空間數(shù)據(jù)的管理技術(shù)

物流活動常處于運動的和非常分散的狀態(tài)，因此地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術(shù)能夠?qū)⑽锲芬苿拥目臻g數(shù)據(jù)進行有效的管理。本章對GIS和GPS，從概述、定義、分類、特征、組成與功能、運行機理和在物流信息系統(tǒng)中的作用進行介紹，使讀者了解空間數(shù)據(jù)管理的實用技術(shù)的原理。第一節(jié)地理信息系統(tǒng)一、地理信息系統(tǒng)(GIS)概述

(一)地理信息系統(tǒng)(GIS)的產(chǎn)生GIS萌芽于20世紀60年代初，美國麻省理工學院首次提出計算機圖形學術(shù)，并證明了交互計算機圖形學是一個可行的、有用的研究領域，從而顯示出這一科學分支的獨立地位。(二)地理信息系統(tǒng)(GIS)與其他學科的關系

空間分析的理論學方法為GIS提供了有關空間分析的基本觀點與方法，成為GIS的基礎。而GIS的發(fā)展也為地理問題的解決提供了全新的技術(shù)手段，地學數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是以地學數(shù)據(jù)的搜集、存儲、加工、集成、再生成等數(shù)據(jù)處理為目標，為GIS提供符合一定標準和格式數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。GIS與相關學科地理學遙感制圖學CAD與計算機圖形學測量與攝影測量GIS地學數(shù)據(jù)的處理分為兩個層次：

1．以數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)量、存在介質(zhì)、精度、空間表示法等為特征的GIS外部數(shù)據(jù)處理，其目的是為GIS利用數(shù)據(jù)做準備，如遙感數(shù)字圖像的校正、圖像增強、圖像分類；

2．在GIS內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，它包括水平方向的專題層內(nèi)部數(shù)據(jù)處理、垂直方向上的專題層之間的數(shù)據(jù)處理、適于不同比例尺需要的變焦數(shù)據(jù)處理、用于動態(tài)分析的四維數(shù)據(jù)處理、用于網(wǎng)絡分析的運籌法數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括具有統(tǒng)計性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地學專題空間數(shù)據(jù)等。地圖是記錄地理信息的一種圖形語言形式。GIS脫胎于地圖，并成為地圖信息的又一種新的載體形式，它具有存儲、分析、顯示等功能，尤其是計算機制圖為地圖的數(shù)字表示、操作和顯示提供了成套方法，為GIS的圖形輸出設計提供了技術(shù)支持。同時，地圖仍是目前GIS的重要數(shù)據(jù)來源之一。兩者間有著一定的差別：地圖強調(diào)的是數(shù)據(jù)分析、符號化與顯示，而GIS則注重于信息分析。從GIS的發(fā)展過程可以看出，GIS的產(chǎn)生、發(fā)展與制圖信息系統(tǒng)存在著密切的聯(lián)系，兩者的相通之處是其于空間數(shù)據(jù)的空間信息表達、顯示和處理。從系統(tǒng)組成和功能上，一個GIS擁有機助制圖系統(tǒng)的所有組成和功能，并且GIS還有數(shù)據(jù)處理的功能。隨著電子制圖系統(tǒng)(EMS：Electronicmappingsystem)的出現(xiàn)和發(fā)展，產(chǎn)生了電子圖集，它有許多新的特征：

1．圖文和數(shù)據(jù)多媒體集成，把圖形的直觀性、數(shù)字的準確性、聲音的引導性和親切感相結(jié)合，充分利用了讀者的各種感官；

2．查詢檢索和分析決策功能，能夠支持從地圖圖形到非空間數(shù)據(jù)和從非空間數(shù)據(jù)到圖形的雙向檢索；

3．圖形動態(tài)變化功能，從開窗縮放、瀏覽閱讀等基本功能到地圖動畫功能、多維動畫的圖形模擬等；

4．具有良好的用戶界面，使讀者介入地圖的生成過程；

5．多級比例尺之間的相互轉(zhuǎn)換，由于計算機屏幕幅面的限制和計算機潛在計算機功能和巨大的存儲能力，要求具有多級比例尺不同程度的制圖綜合功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)主要設計用于存儲、管理和查詢非空間的非空間數(shù)據(jù)，并具備一些基本的統(tǒng)計分析功能，它是現(xiàn)代GIS不可缺少的重要組成部分之一，它所具有的功能是GIS有關數(shù)據(jù)操作功能的重要組成部分。但是，一般DBMS在處理空間數(shù)據(jù)時缺乏空間分析能力。計算機圖形理論是現(xiàn)代GIS的技術(shù)理論之一，計算機圖形學提供了圖形處理、顯示的軟、硬件以及技術(shù)方法。人工智能的發(fā)展給GIS的技術(shù)進步也帶來了積極的影響，雖然目前GIS還沒有充分利用人工智能的各種技術(shù)，但它提供了智能化技術(shù)系統(tǒng)的設計技術(shù)與方法。計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展則為GIS的構(gòu)件技術(shù)的形成提供了新的機遇，為使地理作系統(tǒng)發(fā)展成為社會信息基礎設施的重要組成部分奠定了基礎。

遙感作為空間數(shù)據(jù)采集手段，已成為GIS的主要信息源與數(shù)據(jù)更新途徑。遙感圖像處理系統(tǒng)包含若干復雜的解析函數(shù)，并有許多方法用于信息的增強與分類，但遙感系統(tǒng)本身的空間分析能力有限，并難與DBMS系統(tǒng)相連。大地測量為GIS提供了精確定位的控制信息，尤其是全球定位系統(tǒng)(GPS)可快速、廉價地獲取地表特征的數(shù)字位置信息。航空相片及其精確測量方法的應用使得攝影測量成為GIS主要的地形數(shù)據(jù)來源。遙感是GIS的主要數(shù)據(jù)源與更新手段，同時，GIS的應用又進一步支持遙感信息的綜合開發(fā)與利用。(三)GIS的發(fā)展

GIS與地理空間信息的表示、處理、分析和應用手段的不斷發(fā)展緊密相連。

GIS的存在與發(fā)展已歷經(jīng)30余年，尤其是北美地區(qū)，可將GIS發(fā)展分為以下幾個階段：1．20世紀60年代為GIS開拓期，注重于空間數(shù)據(jù)的地學處理。

2．20世紀70年代為GIS的鞏固發(fā)展期，注重于空間地理信息的管理。

3．20世紀80年代為GIS技術(shù)大發(fā)展時期，注重于空間決策支持分析。目前對GIS的認識可歸為三個相互獨立又相互關聯(lián)的觀點。一是地圖觀點，強調(diào)GIS作為信息載體與傳播媒介的地圖功能，認為GIS是一種地圖數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)，因此，每個地理數(shù)據(jù)集可看成是一張地圖，通過地圖代數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的操作與運算，其結(jié)果仍然再現(xiàn)為一張具有新內(nèi)容的地圖。測繪及各專題地圖部門非常重視GIS的快速生產(chǎn)高質(zhì)量地圖的能力。第二種觀點稱為數(shù)據(jù)庫觀點，強調(diào)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)中的重要地位，認為一個完整的DBMS是任何一個成功的GIS不可缺少的部分。第三種觀點則是分析工具觀點，強調(diào)GIS的空間分析與模型分析功能，認為GIS是一門空間信息科學。第三種觀點普遍地為GIS界所接受，并認為這是區(qū)分GIS與其他地理數(shù)據(jù)自動化處理系統(tǒng)的惟一特征。二、地理信息系統(tǒng)(GIS)的定義、分類和特征

(一)定義

GIS可定義為由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲檢索、操作和分析，生成并輸入各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設、城市規(guī)劃以及政府各部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規(guī)劃、管理決策服務。GIS可簡單定義為用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機信息系統(tǒng)。它是有關空間數(shù)據(jù)管理和空間信息分析的計算機系統(tǒng)。GIS定義—定義類型面向數(shù)據(jù)處理過程定義面向?qū)ｎ}應用定義面向工具箱定義面向數(shù)據(jù)庫定義GIS定義—作用與地位地圖觀點：地圖數(shù)據(jù)處理與顯示數(shù)據(jù)庫觀點：計算機角度分析工具觀點：空間分析與空間建模GIS定義—術(shù)語北美、歐洲：GeographicalInformationSystem加拿大：Geomatigue中國：ResourceandEnvironmentalInformationSystem技術(shù)內(nèi)涵：Geo-relationalInformationSystem信息科學：SpatialInformationSystem應用類型：NaturalResourcesInformationSystemLandInformationSystem

TransportationGeographicalInformationSystem地學應用：GeoScience專業(yè)雜志：GeographicalInformationScience(英國)Geo-InformationSystem（德國）GIS定義

GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計用來支持空間數(shù)據(jù)采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規(guī)劃和管理問題。—美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會（FICCDC）GIS定義—概念框架用戶界面系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理產(chǎn)品生成產(chǎn)品輸出空間數(shù)據(jù)處理空間數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫建立GIS定義—對GIS的理解GIS的物理外殼是計算機化的技術(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)、可視化表達與輸出系統(tǒng)等組成，影響著GIS硬件平臺、系統(tǒng)效率和功能、數(shù)據(jù)處理方式和產(chǎn)品類型。GIS的操作對象是空間數(shù)據(jù)地理數(shù)據(jù)—屬性數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)。GIS對空間數(shù)據(jù)的管理好操作，是GIS區(qū)別于其它信息系統(tǒng)的根本標志，也是技術(shù)難點之一。GIS定義—對GIS的理解（續(xù)）GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的空間分析能力

GIS獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復雜的查詢功能、強大的圖形處理和表達、空間模擬和空間決策支持等，可產(chǎn)生常規(guī)方法難以獲得的重要信息，這是GIS的重要貢獻。GIS與地理學、測繪學聯(lián)系緊密地理學是GIS的理論依托，為GIS提供有關空間分析的基本觀點和方法。測繪學為GIS提供各種定位數(shù)據(jù)，其理論和算法可直接用于空間數(shù)據(jù)的變換和處理。

GIS引入地學界，如同F(xiàn)ortran語言引入計算機科學界一樣重要。

美國學者K.I.蘭菲爾

GIS定義—GIS在信息系統(tǒng)中的位置信息系統(tǒng)非空間信息系統(tǒng)專題地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)非地理信息系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)綜合地理信息系統(tǒng)CAD/CAM空間信息系統(tǒng)地籍GIS交通GIS資源與環(huán)境GIS規(guī)劃與管理GIS數(shù)據(jù)模型矢量GIS柵格GIS矢-柵GIS研究范圍全球GIS區(qū)域GIS研究內(nèi)容(二)分類信息系統(tǒng)按照是否含空間信息分為非空間信息系統(tǒng)(一般指管理信息系統(tǒng))和空間信息系統(tǒng)。空間信息系統(tǒng)分為非GIS(一般CAD／CAM)和GIS。GIS依照其應用領域可分為土地信息系統(tǒng)、資源管理信息系統(tǒng)、地學信息系統(tǒng)等；根據(jù)其使用的數(shù)據(jù)模型，可分為矢量、柵格和混合型信息系統(tǒng)；根據(jù)其服務對象，可分為專題信息系統(tǒng)和區(qū)域信息系統(tǒng)。管理信息系統(tǒng)是以管理為目的，在計算機硬件和軟件支持下具有存儲、處理、管理和分析數(shù)據(jù)能力的信息系統(tǒng)，這類信息系統(tǒng)的最大特征是它處理的數(shù)據(jù)沒有或者不包括空問特征。另一類管理信息系統(tǒng)是以具有空間分析功能的GIS為支持、以管理為目標的信息系統(tǒng)，它利用GIS的各種功能實現(xiàn)對具有空間特征的要素進行處理分析以達到管理區(qū)域系統(tǒng)的目的，如城市交通管理信息系統(tǒng)。(三)特征與一般的管理信息系統(tǒng)相比，GIS具有以下特征：

1．GIS使用了空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)，并通過DBMS將兩者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應用；而MIS只有非空間數(shù)據(jù)庫的管理，即使存儲了圖形，也往往以文件形式等機械形式存儲，不能進行有關空間數(shù)據(jù)的操作，如空間查詢、檢索、相鄰分析等，不能進行復雜的空間分析。

2．GIS強調(diào)空間分析，通過利用空間解析式模型來分析空間數(shù)據(jù)，GIS的成功應用依賴于空間分析模型的研究與設計。

3．GIS的成功應用不僅取決于技術(shù)體系，而且依靠一定的組織體系(包括實施組成、系統(tǒng)管理員、技術(shù)操作員、系統(tǒng)開發(fā)設計者等)。三、地理信息系統(tǒng)(GIS)的組成與功能(一)地理信息的組成地理信息是有關地理實體的性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征與地理現(xiàn)象之間關系的地理數(shù)據(jù)的解釋。而地理數(shù)據(jù)則是各種地理特征和現(xiàn)象間關系的符號化表示，包括空間位、屬性特征(簡稱屬性)及時域特征三部分。空間位置數(shù)據(jù)描述地物所在位置。這種位置既可以根據(jù)大地參照系定義，如大地經(jīng)緯度坐標，也可以定義為地物間的相對位置關系，如空間上的相鄰、包含等；屬性特征有時又稱非空間數(shù)據(jù)，是屬于一定地物、描述其特征的定性或定量指標。時域特征是指地理數(shù)據(jù)采集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時刻／時段。時間數(shù)據(jù)對環(huán)境模擬分析非常重要?？臻g位置、屬性及時問是地理空間分析的三大基本要素。(二)地理信息的特征地理信息除了具有信息的一般特性，如共享性、客觀性等外，還具有以下獨特特性：

1．地理信息具有空間定位的特點先定位后定性，并在區(qū)域上表現(xiàn)出分布式特點，不可重疊，其屬性表現(xiàn)為多層次，因此地理數(shù)據(jù)庫的分布或更新也應是分布式。2．數(shù)據(jù)量大地理信息既有空問特征，又有屬性特征，并包括一個較長的發(fā)展時段，因此其數(shù)據(jù)量很大。如全國1：400萬土地利用數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的綜合后，其ARC／INFO的Coverage格式數(shù)據(jù)量為8．2兆。尤其是隨著全球?qū)τ^測計劃不斷發(fā)展，我們每天都可以獲得上萬億的關于地球資源、環(huán)境特征的數(shù)據(jù)。這必然對數(shù)據(jù)處理與分析帶來很大壓力。

3．信息載體的多樣性地理信息的第一載體是地理實體的物質(zhì)和能量本身，除此之外，還有描述地理實體的文字、數(shù)字、地圖和影像等符號信息載體以及紙質(zhì)、磁帶、光盤等物理介質(zhì)載體。對于地圖來說，它不僅是信息的載體，也是信息的傳播媒介。(三)GIS的組成一個典型的GIS應包括三個基本部分：計算機系統(tǒng)(硬件、軟件)、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應用人員與組織機構(gòu)。GIS的組成—概論系統(tǒng)軟件系統(tǒng)硬件空間數(shù)據(jù)GIS用戶GIS的組成—硬件—基本配置輸入設備專用設備常規(guī)設備GPS全數(shù)字攝影測量工作站解析和數(shù)字攝影測量儀器遙感與遙感圖象處理系統(tǒng)全站儀掃描儀數(shù)字化儀鍵盤、鼠標處理設備工作站服務器硬盤陣列存儲設備活動硬盤光盤機磁帶機輸出設備繪圖儀終端打印機GIS的組成—硬件—應用模式單機模式：由基本外設、處理設備和輸出設備構(gòu)成適用于小型GIS建設數(shù)據(jù)傳輸與資源共享不方便GIS的組成—硬件—應用模式局域網(wǎng)模式：部門或單位內(nèi)部GIS建設專線連接資源共享較方便輸出用戶組1輸入……GIS中央數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)管Intranet用戶組nGIS的組成—硬件—應用模式廣域網(wǎng)模式：用戶分布地域廣泛，不適合專線連接公共通訊連接資源共享方便局部范圍為局域網(wǎng)，通過若干通道與廣域網(wǎng)連接輸入GIS中央數(shù)據(jù)庫（服務器）圖象處理系統(tǒng)局域網(wǎng)用戶組輸出多媒體系統(tǒng)用戶用戶主干網(wǎng)InternetGIS的組成—軟件結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（系統(tǒng)調(diào)用、設備運行、網(wǎng)絡等）系統(tǒng)庫（編程語言、數(shù)學庫等）標準軟件（圖形、數(shù)據(jù)庫等）GIS基本功能軟件GIS應用軟件用戶界面GIS軟件基礎軟件系統(tǒng)軟件GISGIS的組成—軟件—系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要是計算機的操作系統(tǒng)以及各種標準外設的驅(qū)動軟件，目前流行的有DOS、Windows98/Nnt/2000/XP、UNIX等。系統(tǒng)軟件關系到GIS軟件和開發(fā)語言使用的有效性，是GIS軟硬件環(huán)境的重要組成部分。GIS的組成—軟件—基礎軟件數(shù)據(jù)庫軟件用來管理空間數(shù)據(jù)，包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。流行數(shù)據(jù)庫軟件主要有Oracle、Sybase、Informix、DB2、SQLServer、Ingress等。目前GIS軟件中采用商用數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，一個有發(fā)展前景的模型是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，可實現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的聯(lián)合管理。Oracle、Informix、Ingress等關系數(shù)據(jù)庫管理軟件都相繼增加了空間數(shù)據(jù)類型。而ESRI公司的SDE（SpatialDatabaseEngine）也是基于關系數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)管理平臺。圖形平臺某些GIS軟件中圖形處理平臺。如AutoDesk公司開發(fā)的基于AutoCAD的AutoMapGIS軟件、Intergraph公司的基于MicroStation的MGEGIS軟件GIS的組成—軟件—GIS軟件空間數(shù)據(jù)輸入與轉(zhuǎn)換空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖形與屬性數(shù)據(jù)編輯制圖與輸出空間查詢與分析GISGIS的組成—空間數(shù)據(jù)柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)GIS的操作對象為空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)特征：幾何、屬性、時間數(shù)據(jù)；空間數(shù)據(jù)組織：矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)；空間數(shù)據(jù)管理：幾何數(shù)據(jù)：文件屬性數(shù)據(jù)：關系數(shù)據(jù)庫GIS的組成—管理人員GIS咨詢管理信息管理數(shù)據(jù)整理GIS的開發(fā)是以人為本的系統(tǒng)工程。業(yè)務素質(zhì)與專業(yè)知識是GIS工程及應用成功的關鍵。不但對GIS的技術(shù)和功能有足夠的了解，而且要具備組織管理管理的能力。技術(shù)培訓、硬件維護與更新、系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)更新、文檔管理、數(shù)據(jù)共享建設等。

(四)

地理信息系統(tǒng)(GIS)的功能

（核心問題）位置（Locations）條件（Conditions）趨勢（Trends）模式（Patterns）模型（Models）GIS的功能—基本功能—位置某個特定位置有什么？幾何查屬性例：國家屬性查詢GIS的功能—基本功能—條件滿足給定條件的地理對象分布屬性查位置例：客戶分布GIS的功能—基本功能—趨勢地理對象隨時間的變化例：人口變化趨勢GIS的功能—基本功能—模式空間對象的分布模式問題揭示空間對象的空間關系例：商業(yè)服務競爭GIS的功能—基本功能—模型解決問題方案基于模型的例：公園選址GIS的功能—基本功能實現(xiàn)文件圖表數(shù)據(jù)獲取原始數(shù)據(jù)存儲檢索空間查詢空間分析數(shù)據(jù)編輯投影變換數(shù)據(jù)輸出制圖、表格交互展示結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)庫GIS的功能—基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取GIS的功能—功能實現(xiàn)編輯變換與處理數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)入庫目的：保證數(shù)據(jù)在入庫時在內(nèi)容上的完整性，邏輯上的一致性。方法：數(shù)據(jù)編輯與處理、錯誤修正：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化：矢量、柵個格轉(zhuǎn)化，不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)比例轉(zhuǎn)化：平移、旋轉(zhuǎn)、比例、糾正投影變換：投影方式數(shù)據(jù)概化：平滑、特征集結(jié)數(shù)據(jù)重構(gòu)：幾何形態(tài)變換（拼接、截取、壓縮、結(jié)構(gòu)）地理編碼：拓撲結(jié)構(gòu)GIS的功能—功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)組織與管理數(shù)據(jù)的集成過程幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)、柵格/矢量結(jié)構(gòu)決定著GIS的數(shù)據(jù)分析能力、效率和精度數(shù)據(jù)管理：層次模型、網(wǎng)絡模型、關系模型混合管理模式GIS的功能—功能實現(xiàn)檢索與分析空間檢索空間分析空間分析地形分析網(wǎng)絡分析緩沖區(qū)分析幾何量測地圖分析疊置分析統(tǒng)計分析決策分析位置查詢屬性查詢拓撲查詢空間查詢GIS的功能—功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)交換統(tǒng)計表格制圖：專題地圖、影象地圖、統(tǒng)計地圖、地形圖GIS的功能—功能實現(xiàn)用戶界面GIS的功能—功能實現(xiàn)二次開發(fā)GIS的空間分析技術(shù)與手段是有限的，而實際應用模型是無可枚舉的，任何GIS都應提供二次開發(fā)工具。定制菜單、程序與可視化界面等GIS二次開發(fā)環(huán)境：專用工具：如Arc/Info的AML語言；通用語言：如VC++、VB、Delphi等組件開發(fā)：如MapInfo的MapX；GIS特征GIS與CAD、CAMGIS與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）GIS與管理信息系統(tǒng)（MIS）GIS與遙感信息處理系統(tǒng)（RS）GIS與機助制圖系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫GIS特征（續(xù)）GIS與CAD、CAM：坐標參考系統(tǒng)處理圖形、非圖形數(shù)據(jù)；對空間對象的空間相關關系建立和處理CAD不能建立地理坐標統(tǒng)和完成地理坐標變換；CAD處理多為規(guī)則圖形，而GIS為非幾何圖形；CAD圖形功能強而屬性處理能力若，而GIS圖形與屬性的操作比較頻繁，且專業(yè)化特征比較強；GIS的數(shù)據(jù)量比CAD大得多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型復雜，數(shù)據(jù)之間聯(lián)系緊密；CAD不具備地理意義上的查詢和分析能力；GIS特征（續(xù)）GIS與MIS對屬性數(shù)據(jù)進行管理和處理對圖形數(shù)據(jù)進行存儲GIS對圖形和屬性數(shù)據(jù)共同管理、分析和應用；MIS一般只處理屬性數(shù)據(jù)，對圖形數(shù)據(jù)以文件形式進行管理，圖形要素不能分解、查詢，圖形與數(shù)據(jù)之間沒有聯(lián)系；管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。GIS特征（續(xù)）GIS與RS處理系統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息源。經(jīng)過遙感信息系統(tǒng)處理的遙感信息，或進入GIS系統(tǒng)作為制圖的背靜圖象，或是與經(jīng)過分類的信息協(xié)同GIS與遙感的集成分析。遙感圖象信息處理系統(tǒng)是專門用于對遙感數(shù)據(jù)進行處理的軟件，主要強調(diào)對遙感數(shù)據(jù)的幾何處理、灰度處理和專題信息提取，具有較強的制圖功能，可設計豐富的符號和注記，雖有空間疊置分析空能，但由于缺少實體空間關系的描述，難以進行空間實體的空間關系查詢、屬性查詢及網(wǎng)絡分析等。面向位置的特征遙感圖象處理系統(tǒng)不能看作是GIS。GIS特征（續(xù)）GIS與機助制圖系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫GIS的主要技術(shù)基礎強調(diào)空間數(shù)據(jù)的處理、顯示與表達空間分析能力GIS包含數(shù)字制圖系統(tǒng)的全部功能地圖數(shù)據(jù)庫若空間分析能力較強，可升格為GIS，而GIS若空間分析能力較弱，則退化為地圖數(shù)據(jù)庫。GIS軟件類型專業(yè)GIS（ProfessionalGIS）桌面GIS（DesktopGIS）手持GIS（Hand-HeldGIS）組件GIS（ComponentGIS）GISViewer網(wǎng)絡GIS（InternetGIS）其它（基于CAD的GIS）主要GIS軟件GIS軟件性能分析四、地理信息系統(tǒng)(GIS)的運行機理

(一)地理空間的定義與數(shù)據(jù)的組織

GIS中的空間概念常用“地理空間”(Geo—spatial)來表述。一般來說，地理空間被定義為絕對空間和相對空間兩種形式。絕對空間是具有屬性描述的空間位置的集合，它由一系列不同位置的空間坐標值組成；相對空間是具空間屬性特征的實體的集合，它是由不同實體之間的空間關系構(gòu)成。依據(jù)地理實體之間不同的特征(如公路和鐵路的建造方式不同而將它們視為不同的類)、相似的特征(如公路和鐵路都具有運輸功能而將它們視為一類)以及不同地理實體的組合特征(如飛機跑道、出租車道、建筑樓群和停車場共同組成飛機場)來對地理特征進行分類，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的組織。在GIS中，對空間實體的數(shù)據(jù)描述分為空間特征和屬性特征，屬性特征是對于空間特征的描述，屬性值包括數(shù)字值和非數(shù)值兩種，例如描述道路實體的屬性特征包括：道路類型：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；路面物質(zhì)構(gòu)成：1表示水泥，2表示柏油，3表示碎石；道路寬度：M米；小巷數(shù)量：N個；道路名字：每條路的名字。每一條道路都有一組屬性對其進行描述，這樣的表被稱為屬性表?？臻g特征數(shù)據(jù)的表達方式包括各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)為點、線、面等各種圖形符號信息；屬性特征數(shù)據(jù)的表達方式包括基于地理特征(包括空間特征和屬性特征)的多種分類關系的表格。GIS正是通過建立空間特征數(shù)據(jù)的圖形符號表達與屬性特征數(shù)據(jù)的表格表達之間的聯(lián)系，才具備了強大的空間分析能力。如何建立空間特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系?空間特征是通過坐標值和拓撲關系來表達，屬性特征又是組織成表格中一系列的記錄。如果對于每一個具有拓撲關系的空間特征以及這個空間特征的一個描述記錄賦予共同并且是惟一的標識符(Identifier)，那么，由于這個標識符保證了在空間特征和屬性記錄之間一一對應的關系，這樣，就可以通過空間記錄查找并顯示屬性信息，或者依據(jù)存儲在屬性表格中的屬性生成具有地學分析意義的空間圖形，如地圖。一個空間特性可以具有多個屬性特征描述集合。(二)空間數(shù)據(jù)的編碼

GIS中的實體(對象)一般包括三種基本信息，語義信息、度量信息和關系結(jié)構(gòu)信息。語義信息表明實體的類型；度量信息用于描述實體的形狀和位置等幾何屬性；關系結(jié)構(gòu)信息用于描述一個實體與其他實體的聯(lián)系；空間數(shù)據(jù)的編碼則主要是指語義信息的數(shù)據(jù)化，它是建立在地理特征的分類及其等級組織基礎之上的空間信息數(shù)據(jù)編碼?？臻g數(shù)據(jù)的編碼用于表明實體元素在數(shù)據(jù)分類分級中的層次關系和屬性性質(zhì)。編碼由主碼和子碼共同組成的；主碼表示實體元素的類別；子碼則是對實體元素的標識和描述，子碼又可分為識別碼的描述碼(有時還需要有參數(shù)碼)；識別碼用于睢一地址標識具體的實體元素；描述碼則是對實體元素的進一步性質(zhì)描述。如果規(guī)定編碼格式為，主碼占3位，子碼占5位，則每個屬性編碼占1個字節(jié)。通常，可采用2字節(jié)的無符號整型數(shù)(范圍為0～65535)記錄屬性編碼。從理論說，用無符號整型數(shù)可編碼65536種不同的實體元素，足以表示現(xiàn)有地形而上學圖規(guī)范和圖式中的所有類別，且有擴充余地。為了與有關標準進行相互轉(zhuǎn)換，并將編碼組織成樹結(jié)構(gòu)，可用無符號整型數(shù)的前二位(范圍為0—64)記錄主碼，后三位(范圍為0—999)記錄子碼(其中0。499表示識別碼，500．999表示描述碼)。這樣的編碼可表示65種主碼，每種主碼下可有1，000種子碼，并且還有536種大于或等于65，000的特殊用途編碼。這種屬性編碼僅占2字節(jié)，并且具有可擴充性。(三)空間數(shù)據(jù)描述空間位置、專題特征以及時間是表達現(xiàn)實世界空間變化的三個基本要素?？臻g數(shù)據(jù)是有關空間位置、專題特征以及時間信息的符號記錄。而數(shù)據(jù)質(zhì)量則是空間數(shù)據(jù)在表達這三個基本要素時，所能夠達到的準確性、一致性、完整性，以及它們?nèi)咧g統(tǒng)一性的程度?？臻g數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實世界中空間特征和過程的抽象表達。由于現(xiàn)實世界的復雜性和模糊性，以及人類認識和表達能力的局限性，只能在一定程度上接近真值。在某些應用中，用戶可能根據(jù)需要來對數(shù)據(jù)進行一定的刪、減和擴充，這對數(shù)據(jù)記錄本身來說是一種誤差。

1．數(shù)據(jù)情況說明：要求對地理數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)內(nèi)容及其處理過程等作出準確、全面和詳盡的說明。

2．位置精度或稱定位精度：為空間實體的坐標數(shù)據(jù)與實體真實位置的接近程度，常表現(xiàn)為空間三維坐標數(shù)據(jù)精度。它包括數(shù)據(jù)基礎精度、平面精度、高程精度、接邊精度、形狀再現(xiàn)精度(形狀保真度)、像元定位精度(圖像分辨率)等。

3．屬性精度：指空間實體的屬性與其真值相符的程度。通常取決于地理數(shù)據(jù)的類型，且常常與位置精度有關，包括要素分類與代碼的正確性、要素屬性值的準確性及其名稱的正確性等。

4．時間精度：可以通過數(shù)據(jù)更新的時間和頻度來表現(xiàn)。

5．邏輯一致性：指地理數(shù)據(jù)關系上的可靠性，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容(包括空間特征、專題特征和時間特征)，以及拓撲性質(zhì)上的內(nèi)在一致性。6．數(shù)據(jù)完整性：指地理數(shù)據(jù)在范圍、內(nèi)容及結(jié)構(gòu)等方面滿足所有要求的完整程度，包括數(shù)據(jù)范圍、空間實體類型、空間關系分類、屬性特征分類等方面的完整性。

7．表達形式的合理性：主要指數(shù)據(jù)抽象、數(shù)據(jù)表達與真實地理世界吻合性，包括空間特征、專題特征和時間特征表達的合理性等?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價，就是用空間數(shù)據(jù)質(zhì)量標準要素對數(shù)據(jù)所描述的空間、專題和時間特征從世系(繼承性)、位置精度、屬性精度、邏輯一致性、完整性和表現(xiàn)形式準確性進行評價。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是個復雜的過程，要控制數(shù)據(jù)質(zhì)量應從數(shù)字質(zhì)量產(chǎn)生和擴散的所有過程和環(huán)節(jié)人手，分別用一定的方法減少誤差?？臻g數(shù)據(jù)質(zhì)量控制常見的方法有：傳統(tǒng)的手工方法、元數(shù)據(jù)方法、地理相關法。

(四)地理空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的變化表現(xiàn)為：

1．面向?qū)ο竽Ｐ偷膽茫沟乩砜臻g數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有更豐富的語義表達能力，并具有模擬和操縱復雜的地理對象的能力。

2．多媒體技術(shù)的發(fā)展拓寬了地理空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應用領域?，F(xiàn)在廣義的地理信息不僅包括圖形、圖像和屬性信息，而且還包括音頻、視頻、動畫等多媒體信息。3．虛擬現(xiàn)實技術(shù)促進了地理空間數(shù)據(jù)庫的可視化。這里地理空間數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成一種虛擬環(huán)境，人們可以進入該數(shù)據(jù)環(huán)境中，尋找不同數(shù)據(jù)集之間的關系，感受數(shù)據(jù)所描述的環(huán)境。

4．分布式處理和Client／Server模式的應用，使地理空間數(shù)據(jù)庫具有Internet／Intranet連接能力，實現(xiàn)分布式事務處理、透明存取、跨平臺應用、異構(gòu)網(wǎng)互聯(lián)、多協(xié)議自動轉(zhuǎn)換等功能。影像地圖的顯示：傳統(tǒng)意義上的地圖是以紙質(zhì)為載體記錄了非數(shù)字形式的圖形，因而地圖被描述為“地球表面全部或某部分選定特征在平面上的圖形表達”。但是，任何圖片或空間數(shù)據(jù)都可以表達為數(shù)字影像。在GIS中建立的數(shù)字影像與其他的影像(例如醫(yī)療影像)是有區(qū)別的：它們是地址編碼過的，即影像中的像元點具有準確的投影位置記錄，并且一般能夠顯示幾種空間數(shù)據(jù)類型及其注記。GIS中的影像在顯示時，既表現(xiàn)出了傳統(tǒng)地圖的特性，又具有數(shù)字影像的特征，因此被成為制圖影像。影像地圖的構(gòu)成：與空間對象關聯(lián)的圖形的要素，在顯示時，任意空間對象類型如點、線、不規(guī)則多邊形和像元，都可關聯(lián)到圖表要素上。常見空間對象類型的圖形要素表達形式：點要素、線要素、不規(guī)則多邊形要素、像元點要素。在圖形顯示中，后顯示的圖形要素要覆蓋先顯示的圖形要素，所以在制圖影像中不同類型的空間對象的顯示順序是很重要的。一般的顯示順序是：像元點數(shù)據(jù)、多邊形數(shù)據(jù)，然后是線狀和點數(shù)據(jù)。地圖注記：地圖影像的第二個主要內(nèi)容是注記，注記通常最后繪制，疊置在影像的地理要素之上。注記包括標志點、標題、文本框、圖例、線狀比例尺、方格網(wǎng)和指北箭頭等。標志點一般與點狀物體相對應，在地圖上有特定的位置；在某些系統(tǒng)中，標志點隨著地圖比例尺的增大或縮小而自動變化。標題和文本框可放在特定位置，有與標志點相似的特征?？刂泣c、格網(wǎng)線或分度張用于指示地理坐標或投影坐標。在某些系統(tǒng)特定的文本文件中，圖例與空間物體的類別相對應。一般來說，地圖注記的設計應盡可能靈活，這樣才有助于生產(chǎn)高質(zhì)量的地圖影像。(五)GIS的地理信息構(gòu)成和信息結(jié)構(gòu)地理信息是對地理實體特征的描述，地理實體特征一般分為四類：

1．空間特征，描述地理實體空間位置、空間分布及空間相對位置關系。

2．屬性特征，描述地理實體的物理屬性和地理意義。

3．關系特征，描述地理實體之間所有的地理關系，包括空間關系、分類關系、隸屬關系等基本關系的描述，也包括對由基本地理關系所構(gòu)成的復雜地理關系的描述。

4．動態(tài)特征，描述地理實體的動態(tài)變化特征。地理信息對這些特征的描述，是以一定信息結(jié)構(gòu)為基礎的。

(六)地理信息的分類與編碼1．地理信息的分類地理信息分類一般采用線分類法。2．地理信息的編碼對地理信息的代碼設計是在分類體系基礎上進行的，中國所編制的地理信息代碼中，以層次碼為主。目前，已形成國家標準的地理信息方面的分類及代碼已有多個，例如，GB2260=80《中華人民共和國行政區(qū)劃代碼》，GB／T13923—92《國土基礎信息數(shù)據(jù)分類與代碼》、GBl4804—93《1：500、1：1，000、1：200地形圖要素分類與代碼》、GB／T5660—1995《1：5，000、1：10，000、1：25，000、1：50，000、1：100，000地形圖要素分類與代碼》。

(七)地理信息規(guī)范及標準的制定制定地理信息技術(shù)標準的主要對象、一般要求和編制標準體系表是為促進全球地理信息資源的開發(fā)、利用和共享，國際標準化組織在1994年3月的技術(shù)局會議上，決定成立地理信息／地球信息專業(yè)技術(shù)委員會。該技術(shù)委員會的工作范圍為數(shù)字地理信息領域標準化。(八)GIS信息共享一般GIS存在地理信息是封閉、獨立的系統(tǒng)，沒有統(tǒng)一的標準，不同的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理方法難以共享；GIS及其應用系統(tǒng)的開發(fā)都是基于具體、相互獨立和封閉的平臺，并且在數(shù)據(jù)語義無法直接進行應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享等問題。五、地理信息系統(tǒng)(GIS)在物流信息系統(tǒng)中的作用

GIS應用于物流信息系統(tǒng)，可通過客戶郵編和詳細地址字符串，自動確定客戶的地理位置(經(jīng)緯度)和客戶所在的中心站和分站。通過基于GIS的查詢、地圖表現(xiàn)的輔助決策，實現(xiàn)對物流配送、投遞路線的合理調(diào)度和安排客戶投遞排序，用地圖符號在地圖上表示客戶的地理位置，不同類型的客戶(如A、B、c類客戶等)采用不同的標志。物流地理信息系統(tǒng)主要應用包括以下幾個功能：客戶地址定位：地址定位就是系統(tǒng)由一個地理點的地址字符串確定其地理位置，包括自動定位、交互定位兩類。自動定位：自動定位由業(yè)務系統(tǒng)調(diào)用，通過業(yè)務系統(tǒng)傳來的業(yè)務點的地址字符串確定其地理位置，并傳回業(yè)務系統(tǒng)。交互定位：交互定位是指通過地理信息系統(tǒng)交互，在地圖上漫游查找，直到確定地理位置(經(jīng)緯度)為止機構(gòu)區(qū)域劃分：用戶基于綜合評估模型和地理信息系統(tǒng)的查詢、地圖表現(xiàn)，實現(xiàn)對機構(gòu)區(qū)域編輯。站點選址：由用戶基于分站綜合評估模型和地理信息系統(tǒng)的查詢、地圖表現(xiàn)，實現(xiàn)對業(yè)務機構(gòu)的站點選址。投遞排序、路線編輯：通過地理信息系統(tǒng)的地圖表現(xiàn)，實現(xiàn)對送貨投遞路線的合理編輯(如：創(chuàng)建、刪除、修改)和客戶投遞排序。第二節(jié)全球定位系統(tǒng)一、全球定位系統(tǒng)的概述全球定位系統(tǒng)(GPS：GlobalPositioningSystem)。系統(tǒng)的工作原理雖然GPS系統(tǒng)有著如此神奇的應用，工作原理卻不神秘，它的計算基礎是大家都熟知的三角計算法則。下面通過一個最簡單的例子來說明它的計算過程：某人在一個陌生城市迷路了，只好向別人問路，被告知此地距甲地625英里，由此推測該人可能在以甲地為圓心，以625英里為半徑的圓周上的任何一點，可是究竟是哪一點卻不得而知。只好再次詢問，得知此地同時距乙地650英里，綜合這兩條信息，范圍被縮小到兩個點。第三次詢問得知該處距丙地615英里，這時便能很清楚地知道自己的所在位置。由此看來根據(jù)三角計算法則，只要知道某未知地距其他三個已知地的距離，就可以推算處該處精確的二維位置，再加上一個空間高度的已知值便能很容易確定它在三維空間的位置。GPS之所以能夠定位導航，是因為每臺GPS接收機無論在任何時刻、在地球上任何位置都可以同時接收到最少4顆GPS衛(wèi)星發(fā)送的空間軌道信息。二、全球定位系統(tǒng)(GPS)的定義與分類(一)GPS定義全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星星座(通信衛(wèi)星)、地面控制部分和信號接收機對對象進行動態(tài)定位的系統(tǒng)。GPS能對靜態(tài)、動態(tài)對象進行動態(tài)空間信息的獲取，快速、精度均勻、不受天氣和時間的限制反饋空間信息。(二)GPS分類GPS接收機的分類有多種分類方法：1．按接收機的用途分類(1)導航型接收機：此類接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機一般采用C／A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±25m，有SA影響時為±100m。這類接收機價格便宜，應用廣泛。根據(jù)應用領域的不同，此類接收機還可以進一步分為：車載型——用于車輛導航定位；航海型——用于船舶導航定位；航空型——用于飛機導航定位。由于飛機運行速度快，因此，在航空上用的接收機要求能和達應高速運動。星載型——用于衛(wèi)星的導航定位。由于衛(wèi)星的運動速度達7km／s以上，因此對接收機的要求更高。(2)測地型接收機：測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復雜，價格較貴。(3)授時型接收機：這類接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。2．按接收機的載波頻率分類(1)單頻接收機：單頻接收機只能接收L，載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線(<15kin>)的精密定位。(2)雙頻接收機：雙頻接收機可以同時按收L，，L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲不一樣的精性，可以消除電離層對電磁波信號延遲的影響，因此雙頻接收機可用于長達幾千公里的精密定位。3．按接收機通道數(shù)分類GPS接收機能同時接收多顆GPS衛(wèi)星的信號，為了分離接收到的不同衛(wèi)星信號，以實現(xiàn)對衛(wèi)星信號的跟蹤、處理和量測，具有這樣功能的器件稱為天線信號通道。根據(jù)接收機所具有的通道種類可分為：多能道接收機、序貫通道接收機、多路多用通道接收機。4．按接收機工作原理分類(1)碼相關型接收機：是利用碼相關技術(shù)得到偽距觀測值。(2)平方型接收機：平方型接收機利用載波信號的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號，來恢復完整的載波信號，通過相位計測定接收機內(nèi)產(chǎn)生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差，測定偽距觀測值。(3)混合型接收機：這種儀器是綜合上述兩種接收機的優(yōu)點，既可以得到碼相位偽距，也可以得到載波相位觀測值。(4)干涉型接收機：這種接收機是將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測量方法，測定兩個測站間距離。三、全球定位系統(tǒng)(GPS)的組成與功能(一)GPS的組成

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分一GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設備部分一GPS信號接收機。1．GPS工作衛(wèi)星及定位星座

GPS工作衛(wèi)星及定位星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座，記做(21+3)GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角度為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，軌道平面的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆，最多可以見到11顆。在用GPS信號導航定位時，為了解算測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。其編號方法有：按發(fā)射先后次序編號；按PRN(衛(wèi)星所采用的偽隨機噪聲碼)的不同編號；NASA編號(美航空航天局對GPS衛(wèi)星的編號)；國際編號(第一部分為該星發(fā)射年代，第二部分表示該年中發(fā)射衛(wèi)星的序號，字母A代表發(fā)射的有效負荷)；按軌道位置順序編號等。