空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)課件

1、第第3 3章章 空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)主要內(nèi)容 空間數(shù)據(jù)管理概述 地理信息系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) 移動(dòng)通信定位系統(tǒng) 移動(dòng)商務(wù)中物流定位的架構(gòu)3.1 空間數(shù)據(jù)管理概述 空間信息是有關(guān)空間實(shí)體的性質(zhì)、特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的表征進(jìn)行描述的數(shù)據(jù)，它是對(duì)表達(dá)空間特征與空間現(xiàn)象之間關(guān)系的空間數(shù)據(jù)的解釋。 空間位置、屬性及時(shí)間是地理空間分析的三大基本要素，如圖3-1所示。 空間分析的基本要素 時(shí)間 空間位置 空間屬性特征 圖 3-1 空間分析的三大基本要素 1. 空間數(shù)據(jù)處理 空間系統(tǒng)中的實(shí)體（對(duì)象）一般包括三種基本信息：語(yǔ)義信息、度量信息和關(guān)系結(jié)構(gòu)信息，如表3-1所示。類型特征語(yǔ)義信息語(yǔ)義信息表明實(shí)體的類

2、型度量信息度量信息用于描述實(shí)體的形狀和位置等幾何屬性關(guān)系結(jié)構(gòu) 描述地理實(shí)體之間所有的地理關(guān)系，包括空間關(guān)系、分類關(guān)系、隸屬關(guān)系等基本關(guān)系的描述，也包括對(duì)關(guān)系結(jié)構(gòu)信息用于描述一個(gè)實(shí)體與其它實(shí)體的聯(lián)系表3-1 空間實(shí)體類型空間數(shù)據(jù)的編碼 關(guān)系結(jié)構(gòu)描述地理實(shí)體之間所有的地理關(guān)系，包括空間關(guān)系、分類關(guān)系、隸屬關(guān)系等基本關(guān)系的描述，也包括對(duì)關(guān)系結(jié)構(gòu)信息用于描述一個(gè)實(shí)體與其它實(shí)體的聯(lián)系 空間數(shù)據(jù)的編碼則主要是指語(yǔ)義信息的數(shù)據(jù)化，它是建立在地理特征的分類及其等級(jí)組織基礎(chǔ)之上的空間信息數(shù)據(jù)編碼?？臻g數(shù)據(jù)的編碼用于表明實(shí)體元素在數(shù)據(jù)分類分級(jí)中的層次關(guān)系和屬性性質(zhì)。空間數(shù)據(jù)的描述 空間數(shù)據(jù)描述就是對(duì)空間分析的3個(gè)

3、基本要素（有關(guān)空間位置、空間屬性特征以及時(shí)間信息）的符號(hào)記錄。 描述質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達(dá)這三個(gè)基本要素時(shí)，所能夠達(dá)到的準(zhǔn)確性、一致性、完整性，以及它們?nèi)咧g統(tǒng)一性的程度。表32空間數(shù)據(jù)描述質(zhì)量有關(guān)指標(biāo)類型指標(biāo)數(shù)據(jù)情況說(shuō)明地理數(shù)據(jù)的來(lái)源、數(shù)據(jù)內(nèi)容及其處理過(guò)程等作出準(zhǔn)確、全面和詳盡的說(shuō)明位置精度或稱定位精度空間實(shí)體的坐標(biāo)數(shù)據(jù)與實(shí)體真實(shí)位置的接近程度，常表現(xiàn)為空間三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)精度。它包括數(shù)據(jù)基礎(chǔ)精度、平面精度、高程精度、接邊精度、形狀再現(xiàn)精度（形狀保真度）、象元定位精度（圖像分辨率）等。屬性精度指空間實(shí)體的屬性與其真值相符的程度。通常取決于地理數(shù)據(jù)的類型，且常常與位置精度有關(guān)，包括要素分類與代碼

4、的正確性、要素屬性值的準(zhǔn)確性及其名稱的正確性等時(shí)間精度可以通過(guò)數(shù)據(jù)更新的時(shí)間和頻度來(lái)表現(xiàn)邏輯一致性指地理數(shù)據(jù)關(guān)系上的可靠性，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容（包括空間特征、專題特征和時(shí)間特征），以及拓?fù)湫再|(zhì)上的內(nèi)在一致性。數(shù)據(jù)完整性指地理數(shù)據(jù)在范圍、內(nèi)容及結(jié)構(gòu)等方面滿足所有要求的完整程度，包括數(shù)據(jù)范圍、空間實(shí)體類型、空間關(guān)系分類、屬性特征分類等方面的完整性表達(dá)形式的合理性指數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)表達(dá)與真實(shí)地理世界吻合性，包括空間特征、專題特征和時(shí)間特征表達(dá)的合理性等空間信息的特征 空間信息除了具有信息的一般特性，如共享性、客觀性等外，還具有以下獨(dú)特特性： (1)空間定位 (2)數(shù)據(jù)量大 (3)信息載體的多樣性2

5、. 空間信息系統(tǒng) 信息系統(tǒng)按照是否含空間信息分為非空間信息系統(tǒng)（一般指管理信息系統(tǒng)）和空間信息系統(tǒng)，如圖3-2所示?？臻g信息系統(tǒng)分為非GIS（一般CAD/CAM）和GIS。 信息系統(tǒng) 非空間信息系統(tǒng)（一般指管理信息系統(tǒng)） 空 間 信 息系統(tǒng) 土地信息系統(tǒng)（依照其應(yīng)用領(lǐng)域劃分） GIS 非 GIS（根據(jù)其使用的數(shù)據(jù)模型） 資源管理信息系統(tǒng) 地學(xué)信息系統(tǒng) 專題信息系統(tǒng) 區(qū)域信息系統(tǒng) 柵格 矢量 混合信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)（根據(jù)其服務(wù)對(duì)象） 圖 3-2 信息系統(tǒng)分類 空間信息系統(tǒng)特征空間信息系統(tǒng)特征 與一般的管理信息系統(tǒng)相比，空間信息系統(tǒng)具有以下特征： （1）空間信息系統(tǒng)使用了空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)，

6、并通過(guò)DBMS將兩者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用；而MIS只有非空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，即使存貯了圖形，也往往以文件形式等機(jī)械形式存貯，不能進(jìn)行有關(guān)空間數(shù)據(jù)的操作，如空間查詢、檢索、相鄰分析等，不能進(jìn)行復(fù)雜的空間分析。 （2）通過(guò)利用空間解析式模型來(lái)分析空間數(shù)據(jù)，空間信息系統(tǒng)的成功應(yīng)用依賴于空間分析模型的研究與設(shè)計(jì)?？臻g信息系統(tǒng)的基本功能下面主要描述基本功能： 空 間 信 息 系 統(tǒng) 的 功 能 數(shù) 據(jù) 分 析 數(shù)據(jù)采集（ 采 集 、 檢驗(yàn) 與 編 輯 ） 數(shù) 據(jù) 格 式 化 、 轉(zhuǎn) 換 、 概 化 圖3-3 空 間 信 息 系 統(tǒng) 的 功 能 數(shù) 據(jù) 輸 出 （ 顯 示 和 打 印 ） 數(shù) 據(jù)

7、存 儲(chǔ) 與 組 織 空間信息系統(tǒng)在物流中的應(yīng)用 物流企業(yè)通過(guò)無(wú)線通信、GIS/GPS能夠精確地獲取運(yùn)輸車(chē)輛的信息，再通過(guò)Internet讓企業(yè)內(nèi)部和客戶訪問(wèn)，從而把整個(gè)企業(yè)的操作業(yè)務(wù)變得透明，為協(xié)同商務(wù)打下基礎(chǔ)。3.2 地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是管理和研究空間數(shù)據(jù)的由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的人機(jī)信息系統(tǒng)。 它可以對(duì)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理、對(duì)數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系。 1. GIS概述GIS的基本處理模式 GIS是有關(guān)空間數(shù)據(jù)管理和空間信息分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖3-5所示說(shuō)明地理信

8、息系統(tǒng)的基本處理模式。圖3-5 地理信息系統(tǒng)的基本處理模式 地理信息系統(tǒng)特征 地理信息系統(tǒng)具有以下三個(gè)方面的特征：（1）具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性；（2）以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，產(chǎn)生高層次的地理信息；（3）由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT(mén)的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。 GIS應(yīng)包括三個(gè)基本部分：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（硬件、軟件）、地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、應(yīng)用人員與組織機(jī)構(gòu)。 （1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可分為硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和GIS

9、的開(kāi)發(fā)工具和硬件/網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。 （2）地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)和地理數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)組成。地理DBMS主要用于數(shù)據(jù)維護(hù)、操作和查詢檢索。 （3）GIS的人員配置有系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理/技術(shù)組、數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)理、數(shù)字化操作員、系統(tǒng)操作員、應(yīng)用分析軟件經(jīng)理和程序編寫(xiě)員。GIS的組成2. GIS的運(yùn)行機(jī)理 在GIS中，對(duì)空間實(shí)體的數(shù)據(jù)描述分為空間特征和屬性特征，屬性特征是對(duì)于空間特征的描述，屬性值包括數(shù)字值和非數(shù)值兩種，例如描述道路實(shí)體的屬性特征包括：道路類型：1表示高速公路，2表示主干道，3表示居民街道，5表示其他；路面物質(zhì)構(gòu)成：1表示水泥，2表示柏油，3表示碎石。GIS的地理信息構(gòu)成和信息結(jié)構(gòu) 地理信息是

10、對(duì)地理實(shí)體特征的描述，地理實(shí)體特征分類表，如表33所示：類型特征空間特征描述地理實(shí)體空間位置、空間分布及空間相對(duì)位置關(guān)系屬性特征描述地理實(shí)體的物理屬性和地理意義關(guān)系特征 描述地理實(shí)體之間所有的地理關(guān)系，包括空間關(guān)系、分類關(guān)系、隸屬關(guān)系等基本關(guān)系的描述，也包括對(duì)由基本地理關(guān)系所構(gòu)成的復(fù)雜地理關(guān)系的描述動(dòng)態(tài)特征描述地理實(shí)體的動(dòng)態(tài)變化特征。地理信息對(duì)這些特征的描述，是以一定信息結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。 GIS信息共享（1）空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（2）GIS互操作及其層次（3） GIS互操作的層次（4）基于公共接口的GIS互操作3.GIS的應(yīng)用 GPS在物流領(lǐng)域的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛等移動(dòng)目標(biāo)的位置，根據(jù)道路交通狀況向移

11、動(dòng)目標(biāo)發(fā)出實(shí)時(shí)調(diào)度指令。GIS、GPS和無(wú)線通信技術(shù)的有效結(jié)合，再輔以車(chē)輛路線模型、最短路徑模型、網(wǎng)絡(luò)物流模型、分配集合模型和設(shè)施定位模型等，能夠建立功能強(qiáng)大的物流信息系統(tǒng)，使物流變得實(shí)時(shí)并且成本最優(yōu)。圖3-6物流系統(tǒng)道路網(wǎng)絡(luò)圖1. 全球定位系統(tǒng)的基本原理 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS衛(wèi)星星座GPS信號(hào)接收機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)圖37 GPS的組成 美國(guó)政府國(guó)防部通過(guò)美國(guó)政府國(guó)防部通過(guò)2424顆人造衛(wèi)顆人造衛(wèi)星構(gòu)成星球定位系統(tǒng)。每顆衛(wèi)星繞行星構(gòu)成星球定位系統(tǒng)。每顆衛(wèi)星繞行地球一周約需地球一周約需1111小時(shí)小時(shí)5858分

12、，地球上任分，地球上任何一個(gè)位置，均有何一個(gè)位置，均有4 4顆以上衛(wèi)星可以顆以上衛(wèi)星可以實(shí)施觀測(cè)，可以提供在全世界地面有實(shí)施觀測(cè)，可以提供在全世界地面有接收設(shè)備的人在精確的經(jīng)度和緯度數(shù)接收設(shè)備的人在精確的經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)，使用者可以知道他所在的位置。據(jù)，使用者可以知道他所在的位置。運(yùn)輸業(yè)可在車(chē)上裝置接收器，以掌握運(yùn)輸業(yè)可在車(chē)上裝置接收器，以掌握車(chē)輛的行蹤。車(chē)輛的行蹤。全球定位系統(tǒng)的工作圖1 GPS的概念和組成 GPS衛(wèi)星及星座 地面監(jiān)控系統(tǒng) GPS信號(hào)接收機(jī) GPS概念 1. GPS的含義的含義 全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)

13、始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 2. GPS的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1）全球覆蓋2）全天候工作3）定位精度高4）觀測(cè)時(shí)間短5）功能多、應(yīng)用廣6）執(zhí)行操作簡(jiǎn)便 3. GPS的組成的組成 1）GPS空間部分空間部分 2）地面控制部分）地面控制部分 3）GPS用戶部分全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)1 1）美國(guó)的）美國(guó)的GPSGPS2 2）俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)3 3）歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）歐洲的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)4 4）我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）我國(guó)

14、的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) GPS接收機(jī)的分類可按不同得維度有多種分類方法，如表3-4所示：維度類別按接收機(jī)的用途分導(dǎo)航型接收機(jī)、測(cè)地型接收機(jī)和授時(shí)型接收機(jī)按接收機(jī)的載波頻率分類單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)按接收機(jī)通道數(shù)分類多能道接收機(jī)、序貫通道接收機(jī)、多路多用通道接收機(jī)按接收機(jī)工作原理分類碼相關(guān)型接收機(jī)、平方型接收機(jī)、混合型接收機(jī)和干涉型接收機(jī)表3-4 GPS的接收機(jī)按不同維度分類表2. 全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用 移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)配合GPS技術(shù)，可以用于智能交通管理、大宗貨物運(yùn)輸管理。 安裝在車(chē)輛上的GPS定位儀可以實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛的位置信息，包括經(jīng)緯度、速度、方向等。通過(guò)車(chē)輛無(wú)線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，將車(chē)輛的定位信息以短消

15、息方式傳送到指揮監(jiān)控中心，并顯示在電子地圖上。 在運(yùn)輸方面，利用移動(dòng)計(jì)算機(jī)與GPS/GIS車(chē)輛信息系統(tǒng)相連，使得整個(gè)運(yùn)輸車(chē)隊(duì)的運(yùn)行受到中央調(diào)度系統(tǒng)的控制。3. GIS系統(tǒng)方案的選擇選擇原則：1） GPS 系統(tǒng)階段發(fā)展相適應(yīng)2）成本效益原則3）性能與服務(wù)水平適度原則4）功能完善原則3.4 移動(dòng)通信定位系統(tǒng) 移動(dòng)定位系統(tǒng)（location based system，LBS）是利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供給用戶定位功能的服務(wù)。無(wú)線定位技術(shù)融入移動(dòng)互連網(wǎng)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更加方便和智能化的通信服務(wù)。 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基本發(fā)展： 第一代移動(dòng)通信（1G） 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G） 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）1. 手機(jī)定位系

16、統(tǒng) 手機(jī)定位是指通過(guò)無(wú)線終端（手機(jī)）和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的配合，確定移動(dòng)用戶的實(shí)際位置信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，包括三維數(shù)據(jù)），通過(guò)短消息服務(wù)（short message service，SMS）、多媒體消息（minerals management service，MMS）、語(yǔ)音發(fā)給用戶或以此為基礎(chǔ)提供某種增值服務(wù)。 手機(jī)定位類型 根據(jù)定位方法和定位過(guò)程的不同，手機(jī)定位主要有以下幾種類型：（1）起源蜂窩定位（2）到達(dá)時(shí)間定位（3）到達(dá)角度定位（4）到達(dá)時(shí)間差定位手機(jī)定位基本原理 手機(jī)定位是利用GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的蜂窩技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置信息的查詢，GSM無(wú)線通信網(wǎng)是由許多像蜜蜂蜂窩一樣的小區(qū)構(gòu)建而成的，每個(gè)小區(qū)都有

17、自己的編號(hào)，通過(guò)手機(jī)所在小區(qū)的識(shí)別號(hào)就可以知道手機(jī)所在區(qū)域。圖38手機(jī)定位示意圖手機(jī)定位技術(shù) GSM手機(jī)定位方式通?？煞譃榛诰W(wǎng)絡(luò)方式和基于終端方式兩種。從技術(shù)上可分為到達(dá)時(shí)間（time of arrival，TOA）、增強(qiáng)測(cè)量時(shí)間差（EOTD）和GPS輔助（AGPS）3種方式。 1）到達(dá)時(shí)間定位技術(shù) 2）增強(qiáng)測(cè)量時(shí)間差定位技術(shù)手機(jī)定位系統(tǒng)的應(yīng)用（1）手機(jī)定位系統(tǒng)在物流中的應(yīng)用 :個(gè)性化的監(jiān)控和查詢功能 報(bào)警和求助功能 與智能運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)合的調(diào)度和管理 （2）手機(jī)定位系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用:信息查詢個(gè)人定位服務(wù) 增強(qiáng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能 3.5 移動(dòng)商務(wù)中物流定位的架構(gòu) 隨著移動(dòng)通信技術(shù)在中國(guó)的迅猛發(fā)展，超過(guò)四億用戶的手機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)不僅讓中國(guó)成為了世界上第一大移動(dòng)通訊市場(chǎng)，更讓中國(guó)四分之一強(qiáng)的人口提前步入了移動(dòng)信息社會(huì)。“不用再為遍布全國(guó)各地的零售點(diǎn)配備電腦，每天的銷售數(shù)據(jù)可以通過(guò)手機(jī)發(fā)回，并直接進(jìn)入企業(yè)的ERP系統(tǒng)；越來(lái)越多的用戶正通過(guò)移動(dòng)商務(wù)解決以前一直困擾企業(yè)的難題。1.移動(dòng)商務(wù)中的物流定位的體系結(jié)構(gòu) 移動(dòng)商務(wù)是與商務(wù)活動(dòng)參與主體最貼近的一類電子商務(wù)模式，其商務(wù)活動(dòng)中以應(yīng)用移動(dòng)通訊技術(shù)使用移動(dòng)信