【正文】 數(shù) 據 模 型 矢量 、 柵格 、 關系 數(shù)據模型 基于地理要素的 數(shù)據模型 GIS應用系統(tǒng) 數(shù)據體 矢量數(shù)據結構 柵格數(shù)據結構 …… 關系結構 視 圖 構 造 概念模式 人－機交互界面 接口 圖 627 基于地理要素的 GIS系統(tǒng) GIS主要包含輸入、處理、數(shù)據管理、查詢分析和可視化等功能。 1）輸入。 在地理數(shù)據應用于 GIS之前，數(shù)據必須轉換成適當?shù)臄?shù)字格式。從圖紙數(shù)據轉換成計算機文件的過程叫做數(shù)字化。目前，許多地理數(shù)據已經是 GIS兼容的數(shù)據格式，這些數(shù)據可以從數(shù)據提供商那里獲得并直接裝入 GIS中，無需用戶來數(shù)字化。 2）處理。 將數(shù)據轉換或處理成某種形式以適應系統(tǒng)的要求。這種處理可以是為了顯示的目的而做的臨時轉換，也可以是為了分析所做的永久轉換。 GIS技術提供了許多工具來處理空間數(shù)據和去除不必要的數(shù)據。 （ 2） GIS的功能 3）數(shù)據管理。 對于小的 GIS項目，將地理信息存儲成簡單的文件就足夠了。但是，當數(shù)據量很大而且數(shù)據用戶數(shù)很多時，最好使用一個數(shù)據庫管理系統(tǒng)（ DBMS），幫助存儲、組織和管理數(shù)據。 4）查詢分析。 GIS提供簡單的鼠標點擊查詢功能和復雜的分析工具，為管理者提供及時的、直觀的信息。 5）可視化。 對于許多類型的地理操作，最終結果能以地圖或圖形來顯示。 GPS和 GIS在物流配送體系中的應用，主要利用 GIS強大的地理數(shù)據功能完善物流分析和空間決策功能。完整的 GIS物流分析和空間決策系統(tǒng)集成了車輛線路模型、最短路徑模型、物流網絡模型、分配集合模型和設施選址模型等。 （ 1）車輛線路模型。 在解決一個起始點、多個終點的貨物運輸過程中，如何降低物流作業(yè)費用，并保證服務質量成為物流空間決策的一個重要問題，包括決定使用多少輛車，每輛車的行駛路線等。 （ 2）最短路徑模型 。在起始點和終點空間分布明確的前提下，為了提高物流效率，縮短車輛在途時間，需要根據具體要求和線路特性，建立最短路徑模型，進一步優(yōu)化車輛線路模型。 （ 3）物流網絡模型 。用于解決尋求最有效的配送貨物路徑問題，也就是物流網點布局問題。如將貨物從 N個倉庫運送到 M個商店。每個商店都有固定的需求量，因此，需要確定由哪個倉庫提貨送給哪個商店，總的運輸成本最小。 （ 4）分配集合模型 ?？梢愿鶕鱾€要素的相似點將同一層上的所有或部分要素分為幾個組，用以解決確定服務范圍和銷售市場范圍等問題。 （ 5）設施選址模型。 用于確定一個或多個設施的位置。在物流系統(tǒng)中，配送中心的倉庫和運輸線共同組成了物流網絡，倉庫處于網絡的節(jié)點上，節(jié)點決定著線路。如何根據供求的實際需要并結合經濟效益等原則，決定在既定區(qū)域內設立多少個倉庫，每個倉庫的位置在哪，每個倉庫的規(guī)模有多大，以及倉庫之間的物流關系如何等，這些都是物流網絡構建中的重要問題。運用這些模型，能很容易地解決存在的問題。 GIS技術的應用，有效地提高了物流配送系統(tǒng)的可視化、安全性和服務水平，我國一些大型物流企業(yè)已經開始將 GIS技術應用于物流分析和空間決策中，并取得了很好的經濟效益和社會效益。 GPS技術 全球定位系統(tǒng)： 它的含義是“利用導航衛(wèi)星進行授時和測距 /全球定位系統(tǒng)”?，F(xiàn)在國際上已經公認將全球定位系統(tǒng)簡稱為 GPS。 GPS的工作概念是基于衛(wèi)星的距離修正。用戶通過測量到太空各個可視衛(wèi)星的距離來計算他們的當前位置，衛(wèi)星的作用相當于精確的一致參考點。每顆 GPS衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數(shù)據信號，用戶接收機可以測量每顆衛(wèi)星信號到接收機的時間延遲，根據信號傳輸?shù)乃俣染涂梢杂嬎愠鼋邮諜C到不同衛(wèi)星的距離。同時收集到至少 4顆衛(wèi)星的數(shù)據時，就可以解算出三維坐標、速度和時間。 GPS由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)等三大子系統(tǒng)構成。 （ 1）空間衛(wèi)星系統(tǒng) 空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在 6個軌道平面上的 24顆高軌道工作衛(wèi)星構成，各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55176。 ，軌道平面間距 60176。 。在每一個軌道平面內，各衛(wèi)星間距差 90176。 ，任一軌道上的衛(wèi)星比兩側相鄰軌道上的相應衛(wèi)星超前 30176。 。 事實上，空間衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要超過 24顆，以便及時更換老化或損壞的衛(wèi)星，保障系統(tǒng)正常工作，該衛(wèi)星系統(tǒng)能夠保證在地球的任一地點向使用者提供 4顆以上的可視衛(wèi)星?？臻g系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星每 12小時（恒星時）沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘（基頻f=）控制無線電發(fā)射機在“低噪聲窗口”附近發(fā)射 L L2兩種載波，向全球的用戶接收系統(tǒng)連續(xù)播發(fā) GPS導航信號。 GPS工作衛(wèi)星組網保障全球任一時刻、任一地點都可對 4顆以上的衛(wèi)星進行觀測（最多可達 11顆）。實現(xiàn)連續(xù)、實時的導航和定位。 GPS 衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的導航電文是一種不歸零的二進制數(shù)據碼 D（ t），碼率 50Hz。為了節(jié)省衛(wèi)星的電能，增強GPS信號的抗干擾性、保密性，實現(xiàn)遙遠地衛(wèi)星通信， GPS衛(wèi)星采用偽噪聲碼對 D碼作二級調制，即先將 D碼調制成偽噪聲碼（ P碼和 C/A碼），再將上述兩噪聲碼調制在 L L2兩種載波上，形成向用戶發(fā)射的 GPS射電信號。因此， GPS信號包括兩種載波（ L L2）和兩種偽噪聲碼（ P碼和 C/A碼）。這 4種 GPS信號的頻率皆源于 （星載原子鐘的基頻）的基準頻率?；鶞暑l率與各信號頻率之間存在一定的比例。其中， P碼為精確碼。美國為了自身的利益，只供美國軍方、政府機關及得到美國政府批準的民間客戶，均可不受限制地免費使用 P碼。 （ 2）地面監(jiān)控系統(tǒng) 地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋美軍基地上的 5個監(jiān)測站、 1個主控站和 3個注入站構成，該系統(tǒng)的功能是對空間衛(wèi)星系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導航電文。地面監(jiān)控系統(tǒng)各站的主要任務如下： 1）監(jiān)測站 。用 GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據，并將觀測數(shù)據傳送給主控站。 5個監(jiān)測站均為無人守值的數(shù)據采集中心。 2）主控站 。主控站接收各監(jiān)測站的 GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據。根據上述各類數(shù)據，完成以下幾項工作： ② 控制和協(xié)調監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導航電文是否正確，以及衛(wèi)星是否將導航電文發(fā)給了 GPS 用戶系統(tǒng)； ③ 診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。 3）注入站。 接受主控站送達的各衛(wèi)星導航電文，并將電文注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。 ① 及時編算每顆衛(wèi)星的導航電文并傳送給注入站。 1） GPS衛(wèi)星接收機 GPS衛(wèi)星接收機的基本結構由天線單元和接收單元兩部分組成。天線單元的主要作用是：當 GPS衛(wèi)星從地平線上升起時，能捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接受放大 GPS信號；接收單元的主要作用是：記錄 GPS信號并對信號進行解調和濾波處理，還原出 GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航電文，解求信號在站星間的傳播時間和載波相位差，實時獲得導航定位數(shù)據或采用測后處理的方式獲得定位、測速、定時等數(shù)據。 用戶接收系統(tǒng)主要由以無線電傳感和計算機技術支撐的 GPS衛(wèi)星接收機和 GPS數(shù)據處理軟件構成。 （ 3）用戶接收系統(tǒng) GPS所以能夠定位導航，是因為每臺 GPS衛(wèi)星接收機無論在任何時刻、在地球上任何位置都可以同時接收到最少 4顆 GPS衛(wèi)星發(fā)送的空間軌道信息。接收機通過對接收到的每顆衛(wèi)星的定位信息的解算，便可確定該接收機的位置，從而提供高精度的三維（經度、緯度、高度）定位導航及授時系統(tǒng)。 GPS衛(wèi)星接收機是被動式全天候系統(tǒng)，只收不發(fā)信號，故不受衛(wèi)星系統(tǒng)和地面控制系統(tǒng)的控制。用戶數(shù)量也不受限制。 2） GPS數(shù)據處理軟件 GPS數(shù)據處理軟件是 GPS用戶系統(tǒng)的重要部分，其主要功能是對 GPS接收機獲取的衛(wèi)星測量記錄數(shù)據進行粗加工、預處理，并對處理結果進行平差計算、坐標轉換及分析綜合處理。從而求得觀測站的三維坐標，觀測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。 GPS系統(tǒng)與其他導航系統(tǒng)相比，主要具有如下幾方面特點： 1）全球地面連續(xù)覆蓋。 由于 GPS衛(wèi)星數(shù)目較多且分布合理，所以在地球上任何地點均可連續(xù)同步地觀測到至少 4顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)實時導航與定位的需要。 2）多功能、精度高。 GPS可為各類用戶連續(xù)地提供高精度的三維位置、三維速度和時間信息。 3）實時定位速度快。 目前 GPS衛(wèi)星接收機的一次定位和測速工作在 1秒甚至更少的時間內便可完成，這對高動態(tài)用戶來講尤其重要。 4）抗干擾性能好、保密性強。 由于 GPS系統(tǒng)采用了偽碼擴頻技術，因而 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號具有良好的抗干擾性和保密性。 （ 1）典型 GPS應用系統(tǒng)簡介。為了更好地了解 GPS應用系統(tǒng)的功能，將重點介紹如下兩種典型的 GPS應用系統(tǒng)。 1）基于 GPS技術的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將 GPS技術、 GIS技術和現(xiàn)代通信技術綜合在一起的高科技系統(tǒng)，其主要功能是將任何裝有 GPS接收機的移動目標的動態(tài)位置（經度、緯度、高度）、時間、狀態(tài)等信息，實時地通過無線通信網絡傳至監(jiān)控中心，而后在具有強大地理信息處理、查詢功能的電子地圖上進行移動目標運動軌跡的顯示，并能對目標的準確位置、速度、運動方向、車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進行監(jiān)控和查詢，以確保車輛的安全，方便調度管理，提高運營效率。本系統(tǒng)應用廣泛，特別適合對公安、銀行、公交、保安、部隊、機場等單位對所屬車輛的監(jiān)控和調度管理，也可以用于對船舶、火車等的監(jiān)控。 2）基于 GPS技術的智能車輛導航儀 該裝置是安裝在車輛上的一種導航設備，它以電子地圖為監(jiān)控平臺，通過 GPS接收機實時獲得車輛的位置信息，并在電子地圖上顯示出車輛的運動軌跡，當接近路口、立交橋、隧道等特殊路段時可進行語音提示。作為輔助導航儀，可按照規(guī)定的行進路線使司機無論是在熟悉或不熟悉的地域都可迅速到達目的地。該裝置還設有最佳行進路線選擇及路線偏離報警等多項輔助功能。 （ 2）利用 GPS技術實現(xiàn)貨物跟蹤管理 貨物跟蹤是指物流運輸企業(yè)利用信息技術及時獲取有關貨物運輸狀態(tài)的信息 ，如貨物品種、數(shù)量、貨物在途情況、交換期間、發(fā)貨地點和到達地、貨物的貨主、送貨責任車輛和人員等，提高物流運輸服務的方法。具體地說，就是物流運輸企業(yè)的工作人員在進行物流作業(yè)時，利用掃描儀自動讀取貨物包裝或者貨物發(fā)票上的物流條碼等貨物信息，通過計算機通信網絡將貨物的信息傳送到總部的中心計算機進行匯總整理，所有貨物的物流全程信息都集中在中心計算機里，可以隨時查詢貨物的位置及狀態(tài)。 貨物裝車發(fā)出后，當運輸車輛上裝載的 GPS接收機在接收到 GPS衛(wèi)星定位數(shù)據后，自動計算出自身所處的地理位置的坐標，由 GPS傳輸設備將計算出來的位置坐標數(shù)據經移動通信系統(tǒng)（ GSM）發(fā)送到 GSM公用數(shù)字移動通信網，移動通信網再將數(shù)據傳送到基地指揮中心，基地指揮中心將收到的坐標數(shù)據及其他數(shù)據還原后，與 GIS系統(tǒng)的電子地圖相匹配，并在電子地圖上直觀地顯示車輛實時坐標的準確位置，從而掌握車輛的動態(tài)信息（位置、狀態(tài)、行駛速度等）。同時，還可以在車輛遇險或出現(xiàn)意外事故時進行必要的遙控操作（如圖 628所示）。 貨物跟蹤的工作過程： GPS衛(wèi)星 GPS衛(wèi)星 GPS衛(wèi)星 GSM基站 裝有 GPS車載器的車輛 裝有 GPS車載器的車輛 GPS系統(tǒng) 系統(tǒng)用戶 車輛動態(tài)查詢 圖 628 利用 GPS技術進行貨物跟蹤示意圖 貨物跟蹤系統(tǒng)在增加貨物運營透明度的基礎上，提高了物流企業(yè)的物流服務水平。 1）如果物流企業(yè)倉庫或