第03章空间数据管理技术

1、营销与物流管理学院物流信息系统第第3 3章章 空间数据管理技术空间数据管理技术营销与物流管理学院物流信息系统1主要内容 空间数据管理概述 地理信息系统 全球定位系统 移动通信定位系统 移动商务中物流定位的架构营销与物流管理学院物流信息系统2国际上对地球空间技术的新认识 2004年年1月月“NATURE”刊登了弗吉尼亚刊登了弗吉尼亚杰文（杰文（Virginia Gewin）的文章指出：）的文章指出： 美国劳动部从经济社会发展和就业的角度出发，在今年早些时候美国劳动部从经济社会发展和就业的角度出发，在今年早些时候提出，地学技术（提出，地学技术（Geotechnology）（确切地说是地球空间技术）

2、（确切地说是地球空间技术-Geospatial Technology） 与纳米技术和生物技术一起成为当今与纳米技术和生物技术一起成为当今最为重要的新兴和最具发展前景的三大技术领域。最为重要的新兴和最具发展前景的三大技术领域。 NATURE|VOL 427 | 22 JANUARY 2004，376-377 “Earlier this year, the US Department of Labor identified geotechnology as one of the three most important emerging and evolving fields, along wit

3、h nanotechnology and biotechnology”. 营销与物流管理学院物流信息系统33.1 空间数据管理概述 空间信息是有关空间实体的性质、特征和运动状态的表征进行描述的数据，它是对表达空间特征与空间现象之间关系的空间数据的解释。 空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素，如图3-1所示。 空间分析的基本要素 时间 空间位置 空间属性特征 图 3-1 空间分析的三大基本要素 营销与物流管理学院物流信息系统41. 空间数据处理 空间系统中的实体（对象）一般包括三种基本信息：语义信息、度量信息和关系结构信息，如表3-1所示。类型特征语义信息语义信息表明实体的类型度量信

4、息度量信息用于描述实体的形状和位置等几何属性关系结构 描述地理实体之间所有的地理关系，包括空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对关系结构信息用于描述一个实体与其它实体的联系表3-1 空间实体类型营销与物流管理学院物流信息系统5空间数据的编码 关系结构描述地理实体之间所有的地理关系，包括空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对关系结构信息用于描述一个实体与其它实体的联系 空间数据的编码则主要是指语义信息的数据化，它是建立在地理特征的分类及其等级组织基础之上的空间信息数据编码。空间数据的编码用于表明实体元素在数据分类分级中的层次关系和属性性质。营销与物流管理学院物流信

5、息系统6空间数据的描述 空间数据描述就是对空间分析的3个基本要素（有关空间位置、空间属性特征以及时间信息）的符号记录。 描述质量则是空间数据在表达这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。营销与物流管理学院物流信息系统7表32空间数据描述质量有关指标类型指标数据情况说明地理数据的来源、数据内容及其处理过程等作出准确、全面和详尽的说明位置精度或称定位精度空间实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度，常表现为空间三维坐标数据精度。它包括数据基础精度、平面精度、高程精度、接边精度、形状再现精度（形状保真度）、象元定位精度（图像分辨率）等。属性精度指空间实体的属

6、性与其真值相符的程度。通常取决于地理数据的类型，且常常与位置精度有关，包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的准确性及其名称的正确性等时间精度可以通过数据更新的时间和频度来表现逻辑一致性指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容（包括空间特征、专题特征和时间特征），以及拓扑性质上的内在一致性。数据完整性指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据范围、空间实体类型、空间关系分类、属性特征分类等方面的完整性表达形式的合理性指数据抽象、数据表达与真实地理世界吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征表达的合理性等营销与物流管理学院物流信息系统8空间信息的特征 空间信息除了

7、具有信息的一般特性，如共享性、客观性等外，还具有以下独特特性： (1)空间定位 (2)数据量大 (3)信息载体的多样性营销与物流管理学院物流信息系统92. 空间信息系统 信息系统按照是否含空间信息分为非空间信息系统（一般指管理信息系统）和空间信息系统，如图3-2所示。空间信息系统分为非GIS（一般CAD/CAM）和GIS。 信息系统 非空间信息系统（一般指管理信息系统） 空 间 信 息系统 土地信息系统（依照其应用领域划分） GIS 非 GIS（根据其使用的数据模型） 资源管理信息系统 地学信息系统 专题信息系统 区域信息系统 栅格 矢量 混合信息系统 地理信息系统（根据其服务对象） 图 3-

8、2 信息系统分类 营销与物流管理学院物流信息系统栅格10营销与物流管理学院物流信息系统11空间信息系统特征空间信息系统特征 与一般的管理信息系统相比，空间信息系统具有以下特征： （1）空间信息系统使用了空间数据与非空间数据，并通过DBMS将两者联系在一起共同管理、分析和应用；而MIS只有非空间数据库的管理，即使存贮了图形，也往往以文件形式等机械形式存贮，不能进行有关空间数据的操作，如空间查询、检索、相邻分析等，不能进行复杂的空间分析。 （2）通过利用空间解析式模型来分析空间数据，空间信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。营销与物流管理学院物流信息系统12空间信息系统的基本功能下面主

9、要描述基本功能： 空间信息系统的功能 数据分析 数据采集（采集、 检验与编辑） 数据格式化、 转换、概化 图3-3 空间信息系统的功能 数据输出 （显示和打印） 数据存储 与组织 营销与物流管理学院物流信息系统13空间信息系统在物流中的应用 物流企业通过无线通信、GIS/GPS能够精确地获取运输车辆的信息，再通过Internet让企业内部和客户访问，从而把整个企业的操作业务变得透明，为协同商务打下基础。营销与物流管理学院物流信息系统143.2 地理信息系统 地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是管理和研究空间数据的由计算机系统、地理数据和用户组成的

10、人机信息系统。 它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。 营销与物流管理学院物流信息系统15What Is a GIS? Computer system for capturing storing querying analyzing displaying geographically referenced data. 位置、条件、趋势、模式、模拟位置、条件、趋势、模式、模拟营销与物流管理学院物流信息系统16GIS-Related Disciplines 与 GIS 相关的领域 16 GISGeography 地理学地理学Cartogra

11、phy 制图学制图学RemoteSensing 遥遥 感感Photogrammetry / Surveying 摄影测量摄影测量/测量测量Mathematics / Statistics 数学数学/统计学统计学Database Management 数据库管理数据库管理Computer Science 计算机科学计算机科学营销与物流管理学院物流信息系统171. GIS概述GIS的基本处理模式 GIS是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统，如图3-5所示说明地理信息系统的基本处理模式。图3-5 地理信息系统的基本处理模式营销与物流管理学院物流信息系统18 地理信息系统特征 地理信息系统具有

12、以下三个方面的特征：（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性；（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息；（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。营销与物流管理学院物流信息系统19 GIS应包括三个基本部分：计算机系统（硬件、软件）、地理数据库系统、应用人员与组织机构。 （1）计算机系统可分为硬件系统、软件系统和GIS的开发工具和硬件/网络平台的选择标准。 （2）地理数据库系统

13、由数据库和地理数据库管理系统组成。地理DBMS主要用于数据维护、操作和查询检索。 （3）GIS的人员配置有系统项目经理/技术组、数据库经理、数字化操作员、系统操作员、应用分析软件经理和程序编写员。GIS的组成营销与物流管理学院物流信息系统202. GIS的运行机理 在GIS中，对空间实体的数据描述分为空间特征和属性特征，属性特征是对于空间特征的描述，属性值包括数字值和非数值两种，例如描述道路实体的属性特征包括：道路类型：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；路面物质构成：1表示水泥，2表示柏油，3表示碎石。营销与物流管理学院物流信息系统21GIS的地理信息构成和信息结构 地

14、理信息是对地理实体特征的描述，地理实体特征分类表，如表33所示：类型特征空间特征描述地理实体空间位置、空间分布及空间相对位置关系属性特征描述地理实体的物理属性和地理意义关系特征 描述地理实体之间所有的地理关系，包括空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对由基本地理关系所构成的复杂地理关系的描述动态特征描述地理实体的动态变化特征。地理信息对这些特征的描述，是以一定信息结构为基础的。营销与物流管理学院物流信息系统22 GIS信息共享（1）空间数据转换（2）GIS互操作及其层次（3） GIS互操作的层次（4）基于公共接口的GIS互操作营销与物流管理学院物流信息系统233.GIS的应用

15、GPS在物流领域的应用可以实时监控车辆等移动目标的位置，根据道路交通状况向移动目标发出实时调度指令。GIS、GPS和无线通信技术的有效结合，再辅以车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等，能够建立功能强大的物流信息系统，使物流变得实时并且成本最优。图3-6物流系统道路网络图营销与物流管理学院物流信息系统24GIS Applications 一开始，主要在自然资源管理领域：土地利用规划、自然灾害评估、野生生物栖息地分析、河滨带监控和木材管理等。 近年来, GIS已被用于犯罪分析、编制救急计划、地籍管理、市场分析和交通应用。 GIS与全球定位系统（GPS）、无线技术和

16、互联网的结合已导致新的可喜的应用。营销与物流管理学院物流信息系统25城市规划管理城市规划管理.hk数字化基础地形数据的采集、建库及管理； 规划、用地、选址、市政管理、管线等专题数据的建库及管理； 规划方案设计辅助决策； 规划用地管理及划拨； 规划选址分析； 市政道路规划与管理； 市政管线规划与管理； 建筑规划管理； 城市设计辅助方案； 25 营销与物流管理学院物流信息系统26数字城市概念模型 营销与物流管理学院物流信息系统27eCity Software / Paris / Hotels营销与物流管理学院物流信息系统28香港运输署 TIS System

17、 .hk28 营销与物流管理学院物流信息系统29营销与物流管理学院物流信息系统30营销与物流管理学院物流信息系统31SARS Web Site31 营销与物流管理学院物流信息系统猪流感？ http:/ /internet/h1n1_on_google_map.html32营销与物流管理学院物流信息系统33The National Institute of Justice crime mapping入室行窃热点分布入室行窃热点分布凶杀案分布凶杀案分布营销与物流管理学院物流信息系统3434 精准农业精准农业车载导航车载导航

18、营销与物流管理学院物流信息系统3535 精准农业农田作业系统精准农业农田作业系统收割机 土壤采样车 翻耕机 喷药机 施肥机 播种机 喷药机 卫星 GPS 卫星 卫星 GPS GPS GPS GPS GPS 作物生长信息 营销与物流管理学院物流信息系统3636 没有受到影响的 须要清理 已受破坏但还稳定的 受较大的破坏 已受破坏的 有倒塌危险 地图制作地图制作 纽约纽约 (911)(911) 营销与物流管理学院物流信息系统37广泛的 GIS 应用37 电力电力电讯电讯运输运输 及及物流管理物流管理土地管理土地管理石油石油, 燃气及燃气及 管道管道林业林业环保环保商商务务 及及 行销行销水及水及

19、废物处理废物处理地图绘制地图绘制营销与物流管理学院物流信息系统38GIS概述概述 地理信息系统作用采集、贮存、管理、处理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的空间信息。例如：房地产经纪人想用GIS在一定的区域内寻找满足下列条件的所有房屋：瓦盖的屋顶、五个房间，并可列出它们的所有特点。 营销与物流管理学院物流信息系统392.7.2 GIS概述概述GIS系统的应用车辆路线模型 解决一个起始点、多个终点的货物运输中，如何降低物流作业费用，保证服务质量的问题。营销与物流管理学院物流信息系统402.7.2 GIS概述概述GIS系统的应用网络物流模型 解决寻求最有效的分配货

20、物路径问题。如将货物从N个仓库运往到M个商店时，需确定由哪个仓库提货送给哪个商店，使总运输代价最小。营销与物流管理学院物流信息系统412.7.2 GIS概述概述GIS系统的应用分配集合模型 可以根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用以解决确定服务范围和销售市场范围等问题。营销与物流管理学院物流信息系统422.7.2 GIS概述概述GIS系统的应用设施定位模型 用于确定一个或多个设施位置。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，节点决定着线路。营销与物流管理学院物流信息系统432.7.2 GIS概述概述GIS系统的应用空间查询模型如可以查询以某一

21、网点为圆心某半径内配送点的数目，以此判断哪一个配送中心距离最近，为安排配送作准备。营销与物流管理学院物流信息系统44营销与物流管理学院物流信息系统45营销与物流管理学院物流信息系统46营销与物流管理学院物流信息系统47TrasnCad demo 最短路径：Shortest path 212 多最短路径：M_path 218：FLORIDA.net TSP 262 网络分割：net_part.map 267 网络影响带：net_part.map 271 寻找最短路径：transit.map 155 运输od矩阵 173营销与物流管理学院物流信息系统483.3 全球定位系统 全球定位系统（GPS：

22、Global Positioning System）是利用卫星星座（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。 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。营销与物流管理学院物流信息系统491. 全球定位系统的基本原理 GPS系统包括三大部分：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。营销与物流管理学院物流信息系统50Control Segment 营销与物流管理学院物流信息系统51 GPS接收机的分类可按不同得维度有多种分类方法，如表3-4所示：维度类别按接收机的用途分导航型接收机

23、、测地型接收机和授时型接收机按接收机的载波频率分类单频接收机和双频接收机按接收机通道数分类多能道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机按接收机工作原理分类码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机和干涉型接收机表3-4 GPS的接收机按不同维度分类表营销与物流管理学院物流信息系统52GPS Satellite Solar powered, backup batteries 营销与物流管理学院物流信息系统53GPS Users 营销与物流管理学院物流信息系统54How does GPS work 营销与物流管理学院物流信息系统552. 全球定位系统的应用 移动数据库技术配合GPS技术，可以用

24、于智能交通管理、大宗货物运输管理。 安装在车辆上的GPS定位仪可以实时获取车辆的位置信息，包括经纬度、速度、方向等。通过车辆无线数据通信系统，将车辆的定位信息以短消息方式传送到指挥监控中心，并显示在电子地图上。 在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS车辆信息系统相连，使得整个运输车队的运行受到中央调度系统的控制。营销与物流管理学院物流信息系统563. GIS系统方案的选择选择原则：1） GPS 系统阶段发展相适应2）成本效益原则3）性能与服务水平适度原则4）功能完善原则营销与物流管理学院物流信息系统57要实施有效的供应链管理要实施有效的供应链管理 首先必须改善供应链的业务流程，然后再以较低

25、的成本使首先必须改善供应链的业务流程，然后再以较低的成本使这些流程自动化，以进一步降低供应链的成本，缩短供应这些流程自动化，以进一步降低供应链的成本，缩短供应链的时间。链的时间。 具体地讲，需要将条码、具体地讲，需要将条码、EDI、EOS、GPS、GIS、RF等等技术集成起来，在供应链上建立一个高效的供应链集成系技术集成起来，在供应链上建立一个高效的供应链集成系统，以确保产品能不间断的由供应商流向最终用户。统，以确保产品能不间断的由供应商流向最终用户。 与此同时，信息流能在开放的供应链中循环流动。这样才与此同时，信息流能在开放的供应链中循环流动。这样才能真正满足客户对产品和信息的需求，即给客户

26、提供最优能真正满足客户对产品和信息的需求，即给客户提供最优质的产品和适时准确的信息。质的产品和适时准确的信息。营销与物流管理学院物流信息系统58基于基于GSM网络的网络的GPS监控调度管理监控调度管理系统系统-BLD- 2003 系统构成系统构成 智能移动终端智能移动终端智能移动终端设备包括：控制单元（CPU）、显示单元（可选）、GPS接收模块、GPS天线、GSM通信卡（或其他通信模块）、防盗报警器（可选）。无线数据链路无线数据链路无线数据传输设备作为基站与各移动目标进行信息交换的枢纽，是整个车调中的重要组成部分，其可选择方案包括以下几种：- 公网设备：GSM、CDMA 、CDPD（无线数据公

27、网）- 集群通信：如公安上用的350M、800M集群系统- 常规电台：采用专用信道和无线MODEM监控中心监控中心监控中心的设备组成包括：数据库、监控终端/GIS终端、业务处理终端、前端接入设备等。数据库是采用ORACLE数据库，存储车辆基本信息、用户信息、日志等数据。数据库管理：提供车载终端信息管理、用户管理、工作站日志管理、车辆轨迹信息管理、计费管理等功能，为系统正常运行提供保障。工作人员可通过监控系统监控所有入网移动目标的运动。其关键是相应业务内容的数据库建设、电子地图、以及和业务内容密切相关的应用软件-MIS，以实现主要功能。 营销与物流管理学院物流信息系统59系统组成示意图系统组成示

28、意图 营销与物流管理学院物流信息系统60系统功能系统功能 1、显示功能、显示功能2、定位跟踪功能、定位跟踪功能3、调度监控功能、调度监控功能4、防盗报警功能、防盗报警功能5、防范抢劫功能、防范抢劫功能6、救助、维护和信息等服务功能、救助、维护和信息等服务功能7、存档查询功能、存档查询功能8、越界报警、越界报警营销与物流管理学院物流信息系统61系统功能系统功能 9、盲区补偿功能、盲区补偿功能10、超速报警、超速报警11、GIS地理信息支持地理信息支持12、交通事故报警、交通事故报警13、轨迹存储和回放功能、轨迹存储和回放功能14、打印功能、打印功能15、查询车辆信息、查询车辆信息16、日志管理、

29、日志管理营销与物流管理学院物流信息系统车辆调度系统的应用 公交车监控和调度系统公交车监控和调度系统 出租车监控和调度系统出租车监控和调度系统 运钞车监控系统运钞车监控系统 长途运输车监控系统长途运输车监控系统62营销与物流管理学院物流信息系统633.4 移动通信定位系统 移动定位系统（location based system，LBS）是利用移动通信网络提供给用户定位功能的服务。无线定位技术融入移动互连网领域，实现更加方便和智能化的通信服务。 移动通信网络基本发展： 第一代移动通信（1G） 第二代移动通信系统（2G） 第三代移动通信系统（3G）营销与物流管理学院物流信息系统641. 手机定位系

30、统 手机定位是指通过无线终端（手机）和无线网络的配合，确定移动用户的实际位置信息（经纬度坐标数据，包括三维数据），通过短消息服务（short message service，SMS）、多媒体消息（minerals management service，MMS）、语音发给用户或以此为基础提供某种增值服务。 营销与物流管理学院物流信息系统65手机定位类型 根据定位方法和定位过程的不同，手机定位主要有以下几种类型：（1）起源蜂窝定位（2）到达时间定位（3）到达角度定位（4）到达时间差定位营销与物流管理学院物流信息系统66手机定位基本原理 手机定位是利用GSM移动通信网的蜂窝技术来实现位置信息的查询，

31、GSM无线通信网是由许多像蜜蜂蜂窝一样的小区构建而成的，每个小区都有自己的编号，通过手机所在小区的识别号就可以知道手机所在区域。图38手机定位示意图营销与物流管理学院物流信息系统67手机定位技术 GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间（time of arrival，TOA）、增强测量时间差（EOTD）和GPS辅助（AGPS）3种方式。 1）到达时间定位技术 2）增强测量时间差定位技术营销与物流管理学院物流信息系统手机定位服务的市场情况 手机位置定位 服务场所显示 路线导航服务 特殊定位服务68营销与物流管理学院物流信息系统69手机定位系统的应用（1

32、）手机定位系统在物流中的应用 :个性化的监控和查询功能 报警和求助功能 与智能运输系统结合的调度和管理 （2）手机定位系统在其他领域的应用:信息查询个人定位服务 增强移动网络性能 营销与物流管理学院物流信息系统702.小灵通定位系统 小灵通无线市话是一种新型的个人无线接入系统，它采用先进的微蜂窝技术和高质量语音数字化技术，将用户终端以无线接入方式接入市话网，使传统意义上的有线市话能在无线网络覆盖范围内随身携带使用，随时随地进行通信。 图 310 LSC的定位计算流程图 营销与物流管理学院物流信息系统71小灵通的概念 无线市话（personal access phone system，PAS）又名小灵通，是一种新型的个人无线接入系统，它采用先进的微蜂窝技术，以无线方式接入固定电话网，使电话在无线网络覆盖的范围内可随身携带使用，随时随地接听、拔打市内、本地网和国内、国际电话，也可方便地拔打寻呼和移动电话，是固定电话网的延伸和补充。营销与物流管理学院物流信息系统