您不知道gps可以做的5件事有哪些

您可能认为自己是浏览城市交通的专家，智能手机在您身边。您甚至可以使用GPS设备徒步旅行，以找到穿越偏远地区的路。但你可能仍然会对GPS（作为所有现代导航基础的全球定位系统）所能做的所有事情感到惊讶。

GPS由向地球表面发送信号的卫星星座组成。一个基本的GPS接收器，比如智能手机中的那个，通过测量来自四颗或更多卫星的信号的到达时间来确定你的位置 - 大约在1到10米内。使用更高级（更昂贵）的GPS接收器，科学家可以精确定位到厘米甚至毫米的位置。利用这些细粒度的信息，以及分析信号的新方法，研究人员发现GPS可以告诉他们比他们最初想象的更多关于地球的信息。

在过去的十年中，更快，更准确的GPS设备使科学家能够照亮大地震期间地面的移动方式。GPS为山洪暴发和火山爆发等自然灾害带来了更好的预警系统。研究人员甚至将一些GPS接收器用作雪传感器，潮汐计和其他意想不到的测量地球的工具。

“当我开始谈论这些应用时，人们认为我疯了，”科罗拉多大学博尔德分校的地球物理学家克里斯汀·拉尔森（Kristine Larson）说，他领导了许多发现，并在2019年地球和行星科学年度评论中写了关于它们的文章。“嗯，事实证明我们做到了。”

以下是科学家们最近才意识到他们可以用GPS做的一些令人惊讶的事情。

1. 感受地震

几个世纪以来，地球科学家一直依靠地震仪来评估地震的大小和严重程度，这些地震仪可以测量地面的震动程度。GPS接收器有不同的用途 - 跟踪在较慢的尺度上发生的地质过程，例如地球巨大的地壳板块在称为板块构造的过程中相互摩擦的速度。因此，GPS可能会告诉科学家圣安德烈亚斯断层的另一侧相互爬过的速度，而地震仪则测量加州断层在地震中破裂时的地面震动。

大多数研究人员认为，GPS根本无法足够精确，足够快地测量位置，以用于评估地震。但事实证明，科学家可以从GPS卫星传输到地球的信号中挤出额外的信息。

这些信号以两个分量到达。一个是每个GPS卫星传输的唯一一系列一和零，称为代码。第二种是从卫星传输代码的较短波长的“载波”信号。由于载波信号的波长较短 - 仅20厘米 - 与代码的较长波长（可以是数十或数百米）相比，载波信号提供了一种高分辨率的方式来精确定位地球表面上的点。科学家，测量员，军方和其他人通常需要一个非常精确的GPS定位，而所需要的只是一个更复杂的GPS接收器。

工程师还提高了GPS接收器更新其位置的速度，这意味着它们可以每秒刷新20次或更多次。一旦研究人员意识到他们可以如此快速地进行精确的测量，他们就开始使用GPS来检查地震期间地面的移动方式。

2003年，在同类研究中，拉尔森和她的同事使用遍布美国西部的GPS接收器来研究随着阿拉斯加7.9级地震的地震波波的涟漪而地面如何移动。到2011年，研究人员能够获取摧毁日本的9.1级地震的GPS数据，并显示地震期间海底移动了惊人的60米。

今天，科学家们正在更广泛地研究GPS数据如何帮助他们快速评估地震。俄勒冈大学尤金分校的迭戈·梅尔加（Diego Melgar）和科罗拉多州戈尔登市美国地质调查局的加文·海耶斯（Gavin Hayes）回顾性地研究了12次大地震，看看他们是否能在地震开始后的几秒钟内判断出地震会有多大。通过包括来自地震震中附近GPS站的信息，科学家们可以在10秒内确定地震是破坏性的7级还是完全破坏性的9级。

美国西海岸的研究人员甚至将GPS整合到他们刚刚起步的地震预警系统中，该系统可以检测地面震动，并通知遥远城市的人们是否可能很快发生震动。智利一直在建设其GPS网络，以便更快地获得更准确的信息，这有助于计算海岸附近的地震是否可能引发海啸。

2. 监测火山

除了地震之外，GPS的速度正在帮助官员更快地应对其他自然灾害。

例如，许多火山观测站都有GPS接收器排列在他们监测的山脉周围，因为当岩浆开始向地下移动时，通常也会导致表面移动。通过监测火山周围的GPS站如何随着时间的推移而上升或下沉，研究人员可以更好地了解熔融岩石的流动位置。

在去年夏威夷基拉韦厄火山大喷发之前，研究人员使用GPS来了解火山的哪些部分移动最快。官员们利用这些信息来帮助决定从哪些地区疏散居民。

一个GPS站位于阿拉斯加卡切马克湾（上图）的海岸上。来自该接收器的数据与来自附近国家海洋和大气管理局潮汐计（底部）的数据很好地跟踪，展示了如何使用GPS信号来监测不断变化的水位。

即使在火山爆发后，GPS数据也很有用。由于信号从卫星传播到地面，它们必须穿过火山喷射到空气中的任何物质。2013年，几个研究小组研究了四年前阿拉斯加堡垒火山喷发的GPS数据，发现信号在喷发开始后不久就变得失真了。

通过研究这些扭曲，科学家们可以估计出有多少灰烬喷出以及它传播的速度有多快。在随后的一篇论文中，拉尔森称其为“一种检测火山羽流的新方法”。

她和她的同事一直在研究如何用智能手机种类的GPS接收器而不是昂贵的科学接收器来做到这一点。这将使火山学家能够建立一个相对便宜的GPS网络，并在火山灰羽流上升时对其进行监测。火山羽流对飞机来说是一个大问题，飞机必须在灰烬周围飞行，而不是冒着颗粒堵塞喷气发动机的风险。

3. 探雪

GPS的一些最意想不到的用途来自其信号中最混乱的部分 - 从地面反弹的部分。

典型的GPS接收器，如智能手机中的接收器，主要接收直接来自头顶GPS卫星的信号。但它也会接收到在你行走的地面上反弹并反射到智能手机上的信号。

多年来，科学家们一直认为这些反射信号只不过是噪音，一种混淆数据的回声，让人很难弄清楚发生了什么。但大约15年前，拉尔森和其他人开始怀疑他们是否可以利用科学GPS接收器中的回声。她开始研究从地面反射的信号的频率，以及这些信号如何与直接到达接收器的信号相结合。从中，她可以推断出回声反弹的表面质量。 “我们只是对这些回声进行了逆向工程，”拉尔森说。

越来越多的研究人员正在使用反射的GPS信号作为遥感工具来研究地球的水循环。从裸露土壤反射的信号（右上）具有特定的品质，如果信号从雪层、植被或潮湿的土壤反弹，其中一些品质会有所不同。

这种方法使科学家能够了解GPS接收器下方的地面 - 例如土壤含有多少水分或表面上积聚了多少雪。（落在地面上的雪越多，回声和接收器之间的距离就越短。GPS站可以用作雪传感器来测量积雪深度，例如在积雪是每年主要水资源的山区。

该技术在北极和南极洲也很有效，那里很少有气象站全年监测降雪。马特·齐格弗里德（Matt Siegfried）现在在戈尔登的科罗拉多矿业学院（Colorado School of Mines）工作，他和他的同事研究了2007年至2017年南极洲西部23个GPS站的积雪情况。他们发现他们可以直接测量变化的雪。对于希望评估南极冰盖每年冬天积雪量的研究人员来说，这些信息至关重要 - 以及这与每年夏天融化的积雪相比如何。

4.感觉下沉

GPS可能最初是作为测量固体地面位置的一种方式，但事实证明，它在监测水位变化方面也很有用。

7月，位于科罗拉多州博尔德的UNAVCO地球物理研究组织的工程师约翰·加莱茨卡（John Galetzka）发现自己在恒河和雅鲁藏布江交汇处的孟加拉国安装了GPS站。目标是测量河流沉积物是否正在压实，土地是否正在缓慢下沉 - 使其在热带气旋和海平面上升期间更容易受到洪水的影响。“GPS是一个了不起的工具，可以帮助回答这个问题，”Galetzka说。

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在红树林边缘一个名为索纳塔拉（Sonatala）的农业社区，加莱茨卡和他的同事在一所小学的混凝土屋顶上放置了一个GPS站。他们在附近设置了第二个站点，在一根锤入稻田的杆子上。如果地面真的在下沉，那么第二个GPS站看起来就像是从地面慢慢冒出来的。通过测量车站下方的GPS回波，科学家们可以测量雨季稻田中有多少水等因素。

GPS接收器甚至可以通过充当潮汐计来帮助海洋学家和海员。拉尔森在处理阿拉斯加卡切马克湾的GPS数据时偶然发现了这一点。该站的建立是为了研究构造变形，但拉尔森很好奇，因为海湾也有一些美国最大的潮汐变化。她观察了从水面反弹到接收器的GPS信号，并且能够像附近港口的真实潮汐计一样准确地跟踪潮汐变化。

这在世界上没有设置长期潮汐计的地区可能会有所帮助 - 但附近确实有一个GPS站。

5. 分析大气

最后，GPS可以梳理出有关头顶天空的信息，这是科学家们直到几年前才想到的。水蒸气，带电粒子和其他因素可以延迟GPS信号在大气中传播，这使研究人员能够做出新的发现。

一组科学家使用GPS来研究大气中可用于沉淀为雨或雪的水蒸气量。研究人员利用这些变化来计算在倾盆大雨中可能从天而降的水量，使预报员能够微调他们对南加州等地山洪暴发的预测。在 2013 年 7 月的一场风暴中，气象学家使用 GPS 数据跟踪了向陆上移动的季风水分，事实证明，这是在山洪暴发前 17 分钟发出警告的关键信息。

GPS信号在穿过高层大气的带电部分（称为电离层）时也会受到影响。科学家们使用GPS数据来跟踪海啸在下方海洋上奔跑时电离层的变化。（海啸的力量在大气中产生变化，一直涟漪到电离层。有朝一日，这种技术可以补充传统的海啸预警方法，该方法使用遍布海洋的浮标来测量行波的高度。

科学家们甚至能够使用GPS研究日全食的影响。2017年8月，他们使用美国各地的GPS站来测量当月球的阴影穿过大陆时，高层大气中的电子数量是如何下降的，从而使原本产生电子的光线变暗。

因此，GPS对于从脚下的地面震动到从天而降的雪的一切都很有用。对于应该帮助你找到穿越城镇的方式的东西来说还不错。