第六章 地理信息系統(tǒng)（3）VIP

1、第 六 章地理信息系統(tǒng)GIS主要內(nèi)容v6.1 GIS的概述v6.2 GIS的組成與工作原理v6.3 GIS空間數(shù)據(jù)的組織與管理v6.4 GIS在物流管理中的應(yīng)用6.1 GIS的概述6.1.1 GIS相關(guān)概念v地地理理：是研究地球表面的地理環(huán)境中各種自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象，以及它們之間相互聯(lián)系的學(xué)科。v地理信息地理信息：是指與研究對象的空間地理分布有關(guān)的信息，它表示地球表層物體及環(huán)境固有的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律。v地理信息處理具備信息的一般特性外，還具備具備以下以下特性：特性：（1）空間定位特征（2）多維結(jié)構(gòu)特征（3）時(shí)序動(dòng)態(tài)特征（4）大信息量特性三、地理信息系統(tǒng)GISv地理信息系

2、統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)（GISGIS）是在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)方法，對地表空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、顯示、查詢、操作、分析和建模，以提供對資源、環(huán)境和區(qū)域等方面規(guī)劃、管理、決策和研究的人機(jī)系統(tǒng)。主要提供空間信息查詢和分析、可視化、制圖和輔助決策等功能。v與一般的信息系統(tǒng)相比，地理信息系統(tǒng)具有以下特征：具有以下特征：（1）目的專一性（2）處理數(shù)據(jù)的多樣性（3）強(qiáng)調(diào)空間分析（4）與其他學(xué)科密切相關(guān)GIS與其他信息系統(tǒng)的關(guān)系信息系統(tǒng)非空間信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)空間信息系統(tǒng)非地理信息系統(tǒng)CAD/CAM研究范圍地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)研究內(nèi)容全球GIS數(shù)據(jù)模型專題地理信息系統(tǒng)區(qū)域GIS地理G

3、IS交通GIS綜合地理信息系統(tǒng)資源與環(huán)境GIS規(guī)劃與管理GIS矢量GIS矢量GIS矢量GISGIS與其他信息系統(tǒng)的不同比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目GISGISMISMIS數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型有空間分布特點(diǎn)，由點(diǎn)、線、面及相互關(guān)系組成主要為屬性數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析主要為屬性數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源圖形圖像及地理特征屬性表格、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、報(bào)表表格、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、報(bào)表輸出結(jié)果輸出結(jié)果圖形圖像產(chǎn)品、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、文字報(bào)告、表格表格、報(bào)表、報(bào)告表格、報(bào)表、報(bào)告硬件配置硬件配置外設(shè)、數(shù)字化儀、掃描儀、繪圖機(jī)、打印機(jī)、磁帶機(jī)主機(jī)：要求高檔PC或工作站打印機(jī)、鍵盤、一般打印機(jī)、鍵盤、一般PCPC軟件軟件要求高，價(jià)格昂貴。例如：用于

4、PC的軟件一般為3萬元，用于工作站的軟件一般為5-10萬元要求低、便宜、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格統(tǒng)要求低、便宜、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格統(tǒng)一，如：一，如：ORACALORACAL處理內(nèi)容處理內(nèi)容用于系統(tǒng)分析、檢索、資源開發(fā)利用或區(qū)域規(guī)劃，地區(qū)綜合治理，環(huán)境監(jiān)測，災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)查詢、檢索、系統(tǒng)分析、辦查詢、檢索、系統(tǒng)分析、辦公管理公管理工作方式工作方式人機(jī)對話，交互程度高人為干預(yù)少人為干預(yù)少共同點(diǎn)共同點(diǎn)均以計(jì)算機(jī)為核心，數(shù)據(jù)量大而復(fù)雜均以計(jì)算機(jī)為核心，數(shù)據(jù)量大而復(fù)雜6.1.2 GIS的發(fā)展vGISGIS在國外的在國外的發(fā)展發(fā)展（1 1）6060年代起源于北美年代起源于北美：加拿大國家土地調(diào)查局為了處理大量的土地調(diào)查資料，于60年

5、代開始建立GIS。（2 2）7070年代是鞏固發(fā)展階段年代是鞏固發(fā)展階段：這個(gè)階段的GIS充分利用了新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，但系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力仍然很弱（3 3）8080年代高速發(fā)展階段年代高速發(fā)展階段：應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，具有了柵格-矢量轉(zhuǎn)換技術(shù)、自動(dòng)拓?fù)渚幋a、圖符自動(dòng)拼接、空間數(shù)據(jù)庫管理等等新的技術(shù)突破。（4 4）9090年代后應(yīng)用普及階段年代后應(yīng)用普及階段：GIS從技術(shù)上將向更具有互操作性和更加開放化、網(wǎng)絡(luò)化、分布化、移動(dòng)化、可視化的方向發(fā)展。vGISGIS在國內(nèi)的發(fā)展在國內(nèi)的發(fā)展（1 1）準(zhǔn)備階段（）準(zhǔn)備階段（19801980年到年到19851985年）年）：進(jìn)行輿論準(zhǔn)備，正式提出倡議，開始組建

6、隊(duì)伍、組織個(gè)別實(shí)驗(yàn)研究。（2 2）起步階段（）起步階段（19861986年到年到 19901990年）年）：從七五計(jì)劃開始作為政府行為，正式列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃（3 3）快速發(fā)展階段（）快速發(fā)展階段（9090年代末到現(xiàn)在）年代末到現(xiàn)在）：執(zhí)行地理信息系統(tǒng)和遙感聯(lián)合科技攻關(guān)計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的實(shí)用化、集成化和工程化。6.1.3 GIS的功能與分類一、GIS的功能（1）數(shù)據(jù)采集和編輯 （2）空間信息查詢和分析（3）制圖功能 （4）輔助決策功能二、GIS的分類（1）工具型GIS：工具型GIS也稱為GIS工具、GIS開發(fā)平臺(tái)、GIS外殼、GIS 基礎(chǔ)軟件等，具有地理信息系統(tǒng)的基本功能，但沒有具體的

7、應(yīng)用目標(biāo)，只是供其他系統(tǒng)調(diào)用或用戶進(jìn)行二次開發(fā)的操作平臺(tái)。 MAPGIS ARC/INFO MAPINFO （2）應(yīng)用型GIS：應(yīng)用型GIS是根據(jù)用戶需求和應(yīng)用目的而設(shè)計(jì)的解決實(shí)際問題的GIS，具有具體的應(yīng)用目標(biāo)、特定的數(shù)據(jù)、特定的規(guī)模和特定的服務(wù)對象。1）專題GIS：是以某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?yàn)槠溲芯亢头治鰧ο蟮南到y(tǒng)2）區(qū)域GIS：是以某個(gè)地區(qū)為其研究和分析對象的系統(tǒng) 鐵路GIS 公安警用GIS 醫(yī)療機(jī)構(gòu)GIS 6.2 GIS的組成與工作原理6.2.1 GIS的組成 GIS首先是一個(gè)信息系統(tǒng)，是一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)。主要由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理空間數(shù)據(jù)、系統(tǒng)用戶4個(gè)部分。圖 形 編 碼 請

8、求屬 性 編 碼 請 求接 口圖 形 數(shù) 據(jù) 獲 取屬 性 數(shù) 據(jù) 獲 取查 詢 功 能制 圖 功 能查 詢 請 求輸 出 請 求掃描數(shù)字化窗口條件屬性條件打印機(jī)繪圖儀顯示器跟蹤數(shù)字化DTM點(diǎn)線面地 理 信 息 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 庫 與 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 空 間 數(shù) 據(jù) 處 理 空 間 數(shù) 據(jù) 分 析 規(guī) 劃 、 管 理 和 決 策 模 型 信 息 顯 示 與 制 圖 輸 出 一、GIS的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成v計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備：輸入/輸出設(shè)備、中央處理單元、存儲(chǔ)器（包括主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器）等。vGIS專用設(shè)備支持：比如數(shù)字化儀、掃描儀、繪圖儀等。另外隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展v計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 二

9、、GIS的軟件組成信息系統(tǒng)的軟件：如操作系統(tǒng)、工具軟件（如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS）和通用應(yīng)用軟件（如OFFICE等）GIS的專用軟件：如計(jì)算機(jī)圖形軟件包、CAD、圖像處理軟件等。三、地理空間數(shù)據(jù)庫GIS中的數(shù)據(jù)根據(jù)其來源可以包括以下類型：（1）地圖數(shù)據(jù)（2）影像數(shù)據(jù)（3）地形數(shù)據(jù)（4）屬性數(shù)據(jù)（5）元數(shù)據(jù)：描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)四、系統(tǒng)用戶 如果沒有人來管理系統(tǒng)、制定計(jì)劃、應(yīng)用于實(shí)際問題，GIS將沒有什么價(jià)值。系統(tǒng)用戶主要是指GIS的系統(tǒng)開發(fā)、管理和使用人員。6.2.2 GIS的工作原理GIS工作流程以分為5個(gè)階段：（1）數(shù)據(jù)采集與輸入（2）數(shù)據(jù)編輯與處理（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理（4）空間統(tǒng)計(jì)與分析（5）

10、數(shù)據(jù)顯示與輸出功能 圖6-10 GIS的數(shù)據(jù)采集GIS數(shù)據(jù)輸出示例051015202530354045500-33-55-88-1515-2525-3535-4545坡度分級(jí)(1:5萬)柵格占總數(shù)百分比（%）0-33-55-88-1515-2525-3535-4545-601：1萬坡度分級(jí) 專題圖 影像圖 統(tǒng)計(jì)表 6.3 GIS的空間數(shù)據(jù)的組織與管理6.3.1 GIS的空間數(shù)據(jù)模型與結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)模型是把現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)世界的中間過程，對地理信息的數(shù)據(jù)表達(dá)可以采用矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型。（百度地圖、地球儀：行政圖、衛(wèi)星圖）矢量模型與柵格模型矢量模型與柵格模型 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)

11、缺缺點(diǎn)點(diǎn)矢量矢量模型模型表示地理數(shù)據(jù)的精度較高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)據(jù)量小能夠完整描述拓?fù)潢P(guān)系圖形輸出美觀實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的恢復(fù)、更新和綜合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜疊加分析與柵格圖組合難數(shù)學(xué)模擬比較困難空間分析技術(shù)上比較復(fù)雜柵格柵格模型模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單空間數(shù)據(jù)的疊置和組合方便便于實(shí)現(xiàn)各種空間分析數(shù)學(xué)模擬方便技術(shù)開發(fā)費(fèi)用低數(shù)據(jù)量大降低分辨率，信息損失地圖輸出不夠精美難以建立網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系投影轉(zhuǎn)換較為費(fèi)時(shí)二、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1 1）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 柵格數(shù)據(jù)模型最簡單的格式是用規(guī)則的正方形或矩形柵格組成每個(gè)柵格或像素（對圖像元素）的位置由柵格所在的行列號(hào)定義一個(gè)點(diǎn)（如房屋）由單個(gè)柵格表達(dá)，一條線（如河流）等在柵格文件

12、中，每個(gè)柵格只能賦于唯一的值（2 2）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于矢量模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡稱為矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量也叫向量，數(shù)學(xué)上稱“具有大小和方向的量”為向量通過記錄坐標(biāo)的方式來表示點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體空間分布的一種數(shù)據(jù)組織方式這種數(shù)據(jù)組織方式定位明顯、屬性隱含，能最好地逼近地理實(shí)體三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換從矢量到柵格的轉(zhuǎn)換（柵格化）（柵格化）從柵格到矢量的轉(zhuǎn)換（矢量化）（矢量化） 6.3.2 GIS的空間數(shù)據(jù)的組織一、圖幅數(shù)據(jù)組織 GIS中將某一問題域或某一項(xiàng)GIS任務(wù)稱為一個(gè)GIS工程。由于GIS工程涉及范圍廣（如全市、全省、全國甚至全球），在管理空間數(shù)據(jù)時(shí)必須進(jìn)行分幅管理（同傳統(tǒng)地圖分幅）。 圖幅

13、一般對應(yīng)一塊區(qū)域，常見的分幅方式有標(biāo)準(zhǔn)分幅和區(qū)域分幅。例如研究縣域的土地利用現(xiàn)狀圖就會(huì)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)分幅和1：1萬分幅兩種形式。根據(jù)需要往往將一幅或相鄰幾幅圖當(dāng)作一個(gè)工作單元，稱之為工作區(qū)GIS工程工作區(qū)1圖符1工作層1地物類1地物1工作區(qū)2圖符2工作層2地物類2地物2工作區(qū)年n年nn圖符n工作層n地物類n地物n6.3.3 GIS的空間數(shù)據(jù)的管理vGISGIS空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫：也稱地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或地理數(shù)據(jù)庫，是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合，是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)之上的。v空間數(shù)據(jù)庫的

14、組成空間數(shù)據(jù)庫的組成影像空間數(shù)據(jù)庫數(shù)字高程模型空間對象屬性圖形6.3.3 GIS的空間數(shù)據(jù)的管理vGISGIS空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫：也稱地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或地理數(shù)據(jù)庫，是某一區(qū)域內(nèi)關(guān)于一定地理要素特征的數(shù)據(jù)集合，是地理信息系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)的與應(yīng)用相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的總和，一般是以一系列特定結(jié)構(gòu)的文件的形式組織在存儲(chǔ)介質(zhì)之上的。v空間數(shù)據(jù)庫的組成空間數(shù)據(jù)庫的組成影像空間數(shù)據(jù)庫數(shù)字高程模型空間對象屬性圖形6.3.3 GIS的空間數(shù)據(jù)的管理二、矢量數(shù)據(jù)的管理（1）文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫混合管理（2）全關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理（3）對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理三、柵格數(shù)據(jù)的管理（1）文件管理方式（2）文件數(shù)據(jù)庫管

15、理方式（3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理6.4 GIS在物流中的應(yīng)用6.4.1 GIS在物流分析中的應(yīng)用（1 1）車輛路線模型）車輛路線模型：用于解決一個(gè)起始點(diǎn)、多個(gè)終點(diǎn)的貨物運(yùn)輸中如何降低物流作業(yè)費(fèi)用并保證服務(wù)質(zhì)量的問題。（2 2）最短路徑模型）最短路徑模型：最短路徑算法會(huì)計(jì)算出從出發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最短路徑怎么走。最短路徑算法上的模型是基于圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的搜索，生成路徑。（3 3）網(wǎng)絡(luò)物流模型）網(wǎng)絡(luò)物流模型：用于解決尋求最有效的分配貨物路徑問題，也就是物流網(wǎng)點(diǎn)布局問題。（4 4）分配集合模型）分配集合模型：可以根據(jù)各個(gè)要素的相似點(diǎn)把同一層上的所有或部分要素分為幾個(gè)組，用以解決確定服務(wù)范圍的銷售市場范圍等問題。（

16、5 5）設(shè)施定位模型）設(shè)施定位模型：用于確定一個(gè)或多個(gè)設(shè)施位置。在物流系統(tǒng)中，倉庫運(yùn)輸線共同組成了物流網(wǎng)絡(luò)，倉庫處于網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)決定線路。6.4.2 GIS在配送中心中的應(yīng)用（1 1）配送區(qū)域劃分）配送區(qū)域劃分：企業(yè)可以參照地理區(qū)域，根據(jù)各個(gè)要素的相似點(diǎn)把同一層上的所有或部分要素分為幾個(gè)組，用以解決確定服務(wù)和銷售市場范圍等問題。（2 2）客戶定位）客戶定位：可以在地圖上對新客戶進(jìn)行地理位置的定位或者修改老客戶的地理位置，從而使企業(yè)能精確的確定配送點(diǎn)和客戶的位置。（3 3）物流中心選址）物流中心選址：在既定區(qū)域內(nèi)設(shè)立多少個(gè)倉庫，每個(gè)倉庫的位置，每個(gè)倉庫的規(guī)模，以及倉庫之間的物流關(guān)系等，運(yùn)用

17、此模型均能很容易地得到解決。（4 4）物流配送的動(dòng)態(tài)監(jiān)測）物流配送的動(dòng)態(tài)監(jiān)測：可以將紙面上的表格和圖形通過GIS 轉(zhuǎn)化為空間網(wǎng)絡(luò)圖，使物流信息更加形象化和直觀化。（5 5）信息查詢）信息查詢：對配送范圍內(nèi)的主要建筑、運(yùn)輸車輛、客戶等進(jìn)行查詢，查詢資料可以以文字、語言及圖象的形式顯示，并在電子地圖上顯示其位置。6.4.3 GIS在運(yùn)輸管理中的應(yīng)用（1 1）實(shí)時(shí)監(jiān)控）實(shí)時(shí)監(jiān)控：經(jīng)過GSM網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字通道，將信號(hào)輸送到車輛監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過差分技術(shù)換算位置信息，然后通過GIS將位置信號(hào)用地圖語言顯示出來（2 2）定位跟蹤）定位跟蹤：在主控中心的電子地圖上選定跟蹤車輛，將其運(yùn)行位置在地圖畫面上保存，精確定位車輛的具體位置、行駛方向、瞬間時(shí)速，形成直觀的運(yùn)行軌跡。（3 3）指揮調(diào)度）指揮調(diào)度：監(jiān)控中心借助于GIS就可以根據(jù)車輛信息、位置、道路交通狀況向車輛發(fā)出實(shí)時(shí)調(diào)度指令，實(shí)施車載配貨等。（4 4）規(guī)劃車輛路徑）規(guī)劃車輛路徑：結(jié)合真實(shí)環(huán)境中所采集到的空間數(shù)據(jù)，分析客、貨流量的變化情況，對公司的運(yùn)輸線路進(jìn)行優(yōu)化處理，可以便利地實(shí)現(xiàn)以費(fèi)用最小或路徑最短等目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)的運(yùn)輸路徑規(guī)