生死一瞬间 如何利用手机卫星定位(GPS)技术自救

笑笑

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        最近，有两则新闻牵动了亿万网友的心。2月19日，浙江金华浦江县3名失踪儿童在经过3天的紧张搜救之后终于被找到。本次搜救，浦江县经过先后出动近5000人次参与救援，搜寻范围超过30余平方公里，浙江省公安警务航空队还派出警用直升机参与搜救。而另一则新闻则没有那么幸运，3月1日，家住西安市高陵区水榭花都小区的一位女业主，被发现困在停用的电梯内达一个月之久，已经活活饿死在里面。


一、手机GPS定位，关键时刻能救命

       虽然浙江这3名失踪儿童幸运地获救了,但是为了搜救他们社会各界和警方也耗费了大量的资源和精力。如果我们成年人在野外迷路时，只要手中有手机,懂一点手机GPS定位,即便在没有手机信号的情况下,也能以最快和最小的代价获救。而导致西安这位女业主迟迟没被人发现的原因，可能是由于在她在这个停用的电梯里没有带手机，即便带了也可能由于没有通信信号而无法求救。由此我们可以看出，手机GPS定位不仅与我们的生活息息相关，而且可能在关键时刻救我们自己一命。

【浙江省公安警务航空队出动警用直升机搜救失踪儿童】

       在日常生活中，我们难免会遇到一些意外和突发情况，特别是随着户外运动和探险的兴起，越来越多的年轻人热衷于到一些原始未开发的地方探险旅游，而这也增加了各种意外和危险的发生。其实，现在大多数手机都配备了GPS芯片，如果在野外或者黑夜遭遇灾难，我们除了跟外界联络外，还需要知道自己的准确位置。而GPS最大的好处就在于它是使用卫星定位，即使没有手机信号也可以正常使用。GPS定位不仅能够帮助我们主动在陌生的野外快速找到最近的城市、乡村等有人区域，也能帮助搜救人员通过手机定位知道我们所在的位置。

       有时候，生死也许就在一瞬间，当我们平时做好一些基本知识的了解和方法的掌握，也许就能在关键时刻救我们自己。为此，我们专门采访了数据恢复四川省重点实验室学术委员会副主任、原解放军某研究所信息安全技术高级工程师王宁老师，请他详细讲解了关于GPS的基本原理和如何通过手机GPS功能自救。


二、GPS运作原理

       GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。到1994年，由全球覆盖率高达98%的24颗卫星构成的GPS卫星系统己布设完成。


1、4颗卫星确定GPS接收器位置
      GPS定位，实际上就是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。

           
       在上图中，GPS接收器为当前要确定位置的手机，卫星1、2、3、4为本次定位要用到的四颗卫星，它们的当前位置(空间坐标)已知。

       实际上，太空中的每一颗GPS卫星都在时刻不停地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位置坐标信息，同时也会附加上该数据包发出时的时间戳（数据包发出的时间）。GPS接收器收到数据包后，用当前时间(这里，手机的时间与GPS同步非常重要)减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间。传输时间乘上卫星无线电波的传送速度(理想为光速)，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到GPS接收器的距离了。四颗卫星的距离分别为d1、d2、d3、d4。


2、GPS为什么要4颗卫星才能定位？
       根据立体几何知识，三维空间中，三对[位置,距离]这样的数据就可以确定一个点了。为什么这里需要四对呢？

       理想情况下，的确只需要三颗卫星就可以实现GPS定位了。但是事实上，由于电波速度也会受到空中电离层的影响，因此会有误差；再有，GPS卫星广播的自己位置也可能会有误差，还有其它一些因素也会影响数据的精确度。因此，在GPS接收器定位运算函数中多用了一组数据，正是用来消除或减小误差，保证定位有效。这也就是GPS为什么必须有四颗卫星才能定位的原因。


三、如何通过手机GPS自救？

1、通过手机自带软件定位
      现在大多数智能手机无论是iPhone 手机还是Android 手机都内置了GPS芯片，并且自带定位功能，在开启自带软件指南针开关后，就可以通过下方的两个数字“北纬”和“东经”确定自己的GPS坐标。

             

2、通过下载GPS类APP软件定位
      对于没有自带软件指南针的用户来说，可以通过下载GPS类的APP软件如高德地图、谷歌地图、百度地图等。以高德地图为例，搜索高德地图“软件”，里面Android、IOS、Windows phone版本的都有，找到适合自己手机操作版本的软件，点击下载，安装以后就可以实现GPS定位。

         

3、通过离线地图包进行定位
       一般的手机GPS定位都需要在线地图服务，也就是说，需要通过GPRS链接到Internet，在线浏览地图数据，并通过手机的GPS定位信号，将位置标注在地图上，以达到定位的目的。这种定位方式在城市中或者有手机信号的区域内，能够完成所需要的定位要求。但是在脱离了手机信号覆盖区域后，这样的定位功能就没有什么作用了。另外，即使在有手机信号的区域内，在线的GPS服务也会由于手机费用等问题而失效，因为在线的GPS服务是有流量费用的。这时候我们就需要利用离线地图进行GPS定位，离线地图之所以能够完成不需要联网的GPS定位功能，是因为地图数据已经存储在手机之中了，你只需要使用程序调出数据查看就可以了。

       同样以高德地图为例，选择高德离线地图包（根据个人需要选择全国地图或主要城市地图),你既可以直接在手机上面下载，也可以在电脑上下载离线包，解压之后放置在autonavi \mini_mapv3 \vmap的目录就可以使用了。

              
四、注意事项：小心手机实时导航耗电量大

       如果出现迷路或者紧急情况，在使用GPS实时导航的时候一定要注意，手机实时导航耗电量大，小心手机会没电。因为GPS接收器或智能手机的GPS芯片对收到的四颗卫星播放的定位数据进行计算，确定自己的位置坐标，并将定位数据从空间坐标形式转换成经纬度坐标形式。如果手机在进行实时地图导航的话，由于位置是在不断移动的，就需要不间断地接收GPS卫星的空间坐标和时间戳数据，并且根据这些数据不断地计算出自己的位置并标识在电子地图中。这个过程要消耗大量CPU和内存资源，对手机电源的消耗也是非常大的，这样往往导致手机发热，手机很快就没电了。


小结
       本文介绍了GPS定位实现的原理以及如何以手机GPS功能实现自救，关于GPS的构成与背景故事，下次将做系统介绍，敬请期待！

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