“全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用”教材解析

徐志華

一、知識構(gòu)建

“全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用”主要闡述內(nèi)容包含：了解全球定位系統(tǒng)（GPS）的技術(shù)原理與特點，重點分析全球定位系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用；了解世界各國全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀（拓展知識）。

1.全球定位系統(tǒng)（GPS）的技術(shù)原理與特點

GPS是Global Position System的縮寫，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS最早是美國于1973年開始研制、供陸?？杖姽餐褂玫囊环N高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它是在“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)上發(fā)展起來的具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）、全天候性優(yōu)勢的導(dǎo)航定位、定時、測速系統(tǒng)。GPS是一項高科技成果，美國在海灣戰(zhàn)爭中有效地應(yīng)用了這一技術(shù)，在“沙漠風(fēng)暴”行動中，美軍和多國部隊在轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)遠(yuǎn)程陸地攻擊導(dǎo)彈、戰(zhàn)車、坦克上裝備了7 000臺GPS接收機(jī)。海灣戰(zhàn)爭以后，GPS系統(tǒng)普遍被各國所重視，并已開始由單一的軍事用途轉(zhuǎn)向商業(yè)開發(fā)與應(yīng)用。

GPS系統(tǒng)由空間星座、用戶接收設(shè)備、無線數(shù)據(jù)通訊設(shè)備及地面監(jiān)視控制設(shè)備四部分組成?？臻g星座是由美國發(fā)射的、運行在2.2萬千米上空6條準(zhǔn)同步軌道上的24顆衛(wèi)星，它可以覆蓋全球，由這24顆衛(wèi)星發(fā)出可供全球、全天候、三維立體和高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號。用戶接收設(shè)備只需要接到24顆衛(wèi)星中的其中3顆衛(wèi)星信號，就能夠確定接收機(jī)所處位置的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)信息通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送到控制指揮中心，由控制指揮中心的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，并通過中心系統(tǒng)配置的地理信息系統(tǒng)和高分辨率電子顯示器，將用戶接收機(jī)的實時位置顯示在電子地圖上。

2.全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用

（1）特點：全天候、高精度（民用碼：利用差分技術(shù)，可以得到小于5米的精度）、自動測量、實時性。

（2）功能：近年來GPS在國內(nèi)外得到十分廣泛的應(yīng)用，在各個領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為信息時代不可缺少的部分，被譽為二十世紀(jì)以來繼計算機(jī)之后又一項對人類進(jìn)步有重大影響的成果和發(fā)明，它為解決人類在地球上的定位問題提供了重要的技術(shù)手段。那么，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)究竟給人們帶來了什么？

（3）定位：可比較準(zhǔn)確地確定某地的經(jīng)緯度和海拔高度。

（4）導(dǎo)航：是一個技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶以及個人安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時到達(dá)目的地的一種手段。導(dǎo)航的基本功能是回答三個問題：“我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？”

（5）應(yīng)用：軍事、交通、娛樂、測量、救援、工程建設(shè)、野外救援、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)等方面。

3.世界各國全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，世界上正在運行的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)主要有兩大系統(tǒng)：一是美國的GPS系統(tǒng)；二是俄羅斯的GLONASS（格魯納斯）系統(tǒng)。近年來，歐盟也提出了有自己特色的“伽利略”全球衛(wèi)星定位計劃。因此，未來密布在太空的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將形成美、俄、歐操縱的GPS、“格魯納斯”、“伽利略”三大系統(tǒng)相互競爭的局面。而我國的“北斗一代”導(dǎo)航系統(tǒng)則是世界上第一個區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

二、目標(biāo)導(dǎo)航

知識與技能：讀GPS定位示意圖，說出全球定位系統(tǒng)的組成部分和全球定位系統(tǒng)的定位依據(jù)與特點；依據(jù)材料，舉例說出全球定位系統(tǒng)在軍事、交通、娛樂、測量、救援等方面的應(yīng)用；通過案例分析，說出全球定位系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

過程與方法：在地理課堂教學(xué)中，除了使學(xué)生掌握系統(tǒng)的地理知識之外，還應(yīng)注意有目的、有意識地發(fā)展學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的能力，使學(xué)生獲得較高的發(fā)展水平，掌握獨立思考、獨立研究的本領(lǐng)。結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容，加強對學(xué)生地理觀察能力、地理思維能力、空間想象能力和記憶能力等的培養(yǎng)。全球定位系統(tǒng)是新型現(xiàn)代地理信息技術(shù)成果，大多數(shù)同學(xué)對它的特點與應(yīng)用并不了解，在教學(xué)過程中應(yīng)多以案例、圖片、視頻等材料增強他們的感性認(rèn)識，鍛煉地理觀察能力、地理思維能力。結(jié)合課本提到的應(yīng)用案例幫助學(xué)生加強地理思維能力、空間想象能力的培養(yǎng)。

情感、態(tài)度與價值觀：應(yīng)通過促使學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代地理信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識，了解最新地理技術(shù)發(fā)展成果。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的觀點，報效祖國的熱情，以及終生學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。

三、重難疑點

1.教學(xué)重點

掌握全球定位系統(tǒng)（GPS）的基本原理，要求學(xué)生理解對地球表面上的點定位需要三顆衛(wèi)星，了解地球表面上點的運動狀態(tài)則至少需要四顆衛(wèi)星。在教學(xué)安排中應(yīng)重點突出對全球定位系統(tǒng)（GPS）廣泛應(yīng)用的分析與理解，如全球定位系統(tǒng)（GPS）在測量、軍事、農(nóng)業(yè)、交通、救援等方面的應(yīng)用原理與注意事項等。尤其注意提醒學(xué)生分析清楚全球定位系統(tǒng)（GPS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）及遙感系統(tǒng)（RS）間的區(qū)別與聯(lián)系。

2.教學(xué)難點

主要集中在對全球定位系統(tǒng)（GPS）測量、軍事、農(nóng)業(yè)、交通、救援等方面的應(yīng)用原理與注意事項等內(nèi)容的分析。在教學(xué)方法方面，可以考慮采取學(xué)生分組合作探究的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)與交流。學(xué)生由于自身認(rèn)識方面的局限，容易對全球定位系統(tǒng)（GPS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）及遙感系統(tǒng)（RS）間的原理與應(yīng)用產(chǎn)生混淆。例如，由于汽車電子導(dǎo)航產(chǎn)品的廣泛使用，學(xué)生容易將汽車電子導(dǎo)航產(chǎn)品與GPS定位儀混為一談。其實汽車電子導(dǎo)航產(chǎn)品的設(shè)計與原理應(yīng)屬于地理信息系統(tǒng)，定位導(dǎo)航只是其中的一項功能，其功能的范疇遠(yuǎn)大于單純的定位。

3.教學(xué)疑點

在中圖版必修三中，本節(jié)案例研究中選取的幾個實例，如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、電子導(dǎo)航等并不完全只是GPS功能的體現(xiàn)，其中也結(jié)合了如地理信息系統(tǒng)、遙感方面的知識，容易對還未學(xué)習(xí)相關(guān)知識的學(xué)生的理解與掌握造成一定困擾。

四、不同版本教材內(nèi)容對比分析（見表1）

五、教學(xué)建議

1.方法參考

（1）分組合作探究學(xué)習(xí)法。將學(xué)生分成若干個學(xué)習(xí)合作小組，課前安排學(xué)生進(jìn)行課本知識的預(yù)習(xí)。本章節(jié)重在掌握全球定位系統(tǒng)的原理與應(yīng)用，在汽車電子導(dǎo)航大發(fā)展的今天。大多數(shù)學(xué)生對于全球定位系統(tǒng)（GPS）并不陌生，可以采用分組合作探究學(xué)習(xí)法，設(shè)計一些教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生求知、探索的欲望。

【探究問題】

*當(dāng)你外出旅游或者野外探險的時候，通常用哪些方法辨別方向或確定你所在位置？ （可以利用太陽、月亮、北極星、植物、指南針、手表、GPS定位儀等）

*的士運輸公司如何才能有效對車輛進(jìn)行監(jiān)控？ （安裝GPS定位系統(tǒng)）

*運用所學(xué)知識，想一想怎樣才可以精確測量出珠穆朗瑪峰的準(zhǔn)確高度？

*在野外如何救助失蹤人員？

*農(nóng)業(yè)耕種應(yīng)用系統(tǒng)：為什么美國農(nóng)民選擇在夜晚耕種作物……

在問題設(shè)計方面應(yīng)按照教學(xué)計劃安排層層遞進(jìn)，同時配合直觀的圖片、視頻等現(xiàn)代媒體以獲得良好的教學(xué)效果。

（2）案例教學(xué)法。課前讓學(xué)生搜集有關(guān)全球定位系統(tǒng)在各領(lǐng)域的應(yīng)用實例。學(xué)生介紹全球定位系統(tǒng)在軍事、測量、交通、娛樂、救援等方面的應(yīng)用案例。

【應(yīng)用案例】

以色列氣候干旱，降水較少。但在農(nóng)業(yè)方面獲得很大成功。具體做法：通過技術(shù)手段獲取農(nóng)田水分狀況的信息。計算機(jī)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析，做出決策。精確地給農(nóng)田施加適量的水，從而既節(jié)約水資源，又獲得較大產(chǎn)出。以色列從而成為歐洲的廚房和花園。

根據(jù)案例提問：采用何種手段，獲知哪塊區(qū)域農(nóng)田需水？采用GPS等手段對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有哪些影響？你是否還能舉出其它有關(guān)GPS 技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用？

2.圖表使用

（1）全球定位系統(tǒng)空間衛(wèi)星分布圖（中圖版）。空間星座是由美國發(fā)射的、運行在2.2萬千米上空6條準(zhǔn)同步軌道上的24顆衛(wèi)星，它可以覆蓋全球，由這24顆衛(wèi)星發(fā)出可供全球、全天候、三維立體和高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號（可引導(dǎo)學(xué)生了解衛(wèi)星軌道分布情況）。

（2）全球定位系統(tǒng)定位示意圖。在地球表面上的任何一固定位置，要對其進(jìn)行精確定位至少需要3顆空間衛(wèi)星，如果要對一運動物體進(jìn)行精確定位至少需要4顆空間衛(wèi)星。全球定位系統(tǒng)可以進(jìn)行四維座標(biāo)的準(zhǔn)確測量。

（3）全球定位系統(tǒng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)圖（圖3）。圖3中“三維衛(wèi)星位置”反映的是測量地點準(zhǔn)確的經(jīng)緯度位置；高度指的是測量地點準(zhǔn)確的海拔高度；右側(cè)部分圓圈表示地平圈與地平高度45°的范圍；出現(xiàn)的數(shù)字代碼表示目前能接受到信號的衛(wèi)星代號；下方表示各衛(wèi)星的信號強度。

六、思考與練習(xí)

為了規(guī)劃鳥類自然保護(hù)區(qū)，在獲取了不同鳥類的覓食半徑等資料后，準(zhǔn)確劃定保護(hù)區(qū)范圍可以采用的效率最高的技術(shù)手段是：

A.GISB.GPSC.RSD.手工繪圖

解析：本題重點結(jié)合實例考查三種現(xiàn)代地理信息技術(shù)的原理與應(yīng)用，考生答題應(yīng)注重審題，題中的關(guān)鍵詞包括有“在獲取了…后；準(zhǔn)確劃定…范圍；效率最高的”。結(jié)合課本知識，要準(zhǔn)確劃定保護(hù)區(qū)范圍就不僅僅是定位的問題，還包括運用電子地圖規(guī)劃、整理的功能。因此，完成這項內(nèi)容效率最高的技術(shù)手段是GIS。選擇A?！?/p>