第六章 空間數(shù)據(jù)管理技術

第六章空間數(shù)據(jù)管理技術空間數(shù)據(jù)管理概述地理信息系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)移動通信定位系統(tǒng)移動商務中物流定位的架構6.1 空間數(shù)據(jù)管理概述

空間信息是有關空間實體的性質、特征和運動狀態(tài)的表征進行描述的數(shù)據(jù)，它是對表達空間特征與空間現(xiàn)象之間關系的空間數(shù)據(jù)的解釋。

空間信息包括空間位置（單個物體的定位信息）、空間形態(tài)（物體的形狀和結構）、空間分布（群體空間對象的定位信息）、空間相關（空間物體基于屬性數(shù)據(jù)的關系）與空間關系等信息。地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、空間決策支持系統(tǒng)（SDSS）等屬于空間信息技術的范疇。6.1 空間數(shù)據(jù)管理概述

空間位置、屬性及時間是地理空間分析的三大基本要素，如圖6-1所示。

空間分析的基本要素

時間

空間位置

空間屬性特征

圖3-1空間分析的三大基本要素

1.空間數(shù)據(jù)處理空間系統(tǒng)中的實體（對象）一般包括三種基本信息：語義信息、度量信息和關系結構信息，如表6-1所示。類型特征語義信息語義信息表明實體的類型度量信息度量信息用于描述實體的形狀和位置等幾何屬性關系結構

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，也包括對關系結構信息用于描述一個實體與其它實體的聯(lián)系表6-1空間實體類型空間數(shù)據(jù)的編碼關系結構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，也包括對關系結構信息用于描述一個實體與其它實體的聯(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。空間數(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?？臻g數(shù)據(jù)的描述空間數(shù)據(jù)描述就是對空間分析的3個基本要素（有關空間位置、空間屬性特征以及時間信息）的符號記錄。描述質量則是空間數(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，以及它們三者之間統(tǒng)一性的程度。表6－2空間數(shù)據(jù)描述質量有關指標類型指標數(shù)據(jù)情況說明地理數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)內容及其處理過程等作出準確、全面和詳盡的說明位置精度或稱定位精度空間實體的坐標數(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）、象元定位精度（圖像分辨率）等。屬性精度指空間實體的屬性與其真值相符的程度。取決于地理數(shù)據(jù)的類型，且與位置精度有關，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時間精度可以通過數(shù)據(jù)更新的時間和頻度來表現(xiàn)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)結構、數(shù)據(jù)內容（包括空間特征、專題特征和時間特征），以及拓撲性質上的內在一致性。數(shù)據(jù)完整性指地理數(shù)據(jù)在范圍、內容及結構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表達形式的合理性指數(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空間信息的特征空間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)空間定位(2)數(shù)據(jù)量大(3)信息載體的多樣性2.空間信息系統(tǒng)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)，如圖6-2所示?？臻g信息系統(tǒng)分為非GIS（一般CAD/CAM）和GIS?？臻g信息系統(tǒng)特征與一般的管理信息系統(tǒng)相比，空間信息系統(tǒng)具有以下特征：（1）空間信息系統(tǒng)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，即使存貯了圖形，也往往以文件形式等機械形式存貯，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）通過利用空間解析式模型來分析空間數(shù)據(jù)，空間信息系統(tǒng)的成功應用依賴于空間分析模型的研究與設計?？臻g信息系統(tǒng)的基本功能下面主要描述基本功能：空間信息技術概述空間信息技術----又稱地理空間信息技術

（1）從技術層面上看,它是遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)與通信技術、網(wǎng)絡技術的綜合集成，將空間對地觀測信息的獲取、處理、分析、應用結為一體的信息技術體系。（2）從目標層面上看，整個空間信息技術的主要目標是研究并支持社會可持續(xù)發(fā)展，并為經濟發(fā)展提供決策依據(jù)。

物流環(huán)節(jié)變復雜，從原材料采購到產品銷售之間的時空矛盾日益明顯，所以空間信息技術的利用在物流運作中日顯重要。3S技術概述3S技術是遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的簡寫。

（1）RS用于實時或準時地提供目標實體環(huán)境語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面的各種變化，及時對GIS的空間數(shù)據(jù)進行更新。（2）GIS則是對各種來源的時空數(shù)據(jù)綜合處理、動態(tài)存儲、集成管理、分析加工，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供知識。（3）GPS主要用于實時、快速提供目標、各類傳感器和運載平臺的空間位置。遙感（RS—RemoteSensing）技術遙感（RS）是應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。主要應用有：地質遙感（巖性的識別、地質構造的識別、構造運動的分析等）、水體遙感（水體界限的確定、水體懸浮物的確定、水溫的探測、水體污染的探測、水深的探測等）、植被遙感（不同植物類型的區(qū)分、植物生長狀況的解釋、大面積農作物的遙感估產等）、土壤遙感（土壤類型的確定等）。RS—RemoteSensing技術優(yōu)點：利用高分辨率遙感影像圖作為電子地圖和城市矢量道路圖，現(xiàn)實性強，成圖周期短、成本相對低。作為GIS數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)源：獲取地面高程，更新GIS中的高程數(shù)據(jù)；車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中，提供城市范圍內道路與相關因子動態(tài)變化的信息，可以作為電子數(shù)字地圖使用，也可以及時更新道路數(shù)據(jù)庫。地理信息系統(tǒng)（GIS—GeographicalInformationgSystem）GIS是在計算機硬件與軟件支持下,運用地理信息科學和系統(tǒng)工程理論,科學管理和綜合分析各種地理數(shù)據(jù),提供管理、模擬、決策、規(guī)劃、預測和預報等任務所需要的各種地理信息的技術系統(tǒng)。它是融計算機和數(shù)據(jù)庫于一體的，儲存和處理空間信息的高薪技術，具有很強的空間分析功能。具有把時間和空間信息結合起來的能力，可以對不同時間序列中的空間信息做出直觀的描述，并可把查詢與分析結果以聲、圖、文一體化的方式展現(xiàn)出來。地理信息系統(tǒng)（GIS—GeographicalInformationgSystem）具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息（包括圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)）的能力，具有空間性與動態(tài)性。以地理區(qū)域目標研究和地理區(qū)域決策為目標，以地理方法模型為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測能力，產生高層次的地理分析決策信息。由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或專門的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產生有用信息，完成人類難以完成的任務。全球定位系統(tǒng)（GPS—GlobalPositioningSystem）是利用多顆導航衛(wèi)星的無線電信號，對地球表面某地點進行定位、報時或對地表移動物體進行導航的系統(tǒng)。具有實時、連續(xù)地提供地球表面任意地點上的經緯度與高程，提供三維速度與精確時間的能力是海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位的系統(tǒng)。在3S技術中的作用主要是精確的定位能力，準確定時及測速能力。3S技術的綜合應用各有側重，相互補充。車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)是一項融GPS、GIS、RS技術與通信技術為一體的復雜技術系統(tǒng)—車輛等（移動目標）的導航，動態(tài)跟蹤，監(jiān)控，檢查與服務等點—無線集群通信網(wǎng)—管理操作臺、監(jiān)視操作臺安裝有GIS系統(tǒng)—電子地圖空間信息系統(tǒng)在物流中的應用物流企業(yè)通過無線通信、GIS/GPS能夠精確地獲取運輸車輛的信息，再通過Internet讓企業(yè)內部和客戶訪問，從而把整個企業(yè)的操作業(yè)務變得透明，為協(xié)同商務打下基礎。3S技術與現(xiàn)代物流管理信息化（一）3S技術與物流網(wǎng)絡完整的GIS物流分析軟件集成了：車輛路線模型(地圖)、最短路徑模型、網(wǎng)絡物流模型、分配集合模型、設施定位模型—解決物流網(wǎng)絡布局與分析的問題；屏幕—網(wǎng)點分布、周邊企事業(yè)單位、居民結構等數(shù)據(jù)，配送中心的覆蓋范圍、所覆蓋的街道、單位名稱等?？煞治鲈黾?、刪除某一網(wǎng)點回影響到的用戶，需增設的點選哪個位置，這些分析會變得方便快捷。3S技術與現(xiàn)代物流管理信息化（二）3S技術與庫存管理把庫存量控制在最佳數(shù)量，把庫存管理好，為客戶提供最佳服務和最大的供給保障，是庫存管理的任務；根據(jù)倉庫使用情況和流動特性改變其相應的儲存位置，動態(tài)了解貨物的移動情況和準確的存放位置—貨位管理系統(tǒng)、即時查詢系統(tǒng)，實施供應商管理庫存（VMI）--CRM。3S技術與現(xiàn)代物流管理信息化（三）3S技術與運輸配送運輸監(jiān)控系統(tǒng)—當貨物發(fā)送后，有關信息將被提交到運輸監(jiān)控系統(tǒng)：1、運輸優(yōu)選系統(tǒng)（運輸工具、運輸線路），2、在途監(jiān)控系統(tǒng)（對貨物運輸途中的狀況和信息進行實時監(jiān)控，及時了解貨物，運輸安全性等）；6.2地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，GIS）是管理和研究空間數(shù)據(jù)的由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的人機信息系統(tǒng)。它可以對空間數(shù)據(jù)按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。1.GIS概述——GIS的基本處理模式GIS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)，如圖3-5所示說明地理信息系統(tǒng)的基本處理模式。圖6-5地理信息系統(tǒng)的基本處理模式地理信息系統(tǒng)特征

地理信息系統(tǒng)具有以下三個方面的特征：（1）具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動態(tài)性；（2）以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測能力，產生高層次的地理信息；（3）由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或專門的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產生有用信息，完成人類難以完成的任務。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。（1）計算機系統(tǒng)可分為硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和GIS的開發(fā)工具和硬件/網(wǎng)絡平臺的選擇標準。（2）地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫和地理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。地理DBMS主要用于數(shù)據(jù)維護、操作和查詢檢索。（3）GIS的人員配置有系統(tǒng)項目經理/技術組、數(shù)據(jù)庫經理、數(shù)字化操作員、系統(tǒng)操作員、應用分析軟件經理和程序編寫員。GIS的組成2.GIS的運行機理

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；路面物質構成：1表示水泥，2表示柏油，3表示碎石。GIS的地理信息構成和信息結構地理信息是對地理實體特征的描述，地理實體特征分類表，如表6－3所示：類型特征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屬性特征描述地理實體的物理屬性和地理意義關系特征

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成的復雜地理關系的描述動態(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，是以一定信息結構為基礎的。GIS信息共享（1）空間數(shù)據(jù)轉換（2）GIS互操作及其層次（3）GIS互操作的層次（4）基于公共接口的GIS互操作3.GIS的應用GPS在物流領域的應用可以實時監(jiān)控車輛