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。空间分析的基本要素时间空间位置空间属性特征图3-1空间分析的三大基本要素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。类型特征语义信息语义信息表明实体的类型度量信息度量信息用于描述实体的形状和位置等几何属性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6－2空间数据描述质量有关指标类型指标数据情况说明地理数据的来源、数据内容及其处理过程等作出准确、全面和详尽的说明位置精度或称定位精度空间实体的坐标数据与实体真实位置的接近程度，常表现为空间三维坐标数据精度。它包括数据基础精度、平面精度、高程精度、接边精度、形状再现精度（形状保真度）、象元定位精度（图像分辨率）等。属性精度指空间实体的属性与其真值相符的程度。取决于地理数据的类型，且与位置精度有关，包括要素分类与代码的正确性、要素属性值的准确性及其名称的正确性等时间精度可以通过数据更新的时间和频度来表现逻辑一致性指地理数据关系上的可靠性，包括数据结构、数据内容（包括空间特征、专题特征和时间特征），以及拓扑性质上的内在一致性。数据完整性指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整程度，包括数据范围、空间实体类型、空间关系分类、属性特征分类等方面的完整性表达形式的合理性指数据抽象、数据表达与真实地理世界吻合性，包括空间特征、专题特征和时间特征表达的合理性等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。信息系统非空间信息系统（一般指管理信息系统）空间信息系统土地信息系统（依照其应用领域划分）GIS非GIS（根据其使用的数据模型）资源管理信息系统地学信息系统专题信息系统区域信息系统栅格矢量混合信息系统地理信息系统（根据其服务对象）图3-2信息系统分类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：空间信息系统的功能数据分析数据采集（采集、检验与编辑）数据格式化、转换、概化图3-3空间信息系统的功能数据输出（显示和打印）数据存储与组织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（RS—RemoteSensing）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）。RS—RemoteSensing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（GIS—GeographicalInformationgSystem）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（GIS—GeographicalInformationgSystem）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（GPS—GlobalPositioningSystem）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6－3所示：类型特征空间特征描述地理实体空间位置、空间分布及空间相对位置关系属性特征描述地理实体的物理属性和地理意义关系特征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，也包括对由基本地理关系所构成的复杂地理关系的描述动态特征描述地理实体的动态变化特征。地理信息对这些特征的描述，是以一定信息结构为基础的。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