11

物流信息技术物流信息技术Logistics Information TechnologyLogistics Information Technology

中国科学技术大学网络教育学院中国科学技术大学网络教育学院

22

第八章 第八章 GPSGPS 和和 GISGIS 技术技术

33

第一节 第一节 GISGIS 概述概述 一、地理信息系统的定义与特征一、地理信息系统的定义与特征 1.1. 地理信息系统的定义地理信息系统的定义

44

地理信息系统简称地理信息系统简称 GIS(Geographical InforGIS(Geographical Information System)mation System) 。地理信息系统是以地理。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。技术系统。

数据输入

用户界面

数据库及管理系统

结果显示和输出

空间数据处理与分析

55

2.2. 地理信息系统的特征地理信息系统的特征 （（ 11 ）地理信息系统使用了空间数据与属性数据，）地理信息系统使用了空间数据与属性数据，

并通过数据库管理系统并通过数据库管理系统 (DBMS)(DBMS) 将两者联系在一将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法。现象的一种新的思维方法。

（（ 22 ）地理信息系统强调空间分析，通过利用空）地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。

（（ 33 ）地理信息系统的成功应用不仅取决于技术）地理信息系统的成功应用不仅取决于技术体系，而且依靠一定的组织体系（包括实施组成、体系，而且依靠一定的组织体系（包括实施组成、系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等）。系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等）。

66

二、地理信息系统的产生与发展二、地理信息系统的产生与发展 1.1. 地理信息系统的开拓期地理信息系统的开拓期 (20(20 世纪世纪 6060 年代年代 )) 2.2. 地理信息系统巩固期地理信息系统巩固期 (20(20 世纪世纪 7070 年代年代 )) 3.3. 地理信息系统技术突破期地理信息系统技术突破期 (20(20 世纪世纪 8080 年代年代 )) 4.4. 地理信息系统全面应用期地理信息系统全面应用期 (20(20 世纪世纪 9090 年代年代 )) 三、地理信息系统的分类三、地理信息系统的分类 1.1. 工具型工具型 GISGIS 与应用型与应用型 GISGIS 2.2. 专题专题 GISGIS 与区域与区域 GISGIS 、全国性、全国性 GISGIS 3.3. 矢量型矢量型 GISGIS 、栅格型、栅格型 GISGIS 和混合型和混合型 GISGIS

77

四、四、 GISGIS 的构成与功能的构成与功能 1.1. 地理信息系统的组成地理信息系统的组成 硬件硬件 GISGIS 计算机硬件系统组成部分：计算机、数据输入设备、 计算机硬件系统组成部分：计算机、数据输入设备、

数据输出设备、存储设备数据输出设备、存储设备 软件软件 GISGIS 软件组成部分：软件组成部分： ManInfoManInfo 、、 AutoCAD MapAutoCAD Map 和和 AutodesAutodes

k Worldk World 等国外软件及等国外软件及 GeoStarGeoStar 、、 MapCADMapCAD 、、 CityStarCityStar 等等国产软件国产软件

数据 数据 地理数据库系统由数据库和地理数据库管理系统组成。 地理数据库系统由数据库和地理数据库管理系统组成。 人员人员 ①① 低级技术人员低级技术人员 \②\② 业务操作人员业务操作人员 \③\③ 软件技术人员软件技术人员 \④\④ 科科

研人员研人员 \⑤\⑤ 管理人员管理人员 \\ 用户用户 方法方法

88

2.2. 地理信息系统的功能地理信息系统的功能 数据输入数据输入 数据编辑与处理数据编辑与处理 数据存储与管理数据存储与管理 空间查询与分析空间查询与分析 可视化表达与输出可视化表达与输出 五、五、 GISGIS 开发开发 GISGIS 开发一般有开发一般有 系统调查系统调查 系统分析系统分析 系统设计系统设计 系统实施系统实施 系统维护系统维护 系统评价六个阶段系统评价六个阶段

99

六、地理信息系统的应用六、地理信息系统的应用 （一）地理信息系统主要应用领域（一）地理信息系统主要应用领域 1.1.进行地理信息查询和分析进行地理信息查询和分析 2.2.改进机构集成改进机构集成 3.3.做出好的决策做出好的决策 4.4. 提高制图效率提高制图效率 （二）（二） GISGIS 在物流中的应用在物流中的应用 1.1. 设施定位模型设施定位模型 2.2.车辆路线模型车辆路线模型 3.3. 网络物流模型网络物流模型 4.4.配送区域划分模型配送区域划分模型 5.5. 空间查询模型空间查询模型

1010

（三）（三） GISGIS 与与 ITIT 技术的综合应用技术的综合应用 1.GIS1.GIS 与与 CADCAD 2.GIS2.GIS 和遥感和遥感 3.GIS3.GIS 和和 GPSGPS 4.GIS4.GIS 和和 INTERNETINTERNET 5.GIS5.GIS 和虚拟现实技术和虚拟现实技术

1111

第二节 第二节 GPSGPS 概述概述 一、一、 GPSGPS 的概念的概念 11 、、 GPSGPS即全球定位系统（即全球定位系统（ Global Positioning Global Positioning

SystemSystem ），它利用卫星星座（通信卫星）、地面），它利用卫星星座（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控制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统。统。 GPSGPS 能对静态、动态对象进行动态空间信息能对静态、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制反馈空间信息，使在地球上任何地方 GPSGPS 系统系统的用户，都能计算出他们所处的方位的用户，都能计算出他们所处的方位 (( 三维空间三维空间位置位置 )) 。。

1212

22 、 、 GPSGPS 主要特点主要特点 （（ 11 ）全球，全天候工作。）全球，全天候工作。 （（ 22 ）定位速度快，精度高。）定位速度快，精度高。 （（ 33 ）功能多、应用广。）功能多、应用广。 （（ 44 ）抗干扰性能好、保密性强。）抗干扰性能好、保密性强。 二、二、 GPSGPS 的组成的组成 GPSGPS 系统包括三大部分：空间部分—系统包括三大部分：空间部分— GPSGPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部—用户设备部— GPSGPS 信号接收机。 信号接收机。

1313

（一）（一） GPSGPS 空间部分空间部分 空间卫星系统由均匀分布在空间卫星系统由均匀分布在 66 个轨道平面个轨道平面上的上的 2424颗高轨道颗高轨道 ((距地面约距地面约 20000km)20000km) 工工作卫星构成，其中三颗是用来及时更换老作卫星构成，其中三颗是用来及时更换老化或损坏的卫星，保障整个系统的正常工化或损坏的卫星，保障整个系统的正常工作。作。

该卫星系统能够保证地球上任一地点的该卫星系统能够保证地球上任一地点的 GPGPSS 用户都能连续地观测到至少用户都能连续地观测到至少 44颗卫星，从颗卫星，从而提供全球范围从地面到而提供全球范围从地面到 20000km20000km高空之高空之间任一载体高精度的三维位置、三维速度间任一载体高精度的三维位置、三维速度和系统时间信息。和系统时间信息。

1414

（二）（二） GPSGPS 地面监控部分地面监控部分 （（ 11 ）主控站。）主控站。 主控站拥有大型电子计算机，接收各监测站的主控站拥有大型电子计算机，接收各监测站的 GPGP

SS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站卫星观测数据、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。和注入站自身的工作状态数据。

（（ 22 ）监测站。）监测站。 它的主要任务是对每颗卫星进行观测，精确测定它的主要任务是对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，定时向主控站提供观测数据。卫星在空间的位置，定时向主控站提供观测数据。

(3)(3)注入站注入站 它的作用是接受主控站送达的改正后的卫星导航它的作用是接受主控站送达的改正后的卫星导航电文，并将电文注入飞越其上空的每颗卫星。电文，并将电文注入飞越其上空的每颗卫星。

1515

（三）用户接收系统（三）用户接收系统 11 、、 GPSGPS接收机。接收机。 GPSGPS 的用户设备主要由接收机硬件和处理的用户设备主要由接收机硬件和处理

软件组成，用于接收软件组成，用于接收 GPSGPS卫星发射信号，卫星发射信号，经信号处理而获得用户位置，速度等信息，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。再通过数据处理完成导航和定位。 GPSGPS 系系统只接收而不必发射信号。因此用户数量统只接收而不必发射信号。因此用户数量不受限制。不受限制。

22 、、 GPSGPS 数据处理软件。数据处理软件。

1616

GPSGPS 数据处理软件是数据处理软件是 GPSGPS 用户系统的重要部用户系统的重要部分，其主要功能是对分，其主要功能是对 GPSGPS接收机获取的卫星接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。从而求得观测站的三维坐标，析综合处理。从而求得观测站的三维坐标，观测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。观测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。

四、 四、 GPSGPS 的定位原理的定位原理 1.GPS1.GPS常用术语常用术语（（ 11 ）坐标。）坐标。（（ 22 ）） 22 维和维和 33 维坐标。维坐标。（（ 33 ）路旁标记和航路点。）路旁标记和航路点。

1717

（（ 44 ）位置。）位置。 （（ 55 ）路线。）路线。 （（ 66 ）高度。）高度。 （（ 77 ）航向。）航向。 （（ 88 ）方位角。）方位角。 2.GPS2.GPS 的定位原理的定位原理 GPSGPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒

级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及（各个卫星不同，随时变化）；以及 GPSGPS 系统系统信息，如卫星状况等。信息，如卫星状况等。

1818

GPSGPS接收机对码的量测就可得到卫星到接接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对差及大气传播误差，故称为伪距。对 0A0A码码测得的伪距称为测得的伪距称为 UAUA码伪距，精度约为码伪距，精度约为 2020米左右，对米左右，对 PP 码测得的伪距称为码测得的伪距称为 PP 码伪距，码伪距，精度约为精度约为 22米左右。米左右。

按定位方式，按定位方式， GPSGPS 定位分为单点定位和相定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。对定位（差分定位）。

五、 五、 GPSGPS 的应用模式的应用模式 1.1.常规静态测量常规静态测量

1919

这种模式采用两台这种模式采用两台 ((或两台以上或两台以上 )GPS)GPS接收接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测同步观测 44颗以上卫星，每时段根据基线颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测长度和测量等级观测 4545 分钟以上的时间。分钟以上的时间。这种模式常用于控制网的建立及其加密、这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量等。工程测量等。

2.2.准动态测量准动态测量 这种测量模式又称为走走停停测量，适用这种测量模式又称为走走停停测量，适用

于精度要求较低的场合。 于精度要求较低的场合。 3.3. 实时动态测量：实时动态测量： DGPSDGPS 和和 RTKRTK

2020

DGPSDGPS （实时差分测量）精度为亚米级到米级，（实时差分测量）精度为亚米级到米级，这种方式是基准站将基准站上测量得到的数据这种方式是基准站将基准站上测量得到的数据通过数据链传输到移动站，移动站接收后，自通过数据链传输到移动站，移动站接收后，自动进行运算，得到经差分改正以后的坐标。动进行运算，得到经差分改正以后的坐标。

RTKRTK（载波相位差分技术）则是以载波相位观（载波相位差分技术）则是以载波相位观测量为根据的实时差分测量为根据的实时差分 GPSGPS测量，它的工作测量，它的工作思路与思路与 DGPSDGPS相似，只不过是基准站将观测数相似，只不过是基准站将观测数据发送到移动站（而不是发射坐标数据），移据发送到移动站（而不是发射坐标数据），移动站接收机再采用更先进的实时处理方法处理，动站接收机再采用更先进的实时处理方法处理，从而得到精度比从而得到精度比 DGPSDGPS高得多的实时测量结果。高得多的实时测量结果。这种方法的精度一般为这种方法的精度一般为 2cm2cm左右左右

2121

第二节 第二节 GPSGPS 在物流领域中的应在物流领域中的应用用

一、一、 GPSGPS 在货物运输管理中的应用在货物运输管理中的应用 1.1.导航功能导航功能 2.2.车辆跟踪功能车辆跟踪功能 3.3. 提供出行路线规划功能 提供出行路线规划功能 4.4. 信息查询功能 信息查询功能 5.5.话务指挥功能 话务指挥功能 6.6.紧急援助功能 紧急援助功能

2222

二、 二、 GPSGPS 在货物运输管理中的应用在货物运输管理中的应用 1.1.导航功能导航功能 2.2.车辆跟踪功能车辆跟踪功能 3.3. 提供出行路线规划功能 提供出行路线规划功能 4.4. 信息查询功能 信息查询功能 5.5.话务指挥功能 话务指挥功能 6.6.紧急援助功能 紧急援助功能

2323

第三节 网络第三节 网络 GPSGPS

一、网络一、网络 GPSGPS 的概念和特点的概念和特点 1.1. 网络网络 GPSGPS 的概念：的概念： 就是指在互联网上建立起来的一个公共就是指在互联网上建立起来的一个公共 GPSGPS监控监控平台，它同时融合了卫星定位技术、平台，它同时融合了卫星定位技术、 GSMGSM 数字移数字移动通信技术以及国际互联网技术等多种目前世界上动通信技术以及国际互联网技术等多种目前世界上先进的科技成果。先进的科技成果。

2.2. 网络网络 GPSGPS 的特点 的特点 （（ 11 ）功能多、精度高、覆盖面广，在全球任何位）功能多、精度高、覆盖面广，在全球任何位置均可进行车辆的位置监控工作，充分保障网络置均可进行车辆的位置监控工作，充分保障网络 GGPSPS所有用户的要求都能够得到满足。所有用户的要求都能够得到满足。

（（ 22 ）定位速度快，有力地保障了物流运输企业能）定位速度快，有力地保障了物流运输企业能够在业务运作上提高反应速度，降低车辆空驶率，够在业务运作上提高反应速度，降低车辆空驶率，降低运作成本，满足客户需要。降低运作成本，满足客户需要。

2424

（（ 33 ）信息传输采用）信息传输采用 GSMGSM公用数字移动通信公用数字移动通信网，具有保密性高、系统容量大、抗干扰能力网，具有保密性高、系统容量大、抗干扰能力强，漫游性能好、移动业务数据可靠等优点。强，漫游性能好、移动业务数据可靠等优点。

（（ 44 ）构筑在国际互联网这一最大的网上公共）构筑在国际互联网这一最大的网上公共平台上，具有开放度高、资源共享程度高等优平台上，具有开放度高、资源共享程度高等优点。 点。

二、网络二、网络 GPSGPS 的工作流程的工作流程 11 ：车载终端接收到：车载终端接收到 GPSGPS卫星定位数据，通过卫星定位数据，通过

GSMGSM 通信模块传输给信息监控中心，再送到系通信模块传输给信息监控中心，再送到系统服务器，中心处理器与统服务器，中心处理器与 GISGIS 系统的数字地图系统的数字地图相匹配，在数字地图上实时现实车辆准确位置。相匹配，在数字地图上实时现实车辆准确位置。

2525

22 ：网络：网络 GPSGPS 用户可以根据权限在网上进用户可以根据权限在网上进行车辆信息的收发和查询工作。行车辆信息的收发和查询工作。

33 ：客户提出要求时，监控中心根据客户拥：客户提出要求时，监控中心根据客户拥有的权限允许其在网页页面上对车辆进行有的权限允许其在网页页面上对车辆进行管理。并通过管理。并通过 WebWeb 服务器转发给客户端并服务器转发给客户端并以以 WebWeb 页面形式显示出来页面形式显示出来

三、网络三、网络 GPSGPS对物流产业所起的作用 对物流产业所起的作用 1.1. 实时监控功能：实时监控功能： 2.2.双向通讯功能：双向通讯功能： 3.3. 动态调度功能： 动态调度功能： 4.4. 数据存储、分析功能：数据存储、分析功能：

2626

四、网络四、网络 GPSGPS 发展的现状发展的现状 面对面对 GPSGPS 为其带来如此之多的效用与便利，很为其带来如此之多的效用与便利，很

多物流运输企业跃跃欲试。据近期一项业内人多物流运输企业跃跃欲试。据近期一项业内人士的调查，士的调查， 91%91% 的企业认为的企业认为 GPSGPS投资费用偏投资费用偏高且市场条件不成熟，高且市场条件不成熟， 60%60% 的企业认为的企业认为 GPSGPS自身技术及配套设施不够完善，自身技术及配套设施不够完善， 50%50% 的企业认的企业认为缺乏售后服务的支持，为缺乏售后服务的支持， 20%20% 的企业认为操作的企业认为操作简便性不够。正是这些原因把物流运输企业挡简便性不够。正是这些原因把物流运输企业挡在了在了 GPSGPS 的门外，成为的门外，成为 GPSGPS推广应用的绊脚推广应用的绊脚石。其中投资费用偏高，是最主要的因素。石。其中投资费用偏高，是最主要的因素。

2727

五、通过相关技术的运用将网络五、通过相关技术的运用将网络 GPSGPS转变为转变为服务经济发展的便捷工具服务经济发展的便捷工具

网络网络 GPSGPS 通过采用软件工程化的方法进行设通过采用软件工程化的方法进行设计开发，计开发， GPSGPS 、、 GSMGSM 、、 GISGIS 等技术紧密结合，等技术紧密结合，充分考虑用户需求，具有功能完善、操作简单、充分考虑用户需求，具有功能完善、操作简单、维护方便的特点。随着维护方便的特点。随着 WAP (WAP (无线传输协议无线传输协议 ))的运用及的运用及 XMLXML语言的开发，随时随地通过各语言的开发，随时随地通过各种类型的端口接收信息已成为可能，它们与网种类型的端口接收信息已成为可能，它们与网络络 GPSGPS 的结合必将会更好地促进的结合必将会更好地促进 GPSGPS 的发展。的发展。网络网络 GPSGPS 的运用已经为交通运输体系的发展的运用已经为交通运输体系的发展起着不可忽视的作用，并将会在以后为物流运起着不可忽视的作用，并将会在以后为物流运输企业业务的发展提供更加广阔的前景。输企业业务的发展提供更加广阔的前景。