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2.2 GNSS应用

地理信息技术及其应用 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用卫星导航系统获取地面目标精确位置、速度及时间信息的技术应用。

从哪来 建立在 1.1 环境安全的概念 之上。GNSS 是监测环境变化、评估生态风险的核心技术手段,属于保障环境安全的基础设施。

为什么 地球表面任何一点的位置都需要通过空间几何关系确定。GNSS 通过接收多颗卫星信号,利用“距离交会”原理(三球定位)解算出经纬度和高度。这种技术不受天气影响、覆盖全球、精度高,因此成为现代地理信息获取和空间定位的通用基础,是理解资源分布、环境监测等安全议题的技术底座。

生活类比法
适合形象思维强、对抽象几何概念感到困难的学生。 操作:拿三个不同颜色的气球代表三颗卫星,学生站在教室中间代表接收机。老师分别站在三个角落(模拟卫星位置),告诉学生“我离你5米”、“我离你8米”、“我离你10米”。让学生根据这三个距离数据,在脑海中构建出自己在教室里的具体位置。由此引出:只要知道到三个已知点的距离,就能确定自己的位置。GNSS 就是让卫星告诉地面设备“我离你多远”。
逻辑推导法
适合逻辑严密、喜欢探究原理的学生。 操作:从数学角度讲解。在二维平面上,已知一个点 A 的坐标,以 A 为圆心,半径为 r1 画圆;已知点 B,以 B 为圆心,半径为 r2 画圆。两圆相交于两点,无法确定唯一位置。引入第三个点 C,以 C 为圆心,半径为 r3 画圆,三圆交于唯一一点。GNSS 就是利用至少 4 颗卫星(三维空间需 4 颗,因还需解算时间误差)的信号传播时间乘以光速得到距离,从而解算出三维坐标。
案例情境法
适合关注实际应用、对技术原理兴趣一般的学生。 操作:展示一张“共享单车乱停乱放”的新闻图片,问:“怎么知道哪辆车停在了禁停区?”再展示“地震后救援队如何快速定位被困者”。引导学生思考:手机地图、导航仪、共享单车、地震救援,这些看似不同的场景,背后共同依赖的技术是什么?从而引出 GNSS 在定位、导航、授时三大核心功能上的应用,强调其作为“空间基础设施”的地位。
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练一道
基础题
某地 GPS 接收机接收到 4 颗卫星的信号,已知卫星 1 到接收机的距离为 20,000 km,卫星 2 为 20,005 km,卫星 3 为 20,010 km,卫星 4 为 20,012 km。请问,仅凭这 4 个距离数据,能否直接得出接收机的精确经纬度?为什么?
变式
在山区进行地质环境监测时,GNSS 接收机安装在山顶,周围有高大树木遮挡。此时 GNSS 定位精度会如何变化?请从信号接收角度解释原因,并提出一种可能的改进措施。
试试手自己判
检测题
某城市交通指挥中心利用 GNSS 技术监控公交车运行。若某公交车在隧道内行驶 5 分钟,期间 GNSS 信号完全丢失。请问: 1. 这 5 分钟内,指挥中心能否实时获取该车的精确位置? 2. 如果该公交车配备了惯性导航系统(INS),在隧道内能否继续估算位置?精度如何变化?
看答案和判分标准
答案:1. 不能。GNSS 依赖卫星信号,隧道内信号被遮挡,无法接收卫星数据,故无法实时定位。 2. 能。INS 通过加速度计和陀螺仪测量车辆运动状态,可推算位置。但 INS 存在累积误差,时间越长,误差越大,精度会逐渐下降。
判对标准:
- 第 1 问答“不能”且指出“信号丢失/遮挡”得 2 分。
- 第 2 问答“能”且指出“INS 可推算”得 2 分;答出“精度下降/累积误差”得 1 分。
- 总分 5 分,答对关键点即可得分。
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