【正文】 。 ? 返回 圖 2— 2 GIS系統(tǒng) 基本原理示意圖 ? 返回 一個優(yōu)秀的 GIS軟件具有如下功能： ? （ 具有特定位置和形狀的地理要素 ， 如點 、 線 、 面等 ） 間的空間關(guān)系 ， 或使它們相互連接并進行拓撲計算的功能； ? ； ? 功能 ， 使以圖層形式組成的地圖多層可視并進行多樣化統(tǒng)計和邏輯操作； ? ， 以多種方式使之可視化的功能； ? 。 ? 返回 與物流分析的結(jié)合 ? GIS應(yīng)用于物流分析，主要就是指利用 GIS這種特有的強大的地理數(shù)據(jù)處理功能來完善物流分析技術(shù)中的 “ 軟技術(shù) ” 。物流技術(shù)是物流現(xiàn)代化的關(guān)鍵，也可分為狹義和廣義兩種。狹義的物流技術(shù)是指與物流諸要素全部活動的有關(guān)的專業(yè)技術(shù)的總稱，即根據(jù)物流活動實踐經(jīng)驗和自然科學(xué)原理發(fā)展而成的各種操作方法和技能，如包裝技術(shù)、流通加工技術(shù)等；而廣義的物流技術(shù)，則既包括物流設(shè)備等 “ 硬技術(shù) ” ，又包括物流規(guī)劃、物流設(shè)計、物流評價等 “ 軟技術(shù) ” ，例如物流策略、物流結(jié)構(gòu)等。傳統(tǒng)的物流分析主要是針對狹義的物流技術(shù)而言，只有計算機等技術(shù)出現(xiàn)并逐漸在科研工作中發(fā)揮重要作用后，廣義物流技術(shù)中的 “ 軟技術(shù) ” 的高度發(fā)展才能成為可能。 ? 以美國 Galiper公司開發(fā)的 TransCAD軟件為例， TransCAD軟件包括以下 五個主要組成部分 ： ? 返回 以美國 Galiper公司開發(fā)的 TransCAD軟件為例， TransCAD軟件包括以下五個主要組成部分： ? （ 1） 在 Windows操作環(huán)境下使用的具有強大功能的地理信息系統(tǒng) （ GIS） ； ? （ 2） 一個能為運輸數(shù)據(jù)和物流信息的顯示和操作提供必不可少的工具的擴展數(shù)據(jù)模式； ? （ 3） 迄今為止最大的運輸 、 物流分析集成軟件包； ? （ 4） 運輸 、 地理和人口統(tǒng)計的綜合數(shù)據(jù) ； ? （ 5） 功能強大的用于生成宏的服務(wù)程序和用戶接口的開發(fā)語言 。 ? 以上五點是 TransCAD的主要組成部分，同時也是 TransCAD為適合交通運輸、物流分析而區(qū)別于其他 GIS軟件的主要方面，其中尤其以擴展數(shù)據(jù)模式和運輸、物流分析模型這二者最為典型。擴展數(shù)據(jù)模式使得描述和運用在傳統(tǒng) GIS軟件上不能表示的有關(guān)運輸、物流方面的數(shù)據(jù)成為可能，從而把傳統(tǒng) GIS強大的分析、模擬預(yù)測功能同運輸和物流分析中的特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來；運輸網(wǎng)絡(luò)分析和操作研究模型、先進的專業(yè)性分析模型及支持統(tǒng)計和經(jīng)濟分析的模型等運輸、物流分析模型一方面使得對某些特殊的交通運輸問題和物流問題的處理變得十分方便，同時也為一些運用已提供模型不能直接解決的問題提供了解決的思路；而基于 Windows環(huán)境所具有的開放性和軟件本身提供的二次開發(fā)工具則為 TransCAD更廣闊范圍內(nèi)的應(yīng)用提供了前提。 ? 返回 (二 )用于物流分析的 GIS模型 ? 完整的 GIS物流分析軟件中除包括為交通運輸分析所提供的擴展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 、 分析建模工具和二次開發(fā)工具外 ， 還集成了若干物流分析模型 ，包括車輛路線模型 、 最短路徑模型 、 網(wǎng)絡(luò)物流模型 、 分配集合模型等 。這些模型既可以單獨使用 ， 解決某些實際問題 ， 也可以作為基礎(chǔ) ， 進一步開發(fā)適合不同需要的應(yīng)用程序 ， 這些模型也較有代表性地說明了GIS在物流分析中的應(yīng)用水平 。 ? ? ? ? ? 返回 ? 車輛路線模型用于解決在一個起點 、 多個終點的貨物運輸問題中 ， 如何降低操作費用并保證服務(wù)質(zhì)量 ， 包括決定使用多少車輛 ， 每個車輛經(jīng)過什么路線的問題 。 物流分析中 ， 在一對多收發(fā)貨點之間存在著多種可供選擇的運輸路線的情況下 ， 應(yīng)該以物資運輸?shù)陌踩?、 及時性和低費用為目標(biāo) 。 綜合考慮 ， 權(quán)衡利弊 ， 選擇合理的運輸方式并確定費用最低的運輸路線 。 例如 ， 一個公司只有一個倉庫 ， 而零售店卻有三十個 ， 并分布在各個不同的位置上 ， 每天用卡車把貨物從倉庫運到零售商店 ， 每輛卡車的載重量或者貨物尺寸是固定的 ， 同時每個商店所需的貨物重量或體積也是固定的 。 因此 ， 需要多少車輛以及所有車輛所經(jīng)過的路線就是一個最簡單的車輛路線模型 。 ? 實際問題中，車輛路線問題還應(yīng)考慮很多影響因素，問題也變得十分復(fù)雜。例如：倉庫的數(shù)量不止一個，而倉庫和商店之間不是一一對應(yīng)的；部分或所有商店對貨物送達時間有一定的限制，如某商店上午８點開始營業(yè)，因此要求貨物在上午５ — ７點之間運到；倉庫的發(fā)貨時間有一定的限制，如當(dāng)?shù)亟煌ㄒ?guī)則要求卡車上午７點之前不能上路，而司機要求每天下午６點之前完成一天的工作；在每個車站，需要一定的服務(wù)時間。最常見的情況是不管卡車所運貨物多少，在車站上都需要固定的時間讓卡車進站接受檢查，當(dāng)然也有檢查時間隨著所運貨物多少而變化的情況等等。TransCAD中的車輛路線模型可以綜合考慮這些因素加以解決。 ? 返回 ? 設(shè)施定位模型用來確定倉庫 、 醫(yī)院 、 零售商店 、 加工中心等設(shè)施的最佳位置 ，其目的同樣是為了提高服務(wù)質(zhì)量 ， 降低操作費用 ， 以及使利潤最大化等 。 ? 設(shè)施定位模型可以用于確定一個或多個設(shè)施的位置 。 在物流系統(tǒng)中 ， 倉庫和運輸線路共同組成了物流網(wǎng)絡(luò) ， 倉庫處在網(wǎng)絡(luò)的 “ 節(jié)點 ” 上 ， 運輸線就是連接各個 “ 節(jié)點 ” 的 “ 線路 ” ， 從這個意義上看 ， “ 節(jié)點 ” 決定著 “ 線路 ” 。具體地說 ， 在一個具有若干資源點及若干需求點的經(jīng)濟區(qū)域內(nèi) ， 物資資源要通過某一個倉庫的匯集中轉(zhuǎn)和分發(fā)才能供應(yīng)各個需求點 。 因此 ， 根據(jù)供求的實際需要并結(jié)合經(jīng)濟效益等原則 ， 在既定區(qū)域內(nèi)設(shè)立多少倉庫 ， 每個倉庫的地理位置在什么地方 ， 每個倉庫應(yīng)有多大規(guī)模 （ 包括吞吐能力和存儲能力 ） ，這些倉庫間的物流關(guān)系如何等問題 ， 就顯得十分重要 。 而這些問題運用設(shè)施定位模型均能很容易地得到解決 。 ? 設(shè)施定位模型也可以加入經(jīng)濟或者其他限定條件 ， 運用模型的目的也可以是使各服務(wù)設(shè)施之間的距離最大或使其服務(wù)的人數(shù)總和最大；同時 ， 也可以是在考慮其他已經(jīng)存在設(shè)施的影響的情況下 ， 確定設(shè)施的最佳位置；等等 。 對于這些形式不一的問題 ， TransCAD都可能通過運用現(xiàn)有的模型 ， 或者修改一定的參數(shù)加以解決 。 ? 返回 ? TransCAD包括許多解決網(wǎng)絡(luò)物流問題的程序 ， 這些程序可以用于解決諸如尋求最有效的分配貨物路徑或提供服務(wù)路徑問題 ， 即物流分析中的具有戰(zhàn)略意義的網(wǎng)點布局問題 。 TransCAD同時也提供了為解決網(wǎng)絡(luò)物流問題整理數(shù)據(jù)的相關(guān)程序 。 下面舉例說明網(wǎng)絡(luò)物流問題的一般應(yīng)用形式： ? （ 1） 需要把貨物從 15個倉庫運到 100個零售商店 ， 每個商店有固定的需求量 ，因此需要確定哪個倉庫供應(yīng)哪個零售商店 ， 從而使運輸代價最?。? ? （ 2） 在考慮線路上的車流密度前提下 ， 怎樣把空的貨車從所在位置調(diào)到貨物所在位置； ? 在處理網(wǎng)絡(luò)物流模型時 ， TransCAD將用到擴展數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是TransCAD自身特有的 ， 是專門為處理交通問題設(shè)計的 ， 包括矩陣 、 網(wǎng)絡(luò)等等 。 ? TransCAD的網(wǎng)絡(luò)物流模型可以分為三種類型 ， 第一種用來處理 “ 一對一 ” 的起點 、 終點問題；第二種用來處理 “ 一對一 ” 或者 “ 多對一 ” 的起點 、 終點問題 ， 同時產(chǎn)生一個矩陣 ， 計算出從各個起點到終點的物流；第三種也是用來處理 “ 一對多 ” 或 “ 多對一 ” 的起點 、 終點問題 ， 但是可以考慮網(wǎng)絡(luò)各段路徑的限制運量 ， 其結(jié)果也是產(chǎn)生一個表示物流量大小的矩陣 。 ? 返回 ? 分配集合模型可以根據(jù)各個要素的相似點把同一層上的所有或部分要素分成幾組 ， 可以用于解決確定服務(wù)范圍 、 銷售市場范圍等問題 。 ? 在很多物流問題中都涉及分配集合模型 ， 例如： ? （ 1） 某公司要設(shè)立 12個分銷點 ， 要求這些分銷點覆蓋整個地區(qū) ， 且每個分銷點的顧客數(shù)目大致相等； ? （ 2） 某既定經(jīng)濟區(qū)域 （ 可大至一個國家 ， 小至某一地區(qū) 、 城市 ） 內(nèi) ，考慮各個倉儲網(wǎng)點的規(guī)模及地理位置等因素 ， 合理劃分配送中心的服務(wù)范圍 ， 確定其供應(yīng)半徑 ， 實現(xiàn)宏觀供需平衡 。 ? TransCAD提供兩個程序解決這些問題：區(qū)域分散模型和集中模型 。 在想把某一區(qū)域做地理分區(qū)時應(yīng)使用區(qū)域分散模型 ， 而想把某一層上的許多小的要素依據(jù)他們彼此之間的距離或旅行時間進行組合時則應(yīng)使用集中模型 。 ? 返回 GPS系統(tǒng)組成 ? GPS系統(tǒng)包括三大部分： ? 空間部分 — GPS衛(wèi)星星座； ? 地面控制部分 — 地面監(jiān)控系統(tǒng)； ? 用戶設(shè)備部分 — GPS信號接收機 。 ? 返回 （一）空間部分 ? GPS的空間部分是由 24顆 GPS工作衛(wèi)星所組成，這些 GPS工作衛(wèi)星共同組成了 GPS衛(wèi)星星座，其中 21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星， 3顆為活動的備用衛(wèi)星。這 24顆衛(wèi)星分布在 6個傾角為 55176。的軌道上繞地球運行。衛(wèi)星的運行周期約為 12恒星時。每顆 GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號， GPS用戶正是利用這些信號來進行工作的。 ? 返回 （二）地面控制部分 ? GPS的控制部分由分布在全球的若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站有一個，位于美國克羅拉多（ Colorado） 的法爾孔（ Falcon）空軍基地，它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對 GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時，它還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作；另外，主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位于夏威夷（ Hawaii）、 阿松森群島（ Ascencion）、 迭哥伽西亞（ Diego Garcia）、 卡瓦加蘭（ Kwajalein）， 監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)；注入站有三個，它們分別位于阿松森群島（ Ascencion）、 迭哥伽西亞（ Diego Garcia）、 卡瓦加蘭（ Kwajalein）， 注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)據(jù)等注入到衛(wèi)星中去。 ? 返回 （三）用戶部分 ? GPS的用戶部分由 GPS接收機 、 數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機 、 氣象儀器等所組成 。 它的作用是接收 GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號 ， 利用這些信號進行導(dǎo)航定位等工作 。 ? 綜上所述， GPS由三個獨立的部分組成：空間部分： 21顆工作衛(wèi)星， 3顆備用衛(wèi)星；地面支撐系統(tǒng)： 1個主控站， 3個注入站， 5個監(jiān)測站；用戶設(shè)備部分：接收 GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。 GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。以上這三個部分共同組成了一個完整的 GPS系統(tǒng)。 ? 返回 GPS工作原理 ? GPS衛(wèi)星在離地面 1萬 2千公里的高空上 ， 以 12小時的周期環(huán)繞地球運行 ， 使得在任意時刻 ， 在地面上的任意一點都可以同時觀測到 4顆以上的衛(wèi)星 。 由于衛(wèi)星的位置精確可知 ， 在 GPS觀測中 ， 我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離 ， 利用三維坐標(biāo)中的距離公式 ， 利用 3顆衛(wèi)星 ， 就可以組成 3個方程式 ， 解出觀測點的位置 (X,Y,Z)。 考慮到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差 ， 實際上有 4個未知數(shù) ， X、 Y、 Z和鐘差 ， 因而需要引入第 4顆衛(wèi)星 ， 形成 4個方程式進行求解 ，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程 。 所以 3顆有效衛(wèi)星可以 2D定位 ， 4顆有效衛(wèi)星才能 3D定位 ， 測出高程 。 ? 目前 GPS系統(tǒng)提供的定位精度是優(yōu)于 10米 ， 而為得到更高的定位精度 ， 我們通常采用差分 GPS技術(shù)：將一臺 GPS接收機安置在基準站上進行觀測 。 根據(jù)基準站已知精密坐標(biāo) ， 計算出基準站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)據(jù) ， 并由基準站實時將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去 。 用戶接收機在進行 GPS觀測的同時 ， 也接收到基準站發(fā)出的改正數(shù)據(jù) ， 并對其定位結(jié)果進行改正 ， 從而提高定位精度 。 ? 差分 GPS分為兩大類： 偽距差分 和 載波相位差分 。 ? 返回 （一）偽距差分原理 ? 這是應(yīng)用最廣的一種差分。在基準站上，觀測所有衛(wèi)星，根據(jù)基準站已知坐標(biāo)和各衛(wèi)星的坐標(biāo)，求出每顆衛(wèi)星每一時刻到基準站的真實距離，再與測得的偽距比較，得出偽距改正數(shù)據(jù)，并將其傳輸至用戶接收機，提高定位精度。這種差分，能得到米級定位精度，如沿海廣泛使用的 “ 信標(biāo)差分 ” ? 返回 （二）載波相位差分原理 ? 載波相位差分技術(shù)又稱 RTK（ Real Time Kinematic） 技術(shù)，是實時處理兩個觀測站載波相位觀測量的差分方法。即將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，進行求差解算坐標(biāo)。載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應(yīng)用于動態(tài)的需要高精度位置的領(lǐng)域。 ? 返回 圖 2— 3 GPS控制示