第七章物流空間信息技術(shù)

1、第七章物流空間信息技術(shù)1.GIS GIS的概念與特征 基礎(chǔ) GIS的產(chǎn)生與發(fā)展2.GIS 構(gòu)成 的功能的標(biāo)準(zhǔn)化與物流 一、地理信息系統(tǒng)（一、地理信息系統(tǒng)（GISGIS）概述）概述l 地理信息系統(tǒng)概念是60年代加拿大測繪學(xué)家結(jié)合計算機(jī)發(fā)展趨勢，提出的利用機(jī)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合管理地球空間信息的概念體系，并于1971年建成第一個地理信息系統(tǒng)（GIS） 。l 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems）l 地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計算機(jī)軟硬件支持下，運(yùn)用信息科學(xué)，管理科學(xué)，對空間地理信息進(jìn)行綜合處理、分析和應(yīng)用的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（GISGIS）基本概

2、念）基本概念 地理信息系統(tǒng)是能進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的采集、儲存、管理、地理信息系統(tǒng)是能進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的計算機(jī)信息系統(tǒng)。運(yùn)算、分析、顯示和描述的計算機(jī)信息系統(tǒng)。 地理信息系統(tǒng)中地理信息系統(tǒng)中“地理地理”的概念并非指地理學(xué)，而是的概念并非指地理學(xué)，而是廣義地指地理坐標(biāo)參照系統(tǒng)中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)廣義地指地理坐標(biāo)參照系統(tǒng)中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及以此為基礎(chǔ)而演義出來的知識。以及以此為基礎(chǔ)而演義出來的知識。 地理信息系統(tǒng)是一種以地理地理信息系統(tǒng)是一種以地理( (空間空間) )坐標(biāo)為骨干的信息坐標(biāo)為骨干的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的外殼是計算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，她又由若干

3、相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，如數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)、圖像處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品輸出子系統(tǒng)等；地理信息系統(tǒng)操作的對象是空間數(shù)據(jù)，即由點、線、面這三類基本的要素組成的地理實體；地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、模擬和空間分析評價能力；地理信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用更強(qiáng)調(diào)組織體系和人的因素的作用。一個實用的GIS要支持對空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，一般，GIS主要由五個部分構(gòu)成：1.系統(tǒng)硬件2.系統(tǒng)軟件3.空間數(shù)據(jù)4.人員5.應(yīng)用模型1、計算機(jī)系統(tǒng)硬件（1）計算機(jī)主機(jī)：可以是單機(jī)，也可以組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來應(yīng)用。（2）數(shù)據(jù)輸入設(shè)備：用于將系統(tǒng)所需要的各種

4、數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，并將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化數(shù)據(jù)。如：數(shù)字化儀、圖像掃描儀、手寫筆、光筆等。（3）數(shù)據(jù)存儲設(shè)備：主要指存儲數(shù)據(jù)的磁盤、光盤及相應(yīng)的驅(qū)動設(shè)備等。 （4）數(shù)據(jù)輸出設(shè)備：包括圖形終端顯示設(shè)備、筆式繪圖儀、噴圖繪圖儀、激光打印機(jī)等。輸出形式分別為圖形、圖像、文件、報表等。（5）數(shù)據(jù)通信傳輸設(shè)備：配上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連線、網(wǎng)卡及其他網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)施。2、計算機(jī)軟件系統(tǒng) 是提供GIS所需的存儲、分析和顯示地理信息功能的工具。（1）計算機(jī)系統(tǒng)軟件：一般由計算機(jī)廠家提供的。（2）地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件：可以是通過地理信息系統(tǒng)工具專門開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件包，也可包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、CAD系統(tǒng)等。（3）

5、應(yīng)用分析程序：是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)地理專題或地域分析模型編制的用于完成某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與延伸。3.空間數(shù)據(jù) 空間數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)的操作對象與管理內(nèi)容?？臻g數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、表格、圖像和圖形等。 空間數(shù)據(jù)通過數(shù)字化儀、掃描儀、鍵盤或其他輸入設(shè)備輸入到地理信息系統(tǒng)中。 地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)主要包括兩大類型：地理空間數(shù)據(jù)和非空間的屬性數(shù)據(jù)。（1）地理空間數(shù)據(jù) 1）定義：空間數(shù)據(jù)用來確定圖形和制圖特征的位置，是以地球表面空間位置為參照的。具體來說，它反映以下兩方面信息：在某個已知坐標(biāo)系中的位置，也稱幾何坐標(biāo)，如經(jīng)緯度、平面直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)等。 實體間的空間相關(guān)性，即拓

6、撲關(guān)系。（2）非空間的屬性數(shù)據(jù)非空間位置的屬性數(shù)據(jù)用來反映與幾何位置無關(guān)的屬性，即通常所說的非幾何屬性。非幾何屬性分為定性和定量兩種。定性：名稱、類型、特性等，如港口類型、貨物類型、吞吐量、機(jī)械裝備情況、氣候條件等。任何地理實體至少包含一個屬性默認(rèn)屬性結(jié)構(gòu)默認(rèn)屬性結(jié)構(gòu) 實體類型實體類型字段名字段名數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型長度長度小數(shù)位數(shù)小數(shù)位數(shù)點點ID長整型長整型8線線ID長整型長整型8長度長度雙精度型雙精度型156區(qū)區(qū)ID長整型長整型8面積面積雙精度型雙精度型156周長周長雙精度型雙精度型156弧段弧段ID長整型長整型8長度長度雙精度型雙精度型156結(jié)點結(jié)點ID長整型長整型8網(wǎng)網(wǎng)ID長整型長整型8圖

7、圖4-4 4-4 瀏覽屬性瀏覽屬性圖圖 4-54-5編輯屬性編輯屬性4.人員地理信息系統(tǒng)必須處于相應(yīng)的機(jī)構(gòu)或組織環(huán)境內(nèi)，需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、擴(kuò)充、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新等工作。地理信息系統(tǒng)人員構(gòu)成：系統(tǒng)的管理人員、維護(hù)人員、系統(tǒng)的使用人員。5.應(yīng)用模型對某一專門的應(yīng)用，必須構(gòu)建專門的應(yīng)用模型，例如物流中心選址模型、車輛路線模型、分配集合模型等。模型建立的步驟：首先，必須明確用GIS求解問題的基本流程；其次，根據(jù)模型的研究對象和應(yīng)用目的，確定模型的類別，相關(guān)的變量、參數(shù)和算法，構(gòu)建模型邏輯結(jié)構(gòu)框圖；再次，確定GIS空間操作項目和空間分析方法；最后，是模型運(yùn)行結(jié)果驗證、修改和輸出。1.數(shù)據(jù)采集與輸入

8、GIS的核心是一個地理數(shù)據(jù)庫，所以建立GIS的第一步是將地面的實體圖形數(shù)據(jù)和描述它的屬性數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)中，即數(shù)據(jù)采集為了消除數(shù)據(jù)采集的錯誤，需要對圖形及文本數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改。2.數(shù)據(jù)編輯與更新數(shù)據(jù)編輯主要包括圖形編輯和屬性編輯。屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成。圖形編輯主要包括拓?fù)潢P(guān)系建立、圖形編輯、圖形整飾、圖幅拼接、圖形變換、投影變換、誤差校正等功能。數(shù)據(jù)更新即以新的數(shù)據(jù)項或記錄來替換數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫中想對應(yīng)的數(shù)據(jù)項或記錄，是通過刪除、修改、插入等一系列操作來實現(xiàn)的。3.數(shù)據(jù)存儲與管理數(shù)據(jù)存儲即將數(shù)據(jù)以某種格式記錄在計算機(jī)內(nèi)部或外部存儲介質(zhì)上。4.空間查詢與分析空間查詢與分析是GI

9、S的核心，是GIS最重要的和最具魅力的功能，也是GIS有別于其他信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征。包括數(shù)據(jù)操作運(yùn)算、數(shù)據(jù)查詢檢索與數(shù)據(jù)綜合分析。5.數(shù)據(jù)顯示與輸出GIS不僅可以輸出全要素地圖，還可以根據(jù)用戶需要，分層輸出各種專題、種類統(tǒng)計圖、圖標(biāo)及數(shù)據(jù)等。標(biāo)準(zhǔn)化的基本內(nèi)容和層次ISO/TC211地理信息標(biāo)準(zhǔn)開放的地理數(shù)據(jù)互操作規(guī)范GIS在物流中的應(yīng)用領(lǐng)域（1）物流系統(tǒng)監(jiān)控（2）物流系統(tǒng)規(guī)劃（3）物流系統(tǒng)模擬與優(yōu)化（4）物流信息圖形化查詢、統(tǒng)計分析與報告GPS系統(tǒng)的構(gòu)成GPS定位的坐標(biāo)系統(tǒng)與時間系統(tǒng)GPS簡介簡介GPS到底是什么哪到底是什么哪?GPS 計劃始于計劃始于1973 年，已于年，已于1994 年進(jìn)入

10、完年進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。全運(yùn)行狀態(tài)。GPS 的整個系由空間部分、地面的整個系由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成。控制部分和用戶部分所組成。GPSGPS即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時間傳遞和戶還能夠進(jìn)行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。高精度的精密定位。GPS實施計劃共分為三個階段：實施計劃共分為三個階段：

11、 第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從1973年到年到1979年，共發(fā)射了年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)。及建立地面跟蹤網(wǎng)。 第二階段為全面研制和試驗階段。從第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實驗表明，機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 第三階段為實用組網(wǎng)階段。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年年2月月4日第一顆日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明

12、工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實用的年底實用的GPS網(wǎng)即（網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星（顆衛(wèi)星（21+3）6個軌道平面?zhèn)€軌道平面55軌道傾角軌道傾角20200km軌道高度（地面高度）軌道高度（地面高度）12小時（恒星時）軌道周期小時（恒星時）軌道周期5個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）地面監(jiān)控部分 GPS的地面監(jiān)控部分是由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上 5個監(jiān)測站、1個主控站和3個注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是對

13、空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。 監(jiān)測站：用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控站。 主控站：主控站接收各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，及時編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站，控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文系統(tǒng)，診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，完成各類相關(guān)工作。 注入站：接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。GPS的用戶設(shè)備主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，以及微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成，它的功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)

14、射的信號，通過信號處理獲得用戶位置、速度等信息，再通過數(shù)據(jù)處理完成導(dǎo)航和定位。（1）GPS接收機(jī)的硬件，一般包括主機(jī)、天線和電源，GPS接收機(jī)的軟件部分主要是機(jī)內(nèi)監(jiān)控程序和導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的后處理軟件包。GPS微處理器的核心是微處理器。（2）GPS數(shù)據(jù)處理軟件，其主要作用是對GPS接收機(jī)獲取的衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以便獲得精密定位結(jié)果。坐標(biāo)系統(tǒng)時間系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系GLONASS系統(tǒng)（格洛納斯GLONASS系統(tǒng)）GALILEO系統(tǒng)（伽利略系統(tǒng)）COMPASS系統(tǒng)（北斗導(dǎo)航系統(tǒng)）蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆GLONASS衛(wèi)星接著由俄羅斯完成整個系統(tǒng)衛(wèi)星的發(fā)射工作1996年1月18日，整個系統(tǒng)開始正常運(yùn)行。

15、該系統(tǒng)24顆衛(wèi)星分布在3個等間隔橢圓軌道面上，軌道面間的夾角為120，軌道傾角64.8，軌道偏心率為，每個軌道上均勻地分布8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星距地面高度19100公里，繞地運(yùn)行周期約11小時15分鐘。該系統(tǒng)主要服務(wù)內(nèi)容包括確定陸地、海上及空中目標(biāo)的坐標(biāo)及運(yùn)動速度信息等。 GALILEO系統(tǒng)是由歐共體發(fā)起，旨在確定建立一個由國際組織控制的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)。GALILEO系統(tǒng)是全球性的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，由衛(wèi)星星座、有效載荷、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及區(qū)域控制部分所組成。米級定位精度北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDo（COMPASS）Navigation Satellite System是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立

16、運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 2000年以來，中國已成功發(fā)射了8顆“北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星”，建成北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）。這個系統(tǒng)具備在中國及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用。 我國正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)（屬于第二代系統(tǒng)）。開放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測速和授時服務(wù)，定位精度為10米，授時精度為50納秒，測速精度0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。 我國計劃2012年左右，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。我國正在實施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，已成功發(fā)射八顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導(dǎo)航和授時以及短報文通信服務(wù)能力；2020