物流动态跟踪技术课件

1、案例51 GIS技术在灾害监测中的应用P119思考：（1）分析GIS在汶川地震中所起到的作用；（2）GIS技术是否可以应用在物流活动中，如何应用？项目项目51 地理信息系统地理信息系统(GIS)一、 GIS概述（一）地理信息1. 1.地理地理 泛指地球表面各种自然现象和人文现象以及它们之间相互关系和区域的分异。2.2.地理信息地理信息 地理信息地理信息（Geographic Information）是指与空间地理分布有关的信息，是对地球表面位置相关的地理现象和过程的客观表示。地理信息属于空间信息。3.3.地理信息的特性地理信息的特性空间性（地域性）空间性（地域性） 地理信息属于空间信息，其位置

2、的识别是与数据联系在一起的。这是地理信息区别于其他类型信息最显著的标志。多维性多维性 地理信息在二维空间的基础上实现多专题的三维结构。例如，在一个地面点上，可取得高程、污染、交通等多种信息。时序性（动态）时序性（动态） 地理信息能够划分成不同时间段来寻找信息的分布规律。4.4.地理信息的载体地理信息的载体地图地图 地图是地理信息最为常见的载体，我们可以通过查看地图获取所需要的地理信息。 地图本质上是地球自身的一种描述，其研究的对象是地理环境的各种要素，地图表现的内容是各种地理要素的数量、质量特征及其时空关系。 地图是地理信息系统研究中不可缺少的工具，也是地理信息系统研究成果的最好表达方式。 可

3、以说，地理信息系统是地图的一个延续，地理信息系统扩展了地图工作的内容。（二）信息系统1信息系统的基本组成信息系统是具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。由计算机硬件、软件、数据和用户四大要素组成，另外，智能化的信息系统还包括知识。计算机硬件包括各类计算机处理及终端设备；软件是支持数据信息的采集、存储加工、再现和回答用户问题的计算机程序系统；数据是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；用户是信息系统所服务的对象。2信息系统的类型根据系统所执行的任务，信息系统可分为事务处理系统（Transaction process system）和决策支持系统（Decision support syst

4、em）。事务处理系统事务处理系统强调的是数据的记录和操作，民航订票系统是其典型示例之一。决策支持系统决策支持系统是用以获得辅助决策方案的交互式计算机系统，一般是由语言系统、知识系统和问题处理系统共同构成。 （三）地理信息系统地理信息系统（GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。定义：定义：是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。的技术系统。地

5、理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。2.GIS的基本功能基本功能空间数据采集空间数据处理空间数据存储分析模型建立空间信息建立空间信息输出各种地图制作等其中空间分析功能是GIS的核心功能。 罗杰汤姆林森博士（最早提出“地理信息系统”这个名词的人 ），探索GIS：用地理信息系统进行规划（Thinking About GIS: Geographic Information System Planning for Managers）一书的作者。

6、 GIS计算机科学计算机科学数学数学空间科学和空间科学和RS地理学及测量学地理学及测量学软件工程及软件工程及项目管理项目管理数据库技术数据库技术计算机图形学计算机图形学人工智能人工智能及及ES数据结构数据结构网络技术网络技术GIS与地理信息、信息系统之间的关系： 简单地说，GIS就是把一定空间内感兴趣的空间实体的信息，例如，一条道路或一幢房子的空间位置、几何形态以及道路的类别、宽度、建筑材料种类、房子的主人、建筑年代等输入到计算机中，借助计算机的硬件、软件对之进行各种查询和分析，并以地图的表现形式显示出来。地理信息系统地理信息系统地理信息信息系统空间位置:（X,Y,Z）数据采集、存储、管理、处

7、理、分析、模拟和显示（一）GIS的组成完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统计算机硬件系统计算机软件系统计算机软件系统地理空间数据地理空间数据系统管理操作人员系统管理操作人员其核心部分是计算机软、硬件系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。 二、 GIS组成和功能地理信息系统的组成 1. 1.计算机硬件系统计算机硬件系统计算机主机：计算机主机：包括显示器、键盘、鼠标等。数据输入设备：数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、RS遥感、GPS等。数据存储设备：数据存储设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等。数据

8、输出设备：数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。2.2.计算机软件系统计算机软件系统指GIS运行所必需的各种程序。其通常包括计算机系统软件计算机系统软件（如操作系统、汇编程序、编译程序以及各种维护程序等）基础软件基础软件（图形、数据库等）地理信息系统软件地理信息系统软件（包括GIS基本功能软件、GIS应用软件等）。操作系统操作系统（系统调用、设备运行、网络等）（系统调用、设备运行、网络等）系统库系统库（编程语言、数学库等）（编程语言、数学库等）标准软件标准软件（图形、数据库等）（图形、数据库等）GISGIS基本功能软件基本功能软件GISGIS应用软件应用软件用户界面用户

9、界面GIS软件软件基础软件基础软件系统软件系统软件GIS系统软件示意图GIS的软件系统按功能一般分为五个部分（1）数据输入）数据输入数据是GIS的血液。数据输入的目的是将现有的地图、航空相片、遥感图像、文本资料等转换成GIS可以处理与接收的数字形式，使系统能够识别、管理和分析。数据输入方式常有三种形式三种形式：手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化，它是通过人工选点或跟踪线段进行数字化，主要输入有关图形点、线、面的位置坐标；扫描数字化仪的光栅扫描数字化，主要输入有关图像的网格数据；键盘输入，主要输入有关图像、图形的属性数据（即代码、符号），在属性数据输入之前，须对其进行编码。（2）数据存储与管理）数

10、据存储与管理 数据管理部分使GIS的心脏。在GIS 的核心部分，有一个巨大的地理数据库，它必须能管理存储于GIS中的一切数据。GIS的地理数据库中主要存储有空间数据、专题数据以及多媒体数据等，并具有数据库的定义、维护、查询、通信等功能。（3）数据分析与处理）数据分析与处理 空间分析是GIS的大脑，它是GIS区别于一般事务数据库和其他一些系统的重要特征。它通过对GIS中空间数据的分析和运算，为GIS的具体应用提供分析处理后的信息。但GIS基础软件往往只提供通用基本的分析模型。各种专业的应用模型需要专业人员进行二次开发。GIS通常提供地形分析、叠置分析、缓冲区分析、网络分析等基本的分析功能。（4）

11、数据输出与表示模块）数据输出与表示模块 将GIS中的数据经过分析、转换、处理、组织、以某种用户可以理解的形式（如报表、地图等）提供给用户，GIS还可以直接通过Internet传给网络用户。由于地图是地理信息表示的最佳媒介，所以，GIS的数据输出中大量的是地图的显示与输出。输出的产品可以是在屏幕、打印机、绘图机、磁盘等上面进行显示和保存，也可以通过网络直接传递给其他用户。（5）用户接口模块）用户接口模块该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。 3.地理空间数据地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据，可以是图形

12、、图像、文字、表格和数字等。由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通信系统输入GIS，是系统程序作用的对象，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。不同用途的GIS其地理空间数据的种类、精度都是不同的，但基本上都包括三种互相联系的数据类型。某个已知坐标系中的位置实体间的空间相关性与几何位置无关的属性4. 系统开发、管理和使用人员人是GIS中的重要构成因素。地理信息系统从其设计、建立、运行到维护的整个生命周期，处处都离不开人的作用。 完整GIS的组成和内容空间数据库空间数据库操作操作管理管理分析分析决策模型决策模型界面界面表现表现数据获取数据获取通讯通讯用户用户网络三、

13、GIS的工作原理GIS把地理事物的空间数据和属性数据，以数字的方式存储在计算机中，再利用计算机图形技术、数据库技术以及各种数学方法来管理、查询、分析和应用，输出各种地图和地理数据。1.空间模型间模式GIS将现实世界抽象为相互联结的具有不同特征的图层（Layer）组合，在GIS中，地理数据以图层为单位进行组织和存储，一个图层表示一种类型的地理实体。2.地理参考系地理空间数据包括绝对位置信息，如经纬度坐标，以及相对位置信息，包括地址、编码、统计调查等。地理空间数据是用于描述位置和空间要素属性的数据。GIS可以将这些地球表面的空间要素作为地图要素展现在平面上，但地图图层必须基于相同的坐标系统。与GI

14、S有关的坐标系统主要有地理坐标和投影坐标，前者属于球面坐标系统，后者属于平面坐标系统。 3 矢量和栅格数据结构要将实际地理世界的实体、现象在GIS概念世界表达，需要建立一定的数据模型来描述地理实体及实体关系。在GIS领域，目前普遍采用了两种数据模型：基于目标的和基于场的。 两者的优缺点比较见表 三、地理信息系统的工作流程三、地理信息系统的工作流程1采集与数据输入采集与数据输入2数据编辑与处理数据编辑与处理3数据的存储与管理数据的存储与管理 4空间统计与分析空间统计与分析5可视化表达与输出可视化表达与输出跟踪数字化扫描数字化键盘解释测图仪编辑、修改、图像纠正等地图数据遥感图像数字资料文字报告地理

15、数据库空间数据属性数据统计评价评价评价宏观决策多维分析显示终端打印机绘图机磁带磁盘屏幕地图图表数据其他数据采集与输入数据编辑与处理数据存储与管理空间统计与分析数据显示与输出1.数据采集与输入数据采集与输入根据任务的需要，将各种系统外部的原始数据转化为GIS软件可以识别的格式并加以利用的过程称为数据采集。数据采集就是保证各层实体的地物要素按顺序转化为x，y坐标及对应的代码输入到计算机中。通常数据采集的方式有以下几种通常数据采集的方式有以下几种：通过纸质地图的数字化获取数据；直接通过数字数据获取数据；通过GPS采集数据；直接获取坐标数据。数据的输入方法：数据的输入方法：主要有图形数据输入、栅格数据

16、输入、测量数据输入和属性数据输入。2. 数据编辑与处理数据编辑与处理数据处理的任务和操作内容有：数据变换、数据重构和数据抽取。3. 数据存储与管理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。属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，如Oracle、SQL Sever、FoxBase、FoxPro等进行管理。但是，当数据量很大而且是多个用户同时使用数据时，最好使用一个数据库管理系统（DBMS）来帮助存储、组织和管理空间数据。4. 空间统计与分析空间统计与分析空间统计与分析是GIS的核心，是GIS最重要和最具有魅力的功能。其以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以

17、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生空间的信息。5.数据显示与输出数据显示与输出数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。GIS不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图表及数据等。（1）地图。）地图。地图是空间实体的符号化模型，是地理信息系统产品的主要表现形式，常用的地图种类有点位符号图、线状符号图、面状符号图、等值线图、三维立体图、晕渲图等。（2）图像。）图像。图像也是空间实体的一种模型，它不采用符号化的方法、而是采用人的直观视觉变量表示各

18、空间位置实体的质量特征。它一般将空间范围划分为规则的单元、然后再根据几何规则所确定的图像平面的相应位置用直观视觉变量表示该单元的特征。（3）统计图表。）统计图表。非空间信息可采用统计图表示。统计图将实体的特征和实体间与空间无关的相互关系采用图形表示。统计图常用的形式有柱状图、扇形图、直方图、折线图和散点图等（一）地理信息系统应用特点（一）地理信息系统应用特点1 1GISGIS应用领域不断扩大应用领域不断扩大 2 2GISGIS应用研究不断深入应用研究不断深入3 3GISGIS应用社会化应用社会化4 4GISGIS应用全球化应用全球化 5 5GISGIS应用环境网络化、集成化应用环境网络化、集成

19、化6 6GISGIS应用模型多样化应用模型多样化GISGIS的应用的应用自然资源管理自然资源管理石油天然气勘测水利信息化矿产资源管理土地资源管理日常生活ATM机网点分布智能交通管理企业服务公共卫生政治军事战争情报人口统计防洪抗灾1车辆路线模型车辆路线模型 2网络物流模型网络物流模型3分配集合模型分配集合模型4设施定位模型设施定位模型GISGIS的应用的应用（三）（三）GIS在物流分析中的应用在物流分析中的应用1车辆路线模型车辆路线模型用于解决一个起始点、多个起终点的货物运输用于解决一个起始点、多个起终点的货物运输中，如何降低物流作业费用，并保证服务质量中，如何降低物流作业费用，并保证服务质量的

20、问题。包括决定多少车辆，每辆车的行驶路的问题。包括决定多少车辆，每辆车的行驶路线等。线等。2网络物流模型网络物流模型用于解决寻求最有效的分配货物路径问题，也就是网点布局问题。如将货物从N个仓库运往M个商店都有固定的需求量，因此需要研究由哪个仓库提货送给哪个商店运输代价小。3分配集合模型分配集合模型根据各个要素的相似把同一层上的所有或部分根据各个要素的相似把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用于解决服务范围和销售市要素分为几个组，用于解决服务范围和销售市场的问题。如某一公司要设立场的问题。如某一公司要设立 x 个分销点，要个分销点，要求这些分销要覆盖某一地区，而且要使每个分求这些分销要覆盖某一

21、地区，而且要使每个分销点的顾客数目大致相同。销点的顾客数目大致相同。4设施定位模型设施定位模型用于研究一个或多个设施的位置。在物流系统中，仓库和运输线共同组成了物流网络，仓库处于网络的节点上，节点决定着路线。如何根据实际供需情况并结合经济效益等原则，在既定区域内设立多少个仓库，每个仓库的位置，每个仓库的规模，以及仓库之间的物流关系等。企业GISGoogel Earth中国电子地图2009地图客版习题地理信息系统的定义：地理信息系统由（ ）几个主要部分构成。 一个GIS软件系统应完成的五个任务，即（ ）、数据编辑与处理、（ ）、 （ ）和数据显示与输出。目前有两类GIS系统，一类是（ ），另一类

22、是（ ）。一、卫星定位技术回顾 1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。 人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。项目项目52 GPS 为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组

23、织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）简称全球定位系统（GPS）。GPS实施计划共分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段。第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位

24、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2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。uGLONASS 全球导航卫星系统uGalileo系统u北斗系统：我国的第一代卫星导航系统二、其他建设和发展中的定位系统二、其他建设和发展中的定位系统1、GLONASSu类似于GPS，是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统；u其前身CICADA与子午系统同期，于1965年设计，有12颗卫星；u20世纪70年代中期开始启动GLONASS计划u1982年10月12

25、日发射第一颗GLONASS卫星u1996年1月18日，完成24颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力u由于经济原因，现在天空上的GLONASS卫星仅为8颗。GLONASS2、Galileou背景：GLONASS在轨卫星缺失，GPS独霸市场 GLONASS、GPS均由军方控制u欧盟：要建立国际民间控制的或欧盟自己的民用导航系统u特点：共享的独立于GPS的无增强条件下的适于海陆空的 系统。参股共建，收费。u阶段：（一）2000年前，可行性评估或定义（二）20012005，开发和检测（三）20062007，部署（四）2008，商业运行Galileo计划概况伽利略计划的资金预计为32亿到36亿欧元系统由3

26、0颗高轨道卫星组成，分布在轨道高度为2.4万千米、倾角为56度的3个轨道面上。基础设施包括天基和地基两部分。卫星将为用户提供精确的时间和误差不超过一米的全球精确定位服务，与美国GPS和俄罗斯的GLONASS争夺市场。 3、北斗系统北斗卫星导航系统是是中国自行研北斗卫星导航系统是是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（与通信系统（CNSS），是除美国的），是除美国的全球定位系统（全球定位系统（GPS）、俄罗斯的）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统致力于航系统。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供

27、高质量的定位、导向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，其建设与发展则遵航和授时服务，其建设与发展则遵循循开放性、自主性、兼容性、渐进开放性、自主性、兼容性、渐进性性这这4项原则。项原则。中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02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。 中国计划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

28、实施北斗卫星导航系统建设，已成功发射六颗北斗导航卫星。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服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。 北斗系统定位的目标GPS概述概述一、GPS的定义全球定位系统全球定位系统（Global Positioning System，简称GPS），利用卫星星座（通信卫星）、地面控制部分和信号接收机对地球表面上任何地方的用户都能进行全方位导航和定位的系统，也称全球卫星定位系统。 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G

29、PS系统的用户，都能计算出他们所处的方位 。NAVSTAR卫星提供了P码（精码）和C/A码（粗码）两种定位服务，P码为军方服务，定位精度达到3M；C/A码对社会开放，定位精度为10M。目前，美国正加紧部署研究GPS计划。为了满足到2030年的军用、民用要求，GPS将选择全新的优化设计方案，放弃现有的24颗中轨道卫星，采用全新的33颗高轨道加静止轨道卫星组网。据介绍，与现有GPS相比，GPS的信号发射功率可提高100倍，定位精度提高到0.2-0.5米，这样可以使GPS制导武器的精度达到1米以内。届时，GPS的定位、导航和授时能力将得到进一步提高。 二、GPS的主要功能军事上，GPS已成为自动化指

30、挥系统、先进武器系统及新的战役战术理论的一项关键性基本保障技术，它被广泛应用于陆海空及战略导弹等各军兵种。民用上，GPS能为地面车辆、人员、商船、渔船、游艇、民航机导航定位，用于航道测量、河流及港口导航、大地测量、海洋石油勘探、钻台井位的精确定位、管道铺设、机场着陆、交通管制等。GPS的主要功能表现在以下几个方面：跟踪车辆、船舶（掌握动态位置）信息传递和查询（双向交流信息）及时报警（紧急救援）支持管理（物流系统管理）三、GPS系统的主要特点定位精确度高定位时间短（1s定位或测速）执行操作简便（“傻瓜化”）功能多、应用广（测量、导航、测速、测时）全球、全天候作业四、GPS系统的组成GPS系统包括

31、三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。 空间部分：提供星历和时间信息发射伪距和载波信号提供其它辅助信息GPS工作卫星及其星座由高度约为2万km的21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，记作（213）GPS星座。空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，每颗卫星都配备有精度极高的原子钟（30万年的误差为1s）。u卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星。1.GPS空间卫星星座空间卫星星座主控站（主控站（1个）个）主控站为全系统提供时间基准，监视、控制卫星的轨道，处理检测站送来的各种数据，编

32、制各卫星星历，计算和修正时钟误差及电离层对电波传播造成的偏差。监测站（监测站（5个）个）它的主要任务是接收卫星信号，监测卫星的工作状态，并向主控站提供观测数据。 注入站（注入站（3个）个）它的作用是将主控站计算出的卫星星历、卫星轨道和卫星钟的改正数等注入到卫星中。此外，也能自动向主控站发射信号，每分钟报告一次自己的工作状态。2. 地面监控系统地面监控系统地面控制部分一个主控站：科罗拉多斯必灵司三个注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs3. GPS信号接收机信号接收机GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成，用于接收GPS卫星发射信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，再通过数据处理完成导航和定位。GPS的用户只接收而不必发射信号，因此用户的数量不受限制。GPS定位和导航原理一、卫星定位的基本原理首先假定卫星的位置为已知，而又能准确测定某地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位