物流动态跟踪技术

251 GPS

1GPS概述

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为 “球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通信等一些军事目的。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，已发射24颗GPS卫星，全球覆盖率高达98％。

GPS系统与三部分组成，分别是：

1）空间部分

GPS的空间部分是由24颗卫星组成 （21颗工作卫星，3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上 （每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。如图215。

图215 空间卫星及GPS卫星模型

2）地面控制系统

地面控制系统由监测站 （Monitor Station）、主控制站 （Master Monitor Sta-tion）、地面天线 （Ground Antenna）组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（Colorado Spring）。地面控制站负责收集由卫星传回信息，并计算卫星星历、相对距离、大气校正等数据。

3）用户设备部分

用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是捕获按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。

2全球卫星定位系统的特点

（1）全球、全天候工作。能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。

（2）定位精度高。单机定位精度高，误差小于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

（3）功能多，应用广。随着人们对GPS认识的加深，GPS除了在测量、导航、测速、测时等方面得到更广泛的应用外，应用领域还将不断扩大，例如汽车自定位、跟踪调度、陆地救援、内河及远洋船对最佳航线和安全航线的实时调度等。

3GPS的应用

军事是GPS技术最早的应用领域，主要是为各种军事活动提供定位导航。在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用GPS技术进行定位导航。GPS技术已成为精确制导武器复合制导的一种重要技术手段。未配置GPS制导系统之前，美军的BGM－109C“战斧”巡航导弹的圆概论误差约为9米；在其 “惯性和地形匹配”制导系统中加入GPS后，其误差降至3米，制导精度大大提高。民用GPS，主要用于交通车辆导航管理、航空器的定位及导航，以及大地测量，如野外勘测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面。目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出 “穿越”“寻宝”“野外拓展”等都市游戏，丰富了人们的周末生活，提高了人们的生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。

252 GIS

GIS即地理信息系统 （Geographic Information System），是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单地说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。

从技术和应用的角度，GIS是解决空间问题的工具、方法和技术；从学科的角度，GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；从功能的角度，GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能；从服务的角度，GIS是指为居民生产生活提供地理信息服务的系统 （又称geographicinformationsmile）；从系统学的角度，GIS具有一定结构和功能，是一个完整的系统。简而言之，GIS是一个基于数据库管理系统 （DBMS）的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其他信息系统的根本区别。

从应用的角度，地理信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的重要内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其他几个组成部分。硬件主要包括计算机和网络设备、存储设备、数据输入、显示和输出的外围设备等等。软件主要包括以下几类：操作系统软件、数据库管理软件、系统开发软件、GIS软件等。GIS软件的选型，直接影响其他软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。

地理信息系统在最近的30多年取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

（1）资源管理 （Resource Management）。主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源 （如土地、森林、草场）分布、分级、统计、制图等问题。主要回答 “定位”和 “模式”两类问题。

（2）资源配置 （Resource Configuration）。在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。

（3）城市规划和管理 （Urban Planning and Management）。空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中，如何保证绿地的比例和合理分布，如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面 （城市资源配置问题）等。

（4）土地信息系统和地籍管理 （Land Information System and Cadastral Applic-aiton）。土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。

（5）生态、环境管理与模拟 （Environmental Management and Modeling）。区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。

（6）应急响应 （Emergency Response）。解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、配备相应的运输和保障设施的问题。

（7）地学研究与应用 （Application in Geo Science）。地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。

（8）商业与市场 （Business and Marketing）。商业设施的建立应充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时，甚至商场销售产品的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构 （年龄构成、性别构成、文化水平）及消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。

（9）基础设施管理 （Facilities Management）。城市的地上地下基础设施 （电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等）广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。

（10）选址分析 （Site Selecting Analysis）。根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。

（11）网络分析 （Network System Analysis）。建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，进行交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件 （爆管、断路）等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。

（12）可视化应用 （Visualization Application）。以数字地形模型为基础，建立城市、区域、大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。

（13）分布式地理信息应用 （Distributed Geographic Information Application）。随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统可以实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。