第3章 空间数据管理技术

防火墙
基站
车辆记录、货物记录
调度
图3-9基于手机定位的商用车管理系统结构图
管理
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2.小灵通定位系统
小灵通无线市话是一种新型的个人无线接入系统，它采用先 进的微蜂窝技术和高质量语音数字化技术，将用户终端以无线 接入方式接入市话网，使传统意义上的有线市话能在无线网络 覆盖范围内随身携带使用，随时随地进行通信。
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
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
逻辑一致性
征和时间特征），以及拓扑性质上的内在一致性。
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
数据完整性
、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
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。
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表3－2空间数据描述质量有关指标
类型
指标
数据情况说 明
位置精度或 称定位精度
属性精度
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
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。 指空间实体的属性与其真值相符的程度。通常取决于地理数据的类型，且常常与 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
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。
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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3-5 地理信息系统的基本处理模式
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手机定位类型
根据定位方法和定位过程的不同，手机定位
主要有以下几种类型：
（1）起源蜂窝定位
（2）到达时间定位 （3）到达角度定位 （4）到达时间差定位
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手机定位基本原理
手机定位是利用GSM移动通信网的蜂窝技术来实现位置信息的查 询，GSM无线通信网是由许多像蜜蜂蜂窝一样的小区构建而成的， 每个小区都有自己的编号，通过手机所在小区的识别号就可以知道 手机所在区域。
（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。
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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
数据采集 数据格式化、 数据存储 （采集、检 转换、概化 与组织 验与编辑）
数据分析
数据输出 （显示和打印）
图3-3 空间信息系统的功能
图 3-2 信息系统分类
专题信息系统
区域信息系统
栅格 矢量 混合信息系统
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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。
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手机定位系统的应用
（1）手机定位系统在物流中的应用 :
个性化的监控和查询功能 报警和求助功能
与智能运输系统结合的调度和管理
（2）手机定位系统在其他领域的应用:
信息查询
个人定位服务
监控查询
增强移动网络性能
地理信息
其他信息来源
报警 求助
基站 分布式信息存储器
定位信息
货物 信息 信息 数据 交通信息融合 库
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。
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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。
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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3－3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
表达形式的 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
合理性
特征表达的合理性等
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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
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2. 空间信息系统
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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。
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3.2 地理信息系统
地理信息系统（Geographic Information System，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。
第3章 空间数据管理技术
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主要内容
❖ 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
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3.1 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。
2. 全球定位系统的应用
移动数据库技术配合GPS技术，可以用于智能 交通管理、大宗货物运输管理。
安装在车辆上的GPS定位仪可以实时获取车辆的位 置信息，包括经纬度、速度、方向等。通过车辆无线数 据通信系统，将车辆的定位信息以短消息方式传送到指 挥监控中心，并显示在电子地图上。
在运输方面，利用移动计算机与GPS/GIS车辆 信息系统相连，使得整个运输车队的运行受到中央调 度系统的控制。
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3-2所示。空间信息系统分为非GIS（一般CAD/CAM） 和GIS。
资源管理信息系统
土地信息系统（依照其应用领域划分） 地学信息系统
信息系统
GIS
空间信息 系统
地理信息系统（根据其服务对象）
非 GIS（根据其使用的数据模型） 非空间信息系统（一般指管理信息系统）
移动通信网络基本发展： 第一代移动通信（1G）
第二代移动通信系统（2G）
第三代移动通信系统（3G）
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1. 手机定位系统
手机定位是指通过无线终端（手机）和无线网络的 配合，确定移动用户的实际位置信息（经纬度坐标 数据，包括三维数据），通过短消息服务（short message service，SMS）、多媒体消息 （minerals management service，MMS）、语音 发给用户或以此为基础提供某种增值服务。
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。
图3-6物流系统道路网络图
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3.3 全球定位系统
全球定位系统（GPS：Global Positioning System）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。
GPS能对静态、动态对象进行动态空间信息的获取， 快速、精度均匀、不受天气和时间的限制反馈空间信 息。
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3. GIS系统方案的选择
选择原则： 1） GPS 系统阶段发展相适应 2）成本效益原则 3）性能与服务水平适度原则 4）功能完善原则
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3.4 移动通信定位系统
移动定位系统（location based system，LBS）是利用移动 通信网络提供给用户定位功能的服务。无线定位技术融入移 动互连网领域，实现更加方便和智能化的通信服务。
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
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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 的的组成
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。
表3-4 GPS的接收机按不同维度分类表
维度
类别
按接收机的用途分
按接收机的载波频率 分类
导航型接收机、测地型接收机和授时型接收机 单频接收机和双频接收机
按接收机通道数分类
按接收机工作原理分 类
多能道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机 码相关型接收机、平方型接收机、混合型接收机和干涉型接收机
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1. 全球定位系统的基本原理
GPS系统包括三大部分：空间部分— GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系 统；用户设备部分—GPS信号接收机。
GPS信号接收机
GPS卫星星座
图3－7 GPS的组成
地面监控系统
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GPS接收机的分类可按不同得维度有多种分类方 法，如表3-4所示：
复杂地理关系的描述
动态特 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
征
以一定信息结构为基础的。
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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
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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 置，根据道路交通状况向移动目标发出实时调度指令。GIS、 GPS和无线通信技术的有效结合，再辅以车辆路线模型、最 短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型 等，能够建立功能强大的物流信息系统，使物流变得实时并 且成本最优。
（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。
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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。
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3-1所示。
空间分析的基本要素
空间位置
空间属性特征
时间
图3-1 空间分析的三大基本要素
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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3-1所示。
表3-1 空间实体类型
通信塔
人员
通信塔
图3－8手机定位示意图
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通信塔
手机定位技术
GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方 式两种。从技术上可分为到达时间（time of arrival，TOA）、 增强测量时间差（E－OTD）和GPS辅助（A－GPS）3种方式。
1）到达时间定位技术
2）增强测量时间差定位技术