物流信息技术第六章GPS与GIS技术

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1、第六章 GPS与GIS技术第六章 GPS与GIS技术第一节 GPS概述第二节 GPS的工作原理第三节 GPS在货物运输系统中的应用第四节 网络GPS在物流业中的应用第五节 GIS技术概述第六节 GIS在物流系统中的应用【本章小结】【案例1】【案例2】【复习思考题】第一节 GPS概述一、GPS的概念GPS是英文Global Positioning System的缩写，意即全球定位系统，它是利用卫星星座（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。二、GPS系统特点1.全球、全天候工作2.定位精度高3.功能多，应用广三、GPS系统组成GPS系统利用无线电传输特性来定位，和过去地面

2、无线导航系统所不同的是，它由卫星来发射定时信号、卫星位置和健康状况信息，故具有发射信号覆盖全球和定位精度高的优点。第一节 GPS概述1.GPS卫星(空间部分)(1)用L波段的两个无线载波(19cm和24cm)向广大用户连续不断地发送导航定位信号。每个载波用导航信息D(t)和伪随机码(PRN)测距信号进行双相调制。用于捕获信号及粗略定位的伪随机码称为C/A(又称为S码)，精密测距码(用于精密定位)称为P码。由导航电文可以知道该卫星当前的位置和卫星的工作情况。(2)在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段(10cm波段)发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时发送给广

3、大用户。(3)接收地面主控站通过注入站发送到卫星的高度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。2.GPS地面支撑系统(地面监控部分)第一节 GPS概述图6-1 GPS卫星地面监控站示意图(1)采集数据。主控站采集各个监测站所测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态数据，监测站自身的状态数据，以及海军水面兵器中心发来的参考星历。第一节 GPS概述(2)编辑导航电文。根据采集到的全部数据计算出每颗卫星的星历、时钟改正数、状态数据以及大气改正数，并按一定格式编辑为导航电文，传送到注入站。(3)诊断功能。对整个地面支撑系统的协调工作进行诊断；对卫星的健康状况进行诊断，并加以编码，向

4、用户发布指示。(4)调整卫星。根据所测的卫星轨道参数，及时将卫星调整到预定轨道，使其发挥正常作用。而且还可以进行卫星调度，用备份卫星取代失效的工作卫星。3.GPS信号接收机(用户部分)(1)按接收机的用途分类1)导航型接收机。2)测地型接收机。第一节 GPS概述3)授时型接收机。(2)按接收机的载波频率分类1)单频接收机。2)双频接收机。(3)按接收机通道数分类(4)按接收机工作原理分类1)码相关型接收机。2)平方型接收机。3)混合型接收机。4)干涉型接收机。第二节 GPS的工作原理一、GPS常用术语1.坐标(Coordinate)2.路标(Landmark or Waypoint)3.路线(

5、Route)4.前进方向(Heading)5.导向(Bearing)(1)已设定“走向”(GOTO)目标。“走向”目标的设定可以按“GOTO”键，然后从列表中选择一个路标。以后“导向”功能将导向此路标。(2)目前有活跃路线(Activity Route)。活跃路线一般在“设置”“路线”菜单下设定。如果目前有活动路线，那么“导向”的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后自动指到下一个路点。第二节 GPS的工作原理6.日出日落时间(Sun SetRaise Time)7.足迹线(Plot Trail)二、GPS的基本工作原理GPS的工作原理，简单地说，是利用了我们熟知的几何与物理上一些基本原理，首

6、先我们假定卫星的位置为已知，而我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。1.怎样确知卫星的准确位置2.如何测定卫星至用户的距离3.时间基准问题4.测定卫星信号传输时间的方法5.GPS技术的误差第二节 GPS的工作原理6.差分GPS技术消除公共误差原理三、GPS定位方式(一)根据定位的模式1.绝对定位2.相对定位(二)根据定位时接收机的运动状态1.静态定位2.动态定位四、GPS接收机的组成及工作原理GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。(一)GPS接收机天线单元第二节 GPS的工作原理(1)天线与前置放大器

7、应密封一体，以保障其正常工作，减少信号损失。(2)能够接收来自任何方向的卫星信号，不产生死角。(3)有防护与屏蔽多路径效应的措施。(4)天线的相位中心保持高度的稳定，并与其几何中心尽量一致。(1)单板天线。单板天线结构简单、体积较小，需要安装在一块基板上，属单频天线。(2)四螺旋形天线。四螺旋形天线是由四条金属管线绕制而成的，底部有一块金属单频天线。这种天线频带宽，全圆极化性能好，可捕捉低高底角卫星。缺点是不能进行双频接收，抗震性差，常用作导航型接收机天线。第二节 GPS的工作原理(3)微带天线。微带天线是在厚度为h(h()的介质板两边贴以金属片，一边为金属底板，一边做成矩形或圆形等规则形状。

8、这种天线也称为贴片天线。微带天线的特点是重量轻、结构简单并且坚固、易于制造，既可用于单频机，又可用于双频机。缺点是增益较低。目前大部分测地天线都是微带天线。这种天线更适合于飞机、火箭等高速飞行物上。(4)锥形天线。锥形天线是在介质锥体上，利用印刷电路技术制成导电圆锥螺旋表面，也称盘旋螺线型天线。这种天线可以同时在两个频率上工作。锥形天线的特点是增益好。但是由于其天线较高，并且在水平方向上不对称，天线相位中心与几何中心不完全一致。因此，在安置天线时要仔细定向并且给予补偿。(二)GPS接收机主机单位第二节 GPS的工作原理(1)变频器及中频放大器。经过GPS前置放大器的信号仍然很微弱，为了使接收机

9、通道得到稳定的高增益，并且使L频段的射频信号变成低频信号，必须采用变频器。(2)信号通道。信号通道是接收机的核心部分，GPS信号通道是硬软件结合的电路。不同类型的接收机其通道是不同的。GPS信号通道的作用有三个：搜索卫星，牵引并跟踪卫星；对广播电文数据信号实行解扩，解调出广播电文；进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。从卫星接收的信号是扩频的调制信号，所以要经过解扩、解调才能得到导航电文。为了达到此目的，在相关通道电路中设有伪相位跟踪环和载波相位跟踪环。第二节 GPS的工作原理(3)存储器。接收机内设有存储器或存储卡以存储卫星星历、接收机采集到的码相位伪距观测值、载波相位观测值及多普勒频

10、移。目前，GPS接收机都装有半导体存储器(简称内存)，接收机内存数据可以通过数据口传到微机上，以便进行数据处理和数据保存。在存储器内还装有多种工作软件，如：自测试软件；卫星预报软件；导航电文解码软件；GPS单点定位软件等。(4)微处理器。微处理器是GPS接收机工作的灵魂，GPS接收机工作都是在微机指令统一协同下进行的，其主要工作步骤为：(5)显示器。GPS接收机都有液晶显示屏以提供GPS接收机作信息，并配有一个控制键盘。对于导航接收机，有的还配有大显示屏，在屏幕上直接显示导航信息甚至显示数字地图。(三)电源第三节 GPS在货物运输系统中的应用一、GPS的主要使用方法GPS比较费电池，多数GPS

11、使用4节碱性电池，一直开机可用2030h，长时间使用时要注意携带备用电池。(一)有地图使用(二)无图使用第三节 GPS在货物运输系统中的应用(1)使用路点定点。常用于确定岩壁坐标、探洞口坐标或其他如线路起点、转折、宿营点的坐标。其用法简单，MARK一个坐标就行了。所要找的地点坐标必须已经以路标(Landmark/Waypoint)的形式存在于GPS的内存中，可以是你以前MARK的点或者是从以前去过的朋友那里得到的数据，或是手工输入、计算机上的路标数据。按GOTO键，从列表中选择你的目的路标，然后转到“导向”页面，上面会显示你离目标的距离、速度、目标方向角等数据。第三节 GPS在货物运输系统中的

12、应用(2)使用路线导向。输入路线：若能找到以前记录的路线信息，把它们输入GPS形成线路，或者(常见于原路返回)把以前记录的路标编辑成一条线路。路线导向：把某条路线激活，按照和“找点”相同的方式，“导向”页会引导你走向路线的第一个点。一旦到达，目标点会自动更换为下一路点，“导向”页引导你走向路线的第二个点。若你偏离了路线，越过了某些中间点，一旦你再回到路线上来，“导向目标”会跳过你所绕过的那些点，定为线路上你当前位置对应的下一个点。(3)回溯。回溯功能实际是输入线路(Route)的一种特殊方法，它在原路返回时十分好使。(三)GPS的使用实例二、GPS在货物运输系统中的具体应用第三节 GPS在货物

13、运输系统中的应用1.概述2.车辆GPS定位管理系统(1)数据跟踪功能。将移动车辆的实时位置以帧列表的方式显示出来。如车号、经度、速度、航向、时间、日期等。(2)图上跟踪功能。将移动车辆的定位信息在相应的电子地(海)图背景上复合显示出来。电子地(海)图可任意放大、缩小、还原、切换。有正常接收与随意点名接收两种接收方式。还可提供是否要车辆运行轨迹的选择功能。(3)模拟显示功能。可将已知的目标位置信息输入计算机并显示出来。(4)决策指挥功能。决策指挥命令以通信方式与移动车辆进行通信。通信方式可用文本、代码或语音等，实现调度指挥。第三节 GPS在货物运输系统中的应用(1)定位信息的发送功能。GPS接收

14、机实时定位并将定位信息通过电台发向监控中心。(2)数据显示功能。将自身车辆的实时位置在显示单元上显示出来。如经度、纬度、速度、航向等。(3)调度命令的接收功能。接收监控中心发来的调度指挥命令，在显示单元上显示或发出语音。(4)报警功能。一旦出现紧急情况，驾驶人员启动报警装置，监控中心立即显示出车辆情况、出事地点、车辆人员等信息。3.应用差分GPS技术的车辆指挥管理系统4.应用前景第四节 网络GPS在物流业中的应用一、网络GPS的概念与特点网络GPS是把Internet技术与GPS技术相结合，在互联网界面上显示GPS动态跟踪信息，以实现实时监控动态调度的功能。(1)功能多、精度高、覆盖面广，在全

15、球任何位置均可进行车辆的位置监控工作，充分保障网络GPS所有用户的要求都能够得到满足。(2)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，降低运作成本，满足客户需要。(3)信息传输采用GSM公用数字移动通信网，具有保密性高、系统容量大、抗干扰能力强、漫游性能好、移动业务数据可靠等优点。第四节 网络GPS在物流业中的应用(4)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点。二、网络GPS系统工作流程车载单元即GPS接收机在接收到GPS卫星定位数据后，自动计算出自身所处的地理位置的坐标，后经GSM通信机发送到GSM公用数字移动通信网

16、，并通过与物流信息系统连接的DDN专线将数据送到物流信息系统监控平台上。图6-2 网络GPS系统第四节 网络GPS在物流业中的应用三、网络GPS系统的功能1.实时监控功能2.双向通信功能3.动态调度功能(1)可进行运输工具待命计划管理。操作人员通过在途信息的反馈，在运输工具未返回车队前即做好待命计划，提前下达运输任务，减少等待时间，加快运输工具周转速度。(2)运能管理。将运输工具的运能信息、维修记录信息、运行状况登记、驾驶人员信息、运输工具的在途信息等的多种信息提供调度部门决策，以提高重车率，尽量减少空车时间和空车距离，充分利用运输工具的运输能力。4.数据存储、分析功能第四节 网络GPS在物流

17、业中的应用(1)实现路线规划及路线优化。事先规划车辆的运行路线、运行区域，并将该信息记录在数据库中，以备以后查询、分析使用。(2)可靠性分析。汇报运输工具的运行状态，了解运输工具是否需要大修，预先做好修理计划，计算运输工具平均每天差错时间，动态衡量该型号车辆的性能价格比。(3)服务质量跟踪。在中心设立服务器，让有该权限的用户能异地方便地获取车辆的有关信息(运行状况、在途信息、运能信息、位置信息等用户关心的信息)。同时还可对客户索取的位置信息用相对应的地图传送过去，并将运输工具的历史轨迹印在上面，使该信息更加形象化。第四节 网络GPS在物流业中的应用(4)依据资料库储存的信息，可随时调阅每台运输

18、工具以前的工作资料，并根据各管理部门的不同要求制作各种不同形式的报表，使各管理部门能更快速、更准确地做出判断和提出新的指示。第五节 GIS技术概述一、地理信息系统的基本概念(一)信息(二)地理信息(三)信息系统(四)地理信息系统(1)GIS使用的工具：计算机软、硬件系统。(2)GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性。(3)GIS数据建立过程：采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示。二、地理信息系统的类型地理信息系统按内容、功能和作用可分为两类：工具型地理信息系统和应用型地理信息系统。第五节 GIS技术概述(一)工具型地理信息系统(二)应用型地理信息系统1.专题地理信息系统2.区域地理信

19、息系统三、地理信息系统的组成和功能(一)地理信息系统的组成1.硬件图6-3 网络型GIS硬件系统第五节 GIS技术概述图6-4 基本型GIS硬件系统2.软件3.数据4.人员5.方法(二)地理信息系统的主要功能第五节 GIS技术概述图6-5 一个典型的GIS功能框图1.数据输入2.数据编辑与处理第五节 GIS技术概述3.数据存储与管理06(236-278)P43 whj_Embed_6.jpg第五节 GIS技术概述图6-6 典型的地学数据分层管理概念模型4.空间查询与分析(1)空间检索：包括从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体。(2)空间拓扑叠加分析：实现空间特征(点、线、面或

20、图像)的相交、相减、合并等，以及特征属性在空间上的连接。(3)空间模型分析：如数字地形高程分析、BUFFER分析、网络分析、图像分析、三维模型分析、多要素综合分析及面向专业应用的各种特殊模型分析等。5.可视化表达与输出四、GIS发展现状(一)国内GIS的发展现状第五节 GIS技术概述(二)国外GIS的发展现状第六节 GIS在物流系统中的应用(一)地理信息系统应用特点1.GIS应用领域不断扩大2.GIS应用研究不断深入3.GIS应用社会化4.GIS应用全球化5.GIS应用环境网络化、集成化6.GIS应用模型多样化(二)地理信息系统应用领域(1)GIS应用在环境评价和监测系统方面，主要用于环境影响

21、评价，污染评价，灌溉适宜性评价，灾害监测(森林火灾、洪水灾情、救灾抢险等)，生态系统的研究，生物圈遗迹管理，自然资源管理等。第六节 GIS在物流系统中的应用(2)GIS在土地和资源评价管理方面，广泛应用于土地管理，水资源清查，矿产资源评价(矿产预测、矿产评价、工程地质、地质灾害)中。(3)GIS在市政工程建设方面，应用于公共供应网络(电、气、水、废水)，电信网络，交通领域，区域和城市规划，道路工程中。(4)GIS可为政府和企业提供极为有力的管理、规划和决策工具。它可用于企业生产经营管理、税收、地籍管理、宏观规划、开发评价管理、交通工程、公共设施使用、道路维护、市区设计、公共卫生管理、经济发展、

22、赈灾服务等。第六节 GIS在物流系统中的应用(5)由于GIS强有力的数据管理、处理、显示和制图功能，测绘制图部门可利用GIS技术实现计算机制图设计、数据存储、编辑加工及自动化生产，采用GIS技术便于地图修改、更新，缩短成图周期，大大提高劳动部门生产率。(6)一个新的趋势是将具体的模型与GIS方法结合起来用于规划管理，如噪声分析、环境污染、公共供应网络模型、旅游规划模型、航空、生态生物学模型等。(三)GIS在物流分析中的应用1.车辆路线模型2.网络物流模型3.分配集合模型4.设施定位模型【本章小结】【案例1】神目2000行程记录分析与管理系统解决方案一、概述本方案将先进的GPS定位技术与计算机信

23、息处理技术结合在一起，为国家机构、企事业单位、军队等的车辆管理自动化提供了优秀的解决办法。二、本方案的突出特点(1)方案设计先进。(2)系统运行可靠。(3)地图数据详细，来源稳定可靠。(4)系统使用方便。(5)经济有效。三、系统配置与组成【案例1】本系统由两部分组成：车载行踪记录器（简称记录器）和车场管理计算机（简称管理系统、管理计算机）。图6-7 GPS系统组成与配置四、系统功能(1)车辆行踪数据获取功能：车辆行踪数据的采集、记录、传输和保存。【案例1】(2)车辆行踪数据处理功能：由管理计算机对行踪数据、任务记录等进行分析处理，得到各种统计数据，并形成报表供显示和打印。(3)车场调度任务管理

24、功能：任务规划、保存任务、任务派遣、任务查询。(4)车辆人员管理功能：将人员车辆的信息录入计算机可以加强对人员和车辆的管理，提高管理工作的自动化程度，提高管理效率，避免人工管理的差错。(5)地图操作功能：地图查阅、地图信息查询、距离测量、地图打印。【案例1】(6)系统管理功能：为了系统使用和维护的方便，提供了丰富的系统管理功能，包括用户管理、数据库管理、地图管理、系统配置管理等功能。五、工作模式系统有3种工作模式：系统建设、日常管理、任务运作(1)系统建设模式。系统安装后，真正开始使用之前，进行一些系统建设工作，主要包括录入车辆基本信息、驾驶员基本信息、用户信息、行踪记录器信息等。(2)日常管

25、理模式。日常工作中，车场管理员可以在管理计算机上进行一些工作，主要包括：地图操作、数据查询、人员车辆查询、统计报表、系统管理、任务规划等；【案例1】(3)任务运作模式。它包含从任务规划到车辆行驶、车辆回场、最后到任务处理的全过程，如图6-8所示。图6-8 任务运作模式六、突出特点(1)系统应用经济有效。(2)系统构成快速、使用方便。(3)具有行程记录分析和任务管理等丰富功能。(4)可与其他管理系统集成。(5)可对行车记录仪(终端)扩增GSM等通信模块，从而将系统扩展【案例2】GIS在长距离输油气管道中的开发应用一、长距离输油气管道概况管道运输是国民经济综合运输的重要组成部分之一，也是衡量一个国

26、家的能源与运输业是否发达的特征之一。二、系统开发平台简介长距离输油气管道地理信息系统是一个较为综合复杂的系统。三、系统的数据结构根据长距离输油气管道运行管理工作的内容，并结合Maptitude的特点，将各种数据以层为基本单位来进行组织，形成层中含表，以图为主，数据从属的图表结合的数据方式。【案例2】(1)地理信息数据：该类数据主要表示出中国石油管道公司所属的管线，站场，穿跨越位置的全国地图，各条管线的平面走向图(包括站场、穿跨越位置)，各条管线的纵断面图(包括站场、穿跨越位置)，省市县界地图，公路网，铁路线，水系图等。(2)管线数据：该类数据主要表示出管线概况、管线工艺设定值、管道沿线地温、管

27、输介质物性、历年输油气量及能耗等。(3)站场数据：该类数据主要表示出输油气站概况、工艺流程图、站工艺设定值、设备概况及主要设备参数等。(4)穿跨越数据：该类数据主要表示出穿跨越形式、穿跨越对象、穿跨越长度、穿跨越结构示意图等。(5)多媒体数据：该类数据主要表示出输油气管线的综合概况的声音、图像、图片和动画等。【案例2】(6)远程实时数据：该类数据主要表示出输油气管线的实时运行参数，主要包括输油气设备运行情况、进出站压力、进出站温度、管线输量、库存、能耗等。四、系统的功能描述长距离输油气管道的特点是点多、线长、面广、地形十分复杂。(一)地理图形的处理1.图形数据录入与编辑2.地图分层处理3.符号

28、、线型和注记(二)统计属性数据处理1.数据库操作2.统计分析【案例2】(三)多功能检索与显示(四)多媒体功能(五)排版与输出(六)专业管理功能五、系统的特点描述本系统由于是建立在拓扑结构基础之上，因此对于以线状要素为主要处理对象的应用领域是十分方便的。六、系统的开发方向及应用前景现代油气管道日趋向大型化、系统化、连续化发展。(1)管线规划设计。(2)管线风险管理。(3)管道沿线地形的实时更新和细化。【案例2】(4)输油气管网的运行优化分析。【复习思考题】1.GPS系统具有哪些特点?2.GPS包括哪几个部分？各部分的作用如何?3.什么是绝对定位？什么是相对定位?4.GPS是如何应用在货物运输系统中的?5.简述网络GPS物流系统的工作流程。6.什么是信息系统？什么是地理信息系统?7.地理信息系统包括哪几种类型?各有何特点?8.GIS系统能解决什么样的问题?9.地理信息系统主要应用于哪些领域?