无处不在的GPS

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  世界上最遥远的距离不是从中国到巴西,更不是从电信到网通,而是我一直在你身边,而你却一无所知。这句出幽的叹息用到GPS身上实在再合适不过。当大家下意识地认为GPS与自己之间的距离可以用光年来计算时,殊不知它早已默默存在于我们生活当中。从航空航天到军事应用.从行业工程到医疗救护,无处不在的它努力扮演着无名英雄的角色,却为我们带来了数不清的便利。所以对于GPS,我们没有理由忽略它,反之应该满怀崇敬地认知它,因为,它一直在你身边。今天就让我们从各个角度来认知这位幕后英雄。
  
  精准工程的生命
  
  作为“精密仪器”,GPS设备在行业工程中使用的概率也非常之高。比如在难以人工测绘的山峰或湖泊旁,在钢筋水泥浇铸的过江大桥上,大家都能时常看到它“辛勤工作”的身影。它用自己的严谨而科学的数据丈量着一座座城市,为大家的美好生活默默奉献自己的力量。
  
  
  城市规划与测量
  
  城市规划与测量是目前我国各大城市正如火如荼进行着的一项政府工程。由于近几年来我国经济持续高速发展,城市变化非常快,所以为了更新城市综合数据,有效规划城市发展,需要重新进行土地测量等基础工作。以前国内进行的测量主要通过人工布线(布网)等方式,其主要的问题有两个,一个是在地形复杂、透视(肉眼直接可视)困难的测量区(例如测量一座险峻山峰的高度时),测量人员很难按照标准要求爬到一个又一个测量点,反复测量。第二个是这种测量方法需要耗费大量人力财力,成本非常高,而且测量准确性还因为人为误差而不能保证绝对精准。而采用GPS测量完全避免了上述两个问题,而且还具有几个优点:第一是测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×10—6,在大于1000km的基线上可达1×10—8。第二则是测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。第三是观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,进行GPS测量时,动态相对定位仅需几秒钟,非常轻松。第四是仪器操作简便。由于GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。最后一点就是GPS设备支持全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,即使可能受到天气影响而信号较弱,但在同等恶劣的天气条件下(例如暴雨或冰雹),人工测量更加无法正常进行。所以,采用GPS测量设备不仅精度高、速度快,而且省钱省力,确是测量人员的好帮手。此外,在与测量相关的行业工程应用,例如地质勘探及地质灾害监测、水源井施工、工程地质勘察等项目上,GPS也能够良好地胜任勘测任务。
  
  桥梁变形监测
  
  桥梁变形监测是GPS的一项全新“工作”。它的主要任务是对过江或过海大桥进行全自动、全天候、连续实时高精度的变形监测。大家可能下意识认为大桥非常坚固,根本没必要对它时刻监控。但事实上,一座大桥从建成通车到服役多年的较长时间内,因为环境因素影响、车辆运营荷载和特殊荷载(如台风、地震、特种运输等)作用下,强度和刚度可能会降低,结构性能发生劣化,严重者甚至影响日常行车安全和桥梁的使用寿命。所以,桥梁监测不仅有意义,而且十分必要。由于人工监测效率太低,所以只能由GPS勇敢地挑起这一重担,在我们所生活的城市中,或许正是GPS监测系统默默无闻的监测,日复一日保证大桥的“身体健康”和我们的通行安全。与普通检测手段相比,GPS监测设备实时不仅能7×24小时连续观测,还能提供风力效应监测、温度效应监测、公路负荷效应监测、铁路负荷效应监测,大桥钢索索力监测以及大桥主要构件应力监测等数据。此外,GPS监测设备中得到的数据通过通讯网络传送到控制中心后将被实时分析,并输出检测结果,如果发现数据异常,则会自动报警,立即引起监测人员的注意。
  
  线路施工
  
  公路或铁路的线路施工测量贯穿于每个线路工程的始终,而其中最繁重且最有代表性的莫过于从事路面开挖或回填的土石方施工与路面铺装。通常情况下,这类施工的一举一动都必须在测量人员和测量仪器的监督与指导下进行,任何差错都会造成极大的人力、物力、财力与时间的浪费。尽管目前线路施工中已经广泛使用各类筑路机械,但是施工机械与测量并没有融合成一个有机的整体。但如果采用实时GPS系统,并利用系统提供的人机接口指令(Man-MachineInterface,缩写为MMI)编制开发相应的应用软件,就可以实现GPS引导下的地面施工机械的自动化作业,那么线路施工的效率、质量都会显著地提高,对劳动力的需求也将大大地减少,线路的成本自然也将因此大幅度地降低。
  那么,实现这一流程的原理到底是怎样的呢?说穿了其实也不难:每部施工机械上的固定部位都安装有一台GPS接收机,我们将它可以看作为一个实时测量的流动站,它能够以10次/秒的更新速率提供相对于附近已知参考站的坐标。而机械设备上各个施工面(如抓斗、铲刀、压辊等等的各个端面)相对于接收机天线的位置由两项因素构成:一个是设备静态结构相对于接收机天线安置位置的固定偏差,它们可以根据设备的设计图纸及通过大量测试加以确定;另一个为施工作业部件相对于结构基准状态的运动量,可以由机械设备的传动系统所接收的控制指令按定的数学模型推算出来。所以,只要GPs参考站与安装在施工机械设备上的流动站都能够保持稳定、可靠、精确的工作状态,再加上与机械传动与控制保持信息同步的 台工业标准PC机,就可以随时知道施工的自动化作业。
  
  船舶的海上识别
  
  船舶在海上利用雷达捕捉和识别周边其他船舶的信号,从而“认识”对方或辨识航向,进行安全行驶是一种非常有效的海上“交流”方法。但是雷达虽然有效,有时却不能有效区分对方船舶的身份、性质、当前操作的意图,更无法发现海堤或港口建筑物背后的隐蔽目标,而且当两个船只出现在相距不远的同一方位上时,雷达屏幕上往往产生混淆,特别在夜航、雾航、暴风雨等各种能见度十分恶劣条件下的分辨不清,是造成许多海难事故的罪魁祸首。正因为如此,国际海事组织(IMO)导航安全委员会于2000年年底批准的“关于通用船舶自动识别系统(AIS)实施标准的建议”,建议从2002年位大小,300长吨以上国际货船及500长吨以上非国际航行的货船都必须装载AIS系统以后才允许投入运营。在我国的海南,AIS已经全面投入使用。
  那么,什么是AIS呢?简单地说,AIS是 GPS在航海领域里应用的一个分支,也是继自主导航之后一个崭新的应用领域。AIS系统的工作原理如下:它采用一台或多台GPS/DGPS接收机,借助于GPS的精密定位、测速功能,并提供高精度的时间基准,从而首先辨别对方船舶的位置、速度及航向。此后,AIS系统中的船载收、发射机可在无人干预的情况下,连续发布本船和接收它船的船舶识别码、船位、航向、航速、船舶长度、船型和装载货物等实时信息,完成同其他船舶的交互工作,此外,所有船舶发送的信息都会被海上监管部门自动转存,以方便协调船舶、近海精密GPS导航及处理海上事故。
  
  疏而不漏
  
  苍茫的大海中风卷着乌云,在乌云和大海之间,一艘边防缉私艇像黑色的闪电,破浪前进。驾驶台前、指挥仪旁,一台笔记本电脑在暗绿色的背景光下静悄悄地忙碌着,显示屏上,一张详尽的海图将隐藏在夜色中的我方及敌方位置和运动轨迹清晰地展现在艇长面前。突然,随着一阵清脆的滴答声,无线电波传来了支队首长的作战命令。按照首长的指挥方案,艇长自信地调整着航向和航速,在夜色的掩护下迅速而准确地接近目标,一举擒获了走私船,犯罪分子终于未能逃出恢恢天网,悻然伏法。一口气看完这一幕,拍手叫好的你会以为这是科幻电影,还是侦探小说?事实上,这正是常常发生在我国海岸沿线城市中的真实案例,英勇的缉私警察在GPS定位系统的帮助下,准确地追踪和抓捕犯罪分子,这时的GPs就像一位高深莫测的智者,隐身于幕后运筹帷幄。在警界,类似这样的应用例子还很多。GPS的这位善于定位和追踪的“低调”英雄,在打击犯罪、维护社会安全上的作用功不可没。
  
  车辆追踪
  
  车辆盗窃是目前国内很常见的一种犯罪方式,由于车辆是一种快速交通工具,移动速度很快,所以警方在追捕时很难掌握车辆的实时位置,按照传统方法,这时只能进行局部路段的交通管制,以此将车辆“堵”在路上。但在拥挤的大城市,采用这样的方法对于民众的日常生活影响非常大,所以这时候,GPS就起到了极大的作用。安装了GPS终端的车辆能将自己的实时位置“主动”传送到公安部门的调度监控中心里的GPS地图追踪系统中,通过该系统可以随时了解该车辆当时的状态(如速度,运行方向等信息),为抓捕提供了最直接最及时的信息。此外,系统还会自动记录各车辆的运行轨迹、具体时间等,这些数据都可在地图系统中上回放,为事后处理各类事件提供有力证据。正是因为GPS在车辆追踪上的杰出能力,为其在警界赢得了一个漂亮的外号——鹰眼。
  2005年,GPS系统在我国首例境外造车案中第一次大展身手,其能力让人叹服。2005年8月7日,一男一女来到广西一家汽车租赁公司租了一辆菱帅轿车,租期已过未见还车,同时租车人的手机也无法联系。警方立即通过GPS定位显示,该车已经在缅甸境内,租赁公司报案后在中缅两国警方的通力合作下,依靠GPS精准的跟踪定位,最后人赃俱获——原来两人已经制作了假证件,摇身一变成了车主,但最终也没有逃离GPS的跟踪,该车8月15日从缅甸开回。这是我国迄今为止,第一例利用GPS跨国追车的成功案例。大家知道,在我国的云南和缅甸边境均山高林密,卫星信号和通讯条件均不正常,这时除了GPS,几乎没有其他办法可以实时定位到车辆的位置,从而抓住犯罪分子。这一次成功的“演出”也让GPS名声大振,到现在,90%以上的干警在跟踪定位车辆时,第一反应就是寻求这只鹰眼的帮助。
  
  车辆监控和调配
  
  除了可以对车辆犯罪进行追踪外,GPS在日常车辆监控和调配上的作用也越发明显,这就跟咱们老百姓的生活息息相关了。例如目前国内的重庆、上海等城市的公交车辆和出租车中都装置上了GPS,公交公司或公安部门可以通过中心管理系统可以监控到每辆车的位置,一旦有人在这些车辆上行窃或抢劫,驾驶员可以立即通过GPS报警,民警在第一时间就能定位车辆位置,解决危机。此外,部分公交公司的GPS设备还能对车辆的行进速度等参数进行监控,一旦司机行车速度过快,则GPS会马上提醒,这也增强了驾乘人员的安全系数。
  让我们来模拟一个例子,实际说明GPS在车辆监控中的功能流程。假设现在有一个犯罪团伙在公交车上行窃,这时驾驶员在保证自身安全的前提下,启动GPS报警装置,这时安装在车辆上的GPS接收机将开始进行实时定位,并将报警和定位信息发向监控中心,监控中心收到求救信号后,首先将该车辆的实时位置和基本信息在地图系统上显示出来,如经度、纬度、速度、方向等,此外监控中心通过GPS搜索该车辆周围最近的警方巡逻车,向他们发送事故车辆情况、出事地点、车辆人员等信息,保证警方以最快的速度出现场,就地“解决”罪犯。
  而车辆的调配则是一套完整的GPS管理系统,它多应用于大中城市的警察分局中。这套系统通过GPS定位功能,能够显示出每一辆巡逻车的位置,分局指挥中心日常可以根据指挥系统等。分别用于城市公共汽车调度管理,车船报警与调度及海关、公安、海防等部门对车船的调度。
  
  民警调配和统一管理
  
  车辆的调配还只能算GPS应用的初级阶段,从它发散开来,GPS目前甚至应用到单个民警身上——大家都知道,巡逻民警普遍负责较大辖区的安全巡逻工作,所以日常工作地点通常较为散乱,分布较广,如果遇到较大事件,急需协同作战时,采用传统的对讲机难免效率较低,而且可能难以简单描述清楚位置。采用GPS后,一线民警每人配备一个GPS终端,上班激活,下班注销,指挥者通过电脑一眼就能看出有哪些民警、在何处巡逻,方便指挥调度。一旦在某个区域得到报警,大家可以用最快速度赶到现场执行任务。
  当然,单警配置GPS设备在国内还算比较“前卫”的做法。从我国现有的资料来看,除北京、上海、香港等少数几个大城市部分实现外,其他城市还无法装备到如此精良。不过随着GPS应用和产品的进一步发展,相信不久的将来,这样的设备就能在各大城市普及,到那时,警察的快速反应能力能得到质的飞跃,作为普通市民的人身安全将得到更大的保障。
  
  社会公共安全措施
  
  除了车辆和人等“移动物体”之外,GPS目前在“静物”——社会公共安全设施上的应用也越来越多。例如我国银川市就建成并投如使用“110”路灯杆报警标识系统,使市内几个主要区域的5500个路灯杆派上新用场——这些路灯全部被进行了统编号,并且标识在110警用电子地图上。群众如果在街头遇险或受到伤害拨打110报警,只需说出附近路灯杆上的编号号码,接警员将号码录入110接处警系统就能查询到报警人所处的具体位置,此后通过GPS系统再将信息转输到附近处民警的GPS车载终端上,民警就能够在最短时间内实 施救助,保护人民生命财产安全。
  
  空中保护神
  
  从海底到天空,人们越是开拓GPS的潜力,就越会惊讶地发现它实在是比变形金刚还要生猛,无论在什么地方都能充分发挥自己的优势创造价值。即使在最高端、挑战性最强的航空航天领域,它也从不惧怕,依然勤勤恳恳地工作着……
  
  飞行导航
  
  飞行导航其实和汽车导航模式大同小异,不过支持飞行导航的GPS设备显然更加专业。这类GPS导航设备通常支持多达10条最常用的飞行线路,并具备地形警告系统,当飞机飞行高度过低,有可能与山峰发生碰撞之时GPS会发出提示和警告。此外,一般飞行GPS导航系统将会配置全球地图,包括亚洲、非洲、美洲、澳洲以及欧洲各国的地理信息,有了它的帮助,只要机主不飞出地球,想必都能最终找到路线返回,不至于迷失在半空中。
  以上案例或许听上去已经足够梦幻,但很“遗憾”地告诉你,这还只算是最简单一种的航空GPS应用,对于GPS导航的要求相对也更低。在飞行导航中,更多情况下,GPS将发挥它定位准确的天然优势,进行一系列“精密”导航工作,例如航空母舰上的飞机着陆(起飞)导引系统,直升机临时起降引导,军用飞机的统一编队、突防、空中加油及空中搜索(救援)等,这些应用对于GPS定位精准性的要求都非常高,不过GPS也都能够漂亮地完成。当然,对于新飞机、新机载设备、机载系统或地面服务系统的设计、定型或测试,同样可以借助GPS设备掌握各种状态参数以作为基准,由GPS得到的参数值不仅准确,并且这种全自动的方式有效降低了测试成本。
  此外,GPS在航空中的应用还包括难度相对更大、普通人相对接触更少的航空测量。所谓航空测量是指飞机除了正常起降同时进行对地摄影,如果飞机上装有动态GPS接收机,除了可以利用精准的导航功能外,还能利用GPS高精度动态定位技术确定接收机天线相位中心任意时刻的动态位置,经过一定算法折算为测量设备与被测目标之间的相对位置,不但可以达到很高的精度,而且克服了原有的使用复杂、不灵活等缺点。
  
  航道监视
  
  飞行航道日常监视是一种典型的航空应用,特别对于拥有主权的近洋区和内陆偏远区上空,航道必须时刻保证正常。传统航道监视通常采用一种非相关监视系统,即主要利用各种雷达系统,配合机载导航系统互相补充。但这种监视系统的地面和机载设备复杂、价格高、监视精度随距离而变化,作用距离也有限,不可能实现全球覆盖和全球无间隙监视。而采用GPs和航空移动卫星系统彻底改变了这种传统的监视方法——由于机载GPS导航系统将时刻自动报告自己的位置并反馈实时数据,所以为实现自动监视业务提供了可能,也有效地减轻了飞行员,管制人员的工作负担。
  
  航空调度与监管
  
  航空调度与监管是本地机场行为,算是GPS在航空应用中的一个分支,其中主要包括终端飞机的管理和机场停机坪监视(管理)。机场进行航空调度和监管的目的就是要减少飞机起飞和进机场时的滞留时间,并的飞行器,原本大家或许以为和GPS沾不上边,可是,偏偏GPS在空间飞行器上应用非常广泛。从单纯利用GPS接收机确定空间飞行器的位置、速度和对应时间,到应用GPS来确定空间飞行器的姿态,从利用地面的差分系统为飞行器的高精密定轨,到为了提高可靠性而将GPS系统和其他如INS惯导、地磁、星敏感器等传感器组合等,处处都能看到GPS“忙碌”的身影。对于空间飞行器来说,使用GPS主要有如下几个好处:首先,由于GPS的定位精度非常高,普通的地面无线电测量系统完全不能比拟;其次是降低设备成本和运营成本,使用GPS接收机可以降低对传统测控星上设备的要求,使星上转发器简单化,同时还可以提供高精度的时间同步信息和一般的姿态信息;此外,使用星上GPS接收机也可以节约地面跟踪系统的开销;最后,使用GPS还能增强飞行器的自主能力,有GPS的帮助使得空间飞行器能自主地完成有效载荷或者姿轨控系统在特定的位置、速度和对应时间需要完成的工作。
  
  航天器交会对接
  
  航天器交会对接在航空航天中是一个非常庞大和令人激动的过程,它是指两个航天器(例如宇宙飞船或航天飞机等)在太空轨道上台并在结构上连成一个整体的全过程。这样的太空交会对接也是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的太空装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件,所以非常重要,并且,GPS设备将在其中起到非常关键的作用。由于两个航天器在交会对接过程中要求有大量准确的测量信息和数据,而目前不同航天器使用的各种空间测量设备、系统的性能各不相同,难以满足整个交会对接过程中的所有测量要求,所以使得先期的测量工作变得非常复杂。但如果在目标航天器与追踪航天器上各安装一台GPS接收机,则交会对接的大部分阶段的测量任务可由GPS独立完成。由于它具有测量准确、精度高、不受时间限制、系统价格便宜、设备简单等优势,所以能顺利帮助航天器实现自主控制,从而达到成功交会对接。
  
  救死扶伤就争这几秒
  
  救人如救火,与邪恶的死神搏斗,那怕只耽误一秒钟,就可能扼杀了一条鲜活的生命。所以,对于医疗救援工作者来说,救死扶伤中最重要的无非就是两个字——效率。而在医护救援应用中,GPS将自己反应速度快、定位准确的优势展现得淋漓尽致。为了拯救生命,GPS和可敬的白衣天使一样,一直拼尽全力。
  
  医院内部的“道路信息系统”
  
  在北京、上海这样的大城市,各大医院作为城市即时救援的主要力量,承担着城市每个角落的医护救援工作,但医院的资源总是有限的,例如救护车辆,按国内目前的配备,三甲医院也仅有5~6辆而已,更多医院通常只有2~3辆救护车,遇到病发高峰期,即使马不停蹄来回奔跑,往往也僧多粥少,无法满足所有病人的需要。由于在短期内无法大规模改善硬件配置,所以只能在合理利用这些有限资源上动脑筋。目前大型医院大都建立起了一套完整的“医护车辆信息管理系统”,这一系统结合了GPS全球卫星定位系统、GSM蜂窝网通讯技术、GIS地理信息系统和计算机网络通信与数据处理技术,不仅能够对救护车辆进行即时GPS定位跟踪管理,还能给调度指挥人员提供直观的动态管理信息,而且能对任务车辆进行捷径引导、机动调度,从而科学地指挥救护车的救援工作。具体来举个例子。假设一家医院建立了“医护车辆信息管理系统”,那么它应给其下几辆救护车全部安装GPS终端,并在医院建立一个监控调度中心,则一旦医院接到求救,调度中心将在第一时间通过GPS联系离求救者最近的救护车,并将求救者位 置信息发送到救护车上,方便驾驶员更快定位患者具体位置实施救援,这样从患者发出求救信号,到救护车到达现场处理,整个流程一般能够控制在15分钟左右(市郊30分钟左右),从而有效地降低了由于道路交通不畅、具体位置不明而耽误的救援时间,为抢救患者留出了更多更宝贵的机会。
  
  驴友的自救与求救
  
  踏遍祖国的大好河山,是许多驴友心里最大的愿望。但对于钟情荒山野岭的“野驴”来说,危险和新鲜感一样无处不在。特别在只身徒步时,很可能稍不注意就迷了路,这时求救和自救就显得特别重要。虽然通常情况下,求救都可以通过手机拨打紧急求救电话完成,但如果这时恰好手机没有信号又该怎么办?一个人或一行人无助地站在自己也弄不清的方位上,携带的衣物、食物、饮水、光源也有限,情况将十分危险。所以有经验的驴友一般都会带上手持式GPS定位系统,它不仅可以在绝大多数时候能定位自己所处的位置(一般是通过读取经纬度来实现),最大限度避免迷路,还可以在迷路后通过无线电与救援人员联系,使救援人员通过搜索软件在地图上定位被救者的精确位置,并可以通过其他GPS定位导航设备的指示,向被救援者靠拢。即使携带的是不能读取经纬度坐标的GPS导航仪,也可以通过确定自己的位置和其他重要地标之间的相对位置、距离来判断被救者的准确位置。
  当然,这种营救模式仅仅是GPS的常规应用。随着GPS的不断发展,目前驴友之间的救援方式也衍生出多种可能。例如在团队驴行时,一旦某个队员与大部队失散,则可以采用GPs手机中的一种通常称之为“紧急短信呼救”的功能,该功能能够将自己的位置通过短信方式发送给队友,同样采用GPS手机的队友只要也使用拥有同样功能的GPS智能手机,即可借助其导航功能,迅速找到失散的团员,并立刻进行救援。从广义上讲,“紧急短信呼救”不仅适合团队驴行中的自救与求救,而且还能解决许多人身在异乡的人身安全问题,这对于他们来说无疑更是强有力的安全保障工具。
  
  车祸救援
  
  车祸救援也是一种常见的GPS应用,随着国内车辆的不断增加,新手上路情况越来越普遍,发生车祸的概率也有所上升。车祸救援的特点是对时间的要求或许更加急迫,而且可能同时需要对车辆和人员进行双方面救援。一般在这种情况下,需要被救助车辆主动安装车载GPS系统(或驾乘人员采用带GPS功能的手机或PDA),发生车祸后,如果驾乘人员能及时通过手机发送求助短信或电话,则收到求助信息后救援中心将通过GPS高精度定位追踪,获取车辆的具体位置,并及时反馈给医护或交警人员出勤,以此完成一次车祸事故的人车救援。
  
  地震救援
  
  地震、台风等自然灾害由于破坏性强、破坏区域广而闻名,在这类自然灾害“侵略”之后,往往自救以及后续的搜救工作难度较大,不过有了GPS的应用,救援相对更加轻松。例如在地震多发的岛国日本,其国内的第二大移动电话运营商KDDI为了避免因地震灾难而引发的人员失踪等状况,特意在手机中提供了无线电控制系统和GPS电子地图,这使得灾难中的个人可以在最快做出反应,实时了解自己所在地区的情况,并依靠地图指引你以最安全的路线躲避灾难。而且,由于这套系统是完全基于GPS应用,所以可以在没有手机信号时照常工作,适用性非常强。
  此外,在灾难应急机构的要求下,今年4月后在日本售出的绝大部分手机都安装了GPS接收器。这样旦发生灾难,只要还能够打电话求救,即时求救者不知道自己的具体位置,救援人员也可以根据GPS追踪到使用者的位置,而不用再通过传统的手机信号定位。目前,全日本使用的手机中已经有大约30%可以由GPS定位追踪到.这给救援工作提供了莫大的方便。
  而其他的地震救援方式也在不断涌现。例如日本电信公司最近还研制出一种高科技头盔,可在灾难中使用。这种多媒体头盔有一个高速连接器和GPS接收器,还配有一盏灯、一个摄像头和一个微型太阳能电池板,这种设备一则可以让受困人员自动、实时观察发生的情况,二则可以通过GPS接收器定位或求救,可谓非常便利。
  
  其他救援
  
  除了在以上几种常见医护救援中发挥作用外,GPS还能在煤矿/海上救援等发挥一定的作用。大家可以想像,在诸如矿井深处或惊涛骇浪的深海中这类叫天天不应、叫地地不灵的恶劣环境中,能够发出求救信号,等待救援是一件多么可喜的事情,所以GPS在这类事件上的功劳真正配得上“伟大”二字。不过介于这些应用技术含量较高,普通人接触可能性较少,所以这里也不再赘述。不过,毫无疑问,随着GPS应用的不断进步,它还将在医疗救援方面发挥更大的作用。
  战场万变信息为先
  
  正如《孙子兵法》所提到的,情报收集对于战争的胜负会起到决定性作用。在早已信息化的当代军事领域,这点尤为突出。而GPS,作为军方信息来源的重头,早已是GPS应用中最常见,也最能发挥GPS“精准定位”特点的领域(毕竟,GPS本身就是美国军方的产物)。从军用角度来讲,经过多年的发展,军队对GPS的信任程度和依赖性都逐渐加强,而且几乎各个国家都了解到GPS应用的重要性,投入极大人力物力积极研究GPS的新军事用途。当然,就目前来讲,美国在GPS军用领域上的技术与发展遥遥领先于世界上其他国家。
  
  传统定位应用
  
  在传统军用领域里,GPS目前应用最广泛的依然是发挥其精确定位功能,实现包括整支作战部队、车辆或单兵的定位,让后方指挥官准确地了解前方部队的实时位置(一般需要精确到1~2公里内),以确定部队是否严格按照命令集结和移动,便于指挥官整体调度、部署与指挥。而需要监控车辆时,由系统发出查询指令,被监控车辆上的车载GPS接收卫星每秒发来的定位数据,并根据三颗以上不同卫星发来的数据计算出自身所处地理位置的坐标,最后经过车载无线电通讯装置发射给指挥部,精确度非常高,误差一般不会超过300米。最后再举个单兵的例子。在紧张的中东地区,我们可以看到美国的陆军作战队中大多数士兵都随身配备了GPS设备(大多为定位能力和信号接收能力超强的手持机),这使得该士兵在一线作战时不仅能随时听从领导的命令,还能够实时定位自己和同伴的位置(哪怕在室内也能够有效接收到信号),增强协同作战能力,此外,在陌生地点作战时,这类GPS设备还能提供当前位置的大致信息和周边的地形情况,便于士兵选择作战位置。当然,军用GPS设备和咱们平常在专卖店看到的设备可是大大不同,它不仅拥有超强的抗震、防水、防沙和电池续航能力,更加适合恶劣环境下使用,而且小巧灵活,便于携带,有些设备甚至与望远镜等士兵常用设备“融”为 一体。
  
  精确制导项目
  
  在导弹上装备GPS定位系统是GPS在军事领域的一项高端应用——目前大多数导弹都采用了GPS全球定位系统制导,并且还利用惯性导航系统(INS)进行弹道校正。让我们来模拟一下导弹发射后GPS定位制导的工作流程。导弹一旦正常发射,GPS系统会立刻对其飞行方向进行导引,使其向原设定目标飞去。在导弹飞行期间的某一特定时间里,弹载GPS接收机接收来自GPS卫星群即时传来的位置修正信息,并把它们传递给弹载的INS系统,以调整导弹的飞行路线,最终保证击中目标。这就是为什么即使导弹飞越半个地球,也能精确地以较高精度攻击预定目标的原因。此外,这类导弹还具有全天候作战能力,并不像民用GPS导航设备一样,一旦天气不好则信号接收效果影响很大,而是无论刮风下雨还是冰雹大雪,一样都具有超强信号接收能力。目前,许多新型制导武器如洛马公司研制的“联合防区外空地导弹”(JASSM)和波音公司制造的“联合直接攻击弹药”(JDAM)等均依靠GPS+INS进行高精度制导。
  
  GPS干扰与抗干扰
  
  自从将GPS装载到导弹上后,由于导弹的巨大威力和GPS系统的精确定位珠联璧合,使得攻击威力巨大,各国感受到这一威胁后,急忙研究相应的防范方法。经过长时间尝试,军事技术家们发现,GPS制导设备可能因为受到干扰,从而使导弹偏离飞行航线,误炸目标。其具体实现思路为:当GPS接收机在导弹飞行前期计算路径时,利用干扰设备发送同样功率的干扰信号,使受到干扰后的导弹在整个干扰阶段只能保持“惯性滑移”,而无法根据飞行距离和时间重新计算飞行路径。其中产生干扰的时间越早,导弹距目标的距离越远,其偏离预定攻击目标的误差就越大,将严重影响其攻击精度。而最令人惊讶的是,这样的干扰设备居然非常好开发,而且成本非常便宜!
  干扰技术一经公布,立即引起轩然大波。大家一致认为,强悍无比的制导系统,难道这么容易被击垮?怀着对制导系统的强烈信心,针对GPS制导系统反干扰技术的GPX计划很快提上了议事日程,而当前看来,美国先进国防研究计划局(以下简称DARPA)设计的空中模拟卫星思路,是目前解决干扰问题的较好方法。
  
  GPX计划
  
  GPX即全球定位试验(the Global PositionExperimentsl)的缩写。该试验旨在解决GPS信号在复杂环境下受干扰威胁的问题。由于GPS信号相对比较微弱,易受干扰,而采用普通元件制成的千抗器,体积小,隐蔽性强,便于大量投放,很容易对GPS实施干扰。
  DARPA的设计思路是使用空中模拟卫星来解决GPS信号受干扰的问题,这种模拟卫星可以提供高强度的GPS信号以压制干扰器对GPS信号的干扰,共需4颗。模拟卫星系统就好比是一种微型GPS卫星信号中继站,其工作原理是通过先进的集束天线和信号处理器增强信号,然后在GPS卫星上找到自己的方位,接着在比卫星更近的距离上将类似GPS的高强度信号传送到地面。由于模拟卫星发出的信号比卫星强,而且可以安装在无人驾驶飞机上,无需航天发射,因此比其他大功率GPS卫星的速度要快得多。也可以压制干扰器的干扰,使制导系统能够正常工作。
  到2004年,基于模拟卫星设计的完全成熟,通过一系列的实战试验表明,4颗模拟卫星组成的整套系统可以排除干扰,为制导系统提供精确的导航。现在,这一概念已经准备好由技术阶段转向商业应用的开发,相信当它大规模使用时,GPS信号的封闭性和可抗性将更加完备。
  
  MEMS-INS
  
  除了研究GPS制导系统的抗干扰能力外,GPS的精确性和信号持续性研究也是军事领域的另一个重点,而目前针对这一研究的计划称为MEMS-INS。简单地说,MEMS-INS(INS:Intertial Navigation System)是建立在运用微机电技术(MEMS:Micro-ElectroMechanical System)制造一种价格便宜的微型惯性导航系统的想法之上。或许大家会认为有些奇怪,GPS制导的定位准确性和信号强度已经非常不错,为何还要进行研究?事实上,这是因为对准确性和信号强度定义标准不同所引起的分歧。在普通人理解看来,能够准确飞行成百上千公里攻击既定目标,已经是一个非常了不起的成就,但在军事应用上,却仍然为GPS精度担心,因为大多数飞机、船只、宇宙飞船和导弹对精度要求并无上限,多数军事科学家仍然为难以保证在建筑物内(特别是钢筋水泥结构)、茂密的植被覆盖以及水下使用时正常工作而担心,一旦遇到这种情况,MEMS-INS就可以提供辅助导航直到GPS信号恢复正常。此外,MEMS-INS支持空对地和地对空武器的制导功能,还可以帮助火炮的火控系统进行瞄准和定位。当然,目前MEMS-INS仅仅处于初级研发阶段,要想真正进入产品生产和试验阶段还为时尚早。
  
  精彩生活GPS创造
  
  看过众多高端行业应用后,在本文中GPS终于华丽地回归了普通民用领域。不过与国外成熟的GPS应用相比,由于国内GPS市场开发相对较晚,所以目前大家常见的GPS产品多是强调GPS中的导航功能,稍显单一。相信接下来的两年,随着国内GPS市场的不断成熟,GPS会在我们身边起到越来越多的作用。
  
  车载与驴行
  
  车载与驴行是国内GPS产品在民用领域中的两个主要应用方式,它主要强调GPS的导航功能,目前应用已经比较成熟。举个例子,当我们自驾车(或出差)到一个陌生的城市或地点时,通过随身携带的GPS手机(或其他GPS设备)查询周边的宾馆、饭店及娱乐场所,顿时可以在短时间内了解该城市,消除陌生感。此外,日常驾车上班时也可以在车载GPS产品上设置目的地,由GPS产品根据起始点设计最佳出行路线,并根据语音提示轻松驾车而GPS在驴行中的导航也大同小异,当驴子们不断征服一个个陌生地点时,GPS正是时刻帮助他们掌握万向、确定目标的必备工具。
  但是在现阶段,无论是车载还是驴行,使用GPS导航产品目前都面临着个较大的问题——我国电子地图有待进一步开放。出于国家安全的考虑,我国对地图数据控制较为严格,使得目前车载导航系统的电子地图数据并不太精确(特别是中小城市和西部省市),另外,由于我国正在对基础设施和道路进行大规模的升级改造,电子地图需要频繁更新,从而使得GPS厂商电子地图的制作和GPS用户电子地图的更新成本均居高不下,从某种程度上减缓了GPS的进一步普及。
  此外,从目前国内的GPS导航产品发展来看,本应以导航功能为主的GPS却在附加 功能上的“花样”越来越多,功能也越来越强大,在不需要导航时,这些GPS就变成了一台MP3/MP4播放器或者时尚的电子玩物。这种与流行相结合的GPS虽然更加花哨,却让GPS功能应用逐渐边缘化。这也算是GPS产品在民用领域发展的另一大特色——既要兼顾专业导航功能,又要尽量满足大众的娱乐需求。
  当然,GPS在车载和驴行中,也充满不少趣味应用。例如,GPS产品中的航迹记录功能,能够记录下自己全部车行路线,并能与人分享。举个例子,或许自驾进藏一直是你的梦想,但是由于经验不够或对道路不够熟悉,只能悻悻放弃。但如果有“前辈”将自己的进藏航迹全程记录下来,那你完全可以直接按照这个航迹旅行,中途不必担心迷路等问题。
  
  车辆安防
  
  安防是GPS的另外一个主要应用点,目前在国外已经非常普遍,在国内也逐渐起步。GPS安防应用针对的客户群主要为私家车主,常见的安防措施包括车辆防盗及利用GPS卫星定位系统对车辆进行跟踪。例如一辆没有任何标识的车辆在户外出了故障,安装了安防型车载GPS系统的车辆就能迅速被卫星定位出位置,得到救援。此外,当车辆遭遇匪徒的盗窃时,一旦发生剪拆电线、破坏设备、触动车辆等异常情况,GPS设备就会自动产生盗窃报警。
  安防功能的技术实现比之导航更为复杂,主要在于它需要终端车辆主动传送报警信号等数据,就必须通过独立的地面通信平台,以确保数据的集中处理,从而实现车辆安防的结构网络化服务。在国内,绝大多数GPS车辆防盗、反劫服务提供商所采用的地面通信平台均为成熟强大的GSM移动通信网(即中国移动或中国联通),并利用GSM移动通信网的信号频道进行GPS数据传输。
  
  移动定位服务
  
  移动定位服务是GPS应用与移动通信(特别是3G)应用的一个结合,也是未来我们最常见的一种应用方式,移动定位服务又可称为移动位置服务,它是指移动网络通过GPS定位技术的支持来获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标),并在电子地图平台的支持下,为终端用户提供相应服务的一种增值业务。举个例子,即使我们随意走在大街上,只要掏出手机,移动定位服务不仅能够帮助我们查询到自己的位置信息,而且还能提供基于该位置的附加信息,例如所在位置附近的商店、银行、书店、医院、宾馆、餐馆等,便于我们选择需要了解的信息或服务项目。这种实时信息查询与交互服务融合了移动通信和GPS定位两大技术,目前在日本或欧美等地应用已经非常普遍。而在国内,运营商和SP(信息提供商,为大家提供附加信息)提供的类似服务还比较“单纯”,普遍只能进行“定位、交通导航、提供定位点周边信息”等服务,最多也只能提供如找自己、找朋友、周边查询、路径查询、公交换乘等,而没有和其他个性化更强、需求性更强的应用结合起来。此外,国内一些SP提供的服务也存在着供需错位且质量不高的问题——由于地图或信息系统的差异,大多SP的地图数据产品精度低、更新速度慢、信息内容不够准确,例如当我们通过SP查询到周边有一个公交换乘站或其他公用设施,满怀信心奔过去,却发现由于道路施工或改道,该换乘站已经挪动了地方,这样定位失误的例子在一定程度上影响着大家的使用热情。
  在这方面,国外的确早已走在前面,他们一般由移动运营服务提供商直接出面,联合SP建立移动位置门户,为用户提供更丰富、更详细的信息服务。例如,为推动位置服务业务的发展,日本和韩国的运营商纷纷建立了门户网站,吸引众多SP,推出丰富的位置服务内容。而日本第二大运营商KDDI仅在目前推出的定位业务已达100多种,从电子地图、餐馆指南、火车时刻表、城市指南,到天气情况和紧急信息等应有尽有,不仅服务种类多,而且信息更新由专门的更新人员甚至更新小组负责,确保信息的及时和可靠性。这些为我国移动运营商提供了很好的借鉴。不仅如此,目前国外的车载产品也在向实时信息查询和交互方面尝试,例如日本本田汽车公司近日推出一款本田车专用车载GPS产品,它不仅能为使用者显示实时气象信息,还可以让用户实时掌握前方的道路信息,第一时间反馈给车主,并协助车主调整行车路线避开麻烦。这样的先知先觉才是GPS带给我们的最好礼物。
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