全球卫星定位导航技术 数字地球

目 　录 定位与导航技术概述 全球卫星定位系统的工作原理和使用方法 GPS卫星定位导航系统的应用 数字地球概述

定位与导航技术概述 定位与导航的概念 定位 导航 从测绘的意义上说，定位就是测量和表达某一地表特征、事件或目标发生在什么空间位置的理论和技术。 从广义和现代意义上来说，定位就是测量和表达信息、事件或目标发生在什么时间、什么相关的空间位置的理论方法与技术。 我们这里的定位含义，仍然是讨论中观和宏观世界里有关信息、事件和目标的发生时间和空间位置的确定。 导航 指运动目标，通常是指运载工具如飞船、飞机、船舶、汽车、运载武器等的实时动态定位即三维位置、速度和包括航向偏转、纵向摇摆、横向摇摆三个角度的姿态的确定。

定位需求与技术的发展过程

全球卫星定位系统的工作原理和使用方法

全球卫星定位系统的工作原理和使用方法 工作原理及系统组成 工作原理 卫星定位系统都是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。 系统组成 空间运行的卫星星座：发送某种时间信号、测距信号和卫星的瞬时坐标位置信号。 地面控制部分：精确测定卫星的轨道坐标、时钟差异，确定系统运行状态，并向卫星注入新的卫星轨道坐标，进行必要的卫星轨道纠正等。 用户部分：接收卫星广播发送的多种信号并进行处理计算确定用户的最终位置。

中国卫星定位导航系统 : 北斗-1

精密单点定位技术 全球卫星定位系统的工作原理和使用方法 Precise Point Positioning，简称为PPP。 原理 利用这种预报的GPS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GPS定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内的任意位置都可以2-4dm级的精度进行实时动态定位或以2-4cm级的精度进行较快速的静态定位 精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GPS定位方面的前沿研究方向。

全球卫星定位系统的工作原理和使用方法 网络 RTK定位技术 网络RTK

GPS卫星定位导航系统的应用 GPS精密定位在大气层气象参数确定和灾害天气预报中的应用 GPS气象学（ GPS/MET eorology, 简写为GPS/MET ）：利用GPS理论和技术来遥感地球大气，进行气象学的理论和方法研究，如测定大气温度及水汽含量，监测气候变化等。 地基GPS大气探测

GPS定位技术在工程技术中的应用 GPS卫星定位导航系统的应用 全球和国家大地控制网的建设 工程施工测量、精密监测中的应用 在通信工程、电力工程中的应用（时间） 在交通、监控、智能交通中的应用 在测绘中的应用 海陆空运动载体（车、船、飞机）导航

国家高精度GPS网

数字地球概述

数字地球的国外发展现状 美国的国家空间数据基础设施 据最新资料统计，现在正在开展或筹备开展NSDI或NSII建设的国家和地区已扩展到127个。下面挑选其中有代表性的国家和地区进行介绍。 美国的国家空间数据基础设施 美国重视对国家信息基础设施（NII-NTG，G-grid）和国家空间数据基础设施（NSDI-NSDG，G-grid）的研究，但以后者为主。

1996年，在芝加哥召开了NSDI发展战略会议，提出的目标和任务如下： 1）发展前景 现势性好的、精度高的地球空间数据对地方、国家和全球事务和对经济增长、环境质量改善和社会进步等方面发挥巨大的作用。

2）目标与任务 （1）通过技术推广和培训，加强公众的NSDI概念的理解和应用的认识； （2）研究地球空间数据的产生、查询和应用的统一办法，满足用户需求； （3）通过有关社会各界的共同采集，扩大和维护合理的决策所需的地学空间数据； （4）各组织之间建立良好的合作关系，以支持NSDI的持续发展。

3）分工 美国地质调查局（USGS）、国家测绘局（NMD）负责国家地理空间数据框架建设，包括正射影像、高程、交通、水文、境界、地籍和大地控制网等建设。框架将提供数据共享的基础，任何组织和机构可以在其上叠加其他专题数据或信息以供应用所需。

其它： 英国的国家地学空间数据框架（NGDF） 加拿大国家地学数据基础设施（CGDI） 欧共体空间信息基础设施（INSPIRE） 亚太地区空间信息基础设施（APSDI） 全球空间数据基础设施（GSDI）

数字地球的国内发展状况 中国政府和科技界对“数字地球”的发展一向十分重视。 1999年，在中国召开了第一届数字地球国际会议，并发表了“北京宣言”。（李岚清） 2001年，在加拿大召开了第二届数字地球国际会议，有30个国家共600余名专家参加了会议。 2003年，在捷克召开了第三届数字地球国际会议。 2005年，在日本东京召开了第四届数字地球国际会议。 2007年6月，第五届数字地球国际会议在美国举行。 2009年9月，第六届国际数字地球会议在北京召开，并纪念该系列会议召开10周年。

到目前为止，全国已有20个省（自治区）已经开始或正在筹建数字省，如数字山西、数字辽宁、数字江苏、数字浙江、数字福建、数字江西、数字安徽、数字河南、数字湖北、数字湖南、数字广东、数字海南、数字广西、数字四川、数字云南、数字陕西、数字黑龙江、数字吉林、数字青海、数字贵州等。 到目前为上，全国已有约200个城市启动了数字化建设，l00余个城市正在或正筹备数字城市建设，如数字北京、数字上海、数字重庆等。

数字地球的作用和意义 （1）数字地球是全球战略的一个重要组成部分 就数字地球的民用意义来说： 第一，随着人类社会进入信息化和全球化的时代，尤其经济全球化正以势不可挡态势发展，所以了解全球信息已成为十分重要的发展战略目标。 第二，人们不仅认识到经济全球化是当前的大趋势，而且资源利用的全球化，环境影响的全球化已成为大家的共识。

（2）数字地球是当前科技发展的制高点 第一，数字地球为地球科学发展提供了现代科技平台 第二，数字地球为经济社会的可持续发展和构建和谐社会提供了必要条件

数字地球的基本框架体系 戈尔的数字地球概念的核心是： 第一，用数字化和空间化技术结合与地球有关的数据； 第二，最大限度地利用与地球有关的信息资源； 第三，不仅可以在空间维上漫游，而且还可以在时间维上漫游； 第四，为地球科学实验创造了条件。

数字地球建设是从信息基础设施和空间数据基础设施开始，因为只有有了通信网络和地理空间数据采集、处理和存储系统，数字地球工作才能展开。而这些通信网络和地理空间数据采集系统的建设也只有从国家层次上开始，才能扩展到即地区和全球。所以才有了国家信息基础设施（NII）和国家空间数据基础设施（NSDI）建设问题。

我国不仅参与国际地球观测组织和全球综合地球观测系统十年计划，而且我国还发起成立了设在中国的“国际数字地球学会”秘书处，中国科学院遥感应用研究所自2001年开始进行数字地球原型系统的研究，建立了中国第一个数字地球原型系统（DEPSCASl.0），并于2006年3月通过院级成果鉴定。

数字地球是真实地球的虚拟表达，是由高科技组成的技术系统。从数字地球的发源地美国来看，它的技术发展过程经历了：国家信息基础设施（NII）→国家空间数据基础设施（NSDI）→数字地球（DE）3个阶段。数字地球（DE）应该是由NII与NSDI两者综合而成。

（1）国外对数字地球框架的理解 戈尔在他的数字地球报告中，认为数字地球由以下两个方面组成： 1）技术部分 （1）宽带网 （2）卫星遥感数据 （3）海量存储 （4）科学计算 （5）互操作 （6）元数据

2）应用 数字地球的应用潜力、将超过人们想像力的限制，RS与GIS的结合，可以方便地解决那些难以解决的问题，如： 指导虚拟外交； 打击犯罪； 保护生物多样性； 预测气候变化； 增加农业生产等。

（2）国家发改委的NSII规划 NSII是一个具有一定规模的跨部门、跨地区运行的大型的、分布式的网络应用集成系统，基本实现我国主要的资源、环境和地区经济重点数据库的集成及网络信息共享，建立的地理信息系统和地理空间信息交换平台（中心）及应用示范系统构成了NSII体系。它包括： 1）国家地理空间信息更换中心（NSTC）或平台 2）NSII的分级管理规划 3）完善和开发应用示范系统规划 4）NSII的关键技术规划

（3）成绩和问题 我国在“数字地球”方面已经取得了长足的进步，但也暴露了一些亟待解决的问题： 低水平重复建设严重； 设备和数据利用率低，共享程度差； 应用水平低、效益不明显； 标准与规范不统一，政策与法规不健全，安全保障差。

（4）“数字地球”框架体系的构想 “数字地球”的框架体系应包括以下两个部分： 1）信息基础设施 网络层，相当于NII。 数据层，相当于NSDI的—个部分。 技术层，包括科学计算、数据集成与分析、数据共享（元数据字典）及三维及四维的虚拟表达技术和辅助决策技术。 保障层，即政策与法规、标准与规范、安全与保密、管理体制与机制建设。 能力建设，指人才培养，应用示范和研发创新等。

2）应用与服务 全球变化的研究 国家及地区应用与服务 城镇应用与服务 产业化 提高行政能力 数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化，海平面变化，荒漠化，生态与环境变化，土地利用变化的监测。与此同时，利用数字地球，还可以对社会可持续发展的许多问题进行综合分析与预测，如自然资源 与经济发展，人口增长与杜会发展，灾害预测与防御等。

作业题目 1、GNSS和GPS全中文和英文名称？并阐述二者区别和联系？GPS定位技术应用在那些方面？ 2、如何理解数字地球？国内发展现状？有何应用？