GPS 系统和设备

计算机和手机等支持全球定位系统 (GPS) 的设备和服务是非常常见的现代科技产品。许多用户每天都会使用受益于 GPS 的系统。 GPS 的基础概念一度曾被认为相对新奇，且主要由政府使用。

启用 GPS 的设备通过与全球导航卫星系统 (GNSS) 进行通信来提供服务。该系统由一个松散的导航卫星网络组成。这些卫星在不同的轨道高度、以不同的速度围绕地球进行连续轨道运行。 GNSS 卫星会连续传输一个可由地面设备检测到的弱无线电信号。 启用 GPS 的设备需要与至少三颗 GNSS 卫星同时保持视距，才能对其在地面的位置进行三角测量。 导航卫星最初由美国政府于 20 世纪 70 年代发射，且仅用于军事用途。到 20 世纪 90 年代中，全球定位系统已广泛用于商业用途。 今天，GNSS 星座由多个国家的数十颗卫星组成。

使用 GPS 坐标

启用 GPS 的设备在通信时使用“GPS 坐标”。 GPS 坐标采用预定义的网格系统来定义地表的一个准确位置。 坐标系不止有一个，但是绝大多数通信系统都基于纬度和经度：

    纬线——纬线是从东向西穿越地表的水平线。 最长和最主要的纬线是赤道。

    赤道代表纬度的 0°，而北极和南极分别代表 90°。 赤道和两极之间的纬线在 0-90° 之间均匀分布。

    纬线通常以北纬 0-90° (N) 和南纬 0-90° (S) 表示，例如：

     

              32° N

    Lines of Lattitude

    经线——经线是从北极延伸到南极的垂直线。 最主要的经线称为本初子午线。

    本初子午线代表经度 0°，而东西垂直经线分别递增至 180°，合计 360°。

    经线以东经 0-180° (E) 和西经 0-180° (W) 表示，例如：

     

              163° W

    Lines of Longitude

    经度和纬度组合形成的网格结构如下所示：

    为了更为准确地描述 GPS 坐标，可将经线和纬线细分至更小的尺度。 精确的 GPS 坐标可精准定位地表上小至一平方米的任何位置。

    所有 GPS 坐标系中都首先指示北/南方向，然后是东/西方向。 然而，尽管有多种可以表示坐标的方法，但坐标系间的坐标不可互换。 GPS 坐标的各种格式包括：

    GPS 坐标网格类型

    解释

    GPS 坐标布局示例

    度、分和秒 (DMS)

    最常用的表示 GPS 坐标的传统方法是度、弧分和弧秒。 度数与纬线和经线相对应，而分和秒则以 1-60 为单位表示，一度等于六十弧分。 虽然数字本身就可指示不同的位置，但传统坐标还需要 N、E、W 或 S 来指示其与赤道或本初子午线的关系。
    41° 49' 17.3" N，
    12° 24' 27.0" E

    十进制度 (DD)

    十进制度是计算机系统最容易读取和理解的方法，因此正迅速成为表示 GPS 坐标的最常用方法。 十进制度以整数表示（纬度或经度），然后是小数点，且小数点后最多有六位。 小数点之后的数字基本是整数的分数，以 1-10 为单位。 本初子午线以西或赤道以南的十进制度表示为负数。 例如，秘鲁（位于南半球和西半球）海岸线外的一点可表示为：

                                        -9.791500, -81.199971
    41.821468，
    12.407512

    度和十进制分 (DMM)

    普通弧分/弧秒和十进制度的混合表示方法，其中正常弧分和弧秒采用十进制表示。
    41 49.2881 N，
    12 24.4507 E

    生成和使用 GPS 坐标时，必须了解不同坐标格式之间的差异！ 因为弧分和弧秒采用以 60 为底的系统，而十进制度采用以 10 为底的系统，所以同一位置会有两个不同的数字。 如果 GPS 坐标是用以弧分/弧秒为单位的设备记录的，用户在计划使用十进制度工具时，必须将坐标转换为十进制度，反之亦然。

    GPS 设备

    市场上有许多可供人道主义组织使用的 GPS 设备。这些设备都有自己的用户要求和说明。 选择 GPS 设备时，用户必须清楚 GPS 设备的预期用途。

    离线/单机——许多 GPS 设备专为记录 GPS 坐标而设计。 通常，这些设备的界面很简单，由一次性或可充电电池供电。 离线 GPS 设备通常用于海事、航空和军事用途，但也可用于野外定向、采矿或任何需要在远离移动或互联网连接的情况下工作的应用。 离线 GPS 设备通常只是 GNSS 卫星 GPS 信号的被动接收机，且只能简单地提供坐标。 有些 GPS 设备具有测绘功能或能够记录航点。 对于类似附加功能的需求将取决于用途和机构。

    在线/基于手机——如今的大多数智能手机都有 GPS 功能以及地图和轨迹应用程序。 虽然大多数用户都熟悉手机的 GPS 应用程序，但仍须考虑以下几点：

    • 许多手机也会利用移动信号塔来对位置进行三角测量，并且不一定能从 GNSS 卫星获得可靠的 GPS 坐标。
    • 与专业 GPS 设备相比，手机可能比较容易损坏，防水/防尘性能较差，电池寿命也较短。
    • 如果没有连续的互联网连接，有些 GPS 应用程序将无法运行。

    在只使用智能手机作为主 GPS 设备之前，用户应考虑：

    • 需要设备运行多长时间？
    • 设备能否承受作业环境的条件？
    • 如果没有移动信号连接，智能手机是否仍能正常工作？