中图版必修3第一节 全球定位系统的应用教学设计及反思

第一节　全球定位系统的应用

学习目标：1.结合教材相关内容，了解全球定位系统的基本工作原理和组成。(难点)　2.联系生活中的实例，说明全球定位系统在定位导航中的作用。(重点)

1．全球定位系统

(1)概念：利用卫星网络来获得地面某点经纬度和高程的系统。

(2)组成

[特别提醒]　三维信息是指所在地的经度、纬度和高程，通常所说的地理位置除经纬度位置、海拔外，还指某地的海陆位置、经济地理位置等内容。

2．全球定位系统的应用

(1)GPS的特点

全天候、高精度、自动测量。

(2)GPS的主要功能

定位和导航。

(3)GPS的应用

①军事：GPS最初建立的目的是为军事应用。

②测量：具有测量精度高；操作简便；便于携带；全天候操作；信息自动接收、存储等优势。

③交通：→

④救援：GPS可对消防人员、救护人员、交通警察进行应急调遣。

⑤农业：GPS引入农业生产后产生了“精准农业耕作”。

⑥娱乐：GPS走入了人们的日常生活，成为人们出行、旅游、探险的好帮手。

(1)GPS可获得地球上任何地点的经纬度和高程。 (　　)

(2)GPS地面监控系统主要用于监测和控制卫星上各种设备是否正常工作。   (　　)

(3)GPS接收机要显示所在点的运动速度需要3颗卫星参与。 (　　)

(4)旅游时携带GPS接收机可防止迷路。  (　　)

(5)GPS确定地球上任何一点的地理位置应该具备以下三个数 (　　)

A．经度、距离、海拔

B．经度、纬度、海拔

C．纬度、相对高度、距离

D．到两极、赤道的距离和等高线

提示：(1)×　GPS只能获得地球表面上某地的经纬度和高程。

(2)√　GPS地面监控系统主要用于监测和控制卫星上各种设备是否正常工作。

(3)×　GPS接收机要显示所在点的运动速度至少需要4颗卫星参与。

(4)√　GPS可帮助旅游者选取最优旅游线路和目的地且避免迷路。

(5)B

全球定位系统的组成及工作原理

材料一　1940年5月24日，德军以“闪电战”攻破马其诺防线，把40万英法联军包围在法国的敦刻尔克海滩上。从26日至31日都是大雾天气，浓厚的云雾笼罩在海峡上空，加上油库燃烧形成的黑烟，使德军战斗机找不到轰炸目标。到4日上午，英法联军共撤出34.6万人，有人说是浓雾协助英法联军创造了“九日奇迹”。

材料二　据有关报道，第二次海湾战争中，伊拉克军方点燃巴格达周围浇灌石油的战壕来阻碍美军事行动，但美专家指出烟雾对美军使用的卫星制导导弹没有任何影响。

材料三　在第二次海湾战争中，许多美国飞行员在被击落后能得以生还，人们常常惊羡于美国人的神奇。

问题1　对比材料一和材料二，说出GPS的特点？

提示：全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的特点。

问题2　在材料三中美军是如何确定飞行员的位置并组织救援的？

提示：美国人用的是GPS技术。

问题3　GPS提供了哪些信息使其能应用于导航？

提示：GPS可提供精准的定位信息即经度、纬度和海拔。

[归纳总结]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．全球定位系统的组成及其关系

2.GPS的基本工作原理

工作卫星不间断地发送自己的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算，求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。具体如下图所示：

1．GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，它们均匀分布在6个轨道平面上。全球的任何地点、任何时间都可观测到4颗以上的GPS卫星。下图为全球定位系统的卫星星座示意图。读图，完成(1)～(2)题。

(1)图中显示了全球定位系统中的(　　)

A．空间部分　　　　　 B．地面监控系统

C．GPS接收机     D．用户设备部分

(2)图示系统的主要功能是(　　)

A．不间断地发送各自与定位相关的参数和时间信息

B．监测GPS卫星是否正常工作和运行

C．接收GPS卫星发回的时间和位置信息

D．调整运行速度和航向

(1)A　(2)A　[第(1)题，读图可以看出，此图是GPS卫星星座，应为GPS的空间部分。第(2)题，GPS的空间部分，即GPS卫星星座的主要功能是不间断地发送各自与定位相关的参数和时间信息。B、D两项为地面监控系统的功能；C项为GPS接收机的功能。]

全球定位系统的应用

材料一　2017年9月20日，摩拜单车登陆了美国首都华盛顿，正式开辟了北美市场。这也是摩拜进入全球第8个国家。摩拜单车利用创新的卫星定位和物联网技术精准地掌握每一辆单车的位置和状态生成的出行大数据，为用户提供了更好服务的同时也为城市规划部门、本地商家和其他机构创造价值。

材料二　GPS具有较强的防盗功能，当汽车在运行过程中遭遇劫匪时，司机只需按下报警开关，应急中心将会及时处于出警状态，同时司机还可以通过手机对车辆进行断油断电处理，迫使劫犯放弃抢劫计划，保证了人身及财产的安全。

问题1　(综合思维)摩拜单车是如何精确掌握每一辆车的位置及状态的？

提示：每辆单车上都装有GPS系统，这样就可以随时了解每辆单车所处的位置、速度。

问题2　(综合思维)GPS较强的防盗功能是如何体现的？

提示：当汽车装载GPS系统时，应急中心就能随时了解汽车的具体位置，便于应急追踪处置。同时司机也可对汽车遥控，控制汽车的开关。

问题3　(地理实践力)以上材料主要反映了GPS的什么功能？

提示：定位和导航。

[归纳总结]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．GPS技术的特点

2.全球定位系统的应用领域

GPS技术因其具有全天候、高精度、自动测量的特点，被广泛应用于多个领域，目前，GPS的主要功能是定位和导航。具体如下所示。

2．印度洋海啸发生时，36名英国游客被困在斯里兰卡南部海滨的希克杜沃海滩，其中一名游客用手机发出求救信号，使救援人员成功找到他们。据此回答(1)～(2)题。

(1)该游客的手机具有的特殊功能是(　　)

A．彩信     B．GPS定位

C．求救     D．拍照

(2)在救援中利用GPS技术可以帮助救援人员(　　)

①快速确定位置　②快速赶到并实施救援　③减少生命财产损失　④消除灾害影响

A．①②③        B．①②④

C．①③④     D．②③④

(1)B　(2)A　[本题组考查全球定位系统的应用。第(1)题，救援人员根据求救信号成功找到求救者是借助手机的GPS定位功能。第(2)题，利用GPS技术能帮助救援人员迅速确定求救者的位置，快速赶到并实施救援，从而减少生命财产损失。]

GPS手持机示意图的判读

1．GPS手持机的使用方法

(1)首先熟悉并学会使用GPS功能键。各功能键如上图所示，定位时，选择室外无障碍物的地点，以确保能够同时接收到的卫星数量不低于4颗。

(2)按【开机键】以后，便显示(收星)界面，如图所示。

(3)收到卫星信号后，将显示屏中的界面切换至(数据查询)界面，如图所示，即可了解相关内容。

2．析卫星

搜索到的卫星：卫星分布图描绘了GPS接收机所处位置(圆心)仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为抬头以45°角仰望天空的范围，越靠近圆心，卫星信号越强。

3．析信号

信号强弱：数字表示被接收到信号的卫星编号，在显示屏下部的黑框条图中，黑条越高，表示接收到的卫星信号越强，如果没有框条，则表示还未收到卫星信号。

4．析位置

(1)经纬度位置：如图所示，GPS接收机所在地的经纬度位置是(32°03′23.2″N，118°45′54.6″E)。

(2)高度：如图所示，GPS接收机所在地的高度是17 m。

目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出“穿越”“寻宝”“野外拓展”等都市游戏，丰富了人们的周末生活，提高了人们的生活品位，深受户外运动爱好者的欢迎。据此完成(1)～(2)题。

(1)这些户外运动爱好者手中的GPS接收机的硬件由________组成(　　)

①天线单元　②接收单元　③主控站　④监控站

A．①②　　　　　　　 B．③④

C．②③     D．①③

(2)若某户外运动爱好者手中的GPS接收机界面如图所示，则其位于(　　)

A.江汉平原     B．江淮平原

C．华北平原     D．江南丘陵

(1)A　(2)B　[第(1)题，GPS接收机的硬件由天线单元、接收单元组成，主控站和监控站属于GPS地面控制系统的组成部分。第(2)题，图中信息表明，该地大约位于(32°N，118°E)，应为江淮平原。]

(教师独具)

题组1　全球定位系统的组成及工作原理

读车载GPS导航监控原理示意图，完成1～2题。

1．图中M表示(　　)

A．制作GPS接收机

B．分析交通状况

C．生成电子地图

D．计算三维坐标

2．车载GPS通过公共电信网络传给交通监控中心的信息是(　　)

A．车载GPS所在道路的拥堵状况

B．车载GPS所在地的地理坐标

C．车载GPS所在车辆的违章信息

D．车载GPS规划的导航路线

1．C　2.B　[第(1)题，M表示地理信息系统的生成过程：由纸质地图进行数字化处理，并经过相应的信息处理，生成电子地图。第(2)题，交通监控中心监控车辆的行驶状况，主要通过随时掌握车载GPS所在的地理坐标。]

在第36届世界空间科学大会上，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任、中国两院院士李德仁指出，我国的二代导航定位系统将由12颗卫星组成，到2020年建成我国类似的独立自主的全球导航定位系统。据此回答3～4题。

3．GPS卫星星座的工作卫星和在轨备用卫星分别是(　　)

A．21颗和3颗　　　　　　 B．22颗和2颗

C．21颗和4颗      D．22颗和4颗

4．有关全球定位系统的功能或特点的叙述，错误的是(　　)

A．服务过程有定时、间断性特点

B．对陆地、海洋、航空和航海领域均能服务

C．能为用户提供精密的三维坐标

D．服务范围有全球性、实时性特点

3．A　4.A　[第3题，GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星。第4题，GPS具有能够为海、陆、空提供全方位、全天候、高精度的三维位置、速度及时间数据等的特点。]

题组2　全球定位系统的应用

智能手机一般具备拍照、网页浏览、地图查询、定位导航等功能。下图是某智能手机的GPS功能显示图。读图，完成5～6题。

5．手机GPS功能的出现，说明(　　)

A.GPS技术已成为人们日常生活的必备工具

B．GPS技术可以扩大人们的出行范围

C．随着GPS技术的普及，民用GPS技术发展很快

D．有手机信号就能进行GPS定位导航

6．手机GPS能够实现的功能有(　　)

①网络实时监视　②所处位置获取　③失窃汽车查找　④行车路线追踪

A．①②     B．③④

C．①③     D．②④

5．C　6.D　[第5题，手机GPS功能的出现，说明随着GPS技术的普及，民用GPS技术发展很快。第6题，GPS的主要功能是定位和导航，手机GPS可以获取所处的位置，可以进行行车路线追踪。]

(教师用书独具)

教材P74探索

1．在一个平面直角坐标系上，确定A点的位置，需要知道两个值。

2．在一个空间三维坐标系上，确定B点的位置，需要知道三个值。

3．要精确知道一个人在地球上的位置，至少需要知道三个值：经度、纬度和高程(海拔)，需要3颗卫星定位。如果是一个人(或一辆车、一艘轮船)在地表上运动，那么精确了解其位置至少需要4颗卫星，可确定经度、纬度、高程和运动速度等。

教材P80思考

这个案例反映了GPS主要发挥了两方面的作用：一是保证飞机编队的队形始终如一；二是保证飞机在规定的时间准时通过天安门广场。GPS为飞机编队提供定位与导航作用。

在其他领域的应用表现为①军事：定位、导航及跟踪；②测量：测量精度高、操作简便；③交通：车辆跟踪、调度管理，合理分配；④救援：根据GPS进行定位；⑤农业：精准农业耕作；⑥娱乐：出门、旅游、探险的好帮手。

教材P80复习题

1．GPS由三部分组成。空间部分由分布在距地面20 200千米的6个轨道面上的24颗卫星组成，这些卫星不间断地发送各自与定位相关的参数和时间信息；地面监控系统主要用于监测和控制卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否沿预定轨道运行；用户设备部分为GPS接收机，接收机收到4颗或4颗以上卫星的信息，可以计算出接收机所在的经度、纬度、高程和运动速度等。

2．GPS最初就是为军事应用而建立的，主要用来给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息。GPS技术给测绘界带来一场革命，测量精度高，操作简便，仪器体积小，便于携带，全天候操作，信息自动接收、存储，减少了繁琐的中间处理环节。租车服务、物流配送等许多行业利用GPS技术，就可以对车辆进行跟踪、调度管理，合理分配车辆，从而能以最快的速度响应用户的乘车或配送请求，降低能源消耗，节省营运成本。利用GPS定位技术，可对消防人员、救护人员、交通警察进行应急调遣，从而提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故等紧急事件的反应效率。

GPS在农业和娱乐方面的作用：将GPS技术引入农业生产，即所谓的“精准农业耕作”；对于渔民来说，有了GPS，可以准确地测定鱼群的位置。随着GPS接收机的小型化以及价格的降低，其已成为人们出行、旅游、探险的好帮手。

3．可根据收集和查询的有关信息与同学进行交流。