GPS应用 - 物流空间信息技术课件

1、 本章学习目标： 1.掌握地理信息系统的相关概念、基本原理、系统构成、主要功能 2.掌握全球定位系统的相关概念、基本原理、系统构成、主要功能 3.理解这两种技术在物流中的应用场合1.GIS GIS的概念与特征 基础 GIS的产生与发展2.GIS 构成 3.GIS的功能4.GIS的标准化5.GIS与物流 一、地理信息系统（一、地理信息系统（GISGIS）概述）概述l 地理信息系统概念是60年代加拿大测绘学家结合计算机发展趋势，提出的利用机算机和数据库技术结合管理地球空间信息的概念体系，并于1971年建成第一个地理信息系统（GIS） 。l 地理信息系统（Geographic Information

2、 Systems）l 地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件支持下，运用信息科学，管理科学，对空间地理信息进行综合处理、分析和应用的系统。地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）基本概念）基本概念 地理信息系统是能进行空间数据的地理信息系统是能进行空间数据的采集、储存、管理、采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述运算、分析、显示和描述的计算机信息系统。的计算机信息系统。 地理信息系统中地理信息系统中“地理地理”的概念并非指地理学，而是广的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、属性数据以及以此为基础而演义出来的知识。此为

3、基础而演义出来的知识。 地理信息系统是一种以地理信息系统是一种以地理地理( (空间空间) )坐标坐标为骨干的信息系统。为骨干的信息系统。 地理信息系统的外壳是计算机化的技术系统，她又由若干相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等； 地理信息系统操作的对象是空间数据，即由点、线、面这三类基本的要素组成的地理实体； 地理信息系统的技术优势在于它的数据综合、模拟和空间分析评价能力； 地理信息系统的成功应用更强调组织体系和人的因素的作用。 一个实用的GIS要支持对空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示等功能，一般，GIS主

4、要由五个部分构成： 1.系统硬件 2.系统软件 3.空间数据 4.人员 5.应用模型1、计算机系统硬件（1）计算机主机：可以是单机，也可以组成计算机网络系统来应用。（2）数据输入设备：用于将系统所需要的各种数据输入计算机，并将模拟数据转换成数字化数据。如：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔等。（3）数据存储设备：主要指存储数据的磁盘、光盘及相应的驱动设备等。 （4）数据输出设备：包括图形终端显示设备、笔式绘图仪、喷图绘图仪、激光打印机等。输出形式分别为图形、图像、文件、报表等。（5）数据通信传输设备：配上网络系统连线、网卡及其他网络专门设施。2、计算机软件系统 是提供GIS所需的存储、分析和显

5、示地理信息功能的工具。（1）计算机系统软件：一般由计算机厂家提供的。（2）地理信息系统软件和其他支持软件：可以是通过地理信息系统工具专门开发的地理信息系统软件包，也可包括数据库管理系统、CAD系统等。（3）应用分析程序：是系统开发人员或用户根据地理专题或地域分析模型编制的用于完成某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。3.空间数据 空间数据是地理信息系统的操作对象与管理内容。空间数据可以是数字、文字、表格、图像和图形等。 空间数据通过数字化仪、扫描仪、键盘或其他输入设备输入到地理信息系统中。 地理信息系统中的数据主要包括两大类型：地理空间数据和非空间的属性数据。（1）地理空间数据 1）

6、定义：空间数据用来确定图形和制图特征的位置，是以地球表面空间位置为参照的。具体来说，它反映以下两方面信息：在某个已知坐标系中的位置，也称几何坐标，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等。 实体间的空间相关性，即拓扑关系。 （2）非空间的属性数据 非空间位置的属性数据用来反映与几何位置无关的属性，即通常所说的非几何属性。 非几何属性分为定性和定量两种。 定性：名称、类型、特性等，如港口类型、货物类型、吞吐量、机械装备情况、气候条件等。 任何地理实体至少包含一个属性默认属性结构默认属性结构 实体类型实体类型字段名字段名数据类型数据类型长度长度小数位数小数位数点点ID长整型长整型8线线ID长整型长整型8长

7、度长度双精度型双精度型156区区ID长整型长整型8面积面积双精度型双精度型156周长周长双精度型双精度型156弧段弧段ID长整型长整型8长度长度双精度型双精度型156结点结点ID长整型长整型8网网ID长整型长整型8图图4-4 4-4 浏览属性图浏览属性图 4-54-5编辑属性编辑属性 4.人员 地理信息系统必须处于相应的机构或组织环境内，需要人进行系统组织、管理、扩充、维护和数据更新等工作。 地理信息系统人员构成：系统的管理人员、维护人员、系统的使用人员。 5.应用模型 对某一专门的应用，必须构建专门的应用模型，例如物流中心选址模型、车辆路线模型、分配集合模型等。 模型建立的步骤： 首先，必须

8、明确用GIS求解问题的基本流程； 其次，根据模型的研究对象和应用目的，确定模型的类别，相关的变量、参数和算法，构建模型逻辑结构框图； 再次，确定GIS空间操作项目和空间分析方法； 最后，是模型运行结果验证、修改和输出。 1.数据采集与输入 GIS的核心是一个地理数据库，所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中，即数据采集为了消除数据采集的错误，需要对图形及文本数据进行编辑和修改。 2.数据编辑与更新 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。 属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成。 图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误

9、差校正等功能。 数据更新即以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中想对应的数据项或记录，是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。 3.数据存储与管理 数据存储即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。 4.空间查询与分析 空间查询与分析是GIS的核心，是GIS最重要的和最具魅力的功能，也是GIS有别于其他信息系统的本质特征。 包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。 5.数据显示与输出 GIS不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要，分层输出各种专题、种类统计图、图标及数据等。 标准化的基本内容和层次 ISO/TC211地理信息标准 开放的地理数据互操作规范 GIS在物

10、流中的应用领域 （1）物流系统监控 （2）物流系统规划 （3）物流系统模拟与优化 （4）物流信息图形化查询、统计分析与报告 GPS系统的构成 GPS定位的坐标系统与时间系统 GPS简介简介 GPS到底是什么哪到底是什么哪? GPS 计划始于计划始于1973 年，已于年，已于1994 年进入完全年进入完全运行状态。运行状态。GPS 的整个系由空间部分、地面控的整个系由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。制部分和用户部分所组成。GPSGPS即全球定位系统，是由美国建立即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现系统，用户

11、可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。高精度的精密定位。GPS实施计划共分为三个阶段：实施计划共分为三个阶段： 第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到年到1979年，共发射了年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。面跟踪网。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到年到1984年，

12、年，又陆续发射了又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。定位精度远远超过设计标准。 第三阶段为实用组网阶段。第三阶段为实用组网阶段。1989年年2月月4日第一颗日第一颗GPS工工作卫星发射成功，表明作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。系统进入工程建设阶段。1993年底实用的年底实用的GPS网即（网即（21+3）GPS星座已经建成，星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。今后将根据计划更换失效的卫星。 24颗卫星（颗卫星（21+3） 6个轨道平面个轨道平面 55轨道倾角轨道倾角 2020

13、0km轨道高度（地面高度）轨道高度（地面高度） 12小时（恒星时）轨道周期小时（恒星时）轨道周期 5个多小时出现在地平线以上（每颗星）个多小时出现在地平线以上（每颗星）地面监控部分 GPS的地面监控部分是由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上 5个监测站、1个主控站和3个注入站构成。该系统的功能是对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。 监测站：用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控站。 主控站：主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，及时编算每颗卫星的导航

14、电文并传送给注入站，控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文系统，诊断卫星工作状态，完成各类相关工作。 注入站：接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。 GPS的用户设备主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理机及其终端设备组成，它的功能是接收GPS卫星发射的信号，通过信号处理获得用户位置、速度等信息，再通过数据处理完成导航和定位。（1）GPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源，GPS接收机的软件部分主要是机内监控程序和导航定位数据的后处理软件包。GPS微处理器的核心是微处理器。（2）GPS数据处理软件，其主要作用是对GPS接收机获取的卫星测

15、量数据进行精加工，以便获得精密定位结果。 坐标系统 时间系统 WGS-84坐标系 GLONASS系统（格洛纳斯GLONASS系统） GALILEO系统（伽利略系统） COMPASS系统（北斗导航系统） 苏联发射了第一颗GLONASS卫星 接着由俄罗斯完成整个系统卫星的发射工作 1996年1月18日，整个系统开始正常运行。 该系统24颗卫星分布在3个等间隔椭圆轨道面上，轨道面间的夹角为120，轨道倾角64.8，轨道偏心率为0.01，每个轨道上均匀地分布8颗卫星。 卫星距地面高度19100公里，绕地运行周期约11小时15分钟。 该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

16、 GALILEO系统是由欧共体发起，旨在确定建立一个由国际组织控制的民用全球卫星导航服务系统。 GALILEO系统是全球性的定位和导航系统，由卫星星座、有效载荷、地面监控系统以及区域控制部分所组成。 米级定位精度 北斗卫星导航系统BeiDo（COMPASS）Navigation Satellite System是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。 2000年以来，中国已成功发射了8颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统（第一代系统）。 这个系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。 我国正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务（属于第二代系统）。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。 我国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。我国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射八颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信