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浅析贵阳GPS定位系统及其在智慧冷链中的应用

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浅析贵阳GPS定位系统及其在智慧冷链中的应用

发布日期:2019-02-22 00:00 来源:http://sbcee.com 点击:

浅析贵阳GPS定位系统及其在智慧冷链中的应用

GPS全球定位系统( Global Positioning System - GPS )是美国从本世纪 70 年代开始研制,历时 20 年,耗资200亿美元,于1994 年全面建成,具有在海、陆、空进行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。

AG真人 一、 GPS 的发展 

贵阳GPS实施计划共分三个阶段: 

第一阶段(从 1973 年到 1979 年)为方案论证和初步设计阶段。共发射了 4 颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 

第二阶段(从 1979年到 1984 年)为全面研制和试验阶段。陆续发射了 7 颗试验卫星,研制了各种用途接收机。实验表明, GPS 定位精度远远超过设计标准。 

第三阶段(1989年至今)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,表明 GPS 系统进入工程建设阶段。 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。 

全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓, 目前已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。经近 10 年我国测绘等部门的使用表明, GPS 以全天候、高精度、 自动化、高效益等显着特点,赢得广大测绘工作者的信赖,并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 

二、 GPS 基本原理

全球定位系统属于美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的,它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样,全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。该系统的空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。 21+3 颗卫星均为近圆形轨道,运行周期约为 11 小时 58 分,分布在六个轨道面上(每轨道面四颗),轨道倾角为 55 度。卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形( DOP ),这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS可以为地球表面绝大部分地区(98%)提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。GPS系统由美国国防部研制和维护,可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。

AG真人GPS 卫星已发展至 Block II 型式的定位卫星, 由 Rockwell International 制造,在轨道上重量约 1,900 磅,太阳能接收板长度约 17 尺,于 1994 年完成第 24 颗卫星的发射。因此目前太空中有 24 颗 GPS 卫星可供定位运用,绕行地球一周需 12 恒星时,每日可绕行地球 2 周,这也就是说,不论任何时间,任何地点,至少有 4 颗以上的卫星出现在我们的上空。

目前全球有五个地面卫星监控站,分布于夏威夷、亚森欣岛、迪亚哥加西亚、瓜加林岛、科罗拉多泉,这些卫星地面控制站,同时监控 GPS 卫星的运作状态及它们在太空中的精确位置,主地面控制站更负责传送卫星瞬时常数(Ephemera's Constant) 及时脉偏差 (Clock Offsets) 的修正量,再由卫星将这些修正量提供给 GPS 接收器做为定位运用。

GPS由三个独立部分组成:

AG真人空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。

AG真人地面支撑系统:1个主控站,3个注入站,5个监测站。

AG真人用户设备部分:接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息,经数据处理,完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

AG真人GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式:

上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数,其中di=

AG真人c△ti(i=1、2、3、4)。

AG真人di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

AG真人c为GPS信号的传播速度(即光速)。

四个方程式中各个参数意义如下:

x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。

AG真人xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标,

可由卫星导航电文求得。

Vti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差,由卫星星历提供。

Vto为接收机的钟差。

由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto。

目前GPS系统提供的定位精度是优于10米,而为得到更高的定位精度,通常采用差分GPS技术。差分GPS分为两大类:伪距差分和载波相位差分。差分GPS基本原理:将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正,从而提高定位精度。

三、贵阳GPS在智慧冷链中的应用

智慧冷链物联网管理系统把冷链车监控、冷链三轮车监控、冷链仓库监控、冷柜监控与位置服务完整融合起来,可以实时监控对象(冷链车、冷链三轮车、冷链仓库、冷柜)的各种数据和位置;并且可对移动对象进行路线、门开位置、温湿度范围的规划和设置。

冷链物流车车载终端内置高精度北斗和 GPS 双模定位模块,同时安装有振动传感器(判断车辆是否在运行)。运输车辆的定位精度目前大约在 5-10 米范围。

AG真人可以实时查看智慧物流冷链系统中各种车辆的定位信息,效果如下图所示:

四、 贵阳GPS在智慧城市中的应用展望

AG真人智慧城市的目标是实现城市中人与人、人与物、物与物之间更透彻的感知、更泛在的互联,实现更深层次的信息与资源共享、更高效便捷的个性化服务,在这个“智能+”城市的历史浪潮中,位置服务无所不在。各种智慧城市中的消费需求、生产需求催生了各种具体场景下对定位技术及位置服务的实质性需求,例如:智慧订餐、智慧出行、智慧物流、ADAS系统、地下管线探测、儿童及特殊人群的防走失系统、精准农业等。因此,GPS技术融入各种智慧应用场景的产业化前景非常光明,必将创造出巨大的产业价值,推动社会进步。


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