tǒng)、車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)、咨詢型導(dǎo)航系統(tǒng)和普查型系統(tǒng)。車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)可對(duì)多輛車(chē)進(jìn)行操作,并設(shè)有捌度中心;咨詢型導(dǎo)航系統(tǒng)融合自動(dòng)式系統(tǒng)和車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng);普查型系統(tǒng)通常由自動(dòng)式車(chē)輛加載攝像機(jī)或數(shù)字式的照相機(jī)組成,可用于獲取時(shí)間、點(diǎn)位特性的道路信息,
(3)地球動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用
用GPS來(lái)監(jiān)測(cè)全球和區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng),監(jiān)測(cè)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng),對(duì)地球成因及動(dòng)力機(jī) 制的研究。研究地下斷層活動(dòng)模式、應(yīng)力場(chǎng)變化,對(duì)地震危險(xiǎn)值估計(jì)和預(yù)報(bào)。為了進(jìn)行我國(guó)地殼形變監(jiān)測(cè),由地震局、總參測(cè)繪局、國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的“九五”重大科學(xué)工程項(xiàng)目“中同地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程”已于2000年建成。武漢測(cè)繪科技大學(xué)利用云南滇西兩期GPS監(jiān)測(cè)資料,反演紅河斷裂帶低下斷層活動(dòng)模式,對(duì)1996年云南麗江地震作了較為準(zhǔn)確的中期預(yù)報(bào),其位置誤差為27km,震源深度誤差為0-6km.震級(jí)完全準(zhǔn)確,揭示了用GPS監(jiān)測(cè)資料做中期地震預(yù)報(bào)的可能性。 (4)氣象學(xué)中的應(yīng)用
利用GPS理論和技術(shù)來(lái)遙測(cè)地球大氣、進(jìn)行氣象學(xué)的理論和方法研究稱為GPS氣象學(xué)(GPSIMET)i GPS氣象學(xué)的研究始于20世紀(jì)10年代后期,最先在美國(guó)起步,在美國(guó)取得理想的試驗(yàn)結(jié)果后,在其他國(guó)家如日本也逐步開(kāi)始GPS在氣象中的應(yīng)用。GPS/MET探測(cè)數(shù)據(jù)具有覆蓋范圍廣(全球)、高垂直分辨率、高精度和高長(zhǎng)期穩(wěn)定的特點(diǎn)。
地球的大氣相當(dāng)于一個(gè)透鏡,電磁波信號(hào)(如載波)在大氣中的傳輸路徑將因大氣折射而發(fā)生曲折,氣體密度越大,信號(hào)折射越強(qiáng)烈,波傳輸越慢,低軌GPS接收機(jī)接收到經(jīng)折射的信號(hào),可計(jì)算出綜合信號(hào)折射率。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,電磁波的折射路徑在各層大氣中的垂直結(jié)構(gòu)可以重構(gòu)。無(wú)線電采用微波轉(zhuǎn)換器由GPS衛(wèi)星向接收機(jī)發(fā)射信號(hào),傳播中需經(jīng)過(guò)某種介質(zhì),研究信號(hào)傳輸?shù)男再|(zhì)就可以探清陔介質(zhì)的性質(zhì)。大氣中有3種GPS信號(hào)折射源,即干燥物、水氣和電離層物質(zhì)。 (5)軍事中的應(yīng)用
軍事上可用于協(xié)同作戰(zhàn)、導(dǎo)彈的制導(dǎo)、搜索及救援人員野外定位。協(xié)同作戰(zhàn)方面,GPS可為各級(jí)指揮系統(tǒng)提供各種目標(biāo)及事件所發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)。導(dǎo)彈的制導(dǎo)方面,美伊戰(zhàn)爭(zhēng)70%左右使用GPS輔助制導(dǎo),使戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈從l600km的地方準(zhǔn)確打擊一個(gè)小房子的目標(biāo)。搜索及救援人員野外定位方面,在茫茫的沙漠上,沒(méi)有任何標(biāo)志,主要靠導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行定位,才能知道自己在什么地方。 (6)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
GPS系統(tǒng)在精細(xì)農(nóng)業(yè)實(shí)施過(guò)程中異常重要:能對(duì)農(nóng)田各種信息給予精確定位,包括對(duì)農(nóng)機(jī)車(chē)輛導(dǎo)航、平地、精確播種、噴藥、撒肥、數(shù)據(jù)管理以及作物活力檢測(cè)和變量控制。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中較為成熟的、效益較好的應(yīng)用包括:自動(dòng)駕駛、施肥、噴藥和播種等。GPS對(duì)于土壤養(yǎng)分分布調(diào)查、檢測(cè)作物產(chǎn)量和農(nóng)田管理在效率、準(zhǔn)確率上比人的管理高很多;在聯(lián)合收割機(jī)上配置監(jiān)視器和GPS接收機(jī),構(gòu)成作物產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng);通過(guò)和土壤養(yǎng)分含量分布罔的綜合分析,可以找出影響作物產(chǎn)量的相關(guān)因素,從而進(jìn)行具體的田間施肥等管理工作。利用棕色土壤和綠色作物葉子反射光波波長(zhǎng)的差。 可辨別土壤、作物和雜草。利用反射光波的差別,鑒別缺乏營(yíng)養(yǎng)或感染病蟲(chóng)害的作物葉子。施加除草劑有兩種方法,①利用雜草檢測(cè)傳感器,采集田間雜草信息,通過(guò)變量噴灑設(shè)備的控制系統(tǒng),控制除草劑的噴施量;②事先用雜草傳感器繪制出田間雜草斑塊分布圖,由電子地圖輸出處方,通過(guò)變量噴藥機(jī)械實(shí)施。 (7)野生動(dòng)物保護(hù)中的應(yīng)用
美國(guó)土地管理局于20世紀(jì)10年代中葉開(kāi)發(fā)了基于GPS的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS),美國(guó)土地局分季度收集一次野生動(dòng)物資源的有關(guān)信息,如生態(tài)條件以及野生動(dòng)物棲息地分布、野生動(dòng)物數(shù)量等。美國(guó)西部生活著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的野馬和野牛。建立野生動(dòng)物管理系統(tǒng),其主要目的在于:采用聲音錄入代替舊的手工輸入方法;能顯示當(dāng)前和歷史的飛行路線,對(duì)野生動(dòng)物分布進(jìn)行精確定位。實(shí)際工作中,在飛機(jī)或車(chē)輛上安裝該系統(tǒng),在空中尋找野生動(dòng)物,用聲音錄入方式記錄有關(guān)信息,GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。必要時(shí)可以按照歷史航線進(jìn)行不同時(shí)期的對(duì)比分析,結(jié)合現(xiàn)時(shí)與歷史資料可以進(jìn)行野生動(dòng)物活動(dòng)區(qū)域的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。 (8)在突發(fā)事件中的應(yīng)用
對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短某種程度上影響了事件的損失程度。在突發(fā)事件如醫(yī)療、火警、交通事故的快速反應(yīng)中.GPS和GIS起到?jīng)Q定性作用。一般地,建立突發(fā)事件救助系統(tǒng)可大致包括:①車(chē)載部分.,載有GPS設(shè)備,通過(guò)適當(dāng)軟件處理,獲得地理坐標(biāo);②通信系統(tǒng)。采用雙通道蜂窩通信網(wǎng),事件發(fā)生后,駕駛?cè)藛T啟動(dòng)求助系統(tǒng),請(qǐng)求幫助種類(lèi)(報(bào)警、醫(yī)療等)及傷害程度等;③處理中心。可接收用戶信號(hào),在GIS的輔助下,迅速對(duì)事發(fā)地點(diǎn)進(jìn)行查詢、定位,并根據(jù)用戶提供的求助信息類(lèi)別,確定相應(yīng)的急救措施。GIS包括數(shù)字化的地圖和屬性信息,可以進(jìn)行突發(fā)事件的發(fā)生地點(diǎn)在數(shù)字地圖上的查詢和定位以及調(diào)度人員對(duì)最短路線的選擇,GPS則可以使急救車(chē)輛的點(diǎn)位等信息及時(shí)反饋到主控中心,以便調(diào)度。
(9)旅游中的應(yīng)用
隨著人們生活質(zhì)量的提高,GPS服務(wù)逐步應(yīng)用到私人旅游及野外考察中,到風(fēng)景秀麗的地區(qū)去旅游,到原始大森林、雪山峽谷或者大沙漠地區(qū)去進(jìn)行野外考察,安裝于車(chē)內(nèi)的GPS接收機(jī)將充分發(fā)揮其全球定位的功能成為駕駛者最忠實(shí)的向?qū)?。在?qū)車(chē)游覽風(fēng)景的途中,乘車(chē)者可以隨時(shí)知道車(chē)輛所在位置及行走速度和方向,從而避免迷失路途。即使在途中出現(xiàn)麻煩,GPS監(jiān)控服務(wù)中心會(huì)及時(shí)提供指示、連接最近的救援機(jī)構(gòu),積極采取行動(dòng)。通過(guò)GPS監(jiān)控中心提供的友情遠(yuǎn)程服務(wù),即使乘車(chē)者車(chē)行萬(wàn)里,仍不失在家的感覺(jué)。提供出行路線規(guī)劃是汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)的一項(xiàng)重要輔助功能,包括自動(dòng)線路規(guī)劃和線路設(shè)計(jì)。自動(dòng)線路規(guī)劃由計(jì)算機(jī)軟件按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線、通過(guò)高速公路路段次數(shù)最少的路線等的計(jì)算。人工線路設(shè)計(jì)是由駕駛者根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等,自動(dòng)建立線路庫(kù)。
全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用還包括航空攝影測(cè)量,線路勘測(cè)及隧道貫通測(cè)量,地形、地籍及房地產(chǎn)測(cè)量,海洋測(cè)繪,工程施工測(cè)量、大橋施工控制網(wǎng)建立、海上勘探平臺(tái)沉降監(jiān)測(cè)、大橋動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)形變監(jiān)測(cè)、高層建筑實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)。GPS更高效的服務(wù)將在生產(chǎn)、生活中的各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。 GPS在物流領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面:
1.貨物跟蹤GPS計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)可以通過(guò)GPS和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)收集全路列車(chē)、機(jī)車(chē)、車(chē)輛、集裝箱及所運(yùn)貨物的動(dòng)態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)陸運(yùn)、水運(yùn)貨物的跟蹤管理。只要知道貨車(chē)的車(chē)型、車(chē)號(hào)或船舶的編號(hào)就可以立即從鐵路網(wǎng)或水運(yùn)網(wǎng)中找到該貨車(chē)或船舶,知道它們所處的位置,距離運(yùn)輸目的地的里程以及所有裝運(yùn)貨物的信息。運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)可以大大提高運(yùn)營(yíng)的精確性和透明度,為貨主提供高質(zhì)量的服務(wù)。 2.與地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合解決物流配送。物流包括訂單管理、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸、送遞、報(bào)關(guān)、退貨處理、信息服務(wù)及增值業(yè)務(wù)。全過(guò)程控制是物流管理的核心問(wèn)題。供應(yīng)商必須全面、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地把握散布在全國(guó)各個(gè)中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)、經(jīng)銷(xiāo)商、零售以及汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、輪船等各種運(yùn)輸環(huán)節(jié)之中的產(chǎn)品流動(dòng)狀況,并據(jù)此制訂生產(chǎn)和銷(xiāo)售計(jì)劃,及時(shí)調(diào)整市場(chǎng)策略。因此,對(duì)大型供應(yīng)商而言,沒(méi)有全過(guò)程的物流管理就談不上建立有效的分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò);對(duì)于大型連鎖零售商而言,沒(méi)有全過(guò)程的物流管理就談不上建立供應(yīng)配送體系;對(duì)于第三方物流服務(wù)商、倉(cāng)儲(chǔ)物流中心,沒(méi)有面向全過(guò)程的物流管理服務(wù)就很難爭(zhēng)取到客戶的物流業(yè)務(wù);對(duì)于普通用戶而言,沒(méi)有快速、準(zhǔn)確、安全、可靠的物流配送服務(wù),網(wǎng)上采購(gòu)幾乎是不可想象的。物流配送的過(guò)程主要是貨物的空間位置轉(zhuǎn)移的過(guò)程,在物流配送過(guò)程中,要涉及貨物的運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸、送達(dá)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié),對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)涉及的問(wèn)題如運(yùn)輸路線的選擇、倉(cāng)庫(kù)位置的選擇、倉(cāng)庫(kù)容量設(shè)置、合理裝卸策略、運(yùn)輸車(chē)輛調(diào)度和投遞路線選擇等進(jìn)行有效管理和決策分析,有助于物流配送企業(yè)有效地利用現(xiàn)有資源、降低消耗、提高效率。事實(shí)上,仔細(xì)分析上述各個(gè)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題就可以發(fā)現(xiàn),上面的問(wèn)題都涉及地理要素和地理分布。凡是涉及地理分布的領(lǐng)域都可以應(yīng)用GIS技術(shù),GPS/GIS技術(shù)是全過(guò)程物流管理中不可缺少的組成部分。