航空航天概论

武汉大学《航空航天技术概论》期末作业

题目：1+1>2——GPS与GIS

学院：资源与环境科学学院

专业：地理信息科学

姓名：孙涛

学号：2013301130082

2014年4月26日星期六

关键词：航空航天 GPS GIS（地理信息系统）

前段时间，航空界发生了一件大事：载有二百多人的马航客机MH370在飞往北京的途中诡异失联。随后相关各国立即展开了全方位的搜索行动。在这场牵动亿万人民的心的搜救行动中，GIS （地理信息系统）技术发挥了重大的作用。GIS技术可以通过卫

星定位、卫星遥感、航空测量等技术采集数据并加以处理分析，

最终得出合理的结论。航空航天上的进步导致了GIS的新生，而GIS的发展又推动了航空航天的发展。航空航天技术为GIS提供

了手段，而GIS又反过来作用在航空航天上，使这个产业向着更

智能的方向发展。其实，GIS和航天航空领域一直以来联系相当

密切。这一点从它们的发展历史就可以看出来。

其实人类自从诞生以来，就一直向往着能在天空中自由自在的翱翔。千百年来世界各地有许许多多的关于飞行的神话故事，嫦娥

奔月，腾云驾雾，这些都表达了人类对于天空的向往。但是直到

十八世纪可载人的热气球的发明，才拉开了人类探索天空的序幕。在此之后，人们又改进设计出了可操控的飞艇。在经过无数科学

家和工程师的探索和牺牲之后，1903年12月17日莱特兄弟成

功驾驶自己设计的飞机飞行了两百多米，从此把人类带入了飞行

世纪。这是人类的第一架重于空气的可持续滞空的有动力飞行器。在此之后，随着技术的快速进步和工业水平的发展，航空技术有

了巨大的发展。尤其是两次世界大战的爆发，大大的促进了相关

技术的发展，同时也拓宽了航空器的用途，用来执行地面攻击、

侦查、轰炸等军事任务的飞机被设计出来。世界上第一枚火箭也

在第二次世界大战期间被开发出来。同时，民用航空领域也在快

速发展，更大更可靠的飞机被设计出来并投入运营。在二战期间

许多大城市修建了机场，二战结束后大量的军用飞机被改装成民

用飞机，这些都有力地促进了民航业的发展。战后随着两极化世

界格局的形成和美苏争霸的开始，美国和苏联在航天航空技术上

展开了激烈的竞争，双方对此投入了巨大的人力和物力。而这争

霸的四十余年也是航空航天领域硕果频出的时期，在这期间：人

类的第一颗人造卫星、第一艘载人飞船发射成功，第一艘航天飞

机投入使用，第一座空间站建成，完成了第一次太空行走和登月

活动，各种民用军用飞机也经历了数次更新换代。科学技术的飞

跃和社会生产力的高速发展促成了航空航天技术的跨越式发展，

这个领域集中了科学技术的最新成就。迄今为止的航空航天活动，虽然还只是人类探索地球这个摇篮外部空间的最初几步，但它的

作用已远远超出科学技术领域，对政治、经济、军事以至人类社

会生活都产生了广泛而深远的影响。

同航空航天一样，GIS也是一个新兴产业。传统的GIS需要人工

野外测量获取数据，但是随着航空业的快速发展和各类对地观测

卫星、定位卫星的发射和投入使用，传统的GIS也迎来了一场技

术上的变革，获取数据的方法从传统的人工野外测量变成了卫星

定位、遥感、航空测量等先进手段。这使得GIS获取原始数据的

效率大大的提高，简化了测量的方法，解放了人力的同时可以获

得许多人工无法得到的数据，比如环境十分恶劣的地区等。这之后，GIS与航空航天领域尤其是GPS就有了比较密切的关系。二

者相互融合，相互影响，共同促进了新技术的产生和发展。

GIS与航空航天领域结合最密切的当属全球卫星定位系统了。当

今世界上正在建设的或者已经投入使用的全球卫星定位系统有：

美国的GPS，俄罗斯的“格洛纳斯”系统，中国的“北斗”系统，欧洲的“伽利略”系统。目前只有前两者实现了全球覆盖，其中

又数美国的GPS建立最早、应用最广泛。GPS起始于美国军方的一个项目，于1965年投入使用。二十世纪七十年代，美国海陆

空三军又联合研制了新一代定位系统GPS。经过二十余年的研究，耗资三百亿美元，1994年全球覆盖率高达98%的24颗（3颗备用）GPS卫星星座己布设完成。GPS最初的目的是应用于军事，但由于它强大的实用性，美国军方逐渐开放了民用频道，使其可

以军民两用。GPS是以24颗卫星组成的星座为基础，向全球用

户24小时地提供三维位置、三维速度等实时信息的无线电卫星定位导航系统。经过多次修改，目前GPS卫星采用的工作方式为

21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上，这样

可以保证在任何地方任何时候都可以接收到至少三颗卫星的无线

电信号。GPS由三部分构成：一是地面控制部分，它由主控站、

地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗分布在6个轨道平面的卫星组成。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。目前民用的接收机定位精度可达10米内。而GIS是一种采集、存储、处理部分或者整个地球表面或空间地

理分布数据的空间信息系统，地理空间数据是它的核心。GPS的

特性使得它可以快速而准确地为GIS提供相关的位置、属性数据，与传统的测量方法相比，GPS在效率、精度、费用上有着无法比

拟的优势，因此GPS在GIS中得到了广泛的应用。同时，GIS的快速发展也促进了GPS在GIS中的应用，这使得GPS对于普通

民众来说变得更加实用。二者结合比较深入的一个典型的例子就

是如今每个人手机上都有的各种地图软件了。当我们想要去一个

地方时，只要我们打开地图软件，我们就能找到快速而准确地到

达目的地的路线，即便是在一个完全陌生的城市。首先，软件利

用手机中的GPS模块定位，然后软件将当前位置、目的地等数据上传到服务器，服务器再利用GIS数据库中的数据计算出符合不

同要求的路线，再呈现在使用者的手机上。另一方面，由于GIS