第六章-空间数据管理技术

第六章空间数据管理技术,空间数据管理概述地理信息系统全球定位系统移动通信定位系统移动商务中物流定位的架构,6.1空间数据管理概述,空间信息是有关空间实体的性质、特征和运动状态的表征进行描述的数据，它是对表达空间特征与空间现象之间关系的空间数据的解释。空间信息包括空间位置（单个物体的定位信息）、空间形态（物体的形状和结构）、空间分布（群体空间对象的定位信息）、空间相关（空间物体基于属性数据的关系）与空间关系等信息。地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、空间决策支持系统（SDSS）等属于空间信息技术的范畴。,6.1空间数据管理概述,空间位置、属性及时间是地理空间分析的三大基本要素，如图6-1所示。,1.空间数据处理,空间系统中的实体（对象）一般包括三种基本信息：语义信息、度量信息和关系结构信息，如表6-1所示。,表6-1空间实体类型,空间数据的编码,关系结构描述地理实体之间所有的地理关系，包括空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对关系结构信息用于描述一个实体与其它实体的联系空间数据的编码则主要是指语义信息的数据化，它是建立在地理特征的分类及其等级组织基础之上的空间信息数据编码。空间数据的编码用于表明实体元素在数据分类分级中的层次关系和属性性质。,空间数据的描述,空间数据描述就是对空间分析的3个基本要素（有关空间位置、空间属性特征以及时间信息）的符号记录。描述质量则是空间数据在表达这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。,表62空间数据描述质量有关指标,空间信息的特征,空间信息除了具有信息的一般特性，如共享性、客观性等外，还具有以下独特特性：(1)空间定位(2)数据量大(3)信息载体的多样性,2.空间信息系统,信息系统按照是否含空间信息分为非空间信息系统（一般指管理信息系统）和空间信息系统，如图6-2所示。空间信息系统分为非GIS（一般CAD/CAM）和GIS。,空间信息系统特征,与一般的管理信息系统相比，空间信息系统具有以下特征：（1）空间信息系统使用了空间数据与非空间数据，并通过DBMS将两者联系在一起共同管理、分析和应用；而MIS只有非空间数据库的管理，即使存贮了图形，也往往以文件形式等机械形式存贮，不能进行有关空间数据的操作，如空间查询、检索、相邻分析等，不能进行复杂的空间分析。（2）通过利用空间解析式模型来分析空间数据，空间信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。,空间信息系统的基本功能,下面主要描述基本功能：,空间信息技术概述,空间信息技术-又称地理空间信息技术（1）从技术层面上看,它是遥感、地理信息系统、全球定位系统与通信技术、网络技术的综合集成，将空间对地观测信息的获取、处理、分析、应用结为一体的信息技术体系。（2）从目标层面上看，整个空间信息技术的主要目标是研究并支持社会可持续发展，并为经济发展提供决策依据。物流环节变复杂，从原材料采购到产品销售之间的时空矛盾日益明显，所以空间信息技术的利用在物流运作中日显重要。,3S技术概述,3S技术是遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）的简写。（1）RS用于实时或准时地提供目标实体环境语义或非语义信息，发现地球表面的各种变化，及时对GIS的空间数据进行更新。（2）GIS则是对各种来源的时空数据综合处理、动态存储、集成管理、分析加工，并为智能化数据采集提供知识。（3）GPS主要用于实时、快速提供目标、各类传感器和运载平台的空间位置。,遥感（RSRemoteSensing）技术,遥感（RS）是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。主要应用有：地质遥感（岩性的识别、地质构造的识别、构造运动的分析等）、水体遥感（水体界限的确定、水体悬浮物的确定、水温的探测、水体污染的探测、水深的探测等）、植被遥感（不同植物类型的区分、植物生长状况的解释、大面积农作物的遥感估产等）、土壤遥感（土壤类型的确定等）。,RSRemoteSensing技术,优点：利用高分辨率遥感影像图作为电子地图和城市矢量道路图，现实性强，成图周期短、成本相对低。作为GIS数据库中的数据源：获取地面高程，更新GIS中的高程数据；车辆导航与监控系统中，提供城市范围内道路与相关因子动态变化的信息，可以作为电子数字地图使用，也可以及时更新道路数据库。,地理信息系统（GISGeographicalInformationgSystem）,GIS是在计算机硬件与软件支持下,运用地理信息科学和系统工程理论,科学管理和综合分析各种地理数据,提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。它是融计算机和数据库于一体的，储存和处理空间信息的高薪技术，具有很强的空间分析功能。具有把时间和空间信息结合起来的能力，可以对不同时间序列中的空间信息做出直观的描述，并可把查询与分析结果以声、图、文一体化的方式展现出来。,地理信息系统（GISGeographicalInformationgSystem）,具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息（包括图形数据与属性数据）的能力，具有空间性与动态性。以地理区域目标研究和地理区域决策为目标，以地理方法模型为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理分析决策信息。由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。,全球定位系统（GPSGlobalPositioningSystem）,是利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某地点进行定位、报时或对地表移动物体进行导航的系统。具有实时、连续地提供地球表面任意地点上的经纬度与高程，提供三维速度与精确时间的能力是海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的系统。在3S技术中的作用主要是精确的定位能力，准确定时及测速能力。,3S技术的综合应用,各有侧重，相互补充。车辆导航与监控系统是一项融GPS、GIS、RS技术与通信技术为一体的复杂技术系统车辆等（移动目标）的导航，动态跟踪，监控，检查与服务等点无线集群通信网管理操作台、监视操作台安装有GIS系统电子地图,空间信息系统在物流中的应用,物流企业通过无线通信、GIS/GPS能够精确地获取运输车辆的信息，再通过Internet让企业内部和客户访问，从而把整个企业的操作业务变得透明，为协同商务打下基础。,3S技术与现代物流管理信息化,（一）3S技术与物流网络完整的GIS物流分析软件集成了：车辆路线模型(地图)、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型、设施定位模型解决物流网络布局与分析的问题；屏幕网点分布、周边企事业单位、居民结构等数据，配送中心的覆盖范围、所覆盖的街道、单位名称等。可分析增加、删除某一网点回影响到的用户，需增设的点选哪个位置，这些分析会变得方便快捷。,3S技术与现代物流管理信息化,（二）3S技术与库存管理把库存量控制在最佳数量，把库存管理好，为客户提供最佳服务和最大的供给保障，是库存管理的任务；根据仓库使用情况和流动特性改变其相应的储存位置，动态了解货物的移动情况和准确的存放位置货位管理系统、即时查询系统，实施供应商管理库存（VMI）-CRM。,3S技术与现代物流管理信息化,（三）3S技术与运输配送运输监控系统当货物发送后，有关信息将被提交到运输监控系统：1、运输优选系统（运输工具、运输线路），2、在途监控系统（对货物运输途中的状况和信息进行实时监控，及时了解货物，运输安全性等）；,6.2地理信息系统,地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）是管理和研究空间数据的由计算机系统、地理数据和用户组成的人机信息系统。它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。,1.GIS概述GIS的基本处理模式,GIS是有关空间数据管理和空间信息分析的计算机系统，如图3-5所示说明地理信息系统的基本处理模式。,图6-5地理信息系统的基本处理模式,地理信息系统特征,地理信息系统具有以下三个方面的特征：（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性；（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生高层次的地理信息；（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。,GIS应包括三个基本部分：计算机系统（硬件、软件）、地理数据库系统、应用人员与组织机构。（1）计算机系统可分为硬件系统、软件系统和GIS的开发工具和硬件/网络平台的选择标准。（2）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DBMS主要用于数据维护、操作和查询检索。（3）GIS的人员配置有系统项目经理/技术组、数据库经理、数字化操作员、系统操作员、应用分析软件经理和程序编写员。,GIS的组成,2.GIS的运行机理,在GIS中，对空间实体的数据描述分为空间特征和属性特征，属性特征是对于空间特征的描述，属性值包括数字值和非数值两种，例如描述道路实体的属性特征包括：道路类型：1表示高速公路，2表示主干道，3表示居民街道，5表示其他；路面物质构成：1表示水泥，2表示柏油，3表示碎石。,GIS的地理信息构成和信息结构,地理信息是对地理实体特征的描述，地理实体特征分类表，如表63所示：,GIS信息共享,（1）空间数据转换（2）GIS互操作及其层次（3）GIS互操作的层次（4）基于公共接口的GIS互操作,3.GIS的应用,GPS在物流领域的应用可以实时监控车辆等移动目标的位置，根据道路交通状况向移动目标发出实时调度指令。GIS、GPS和无线通信技术的有效结合，再辅以车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等，能够建立功能强大的物流信息系统，使物流变得实时并且成本最优。,图6-6物流系统道路网络图,6.3全球定位系统,全球定位系统（GPS：GlobalPositioningSystem）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。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。,1.全球定位系统的基本原理,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；用户设备部分GPS信号接收机。,GPS接收机的分类可按不同得维度有多种分类方法，如表6-4所示：,表6-4GPS的接收机按不同维度分类表,2.全球定位系统的应用,移动数据库技术配合GPS技术，可以用于智能交通管理、大宗货物运输管理。安装在车辆上的GPS定位仪可以实时获取车辆的位置信息，包括经纬度、速度、方向等。通过车辆无线数据通信系统，将车辆的定位信息以短消息方式传送到指挥监控中心，并显示在电子地图上。在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS车辆信息系统相连，使得整个运输车队的运行受到中央调度系统的控制。,3.GIS系统方案的选择,选择原则：1）GPS系统阶段发展相适应2）成本效益原则3）性能与服务水平适度原则4）功能完善原则,6.4移动通信定位系统,移动定位系统（locationbasedsystem，LBS）是利用移动通信网络提供给用户定位功能的服务。无线定位技术融入移动互连网领域，实现更加方便和智能化的通信服务。移动通信网络基本发展：第一代移动通信（1G）第二代移动通信系统（2G）第三代移动通信系统（3G）,1.手机定位系统,手机定位是指通过无线终端（手机）和无线网络的配合，确定移动用户的实际位置信息（经纬度坐标数据，包括三维数据），通过短消息服务（shortmessageservice，SMS）、多媒体消息（mineralsmanagementservice，MMS）、语音发给用户或以此为基础提供某种增值服务。,手机定位类型,根据定位方法和定位过程的不同，手机定位主要有以下几种类型：（1）起源蜂窝定位（2）到达时间定位（3）到达角度定位（4）到达时间差定位,手机定位基本原理,手机定位是利用GSM移动通信网的蜂窝技术来实现位置信息的查询，GSM无线通信网是由许多像蜜蜂蜂窝一样的小区构建而成的，每个小区都有自己的编号，通过手机所在小区的识别号就可以知道手机所在区域。,图38手机定位示意图,手机定位技术,GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间（timeofarrival，TOA）、增强测量时间差（EOTD）和GPS辅助（AGPS）3种方式。1）到达时间定位技术2）增强测量时间差定位技术,手机定位系统的应用,（1）手机定位系统在物流中的应用:个性化的监控和查询功能报警和求助功能与智能运输系统结合的调度和管理（2）手机定位系统在其他领域的应用:信息查询个人定位服务增强移动网络性能,2.小灵通定位系统,小灵通无线市话是一种新型的个人无线接入系统，它采用先进的微蜂窝技术和高质量语音数字化技术，将用户终端以无线接入方式接入市话网，使传统意义上的有线市话能在无线网络覆盖范围内随身携带使用，随时随地进行通信。,图310LSC的定位计算流程图,小灵通的概念,无线市话（personalaccessphonesystem，PAS）又名小灵通，是一种新型的个人无线接入系统，它采用先进的微蜂窝技术，以无线方式接入固定电话网，使电话在无线网络覆盖的范围内可随身携带使用，随时随地接听、拔打市内、本地网和国内、国际电话，也可方便地拔打寻呼和移动电话，是固定电话网的延伸和补充。,小灵通的工作方式,“小灵通”手机通过空中无线信号首先与城市中蜂窝状星罗棋布的基站取得联系，再通过基站与电信的业务平台沟通。通过朗讯业务平台与其他通信网络的联接，用户可以在网络覆盖范围内自由拨打接听电话。,小灵通的使用技术,小灵通的核心技术是采用微蜂窝和信道动态分配技术，从而大大地提高了频率的使用率和系统的容量。小灵通小区基站与手机之间采用了时分双工模式TDD，其无线信道基于时分多址TDMA结构，语音编码采用32kbit/sADPCM方式，无线接口采用数据V5接口技术，因而加强了系统的抗干扰能力，提高了话音通信质量，增强了系统的保密性。,小灵通的特点,移动通信经济适用绿色环保功能完备超长待