1 物流信息技术 Logistics Information Technology 中国科学技术大学网络教育学院

2 第八章 GPS 和 GIS 技术

3 第一节 GIS 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. 地理信息系统的定义 1. 地理信息系统的定义

4 地理信息系统简称 GIS(Geographical Information System) 。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 计算机技术系统。 地理信息系统简称 GIS(Geographical Information System) 。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

5 2. 地理信息系统的特征 2. 地理信息系统的特征 （ 1 ）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 (DBMS) 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现 象的一种新的思维方法。 （ 1 ）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 (DBMS) 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现 象的一种新的思维方法。 （ 2 ）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，地理信息系统的成 功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。 （ 2 ）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，地理信息系统的成 功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。 （ 3 ）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、 系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等）。 （ 3 ）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、 系统管理员、技术操作员、系统开发设计者等）。

6 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. 地理信息系统的开拓期 (20 世纪 60 年代 ) 1. 地理信息系统的开拓期 (20 世纪 60 年代 ) 2. 地理信息系统巩固期 (20 世纪 70 年代 ) 2. 地理信息系统巩固期 (20 世纪 70 年代 ) 3. 地理信息系统技术突破期 (20 世纪 80 年代 ) 3. 地理信息系统技术突破期 (20 世纪 80 年代 ) 4. 地理信息系统全面应用期 (20 世纪 90 年代 ) 4. 地理信息系统全面应用期 (20 世纪 90 年代 ) 三、地理信息系统的分类 三、地理信息系统的分类 1. 工具型 GIS 与应用型 GIS 1. 工具型 GIS 与应用型 GIS 2. 专题 GIS 与区域 GIS 、全国性 GIS 2. 专题 GIS 与区域 GIS 、全国性 GIS 3. 矢量型 GIS 、栅格型 GIS 和混合型 GIS 3. 矢量型 GIS 、栅格型 GIS 和混合型 GIS

7 四、 GIS 的构成与功能 四、 GIS 的构成与功能 1. 地理信息系统的组成 1. 地理信息系统的组成 硬件 硬件 GIS 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 GIS 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 软件 软件 GIS 软件组成部分： ManInfo 、 AutoCAD Map 和 Autodesk World 等国外软件及 GeoStar 、 MapCAD 、 CityStar 等国产 软件 GIS 软件组成部分： ManInfo 、 AutoCAD Map 和 Autodesk World 等国外软件及 GeoStar 、 MapCAD 、 CityStar 等国产 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 ①低级技术人员 \ ②业务操作人员 \ ③软件技术人员 \ ④科 研人员 \ ⑤管理人员 \ 用户 ①低级技术人员 \ ②业务操作人员 \ ③软件技术人员 \ ④科 研人员 \ ⑤管理人员 \ 用户 方法 方法

8 2. 地理信息系统的功能 2. 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、 GIS 开发 五、 GIS 开发 GIS 开发一般有 GIS 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

9 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. 进行地理信息查询和分析 1. 进行地理信息查询和分析 2. 改进机构集成 2. 改进机构集成 3. 做出好的决策 3. 做出好的决策 4. 提高制图效率 4. 提高制图效率 （二） GIS 在物流中的应用 （二） GIS 在物流中的应用 1. 设施定位模型 1. 设施定位模型 2. 车辆路线模型 2. 车辆路线模型 3. 网络物流模型 3. 网络物流模型 4. 配送区域划分模型 4. 配送区域划分模型 5. 空间查询模型 5. 空间查询模型

10 （三） GIS 与 IT 技术的综合应用 （三） GIS 与 IT 技术的综合应用 1.GIS 与 CAD 1.GIS 与 CAD 2.GIS 和遥感 2.GIS 和遥感 3.GIS 和 GPS 3.GIS 和 GPS 4.GIS 和 INTERNET 4.GIS 和 INTERNET 5.GIS 和虚拟现实技术 5.GIS 和虚拟现实技术

11 第二节 GPS 概述 一、 GPS 的概念 一、 GPS 的概念 1 、 GPS 即全球定位系统（ Global Positioning System ），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 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，使在地球上任何地方 GPS 系统 的用户，都能计算出他们所处的方位 ( 三维空间位 置 ) 。 1 、 GPS 即全球定位系统（ Global Positioning System ），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 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，使在地球上任何地方 GPS 系统 的用户，都能计算出他们所处的方位 ( 三维空间位 置 ) 。

12 2 、 GPS 主要特点 2 、 GPS 主要特点 （ 1 ）全球，全天候工作。 （ 1 ）全球，全天候工作。 （ 2 ）定位速度快，精度高。 （ 2 ）定位速度快，精度高。 （ 3 ）功能多、应用广。 （ 3 ）功能多、应用广。 （ 4 ）抗干扰性能好、保密性强。 （ 4 ）抗干扰性能好、保密性强。 二、 GPS 的组成 二、 GPS 的组成 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 —GPS 信号接收机。 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 —GPS 信号接收机。

13 （一） GPS 空间部分 （一） GPS 空间部分 空间卫星系统由均匀分布在 6 个轨道平面上 的 24 颗高轨道 ( 距地面约 20000km) 工作卫星 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作。 空间卫星系统由均匀分布在 6 个轨道平面上 的 24 颗高轨道 ( 距地面约 20000km) 工作卫星 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作。 该卫星系统能够保证地球上任一地点的 GPS 用户都能连续地观测到至少 4 颗卫星， 从而提供全球范围从地面到 20000km 高空 之间任一载体高精度的三维位置、三维速 度和系统时间信息。 该卫星系统能够保证地球上任一地点的 GPS 用户都能连续地观测到至少 4 颗卫星， 从而提供全球范围从地面到 20000km 高空 之间任一载体高精度的三维位置、三维速 度和系统时间信息。

14 （二） GPS 地面监控部分 （二） GPS 地面监控部分 （ 1 ）主控站。 （ 1 ）主控站。 主控站拥有大型电子计算机，接收各监测站的 GPS 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。 主控站拥有大型电子计算机，接收各监测站的 GPS 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。 （ 2 ）监测站。 （ 2 ）监测站。 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。 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。 (3) 注入站 (3) 注入站 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。 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。

15 （三）用户接收系统 （三）用户接收系统 1 、 GPS 接收机。 1 、 GPS 接收机。 GPS 的用户设备主要由接收机硬件和处理 软件组成，用于接收 GPS 卫星发射信号， 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。 GPS 系 统只接收而不必发射信号。因此用户数量 不受限制。 GPS 的用户设备主要由接收机硬件和处理 软件组成，用于接收 GPS 卫星发射信号， 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。 GPS 系 统只接收而不必发射信号。因此用户数量 不受限制。 2 、 GPS 数据处理软件。 2 、 GPS 数据处理软件。

16 GPS 数据处理软件是 GPS 用户系统的重要 部分，其主要功能是对 GPS 接收机获取的 卫星测量记录数据进行 “ 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。 GPS 数据处理软件是 GPS 用户系统的重要 部分，其主要功能是对 GPS 接收机获取的 卫星测量记录数据进行 “ 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。 四、 GPS 的定位原理 四、 GPS 的定位原理 1.GPS 常用术语 1.GPS 常用术语 （ 1 ）坐标。 （ 2 ） 2 维和 3 维坐标。 （ 3 ）路旁标记和航路点。

17 （ 4 ）位置。 （ 4 ）位置。 （ 5 ）路线。 （ 5 ）路线。 （ 6 ）高度。 （ 6 ）高度。 （ 7 ）航向。 （ 7 ）航向。 （ 8 ）方位角。 （ 8 ）方位角。 2.GPS 的定位原理 2.GPS 的定位原理 GPS 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（各个卫星不同，随时变 化）；以及 GPS 系统信息，如卫星状况等。 GPS 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（各个卫星不同，随时变 化）；以及 GPS 系统信息，如卫星状况等。

18 GPS 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 差及大气传播误差，故称为伪距。对 0A 码 测得的伪距称为 UA 码伪距，精度约为 20 米 左右，对 P 码测得的伪距称为 P 码伪距，精 度约为 2 米左右。 GPS 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 差及大气传播误差，故称为伪距。对 0A 码 测得的伪距称为 UA 码伪距，精度约为 20 米 左右，对 P 码测得的伪距称为 P 码伪距，精 度约为 2 米左右。 按定位方式， GPS 定位分为单点定位和相 对定位（差分定位）。 按定位方式， GPS 定位分为单点定位和相 对定位（差分定位）。 五、 GPS 的应用模式 五、 GPS 的应用模式 1. 常规静态测量 1. 常规静态测量

19 这种模式采用两台 ( 或两台以上 )GPS 接收机， 分别安置在一条或数条基线的两端，同步 观测 4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和 测量等级观测 45 分钟以上的时间。这种模 式常用于控制网的建立及其加密、工程测 量等。 这种模式采用两台 ( 或两台以上 )GPS 接收机， 分别安置在一条或数条基线的两端，同步 观测 4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和 测量等级观测 45 分钟以上的时间。这种模 式常用于控制网的建立及其加密、工程测 量等。 2. 准动态测量 2. 准动态测量 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。 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。 3. 实时动态测量： DGPS 和 RTK 3. 实时动态测量： DGPS 和 RTK

20 DGPS （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。 DGPS （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。 RTK （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 GPS 测量，它 的工作思路与 DGPS 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 DGPS 高得多的实时测量结果。这种方法的精度 一般为 2cm 左右 RTK （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 GPS 测量，它 的工作思路与 DGPS 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 DGPS 高得多的实时测量结果。这种方法的精度 一般为 2cm 左右

21 第二节 GPS 在物流领域中的应用 一、 GPS 在货物运输管理中的应用 一、 GPS 在货物运输管理中的应用 1. 导航功能 1. 导航功能 2. 车辆跟踪功能 2. 车辆跟踪功能 3. 提供出行路线规划功能 3. 提供出行路线规划功能 4. 信息查询功能 4. 信息查询功能 5. 话务指挥功能 5. 话务指挥功能 6. 紧急援助功能 6. 紧急援助功能

22 二、 GPS 在货物运输管理中的应用 二、 GPS 在货物运输管理中的应用 1. 导航功能 1. 导航功能 2. 车辆跟踪功能 2. 车辆跟踪功能 3. 提供出行路线规划功能 3. 提供出行路线规划功能 4. 信息查询功能 4. 信息查询功能 5. 话务指挥功能 5. 话务指挥功能 6. 紧急援助功能 6. 紧急援助功能

23 第三节 网络 GPS 一、网络 GPS 的概念和特点 一、网络 GPS 的概念和特点 1. 网络 GPS 的概念： 1. 网络 GPS 的概念： 就是指在互联网上建立起来的一个公共 GPS 监控平 台，它同时融合了卫星定位技术、 GSM 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先 进的科技成果。 就是指在互联网上建立起来的一个公共 GPS 监控平 台，它同时融合了卫星定位技术、 GSM 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先 进的科技成果。 2. 网络 GPS 的特点 2. 网络 GPS 的特点 （ 1 ）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 GPS 所有用户的要求都能够得到满足。 （ 1 ）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 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。 （ 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。

24 （ 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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 的工作流程 二、网络 GPS 的工作流程 1 ：车载终端接收到 GPS 卫星定位数据，通 过 GSM 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 GIS 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。 1 ：车载终端接收到 GPS 卫星定位数据，通 过 GSM 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 GIS 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。

25 2 ：网络 GPS 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。 2 ：网络 GPS 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。 3 ：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 管理。并通过 Web 服务器转发给客户端并 以 Web 页面形式显示出来 3 ：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 管理。并通过 Web 服务器转发给客户端并 以 Web 页面形式显示出来 三、网络 GPS 对物流产业所起的作用 三、网络 GPS 对物流产业所起的作用 1. 实时监控功能： 1. 实时监控功能： 2. 双向通讯功能： 2. 双向通讯功能： 3. 动态调度功能： 3. 动态调度功能： 4. 数据存储、分析功能： 4. 数据存储、分析功能：

26 四、网络 GPS 发展的现状 四、网络 GPS 发展的现状 面对 GPS 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 士的调查， 91% 的企业认为 GPS 投资费用偏高 且市场条件不成熟， 60% 的企业认为 GPS 自身 技术及配套设施不够完善， 50% 的企业认为缺 乏售后服务的支持， 20% 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在了 GPS 的门外，成为 GPS 推广应用的绊脚石。其 中投资费用偏高，是最主要的因素。 面对 GPS 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 士的调查， 91% 的企业认为 GPS 投资费用偏高 且市场条件不成熟， 60% 的企业认为 GPS 自身 技术及配套设施不够完善， 50% 的企业认为缺 乏售后服务的支持， 20% 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在了 GPS 的门外，成为 GPS 推广应用的绊脚石。其 中投资费用偏高，是最主要的因素。

27 五、通过相关技术的运用将网络 GPS 转变 为服务经济发展的便捷工具 五、通过相关技术的运用将网络 GPS 转变 为服务经济发展的便捷工具 网络 GPS 通过采用软件工程化的方法进行 设计开发， GPS 、 GSM 、 GIS 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、维护方便的特点。随着 WAP ( 无 线传输协议 ) 的运用及 XML 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，它们与网络 GPS 的结合必将会更 好地促进 GPS 的发展。网络 GPS 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输企业业务 的发展提供更加广阔的前景。 网络 GPS 通过采用软件工程化的方法进行 设计开发， GPS 、 GSM 、 GIS 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、维护方便的特点。随着 WAP ( 无 线传输协议 ) 的运用及 XML 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，它们与网络 GPS 的结合必将会更 好地促进 GPS 的发展。网络 GPS 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输企业业务 的发展提供更加广阔的前景。