物流信息技术第六章GPS与GIS技术

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GlobalPositioningSystem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6-1GPS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(LandmarkorWaypoint)3.路线(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(ActivityRoute)。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(SunSet／RaiseTime)7.足迹线(PlotTrail)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。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使用4节碱性电池，一直开机可用20～30h，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，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