2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——GPS技術(shù)在地球信息科學(xué)中的應(yīng)用前景考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.以下哪一項(xiàng)不是全球定位系統(tǒng)（GPS）的主要誤差來(lái)源？（）A.衛(wèi)星星鐘誤差B.信號(hào)傳播延遲（電離層和對(duì)流層延遲）C.接收機(jī)鐘差D.地球曲率改正2.能夠?qū)崟r(shí)、高精度地確定用戶位置，通常需要差分基準(zhǔn)站支持的技術(shù)是？（）A.偽距測(cè)量B.載波相位動(dòng)態(tài)定位（RTK）C.精密單點(diǎn)定位（PPP）D.廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS）3.在地球信息科學(xué)領(lǐng)域，GPS技術(shù)難以直接提供哪項(xiàng)信息？（）A.地球的動(dòng)態(tài)形變B.地表覆蓋類(lèi)型C.某點(diǎn)的精確三維坐標(biāo)D.氣象要素（如水汽含量）4.下列哪個(gè)領(lǐng)域不是GPS技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的重要領(lǐng)域？（）A.大地測(cè)量與地球物理勘探B.航空航天導(dǎo)航與管制C.普通道路駕駛的實(shí)時(shí)導(dǎo)航D.遙感影像的絕對(duì)定位與幾何校正5.GPS系統(tǒng)與GLONASS、Galileo、北斗等系統(tǒng)共同組成的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的主要優(yōu)勢(shì)是？（）A.提供免費(fèi)的軍事服務(wù)B.顯著提高單點(diǎn)定位的精度C.增加可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)量，提高定位的可用性和可靠性D.降低衛(wèi)星的發(fā)射成本6.信號(hào)傳播延遲主要受到哪兩種地球大氣層的影響？（）A.電離層和對(duì)流層B.平流層和臭氧層C.對(duì)流層和磁層D.電離層和磁層7.在進(jìn)行高精度靜態(tài)大地測(cè)量時(shí)，通常采用哪種GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)？（）A.快速靜態(tài)觀測(cè)B.偽距觀測(cè)C.載波相位觀測(cè)D.偽距和載波相位組合觀測(cè)8.能夠提供全球覆蓋、高精度定位服務(wù)的GNSS系統(tǒng)是？（）A.北斗系統(tǒng)B.伽利略系統(tǒng)C.GPS/GLONASS系統(tǒng)D.以上都是9.GPS技術(shù)應(yīng)用于交通工程，其主要作用不包括？（）A.車(chē)輛路徑規(guī)劃B.交通流量監(jiān)測(cè)C.自動(dòng)駕駛車(chē)輛的精確控制D.地圖數(shù)字化10.GPS技術(shù)在未來(lái)智慧城市建設(shè)中可能的應(yīng)用方向不包括？（）A.基于位置的社交服務(wù)B.城市基礎(chǔ)設(shè)施（橋梁、隧道）的健康監(jiān)測(cè)C.大規(guī)模人群動(dòng)態(tài)軌跡分析D.實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)所有設(shè)備的無(wú)需電源運(yùn)行二、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）1.簡(jiǎn)述GPS測(cè)距的基本原理。2.列舉并簡(jiǎn)述三種主要的GPS誤差來(lái)源及其削弱方法。3.GPS技術(shù)如何在資源環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮作用？請(qǐng)列舉至少兩個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例。4.與傳統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量方法相比，GPS在測(cè)繪領(lǐng)域有哪些主要優(yōu)勢(shì)？5.簡(jiǎn)述RTK技術(shù)和PPP技術(shù)的基本概念及其主要區(qū)別。三、論述題（每小題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）1.論述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的多系統(tǒng)融合應(yīng)用前景及其面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，探討GPS技術(shù)在地球信息科學(xué)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向和潛在應(yīng)用前景。四、案例分析題（15分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）假設(shè)某研究機(jī)構(gòu)需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)某山區(qū)公路沿線的橋梁結(jié)構(gòu)變形，以確保其安全。請(qǐng)分析GPS技術(shù)（或GNSS技術(shù)）在該監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中可能采用的方法、需要考慮的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題（如精度要求、觀測(cè)方案、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等），并說(shuō)明選擇該技術(shù)方案的理由。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.D5.C6.A7.D8.D9.D10.D二、簡(jiǎn)答題1.GPS測(cè)距的基本原理：GPS測(cè)距利用無(wú)線電波的超短波特性進(jìn)行測(cè)距。通過(guò)接收機(jī)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間（偽距），再乘以光速得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離。由于接收機(jī)無(wú)法直接知道信號(hào)發(fā)射的確切時(shí)間，而只能知道信號(hào)接收的時(shí)間，因此測(cè)得的距離是“偽距”。通過(guò)同時(shí)接收至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)，利用三維坐標(biāo)解算模型，可以解算出接收機(jī)所在的三維位置（經(jīng)度、緯度、高度）以及接收機(jī)的鐘差。2.GPS誤差來(lái)源及其削弱方法：*衛(wèi)星星鐘誤差：衛(wèi)星原子鐘的走時(shí)誤差。削弱方法：利用地面監(jiān)測(cè)站進(jìn)行精密測(cè)鐘，并將鐘差信息通過(guò)導(dǎo)航電文播發(fā)給用戶。*信號(hào)傳播延遲（電離層和對(duì)流層延遲）：信號(hào)在電離層和對(duì)流層中傳播速度發(fā)生變化，導(dǎo)致時(shí)間延遲。削弱方法：采用雙頻觀測(cè)（利用不同頻率信號(hào)延遲差異）、模型改正、差分技術(shù)等。*接收機(jī)鐘差：接收機(jī)時(shí)鐘的誤差，與衛(wèi)星鐘差類(lèi)似。削弱方法：在定位解算中，將接收機(jī)鐘差作為一個(gè)未知參數(shù)與位置參數(shù)一同解算出來(lái)。*多路徑效應(yīng)：信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，除了直接路徑外，還會(huì)經(jīng)過(guò)地面、建筑物等反射到達(dá)接收機(jī)，造成信號(hào)干擾。削弱方法：選擇合適的接收機(jī)天線、觀測(cè)環(huán)境，采用差分技術(shù)等。3.GPS技術(shù)在資源環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用：*地殼形變監(jiān)測(cè)：通過(guò)長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)固定基準(zhǔn)站，監(jiān)測(cè)地殼的微小形變，用于研究板塊運(yùn)動(dòng)、地殼穩(wěn)定性、水庫(kù)誘發(fā)地震等。*滑坡監(jiān)測(cè)：在滑坡體上布設(shè)GPS接收機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其位移速度和趨勢(shì)，為預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。4.GPS在測(cè)繪領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)：*全天候作業(yè)：不受光照、天氣等條件限制，可在各種環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。*高精度：可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)甚至更高精度的定位。*自動(dòng)化程度高：可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、處理，效率高。*作業(yè)范圍廣：可進(jìn)行大范圍、遠(yuǎn)程的測(cè)量工作。*三維定位：可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X,Y,Z）。5.RTK和PPP技術(shù)概念及區(qū)別：*RTK（Real-TimeKinematic）：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。需要基準(zhǔn)站和流動(dòng)站配合工作，基準(zhǔn)站發(fā)射差分改正信息，流動(dòng)站實(shí)時(shí)解算出高精度位置。作業(yè)距離通常在幾十公里以內(nèi)。*PPP（PrecisePointPositioning）：精密單點(diǎn)定位技術(shù)。流動(dòng)站僅接收單顆或多顆衛(wèi)星信號(hào)，利用衛(wèi)星星歷、鐘差產(chǎn)品、電離層/對(duì)流層延遲模型改正等信息，實(shí)時(shí)或后處理解算出高精度位置。無(wú)需基準(zhǔn)站，作業(yè)距離不受限制，但通常需要依賴(lài)外部提供的精密產(chǎn)品（如GNSS服務(wù)提供商提供的）。三、論述題1.GNSS多系統(tǒng)融合應(yīng)用前景及挑戰(zhàn)：*前景：*提高可用性和可靠性：融合多系統(tǒng)可增加可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)量，尤其在高緯度、城市峽谷、隧道等信號(hào)受遮擋區(qū)域，能顯著提高定位的可用性和連續(xù)性。*提高定位精度和效率：不同系統(tǒng)可能具有不同的軌道和信號(hào)特性，融合可提供更優(yōu)的幾何構(gòu)型，改善定位精度和收斂速度。*增強(qiáng)服務(wù)性能：不同系統(tǒng)提供的服務(wù)類(lèi)型（如導(dǎo)航、授時(shí)、廣域增強(qiáng)）可互補(bǔ)，滿足不同用戶和應(yīng)用的需求。*促進(jìn)全球兼容與互操作：有助于不同國(guó)家和組織間GNSS系統(tǒng)的兼容和互操作，降低用戶設(shè)備成本。*挑戰(zhàn)：*系統(tǒng)兼容性與互操作性：不同系統(tǒng)的信號(hào)結(jié)構(gòu)、服務(wù)機(jī)制、接口標(biāo)準(zhǔn)等存在差異，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合技術(shù)難度大。*數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性：融合多源數(shù)據(jù)需要更復(fù)雜的算法和模型，計(jì)算量增大。*成本問(wèn)題：融合接收機(jī)硬件成本可能較高。*信號(hào)質(zhì)量與安全：需要評(píng)估融合后信號(hào)的整體質(zhì)量，并關(guān)注潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)（如信號(hào)干擾、欺騙）。*標(biāo)準(zhǔn)制定與政策協(xié)調(diào)：需要國(guó)際社會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)、政策層面達(dá)成共識(shí)。2.GPS技術(shù)在地球信息科學(xué)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向和潛在應(yīng)用前景：*更高精度與實(shí)時(shí)性：持續(xù)發(fā)展實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）、精密單點(diǎn)定位（PPP）、星基增強(qiáng)（SBAS）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)甚至更高精度、更高實(shí)時(shí)性的定位、導(dǎo)航、授時(shí)（PNT）服務(wù)。*多技術(shù)融合與智能化：與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、5G/6G通信等技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)更智能化的地球信息感知、處理與服務(wù)。例如，利用AI分析大規(guī)模GPS數(shù)據(jù)，進(jìn)行災(zāi)害智能預(yù)警。*拓展應(yīng)用領(lǐng)域：在自動(dòng)駕駛、智慧交通、智慧城市、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境智能監(jiān)測(cè)（如空氣質(zhì)量、水情監(jiān)測(cè)）、深空探測(cè)、地球系統(tǒng)科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。*增強(qiáng)安全與自主可控：發(fā)展自主導(dǎo)航技術(shù)，減少對(duì)外部導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴(lài)，保障關(guān)鍵領(lǐng)域（如國(guó)防、交通）的PNT安全。發(fā)展國(guó)產(chǎn)GNSS系統(tǒng)（如北斗），提升自主可控能力。*服務(wù)大眾與商業(yè)應(yīng)用：提供更便捷、豐富的基于PNT的位置服務(wù)，推動(dòng)相關(guān)商業(yè)模式的創(chuàng)新和發(fā)展。*面向地球系統(tǒng)科學(xué)研究：利用GNSS技術(shù)進(jìn)行更精確的大氣、電離層、地殼形變等參數(shù)反演，為地球系統(tǒng)科學(xué)研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。四、案例分析題監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：山區(qū)公路沿線橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)可能采用的方法與關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：1.方法：*永久性基準(zhǔn)站建設(shè)：在橋梁附近或遠(yuǎn)離橋梁的穩(wěn)定區(qū)域（如山體）建立至少一個(gè)永久性GNSS基準(zhǔn)站，用于長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。*監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在橋梁關(guān)鍵部位（如橋墩、橋臺(tái)頂、主梁）布設(shè)固定GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝永久性天線。*觀測(cè)方案：可采用連續(xù)觀測(cè)或周期性觀測(cè)模式。對(duì)于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，通常采用連續(xù)觀測(cè)，以捕捉緩慢變形和突發(fā)性變化。觀測(cè)頻率根據(jù)變形速率要求確定，一般從分鐘級(jí)到小時(shí)級(jí)。*數(shù)據(jù)處理：使用專(zhuān)業(yè)的GNSS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解算。主要包括：坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、衛(wèi)星鐘差和大氣延遲模型改正、接收機(jī)鐘差解算、基線向量解算、網(wǎng)平差（如果有多基準(zhǔn)站或監(jiān)測(cè)點(diǎn)）。2.關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：*精度要求：橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)通常要求毫米級(jí)甚至更高精度。需要選擇合適的GNSS接收機(jī)（如雙頻或更高精度接收機(jī)），并優(yōu)化觀測(cè)策略（如觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)、時(shí)段數(shù)）。*觀測(cè)環(huán)境：山區(qū)環(huán)境可能存在多路徑效應(yīng)、信號(hào)遮擋等問(wèn)題。需要選擇開(kāi)闊的觀測(cè)點(diǎn)位，使用抗多路徑天線，必要時(shí)采用差分技術(shù)（如RTK或PPP）輔助解算或進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。*數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估：需要建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程，剔除異常數(shù)據(jù)，評(píng)估解算結(jié)果的可靠性和精度。*變形分析：對(duì)解算得到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，計(jì)算變形量（位移、速度）、變形趨勢(shì)、變形模式等，并與設(shè)計(jì)規(guī)范、安全閾值進(jìn)行比較，判斷橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。*誤差分析：分析影響監(jiān)測(cè)精度的各種誤差來(lái)源（如衛(wèi)星軌道誤差、鐘差誤差、模型誤差、多路徑效應(yīng)等）