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地理学与生活（插图第11版） [:1705395264]
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全球定位系统
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近年来，全球定位系统（Global Positioning System，GPS）使位置的确定比过去容易得多。这种导航与定位系统形成于20世纪70年代并得到美国国防部的扶持。这种技术利用美国国防部一系列——24至28颗——的卫星，于地球上空约2万千米处运行，每24小时通过同一地点。每颗卫星携带4只精密的原子钟，它们平均每3万年只快或慢1秒钟。
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卫星在轨道上运行的时候，不断发射其位置、时间信号和其他数据。这些卫星被安排为任何时刻都有4颗卫星在地平线以上，全球都能进行同步测量。GPS接收器同时记录到许多卫星的位置，然后确定接收器的经纬度、高度和时间（图2.4）。为了精确测量某一地点的位置，接收器必须至少检测到4颗卫星。
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图 2.4 这种手持GPS接收器在一个小型液晶显示屏上显示经纬度和一张地图。（ Courtesy Garmin Corporation）
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GPS技术原先是为军事应用、尤其是为海军与空军导航而设计的。1991年美国与伊拉克进行的海湾战争见证了这种技术的成功。那时在“沙漠盾牌”与“沙漠风暴”行动中，美国军队用这种设备寻找穿越沙特阿拉伯沙漠的道路。这种技术还促进了精确制导武器的开发，这种叫作“聪明炸弹”（smart bomb）的武器靠雷达导向追踪目标。美国政府在其他方面的应用包括用GPS接收器监测地质断层和洋流、传感大气层的全球变暖、消防和灾情制图等方面。
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例如，为了寻找航天飞机哥伦比亚号（Columbia）2003年2月1日重新进入大气层时解体的线索，联邦政府调查员使用GPS技术圈定航天飞机残片散落的地域——包括得克萨斯州的一部分、路易斯安那州和其他若干个州的部分地区。几百名志愿者和执法官员发现并收集了成千的碎片，把碎片的精确位置输入装有特殊制图软件的计算机。悲剧发生后只过了几天，设在得克萨斯州拉夫金（Lufkin）的联邦突发事件管理局灾难现场办公室就每天打印出1000多张地图。这些地图帮助紧急救援人员集中需要搜索的地区，以便找回更多的航天飞机残片。
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由于GPS接收器越来越小、越轻、越便宜，民用数量倍增。有些汽车厂家在新车上安装了车载导航系统供用户选择，有些租车公司在汽车中装备这种系统。系统选择GPS信号监测汽车的位置，将其与储存在压缩光盘中的电脑地图相比较。不断更新的汽车位置显示在固定在仪表盘的电脑屏幕上。导航系统令驾车者找到自己的所在地和到达目的地的路径。例如，驾车者可以给出街道地址，电影院、旅馆或别的建筑物的名称，系统就会将其展示在屏幕上，指出驾车者离目的地还有多远，还需要多长时间才能到达，系统在屏幕地图上给出建议路线方向，或用电子语音“说出”指导意见。经常开车到陌生地点的推销员、房产经纪人和修理工常使用车载导航系统。
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娱乐休闲人士也普遍使用GPS接收器，例如徒步旅行者、露营者和乘船旅游者。最近几年来，此类系统还开发出各种微型GPS接收器，可安装在手表、手镯、手机乃至狗项圈上，以便确定目标位置。许多州使用GPS监视装置作为监视系统，跟踪假释和缓刑人员，以确保他们没有擅自走进禁入的地区，例如学校、游戏场所或受害人的住宅等。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705395265]
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2.3 地图投影
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只有地球仪才能相当精确地表现地球的面貌，但是地球仪不像平面地图那样易于保存和使用，而且地球仪也不能描述得很详细。例如，假如有一个直径为1米的大型地球仪，我们也只能在边长几厘米的面积上把超过10万平方千米的地表信息安放在地球仪上。显然，一个常规大小的地球仪不能表示城市的交通系统，或者很小的市镇和村庄的位置。
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把地球仪转化为地图的时候，我们不能把曲面展平而不改变其原有的全部属性。地球仪属性（globe property）有：
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所有经线等长，每条经线的长度为赤道长度的一半；
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所有经线在两极会合，而且是真实的南北向；
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所有纬线（纬度圈）与赤道相平行，彼此也相互平行；
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接近两极的纬线长度减小；
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经线与纬线以直角相交；
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地球仪表面任何地方在所有方向上比例尺相同。
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只有地球仪网格（globe grid）本身能保持所有这些特性。把地球仪投影到能够展平的表面上，就要扭曲这些属性的一部分或全部，并因此歪曲了地图试图描绘的现实。
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地图投影（map projection）一词就表明了将地球仪曲面描绘到平面地图上的方法。所有平面地图都以不同方式在不同程度上扭曲了真实地球表面下述四种主要属性的一部分或全部：面积、形状、距离和方向。图2.5举例说明了一些地图投影固有的变形。
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图 2.5 本图表示三种不同地图投影固有的变形。画在一种投影上的头像，在保持其经纬度不变的情况下，被转移到另外两种投影上。这并不意味着第一种投影优于其他两种。头像可以先描绘到任何一种投影上，然后再描绘到其他二者上。
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资料来源：Arthur Robinson et al., Elements of Cartography, 5th ed., Fig. 5.6, p. 85.（New York, Wiley, © 1984）
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