導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用范文

《財(cái)經(jīng)》記者 李虎軍

幾乎在一夜之間,衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)就從軍事領(lǐng)域,走進(jìn)了普通人的生活。如今在市場上,不僅裝有車載GPS(全球定位系統(tǒng))的家用轎車比比皆是,可供登山等戶外運(yùn)動(dòng)愛好者使用的手持式設(shè)備也已風(fēng)靡一時(shí)。

迄今為止,美國GPS仍然占據(jù)著中國衛(wèi)星導(dǎo)航市場的絕對(duì)份額。但由中國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng),也正在迅速起飛:據(jù)新華社等媒體報(bào)道,“北斗二代”建設(shè)已進(jìn)入攻堅(jiān)階段,2009年將有多顆衛(wèi)星發(fā)射升空。

然而,在參與歐洲伽利略(GALILEO)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及繼續(xù)推進(jìn)“北斗”之外,中國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域還有著另外一個(gè)秘密武器――CAPS。

這個(gè)已經(jīng)進(jìn)行多年的“經(jīng)濟(jì)型”衛(wèi)星導(dǎo)航項(xiàng)目,其進(jìn)展在很長時(shí)間內(nèi)一直難以被公眾所知曉。直到2008年12月,在《中國科學(xué)G輯》組織出版的一份專刊上,研究人員集中報(bào)告了該系統(tǒng)的研制進(jìn)展之后,人們才有機(jī)會(huì)掀開其面紗的一角。

CAPS橫空出世

所謂CAPS,是“中國區(qū)域定位系統(tǒng)”的簡稱。這種全新衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制,始于六年多以前的一次“頭腦風(fēng)暴”。

2002年11月初,位于現(xiàn)在的北京奧運(yùn)村附近的中國科學(xué)院國家天文臺(tái),時(shí)任臺(tái)長的中國科學(xué)院院士艾國祥找到同事施滸立和顏毅華,在一間普通的辦公室討論一個(gè)宏大的命題:如何開發(fā)“經(jīng)濟(jì)型”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

之所以有這樣的一個(gè)想法,是因?yàn)楫?dāng)時(shí)最為成功的衛(wèi)星定位系統(tǒng),即美國的GPS,從研制到最終投入使用,花費(fèi)了20多年的時(shí)間和數(shù)以百億計(jì)的美元。而前蘇聯(lián)也投入巨資研制格洛納斯(GLONASS), 其導(dǎo)航星座至今仍不完整。

雖然中國已經(jīng)決定加入“伽利略計(jì)劃”,同時(shí)也啟動(dòng)了雄心勃勃的“北斗系統(tǒng)”,但研究人員還是希望嘗試一些新的想法,看能否有更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式來實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ弧?/p>

這場思想的碰撞持續(xù)了好些天,中國科學(xué)院國家授時(shí)中心李志剛等科學(xué)家后來也被邀請(qǐng)加入。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員施滸立告訴《財(cái)經(jīng)》記者,上述這些衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),均可稱為直播式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。也就是說,導(dǎo)航電文及測距碼在衛(wèi)星上直接產(chǎn)生,然后下行廣播給用戶定位。因此,都需要發(fā)射專門的導(dǎo)航衛(wèi)星來承擔(dān)這一任務(wù)。通常需要30顆左右的導(dǎo)航衛(wèi)星才能覆蓋全球。

在思維碰撞中,艾國祥及其同事提出了轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的理念,即導(dǎo)航電文及測距碼在地面產(chǎn)生,上行至衛(wèi)星,利用衛(wèi)星上的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器,再下行廣播給用戶定位。這樣,系統(tǒng)就可以少發(fā)射甚至不發(fā)射專門的導(dǎo)航衛(wèi)星,而利用商用的通信衛(wèi)星組成導(dǎo)航星座。

如果這一設(shè)想實(shí)現(xiàn),顯然可以極大地降低導(dǎo)航系統(tǒng)的部署時(shí)間和成本。因?yàn)橐话愣?空間設(shè)備研制周期長、投資大,星載設(shè)備尤其如此。以作為導(dǎo)航的時(shí)間和頻率基準(zhǔn)的星載原子鐘為例,其價(jià)格昂貴、研制難度大,目前只有美國等極少數(shù)國家完全掌握這一技術(shù);而且,即使研制成功,往往精度也要略微遜色。

轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),則可以將原子鐘安置在地面導(dǎo)航站。李志剛研究員在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)表示:“這樣就回避了星載原子鐘的技術(shù)瓶頸?！?/p>

這種新的導(dǎo)航系統(tǒng)理念,一經(jīng)提出,很快得到了中國科學(xué)院、科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì),以及總裝備部的支持。

2005年6月,中國科學(xué)院國家天文臺(tái)、國家授時(shí)中心、上海微小衛(wèi)星中心、微電子所和自動(dòng)化所等研究機(jī)構(gòu),與衛(wèi)通集團(tuán)等其他國內(nèi)機(jī)構(gòu),合作研制出轉(zhuǎn)發(fā)式中國區(qū)域定位系統(tǒng)(CAPS)的驗(yàn)證系統(tǒng),并通過國家有關(guān)部門的驗(yàn)收。其粗碼信號(hào)的定位精度達(dá)到20米左右,精碼則達(dá)到10米左右,已經(jīng)與GPS民用碼的精度相當(dāng)。

據(jù)了解,這個(gè)驗(yàn)證系統(tǒng)的研制僅用了不到兩年的時(shí)間,經(jīng)費(fèi)則不到美國研制GPS的千分之一。當(dāng)然,這一成功,很大程度上也有賴于中國天文系統(tǒng)在長期基礎(chǔ)研究中所積累的信號(hào)被動(dòng)接收、微弱信號(hào)檢測、衛(wèi)星測軌定軌等技術(shù)的應(yīng)用。

退役衛(wèi)星“第二春”

在CAPS驗(yàn)證系統(tǒng)的研制過程中,研究人員首先租用了在軌的商用同步通信衛(wèi)星上的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器,組成驗(yàn)證系統(tǒng)的星座。不過,由于租用的衛(wèi)星都處于地球同步軌道上,難以實(shí)現(xiàn)三維定位。

研究人員最初的設(shè)想是,發(fā)射傾斜軌道的通信衛(wèi)星組成導(dǎo)航星座,來解決三維定位的問題。后來,他們卻在不經(jīng)意間找到了一種更省錢的辦法,那就是開發(fā)退役衛(wèi)星的“第二春”。

中國衛(wèi)通集團(tuán)退休專家陳吉斌參與了CAPS系統(tǒng)的研制。這位原亞太衛(wèi)星公司副總裁告訴《財(cái)經(jīng)》記者,退役衛(wèi)星上的設(shè)備并未損壞,只是燃料快消耗完了。

不過,為了保證業(yè)務(wù)不間斷,衛(wèi)星公司必須在衛(wèi)星壽命結(jié)束前的一段時(shí)間里,發(fā)射新的同步通信衛(wèi)星完成更替。也就是說,衛(wèi)星退役前還有一定的剩余燃料。

研究人員通過多次討論,提出了一個(gè)巧妙的思路:利用退役衛(wèi)星上的剩余燃料和轉(zhuǎn)發(fā)器資源, 將其納入導(dǎo)航星座。

因?yàn)楫?dāng)?shù)厍蛲酵ㄐ判l(wèi)星正常運(yùn)行時(shí),需要在經(jīng)度和緯度方向同時(shí)保持姿態(tài);而如果將其作為導(dǎo)航衛(wèi)星使用,只需要對(duì)經(jīng)度方向進(jìn)行保持和調(diào)整,緯度方向則任其自由漂移,這樣反而可以改善導(dǎo)航星座的空間布局。

陳吉斌對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示,與同時(shí)調(diào)控衛(wèi)星的經(jīng)緯度方向相比,該調(diào)整模式所消耗的燃料僅為原來的十分之一;這樣,那些剩余的燃料,就足以支持衛(wèi)星的長時(shí)間使用。

于是,2005年,CAPS項(xiàng)目組從亞太衛(wèi)星公司購買了退役衛(wèi)星亞太1號(hào)。這顆衛(wèi)星的燃料原本只剩下幾個(gè)月,但被“征用”至今已有四年多,仍然運(yùn)轉(zhuǎn)良好。2008年,項(xiàng)目組又購買了另一顆退役衛(wèi)星:亞太1A號(hào)。這顆衛(wèi)星的剩余燃料更多,預(yù)計(jì)可供CAPS使用約十年。

代表項(xiàng)目組去洽談退役衛(wèi)星購買事宜的,是國家天文臺(tái)高級(jí)工程師蔡賢德。他對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者直言,這樣的生意很好談,“像我們這樣的買家太少了”。因?yàn)閷?duì)于衛(wèi)星公司來說,不僅多了一筆預(yù)算外的收入,還省去了處理退役衛(wèi)星這種“太空垃圾”的麻煩。

項(xiàng)目組在《中國科學(xué)G輯》發(fā)表的論文中表示,今后幾年內(nèi), 中國還陸續(xù)會(huì)有鑫諾1號(hào)、鑫諾3號(hào)、中衛(wèi)1號(hào)、亞洲2號(hào)等衛(wèi)星退役,這些退役衛(wèi)星的剩余價(jià)值均可得到利用。隨著這些通信衛(wèi)星陸續(xù)加入導(dǎo)航星座,整個(gè)系統(tǒng)的精度也將得到進(jìn)一步提高。

此外,在蔡賢德看來,退役通信衛(wèi)星的變廢為寶,也有助于維護(hù)中國的“空間”。

因?yàn)榫拖裢恋匾粯?空間的軌(道)位(置),同樣是非常寶貴的資源,退役衛(wèi)星如再利用,就可以繼續(xù)占據(jù)原有的軌位甚至新的軌位。

市場能否“芝麻開門”

與直播式衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相比,CAPS還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),那就是導(dǎo)航通信一體化。

據(jù)陳吉斌介紹,通信衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器很多,借助這些豐富的轉(zhuǎn)發(fā)器資源,研制出可雙向通信的接收機(jī),就可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航通信一體化。

早在2006年,CAPS的導(dǎo)航通信一體化試驗(yàn),就在車輛行進(jìn)中和船舶海上航行中試驗(yàn)取得成功。此后,相關(guān)的試驗(yàn)及應(yīng)用也一直在開展。

相比之下,現(xiàn)有的GPS只有導(dǎo)航定位功能,無法在系統(tǒng)內(nèi)解決回傳通信問題。因此,當(dāng)車輛在野外行駛時(shí),用戶中心無法知道其下屬車輛的情況;在戰(zhàn)場上,上級(jí)指揮機(jī)關(guān)無法知道戰(zhàn)場的態(tài)勢(shì);導(dǎo)彈發(fā)射以后,也無法評(píng)估打擊效果。

在導(dǎo)航星座布置上,CAPS也比較靈活,可以根據(jù)情況選擇地球同步軌道衛(wèi)星、傾斜軌道衛(wèi)星、中高度軌道衛(wèi)星等。即可以不搞全球星座均衡布局,而是從區(qū)域應(yīng)用實(shí)際需求出發(fā)考慮最優(yōu)星座布局。

此外,轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是C波段,可租用的衛(wèi)星資源豐富。

“GPS等系統(tǒng)使用的是L波段,頻段資源少,幾乎沒有伸腳的地方了?！辈藤t德對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者解釋說。

李志剛還告訴《財(cái)經(jīng)》記者,從理論上講,CAPS的定位精度今后有可能高于GPS。因?yàn)橛绊懚ㄎ痪鹊囊蛩?主要包括原子鐘和衛(wèi)星軌道測量;而地面原子鐘在精度上可以比星載原子鐘高出一兩個(gè)數(shù)量級(jí),且易于維護(hù)和更新。

他和同事利用新的時(shí)間比對(duì)技術(shù),已經(jīng)獲得了優(yōu)于兩米的衛(wèi)星軌道測量精度;這一精度,已經(jīng)與GPS可以提供的衛(wèi)星軌道測量精度相當(dāng)。

武漢大學(xué)測繪學(xué)院教授劉基余告訴《財(cái)經(jīng)》記者,中國科學(xué)家能夠在條件有限的情況下,自主開發(fā)這樣一個(gè)具有重要科學(xué)意義和工程實(shí)用價(jià)值的導(dǎo)航系統(tǒng),實(shí)屬難能可貴。

不過,他也提醒說,CAPS要想在精度乃至綜合性能上與其他導(dǎo)航系統(tǒng)競爭,還有很多工作要做。

CAPS項(xiàng)目組成員在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)也承認(rèn),CAPS需要修正誤差的環(huán)節(jié),就比GPS多一些。

此外,盡管整個(gè)CAPS系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用低出一大截,但對(duì)于用戶來說,其接收終端的價(jià)格與GPS不會(huì)相差太多。這或許會(huì)影響其在市場上的吸引力。

但項(xiàng)目組認(rèn)為,CAPS這種的系統(tǒng)仍然有著廣闊前景。畢竟,像美國GPS這樣龐大的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),不是所有國家都有財(cái)力承擔(dān)的。而且GPS系統(tǒng)是30年前的技術(shù)方案,在伊拉克戰(zhàn)爭中已經(jīng)暴露出抗干擾差等缺陷。

對(duì)于希望開發(fā)國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的國家而言,尤其是中小國家,CAPS無疑是個(gè)不錯(cuò)的“候選者”。在項(xiàng)目組看來,CAPS的投入成本低、建設(shè)周期短,大約只需要30億元人民幣和兩三年時(shí)間,就能迅速建設(shè)一個(gè)覆蓋三分之一地球、且包括中國國土在內(nèi)的系統(tǒng)。

“建設(shè)(CAPS)這樣的系統(tǒng),將來不一定非要成為國家行為。有魄力的大公司,說不定也可以投資。”施滸立說。

第2篇：導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：信息化；交通運(yùn)輸；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 07-0000-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，同時(shí)也逐步在交通運(yùn)輸中得到了應(yīng)用，并且創(chuàng)造了一個(gè)非常有利的前景。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、發(fā)展及功能

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將分散在不同地點(diǎn)且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用通信設(shè)備和線路相互連接起來，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件的支持下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)資源共享的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程是計(jì)算機(jī)與通信的整合過程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成和發(fā)展大體可以分為四個(gè)階段：

（一）面向終端分布的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

最初的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，其主要形式是一臺(tái)主機(jī)通過電話線連接著若干個(gè)運(yùn)程的終端。

（二）以共享資源為目的的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

20世紀(jì)70年代初，美國建成了以ARPANET為代表的第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它以“通信子網(wǎng)”為中心，許多主機(jī)和終端設(shè)備在通信子網(wǎng)的構(gòu)成一個(gè)“用戶資源子網(wǎng)”。

（三）OSE/RM的提出與第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，相互通信的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行。為了設(shè)計(jì)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，20世紀(jì)70年代，包括IBM在內(nèi)的一些計(jì)算機(jī)公司紛紛提出了本公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如SNA.DNA等，但由于各個(gè)不同廠家的產(chǎn)品不同，因此不能互聯(lián)，所以在20世紀(jì)80年代中期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最引人注目的Internet的誕生了并且得到了飛速發(fā)展。

（四）高速和智能的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

進(jìn)入90年代后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加迅速，正在向?qū)拵ЬC合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的方向演變，美國的“信息高速路”計(jì)劃就是建設(shè)一個(gè)覆蓋全美國的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。智能是在通信網(wǎng)多種新業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的情況下，要求運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)通信網(wǎng)進(jìn)行智能化自動(dòng)管理的形勢(shì)下而產(chǎn)生的。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)有數(shù)據(jù)通信、資源共享、提高系統(tǒng)處理能力和綜合信息服務(wù)等功能，它已經(jīng)廣泛的就用于政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用

（一）高速公路信息化收費(fèi)方式

由于收費(fèi)道路的分散性、信息采集的實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的安全性這些特點(diǎn)，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在收費(fèi)系統(tǒng)中顯得非常重要。從而降低了環(huán)境的污染、節(jié)約了汽油能源和車輛的堵塞。提高了通行能力和服務(wù)水平。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要采用通信信道把擁有的信息、硬件資源的計(jì)算機(jī)相互連接起來，共享網(wǎng)上的各種資源。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照地理覆蓋范圍分類可分為局域網(wǎng)（LAN)、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和因特網(wǎng)（Interner)四種。收費(fèi)站主要是采取收費(fèi)站點(diǎn)局域網(wǎng)、各個(gè)管理處局域網(wǎng)和（全省、幾個(gè)省或全國）廣域網(wǎng)的聯(lián)接，通過電子收費(fèi)系統(tǒng)采用一定的信息技術(shù)如（紅外信息技術(shù)）進(jìn)行操控。實(shí)行全自動(dòng)化的收費(fèi)方式。

（二）道路實(shí)行數(shù)據(jù)模擬

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)道路交通進(jìn)行模擬可以有效的減少交通事故。交通事故發(fā)生的因素有人、車、路和環(huán)境。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)交通事故進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬，并分析其原因。

將道路空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和交通事故數(shù)據(jù)有效的結(jié)合起來，建立與交通事故發(fā)生數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，把交通事故的空間和因素結(jié)合在一起，研究、挖掘交通事故發(fā)生的各種原因。進(jìn)行不同角度的交通事故統(tǒng)計(jì)分析，為制定具體的交通事故和預(yù)防提供方便、快捷的道路。

（三）電子導(dǎo)航儀

電子導(dǎo)航儀一般用于車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，其內(nèi)置的GPS天線會(huì)接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合儲(chǔ)存在車載導(dǎo)航儀內(nèi)的電子地圖，通過GPS衛(wèi)星信號(hào)確定的位置坐標(biāo)與此相匹配，進(jìn)行確定汽車在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地圖中的準(zhǔn)確位置，這就是平常所說的定位功能。現(xiàn)在民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。

在定位的基礎(chǔ)上，可以通過多功能顯視器，提供最佳行車路線，前方路況以及最近的加油站、飯店、旅館等信息。假如不幸GPS信號(hào)中斷，你因此而迷了路，也不用擔(dān)心，GPS已記錄了你的行車路線，你還可以按原路返回。當(dāng)然，這些功能都離不開已經(jīng)事先編制好的使用地區(qū)的地圖軟件。車載GPS還有一個(gè)很大的功能就是防盜，分為靜態(tài)防盜和動(dòng)態(tài)追蹤兩種。前者是指車主離開汽車，停泊的車輛遭遇偷盜、毀壞、移動(dòng)時(shí)，車輛通過自身的監(jiān)控系統(tǒng)向GPS監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)與車主手機(jī)聯(lián)系、電話報(bào)警等。后者則可對(duì)行使中的被盜車輛進(jìn)行定位跟蹤、車況監(jiān)聽、車跡記錄，甚至控制車輛斷電、斷油等。

隨著全國高速公路路網(wǎng)的形成，以及高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，在交通運(yùn)輸中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)也越來越多，所以發(fā)展以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息化系統(tǒng)勢(shì)力在必行。西方綜合論述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交通運(yùn)輸中收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)有及道路數(shù)據(jù)模擬。在未來的科技發(fā)展中相信會(huì)越來越廣泛。

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[2]劉燦齊.現(xiàn)化交通規(guī)劃學(xué)[J].北京:人民交通出版社,2001:158-162

第3篇：導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用范文

Abstract: The economy and the water system of eastern region in our country are advanced and complex respectively. With the needs of development, it is gradually increasing to develop a variety of waters. In order to ensure the safety, it is very important to investigate active fault of waters and provide basic information for site seismic safety evaluation. Adopting Chirp Ⅲ acoustic profile system and Boomer roar control single-channel seismic system to investigate active fault. The research shows the set of detection system has good effect, which is worth popularizing.

關(guān)鍵詞：淺剖儀；活斷層調(diào)查

Key words: shallow profile instrument；investigation of active fault

中圖分類號(hào)：P315.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2011）24-0315-02

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種水域環(huán)境的開發(fā)日趨增多，而往往水系發(fā)達(dá)的地區(qū)也是地震頻發(fā)的地方，開發(fā)的安全性是成功開發(fā)的前提，如果地層有斷層跡象（地層錯(cuò)動(dòng)、變形），就容易導(dǎo)致跨斷層修建或建于附近的工程設(shè)施遭到破壞。因此，就進(jìn)行水域活斷層探測，提供更詳實(shí)的地震安全性資料。水域活斷層是指10～12萬年以來曾經(jīng)活動(dòng)過，將來仍有活動(dòng)可能的斷裂，屬于最新形成地層和地殼巖石內(nèi)不連續(xù)的界面，進(jìn)行水域活斷層探測，是以測線地層剖面記錄為基礎(chǔ)，對(duì)地層進(jìn)行分析判斷有沒有斷層跡象。

進(jìn)行水域活斷層探測的主要方法是淺地層剖面技術(shù)，其中勘察的深度和分辨率探測實(shí)踐中是最關(guān)心的兩個(gè)問題。理論上來說，高頻波有利于細(xì)分地層，低頻波能夠提高探測深度。而實(shí)踐結(jié)論和理論有很大的出入，正好表現(xiàn)為高頻波和低頻波的缺點(diǎn)：低頻波不利于分辨地層，高頻波傳播深度淺。Chirp壓縮波被開發(fā)出來，并應(yīng)用到水域淺層勘探中正好可以解決這一矛盾，既保證了地層的分辨率，也提高了勘察深度。

1試驗(yàn)設(shè)備分析

1.1 設(shè)備組成本文分析的淺剖儀是Chirp Ⅲ聲學(xué)剖面系統(tǒng)以及Boomer轟鳴器單道地震系統(tǒng)，兩套試驗(yàn)系統(tǒng)中有共用的信號(hào)控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)兩套設(shè)備，獨(dú)立的發(fā)射和接收信號(hào)系統(tǒng)。具體的檢測過程首先將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖聲波，然后向水底發(fā)射轉(zhuǎn)換好的聲波，當(dāng)聲波在傳播過程中遇到聲阻抗界面會(huì)被反射，接收返回的反射波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字或模擬信號(hào)可以被記錄下來，最后對(duì)記錄下來的信號(hào)進(jìn)行處理再輸出為能反映地層聲學(xué)特征的剖面。

1.2 設(shè)備檢測流程在進(jìn)行水域調(diào)查時(shí)兩套系統(tǒng)涉及的儀器可以被分為試驗(yàn)準(zhǔn)備、現(xiàn)場試驗(yàn)和信號(hào)分析三個(gè)部分。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段到達(dá)勘測現(xiàn)場進(jìn)行儀器連接、試測之前必須或可以完成的準(zhǔn)備工作，包括背景電子地圖的導(dǎo)入、大地測量參數(shù)的設(shè)定屬于編制計(jì)劃測線等。在勘測現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)主要分為：連接儀器設(shè)備、設(shè)置測量參數(shù)以及測量記錄等。如圖1所示，為整套設(shè)備連接示意圖，用連線代替連接線，線上的箭頭表示信號(hào)在各儀器間傳送的方向，圖中的文字注明了所傳送信號(hào)的內(nèi)容。部分測量參數(shù)設(shè)置是在儀器連接的同時(shí)完成的，完成了連接和參數(shù)的設(shè)置，如果試測量結(jié)果合理，接著就可以進(jìn)行測量記錄并以Seg－y格式將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。信號(hào)的分析是直接對(duì)Seg－y文件進(jìn)行讀取、處理來實(shí)現(xiàn)，涉及到數(shù)據(jù)信號(hào)選擇、測量深度選擇、波速修正、信號(hào)增益修正、色譜控制、底部跟蹤、濾波處理、圖像輸出等幾個(gè)部分。

2活斷層調(diào)查實(shí)例分析

工程實(shí)例：利用本文的淺剖儀對(duì)某河道水域活斷層調(diào)查得到如圖2所示的淺地層探測剖面，設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)號(hào)（標(biāo)號(hào)間距為50m）為橫坐標(biāo)，相對(duì)水面的深度值設(shè)置為縱坐標(biāo)。

從圖2中可以看出，根據(jù)介質(zhì)的不同，其波阻抗差異比較明顯，可以看到在各地層分界處會(huì)形成比較清晰的反射界面，借助這些反射界面在淺剖圖中進(jìn)行斷層的判別以及地層的劃分等分析。在解釋分析剖面圖中的多次波時(shí)，需要根據(jù)其間距和形態(tài)等實(shí)施排除，不需要考慮。通過圖形分析可以得到該測線南側(cè)主航道附近水深大概為35m，逐步向北變淺至15m；72號(hào)測點(diǎn)往南和往北基巖埋深分別約46m和56m，基巖埋深南北兩側(cè)落差達(dá)10m；在71～73測點(diǎn)間表現(xiàn)為緩坡特征。根據(jù)附近地質(zhì)鉆孔資料分析得，下伏基巖系白堊系浦口組砂巖。以72號(hào)點(diǎn)為界，根據(jù)淺地層探測剖面，72號(hào)點(diǎn)南側(cè)剖面顯示同相軸發(fā)育清晰，可是72號(hào)點(diǎn)北側(cè)能量非常弱或基本缺失，再結(jié)合鉆孔資料，可以推測在72號(hào)測點(diǎn)附近有1組斷裂，斷距約10m，傾向北，正斷層性質(zhì)。此處基巖面經(jīng)風(fēng)化剝蝕加之水的沖刷，使這一臺(tái)階成緩坡狀，其上覆軟土為Q4的砂層，未見有斷錯(cuò)之顯示。

通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)相關(guān)鉆孔資料的對(duì)比，對(duì)于有基巖相對(duì)落差的正、逆斷層，借助淺剖儀所獲剖面進(jìn)行斷層判別，并可以取得較好的效果，可是對(duì)于平移斷層則很難判別。

3結(jié)語

根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，沿江、環(huán)湖以及沿海經(jīng)濟(jì)的開發(fā)力度再逐步加大，開展水域環(huán)境活動(dòng)斷層調(diào)查十分必要，利用引進(jìn)的Chirp Ⅲ聲學(xué)剖面系統(tǒng)以及Boomer轟鳴器單道地震系統(tǒng)兩套淺剖儀探測系統(tǒng)對(duì)不同的水域環(huán)境中進(jìn)行了活斷層探測試驗(yàn)為工程提供更詳細(xì)的地震安全性資料。大量的工程實(shí)踐的試驗(yàn)結(jié)果說明利用該淺剖儀系統(tǒng)進(jìn)行水域活斷層探測是可行的，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該淺剖儀Chirp系統(tǒng)理論上探測深度最大值位于50到60m左右，有十幾厘米左右縱向地層分辨率，Boomer系統(tǒng)的探測深度視地層以及水質(zhì)等具體條件而定條件最大能達(dá)到百米左右；探測效果與地層土層性質(zhì)以及水深有較大的關(guān)系，在土層以粘土、粉土居多的地層條件下且水深達(dá)到4m以上實(shí)施探測效果很好。

參考文獻(xiàn)：

第4篇：導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：笛卡爾；解析幾何；反思

勒奈?笛卡爾是偉大的哲學(xué)家、物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、生理學(xué)家，解析幾何的創(chuàng)始人，被黑格爾稱為“現(xiàn)代哲學(xué)之父”。他的哲學(xué)與數(shù)學(xué)思想對(duì)歷史的影響深遠(yuǎn)，其理性思想為近代哲學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

笛卡爾最大的貢獻(xiàn)之一是創(chuàng)立了以建立坐標(biāo)系為核心的解析幾何，整合了代數(shù)和幾何。他引進(jìn)坐標(biāo)用代數(shù)方程表示曲線，通過對(duì)方程的討論來給出曲線的性質(zhì)，首次確切地陳述了用方程表示一般圖形的方法程序，巧妙地把過去對(duì)立著的兩個(gè)數(shù)學(xué)研究對(duì)象“數(shù)”與“形”統(tǒng)一起來，并且引入了變量思想，使運(yùn)動(dòng)進(jìn)入了數(shù)學(xué)，解決了幾何中的點(diǎn)與代數(shù)中有次序的實(shí)數(shù)對(duì)之間一一對(duì)應(yīng)的問題，是17世紀(jì)數(shù)學(xué)的最大成就。在現(xiàn)代社會(huì)中有非常重要的應(yīng)用，例如衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的原理；計(jì)算機(jī)屏幕中每個(gè)像素就是以其在平行與垂直坐標(biāo)位置中的一對(duì)數(shù)字來表示；圖表、地圖、數(shù)字圖片，還有工程設(shè)計(jì)、太空航行及原油勘測，也都是應(yīng)用卡氏坐標(biāo)系統(tǒng)；在日常生活中許多含有變量的資料，可以用卡氏坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行分析；解決數(shù)學(xué)物理上的許多問題，建立坐標(biāo)是一個(gè)更加簡便的方式等等。

結(jié)合笛卡爾創(chuàng)立解析幾何的經(jīng)歷，本文提出了以下幾點(diǎn)反思。

一、興趣是最好的老師

笛卡爾從小就對(duì)數(shù)學(xué)有著極大的興趣，他不斷積極探索，不僅認(rèn)真研究了古希臘的幾何代數(shù)的發(fā)展及難題，而且周游各地，專心尋求“世界這本大書”中的智慧，了解最新學(xué)術(shù)進(jìn)展。對(duì)于數(shù)學(xué)的興趣，是他研究解析幾何的不竭動(dòng)力。

在教學(xué)中，教師也應(yīng)注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)習(xí)變成學(xué)生自己感興趣的事。例如課前一般先用情景導(dǎo)入或視頻、圖片導(dǎo)入等方法，科學(xué)課中講述科學(xué)家們的故事等，激發(fā)學(xué)生興趣，集中注意力于當(dāng)前的課堂；帶領(lǐng)學(xué)生做一些有趣的科學(xué)實(shí)踐，注重培養(yǎng)學(xué)生的情感態(tài)度價(jià)值觀，比如參觀科學(xué)博物館、觀察大自然、鼓勵(lì)閱讀科學(xué)書籍等等。

二、注重立思考

笛卡爾從小出生在戰(zhàn)亂年代的富裕家庭，身體虛弱，因此11歲之后才入學(xué)，同時(shí)得到了不用進(jìn)行晨堂課程的特權(quán)。這個(gè)特別的安排讓笛卡爾養(yǎng)成了一個(gè)終身的習(xí)慣：一覺醒來后可以躺在床上想想事情、做做功課，之后才開始一天的生活。這讓他可以任意遨游在自己的想法中，不用受到緩慢課程進(jìn)度的影響。他學(xué)到了如何自我學(xué)習(xí)，特別是在數(shù)學(xué)研究上非常有用。他這種獨(dú)立思考的智慧，讓他可以在思想上快速發(fā)展，并在之后的人生中不受到傳統(tǒng)理論的影響，創(chuàng)造出嶄新的數(shù)學(xué)與科學(xué)知識(shí)。

在如今的信息化時(shí)代，我們更應(yīng)加強(qiáng)自己的獨(dú)立思考能力。當(dāng)面對(duì)媒體帶來的各種新聞和信息的沖擊時(shí)，我們不能盲目地跟風(fēng)，而要運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行深入的思考，形成自己的見解。獨(dú)立思考也要求我們對(duì)事要有一個(gè)懷疑態(tài)度，也就是學(xué)習(xí)笛卡爾的“懷疑主義”。我們永遠(yuǎn)無法得到真理，只是在不斷靠近真理的途中。

三、對(duì)方法的學(xué)習(xí)比知識(shí)更重要

隨著學(xué)習(xí)的深入，笛卡爾越發(fā)覺得其他一切學(xué)科帶來的疑惑越來越多，他認(rèn)為教科書中哪些微妙的論證，不過是模棱兩可甚至前后矛盾的理論，而唯有數(shù)學(xué)能帶來確鑿的知識(shí)，給予他安慰，因此，他一直在尋找著一套方法，來解釋和認(rèn)識(shí)事物。他寫的著作《方法論》開頭就強(qiáng)調(diào)了方法的重要性而不是知識(shí)的重要性，而他的解析幾何也是屬于一種結(jié)合幾何與代數(shù)的解決問題的方法。

知識(shí)是螺旋前進(jìn)和不斷更新的，學(xué)到的知識(shí)可能只適用與當(dāng)前或只適用于某一狀態(tài)下，比如牛頓的經(jīng)典力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論，因此掌握學(xué)習(xí)的方法比掌握知識(shí)本身更重要。方法的學(xué)習(xí)能夠讓我們更好地進(jìn)行探索和學(xué)習(xí)更多更新的知識(shí)，并應(yīng)用于生活。同樣地，在教學(xué)過程中，教科書上的也不一定是正確的，一方面是科學(xué)本身是一直在發(fā)展和進(jìn)步的，科學(xué)知識(shí)在不斷地更新；另一方面是為了適應(yīng)學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平，也就是前概念，教材會(huì)將一個(gè)事物的解釋簡單化，從而有益于學(xué)生的理解，比如光合作用的進(jìn)行是否需要光。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考的重要性。

四、注重體驗(yàn)和自省

笛卡爾非常注重體驗(yàn)與自省。1618年，他加入了荷蘭王室的一個(gè)軍隊(duì)，想要學(xué)習(xí)戰(zhàn)爭的藝術(shù)，借由軍隊(duì)導(dǎo)出游歷和冒險(xiǎn)。因?yàn)樗亲栽笍能?，也不支薪，因此他有更多的自由和?shí)踐進(jìn)行數(shù)學(xué)和科學(xué)上的研究，并嘗試去發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)學(xué)和科學(xué)背后的各種含義。在他成長和游歷的期間，他總是能趕上世界上發(fā)生的一些大事，例如參加了國王的心臟安葬儀式等；同時(shí)，他在游歷各國時(shí)期，也了解了許多工程建設(shè)，對(duì)物理、數(shù)學(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用都有了更深的了解，他還曾運(yùn)用自己的數(shù)學(xué)天賦幫助過船長處理海上的風(fēng)浪。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。只有實(shí)踐，才能檢驗(yàn)真理。在教學(xué)過程中，教師也應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證理論，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)應(yīng)用于生活。

五、專注的態(tài)度

在巴黎生活期間，笛卡爾下定決心專注于研究之后，與許多朋友保持距離，甚至悄悄搬家不告訴任何朋友新地址，以減少社交。他搬到了平和安靜而又帶有田園風(fēng)的地方，做一個(gè)單純的觀察者，心無旁騖地進(jìn)行自己的研究工作。然而，做事專注并不代表與世隔絕，把自己孤立起來。盡管笛卡爾減少了與當(dāng)?shù)嘏笥训纳缃?，但他非常注重國際上學(xué)術(shù)的發(fā)展，并通過好友書信來了解最新動(dòng)態(tài)。1618年11月，笛卡爾偶然結(jié)識(shí)了其在數(shù)學(xué)和物理學(xué)方面的導(dǎo)師貝爾曼，之后雖然與貝爾曼之間的友誼出現(xiàn)了裂縫，但他因?yàn)橐恍W(xué)術(shù)上的信息共享仍保持著聯(lián)系。同時(shí)，他在荷蘭躲避社會(huì)人士期間，通過數(shù)學(xué)家梅森神父與歐洲主要學(xué)者保持密切聯(lián)系。

人的精力都是有限的，我們很難同時(shí)將很多事做好，因此，想要將事情做到極致，往往需要十分的專注與靜心。

六、有機(jī)結(jié)合的思想

笛卡爾創(chuàng)立的解析幾何，充分體現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合的思想。在1618年，笛卡爾萌發(fā)了用兩條正交直線表明坐標(biāo)來解決自由落體問題的興趣，將數(shù)學(xué)和物理學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來；1619年，他利用數(shù)形結(jié)合原理解決了一個(gè)關(guān)于比例中項(xiàng)插入問題，第二年2用此原理證明了用拋物線和圓的交點(diǎn)可求出四次方程的根，并具體標(biāo)出了圓的中心系那個(gè)對(duì)于拋物線的軸和頂點(diǎn)切線的距離，從而體現(xiàn)了坐標(biāo)方法，將幾何與代數(shù)有機(jī)地結(jié)合了起來。

其實(shí)很多時(shí)候，我們的前人已經(jīng)做出了許多從無到有的創(chuàng)舉，發(fā)現(xiàn)了許多新事物或者找到了自然界更接近真理的規(guī)律，亦或是創(chuàng)造出促進(jìn)人類生產(chǎn)生活的新工具和方法。想要?jiǎng)?chuàng)造出完全全新的事物是很難的，尤其是在這各方面的發(fā)明都已經(jīng)許多、科技快速發(fā)展的時(shí)代，但我們可以將不同的事物相結(jié)合，從而使之碰撞出絢麗的火花，就如同笛卡爾將代數(shù)與幾何結(jié)合起來，創(chuàng)造出劃時(shí)代意義的解析幾何。

參考文獻(xiàn)：