《精编》地理信息系统与全球定位系统

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1、第3章物流信息技术 下 物流信息管理 要点 3 1物流信息化标准3 2条形码技术3 3RF等自动识别技术3 4电子数据交换技术3 5地理信息系统3 6全球定位系统3 7CAPS POS与EOS系统 第5节地理信息系统 5 1GIS概述5 2空间数据的组织与管理5 3GIS在物流领域的应用 GIS在信息系统中的位置 GIS是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统 地理信息系统的主要特征是存储 管理 分析与位置有关的信息 地理信息系统的主要作用是将表格型数据 无论它来自数据库 电子表格文件或直接在程序中输入 转换为地理图形显示 然后对显示结果浏览 操作和分析 显示范围可以从洲际地图到非常详细的

2、街区地图显示对象包括人口 销售情况 运输线路以及其他内容 5 1GIS概述 1 GIS的发展1963年加拿大土地调查局美国哈佛大学的了SYMAP20世纪80年代以后是GIS普及和推广应用 视频 GIS历程 2 GIS的构成 硬件系统软件系统地理空间数据系统使用与管理人员 即用户 应用模型 硬件 软件 空间数据 管理人员 3 GIS的功能 一个GIS软件系统应具备五项基本功能 GIS能作什么 数据采集与输入在地理数据用于GIS之前 数据必须转换成适当的数字格式 现实世界 数据编辑与更新对于一个特殊的GIS项目来说 有可能需要将数据转换成或处理成某种形式以适应你的系统 目的 保证数据在入库时在内容

3、上的完整性 逻辑上的一致性 方法 数据编辑与处理 错误修正 数据格式转化 矢量 栅个格转化 不同数据格式转化 数据比例转化 平移 旋转 比例 纠正投影变换 投影方式数据概化 平滑 特征集结数据重构 几何形态变换 拼接 截取 压缩 结构 地理编码 拓扑结构 数据存储与管理使用一个数据库管理系统 DBMS 来帮助存储 组织和管理数据 空间数据查询与分析一旦你拥有一个包含你的地理信息的多功能的GIS系统 你可能开始提出象下面这样的一些简单问题 这个角落上的这块土地属于谁 两个地方之间的距离是多少 数据输出与表达数据交换统计表格制图 专题地图 影象地图 统计地图 地形图 5 2空间数据的组织与管理 1

4、 描述的内容 3 数据类型 4 数据结构 几何数据 空间数据 图形数据 关系数据 实体间的邻接 关联包含等相互关系属性数据 各种属性特征和时间元数据 矢量 栅格 TIN 专用于地表或特殊造型 RDBMS属性表 采用MIS较成熟 空间元数据 位置 形状 尺寸 识别码 名称 实体的角色 功能 行为 实体的衍生信息时间测量方法 编码方法 空间参考系等 空间特征 地理位置和空间关系属性特征 名称 等级 类别等时间特征 2 基本特征 1 空间数据特征 2 空间数据表示 显式描述和隐式描述 例如一条河流 显式表示就是栅格中的一系列像元 为使计算机认识这些像元描述的是河流而不是其它物体 这些像元都给予相同的

5、编码值或用相同的颜色 符号 数字 灰度值来表示 隐式表示是由一系列定义了始点和终点的线及某种连接关系来描述 线的始点和终点坐标定义为一条表示河流及其河心洲形状的矢量 计算机对地理实体的显式描述也称栅格数据结构 计算机对地理实体的隐式描述也称矢量数据结构 矢量数据结构矢量 在矢量模式中 关于点 线和多边形的信息被编码并以x y坐标形式储存 栅格数据结构栅格 栅格模式发展为连续特征的模式 栅格图象包含有网格单元 有点像扫描的地图或照片 矢栅一体化现代的GIS都可以处理这两种模式 3 空间数据的获取与编辑 空间数据的获取是指将各种数据源 如地图 文本资料等中的信息转换成GIS可以处理和接收的数字形式

6、 通常要经过验证 修改 编辑等处理过程 三 扫描矢量化 四 解析测图法 五 已有数据转入 地图数字化 一 手工数字化 二 数字化仪数字化 空间数据的编辑处理包含两方面的含义 一方面是对不符合空间数据存储要求的数据进行转换和处理 使之适合GIS的要求 另一方面是对存储在数据库中的数据进行处理以得到更多的其他信息 4 空间数据管理 图形分层的思想 即按图形对象的属性 类型将他们划分为不同的集合或层 显示时叠置在一个界面上 就像一张图 面向对象的属性数据模型面向对象数据模型是在包含RDBMS的功能基础上 增加面向对象数据模型的封装 继承和信息传播等功能 5 空间数据分析 在GIS分析中 常常需要综合

7、运用实体之间的空间关系和属性数据 要求GIS数据库能对实体的属性数据和空间数据进行综合管理 找离火车站最近的汽车站 空间数据库 空间计算 距离最近的汽车站 检索 检索 GIS分析 叠加分析叠加分析是将同一地区的两组或两组以上的要素 地图 进行叠置 产生新的特征 新的空间图形或空间位置上的新属性的过程 的分析方法 缓冲区分析缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围 具体指在点 线 面实体的周围 自动建立的一定宽度的多边形 栅格数据 距离变换 提取一定宽度的多边形 缓冲区 网络分析对地理网络 如交通网络 城市基础设施网络 如各种网线 电力线 电话线 供排水管线等 进行地理分析和模型化 网络分析

8、的基础是图论和运筹学 6 空间数据查询 查询模式有三类 单纯属性查询单纯空间查询联合查询 空间数据库 查询条件 属性限制 空间拓扑限制 二者结合 GIS软件 查询结果 统计结果 图 表 文字 新图层 新的属性域添加到属性数据库 查询方式 图形 属性 空间查询语言 闪烁 颜色等明显表示 1 给出图形信息 如鼠标点取 拉框等方式 1 检索其相应属性 2 检索其空间拓扑关系2 给出属性特征条件1 检索对应的空间实体2 查询属性单纯查询 单纯地查询属性 或只查询空间拓扑关系联合查询 将空间数据与属性数据联合查询 5 3GIS在物流领域的应用 车辆路线模型设施定位模型网络物流模型分配集合模型空间查询模型

9、 第6节全球定位系统 6 1GPS概述6 2GPS工作原理6 3GPS在货物运输系统中的应用 6 1GPS概述 GPS能对静态 动态对象进行动态空间信息的获取 快速 精度均匀 不受天气和时间的限制反馈空间信息 使在地球上任何地方GPS系统的用户 都能计算出他们所处的方位 三维空间位置 GPS即全球定位系统 GlobalPositioningSystem 它利用卫星星座 通信卫星 地面控制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统 1 GPS的发展 历程 三个阶段 方案论证和初步设计阶段 1973 1978年 全面研制和试验阶段 1979 1984 实用组网阶段 1989年2月4日第一颗GPS工作

10、卫星发射成功 1993年底实用的GPS网即 21 3 GPS星座已经建成 特点 定位精度高功能多 应用范围广覆盖全球全天候工作 抗干扰性 保密性强 2 其他卫星定位系统 俄罗斯的GLONASS系统国际移动卫星公司的INMARSAT系统欧盟的Galileo 伽利略 系统中国的北斗导航定位系统 视频 四大定位系统 3 GPS的功能 导航 车辆导航 车船的管理 跟踪和调度 语言数字通信反劫防盗突发事件的应急调遣信息查询货物配送路线规划人工线路规划设计自动线路规划设计 6 2GPS工作原理 1 GPS的构成空间部分 GPS卫星星座 地面控制部分 地面监控系统 用户设备部 GPS信号接收机 空间卫星星座

11、空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道 距地面约20000km 工作卫星构成 其中三颗是用来及时更换老化或损坏的卫星 保障整个系统的正常工作 该卫星系统能够保证地球上任一地点的GPS用户都能连续地观测到至少4颗卫星 从而提供全球范围从地面到20000km高空之间任一载体高精度的三维位置 三维速度和系统时间信息 地面监控系统组成 主控站1个 监测站5个 注入站3个 及通讯与辅助系统 监测站 5个 接收卫星数据 采集气象信息 并将所收集到的数据传送给主控站 主控站 1个 管理 协调地面监控系统各部分的工作 收集各监测站的数据 编制导航电文 送往注入站将卫星星历注入卫星 监控卫星状态

12、向卫星发送控制指令 卫星维护与异常情况的处理 注入站 3个 导航电文注入GPS卫星 GPS信号收机GPS接收机是一种特殊的无线电接收机 用来接收导航卫星发射的信号 并以此计算出定位数据 接收机结构 分为天线单元和接收单元两大部分 GPS接收机的主要任务 能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号 并跟踪这些卫星的运行 对于接收到的GPS信号进行变换 放大和处理 以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间 解译出GPS卫星所发送的导航电文 实时地计算出测站的三维位置 三维速度和时间 天线单元 接收单元 2 GPS的基本原理 GPS的基本原理是测量也已知位置的卫星到用户接收机之间的距

13、离 然后通过综合多颗卫星的数据 计算出接收机的具体位置 卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出 而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间 再将其乘以光速得到 定位原理其基本原理为 已知未知点到已知点的距离 未知点就必然位于以已知点为球心 两点间距离为半径的球面上 如果已知A B C三颗卫星的在轨坐标 又测出了观测站距三颗卫星的距离 然后分别以这三颗卫星为球心 以所测得的距离为半径画3个球面 则观测站就一定位于这三个球面的相交处 若有多值解 可通过接收方向的判断而剔除 从而准确地解算出观测站的位置 定位的方式与方法 GPS定位中存在三类误差 与卫星有关的误差与信

14、号传播有关的误差与接收设备有关的误差 根静态定位和动态定位伪距定位和载波相位定位单点定位和多点相对定位绝对定位也叫单点定位 通常是指在协议地球坐标系中 直接确定观测站相对于坐标系原点 地球质心 绝对坐 标的一种定位方法 在两个或若干个测量站上 设置GPS接收机 同步跟踪观测相同的GPS卫星 测定它们之间的相对位置 称为相对定位 相对定位是高精度定位的基本方法 广泛应用于高精度大地控制网 精密工程测量 地球动力学 地震监测网和导弹火箭等外弹道测量等方面 相对定位 3 网络GPS 网络GPS是是GPS卫星定位技术 GIS地理信息系统 GSM数字移动通信技术以及Internet技术等多种先进技术相结

15、合 在互联网上建立起来的一个公共GPS监控平台 提供动态跟踪信息 实现实时监控 动态调度 定位的功能 网络GPS系统的组成网上服务平台 由专门提供公共GPS定位服务的运营商负责运营管理 用户端 用户端需配备一台可以与互联网接驳的普通计算机 车载终端设备 主要由GPS定位信号接收模块及GSM通信模块组成 用来实现监控中心对移动体的跟踪定位与通信 视频 出租车的管理 网络GPS的特点漫游性能好 提供的移动业务数据可靠定位速度快 用户可及时查询 监控货物运送状况功能多 精度高 覆盖面广具有高度开放性 资源可以共享网络GPS对物流产业所起的作用 实时监控功能双向通讯功能动态调度功能数据存储 分析功能可

16、靠性分析功能服务质量跟踪功能 6 3GPS在货物运输系统中的应用 GPS物流监控系统主要由监控中心 无线通信链路 GPS车载设备三大部分组成 以车辆的GPS定位信息为依据 通过现代数字通信及GPS分析手段的综合信息技术应用系统 实现了对各种物流车辆的科学的 系统的 综合的监管 对货运车辆及场地等资源的合理配置 调度 提高管理效率 降低运营成本 并为反劫防盗提供了有效的手段 1 常用的接收设备 GPS信号接收机的任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号 并跟踪这些卫星的运行 对所接收到的GPS信号进行变换 放大和处理 以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间 解译出GPS卫星所发送的导航电文 实时地计算出测站的三维位置 甚至三维速度和时间 GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分 其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行 粗加工 预处理 并对处理结果进行平差计算 坐标转换及分析综合处理 手持型 车载型 双频机 用途导航型接收机 车载型 航海型 航空型 星载型测地型接收机授时型接收机 载波频率单频接收机双频接收机 GPS卫星发射的信号是由载波 测距