第三章物流信息系統(tǒng)的支撐技術(shù)4-GIS

第四節(jié)

地理信息系統(tǒng)

（GeographicInformationSystem，GIS）

學習思路:什么是GIS?定義及特點GIS的組成GIS功能及工作流程GIS的應用1、地理：地球表面各種自然現(xiàn)象和人文現(xiàn)象以及他們之間的相互關(guān)系和區(qū)域分異。2、地理數(shù)據(jù)：用來描述地球表面所有要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布、聯(lián)系和規(guī)律信息的數(shù)字、文字、圖像和圖形和聲音符號的總稱。珠穆朗瑪峰高程為8848.13米———————數(shù)字北京位于華北平原的西北部———————文字衛(wèi)星遙感發(fā)回地表植物土壤分布狀態(tài)———圖象地圖上描繪了七大洲四大洋地理分布———圖形輸入北京位置坐標，發(fā)聲“這里是北京”——聲音

一、基本概念衛(wèi)星遙感圖3、地理信息：有關(guān)地理實體性質(zhì)、特征和運動狀態(tài)的表征?；蛞磺信c空間位置有關(guān)的信息都叫地理信息。地理信息的載體－－地圖地圖是地理信息最常見的載體，地圖表現(xiàn)了各種地理要素的數(shù)量、質(zhì)量特征及時空關(guān)系。地圖是地理信息系統(tǒng)中不可缺少的工具。4、地理信息系統(tǒng)（GIS）：地理信息系統(tǒng)是一種能把圖形管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，對各種空間信息進行收集、儲存、分析和可視化表達的信息處理與管理系統(tǒng)。例如:一條道路或一幢房子的空間位置、幾何形態(tài)，以及道路的類別、寬度、建筑材料種類，房子的主人、建筑年代等輸入到計算機中，借助計算機的硬件、軟件對之進行各種查詢和分析，并以地圖的表現(xiàn)形式顯示出來。二、地理信息系統(tǒng)的組成（五個部分）：硬

件軟件數(shù)據(jù)人員方

法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、鼠標計算機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1、計算機硬件系統(tǒng)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GIS2、計算機軟件系統(tǒng)（三大板塊）GIS中有三種數(shù)據(jù)，即空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)是描述目標的空間位置、幾何形態(tài)以及與其他目標的空間關(guān)系的數(shù)據(jù)。例如描述一幢房子位置和形狀的坐標數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)通常是通過測繪手段獲取的（包括地圖、遙感、GPS等）。屬性數(shù)據(jù)指描述空間目標的社會或自然屬性的數(shù)據(jù)，如房子的戶主、建筑年代、建筑材料等。

3、地理數(shù)據(jù)（1）低級技術(shù)人員：不必知道GIS如何工作，任務是數(shù)據(jù)的輸入、結(jié)果的輸出等。（2）業(yè)務操作人員：運行和完成應用任務。（3）軟件技術(shù)人員：開發(fā)及數(shù)學模型的建立，應熟練掌握GIS的操作。（4）科研人員：利用GIS進行科研工作，并提出新的應用項目、新的要求和功能。（5）管理人員：包括決策和公關(guān)等人員，應懂得GIS技術(shù)，能介紹GIS的功能，尋找用戶等。GIS咨詢

管理

信息管理

數(shù)據(jù)整理

4、管理和操作人員

模型是在對專業(yè)領(lǐng)域的具體對象與過程進行大量研究的基礎上總結(jié)出來的規(guī)律表示。GIS利用這些模型對大量空間數(shù)據(jù)進行分析綜合來解決實際問題的。如基于GIS的礦產(chǎn)資源評價模型、災害評價模型等。例：公園選址5、方法（模型）GIS的基本功能分為數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)編輯與管理、空間查詢與空間分析、可視化表達與輸出四個方面。

1、數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)輸入主要是指將地圖數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和文字報告等輸入、轉(zhuǎn)換成計算機可處理的數(shù)字形式的過程。2、數(shù)據(jù)編輯與管理。數(shù)據(jù)編輯主要是指屬性編輯和圖形編輯。屬性編輯主要與數(shù)據(jù)庫管理結(jié)合在一起完成，圖形編輯主要包括拓撲關(guān)系建立、圖形編輯、圖形整修、圖幅拼接、圖形變換、誤差校正等功能。3、空間查詢和空間分析功能。這是GIS的核心功能GIS可以在各種咨詢服務中為房地產(chǎn)開發(fā)商找到適合于開發(fā)的土地；房地產(chǎn)經(jīng)紀人可以用GIS在一定的區(qū)域內(nèi)尋找滿足例如小高層、三房兩廳等條件的所有房屋，并可列出這些房屋的所有特點；農(nóng)業(yè)人員利用GIS找尋糧食、土壤和天氣之間的相關(guān)關(guān)系等。三、地理信息系統(tǒng)的基本功能

如在這片水域周圍100m范圍內(nèi)有多少房子？這家商店附近10km范圍內(nèi)有多少消費者？在這口井周圍500m范圍內(nèi)某種作物種植了多大面積？為了回答這些問題，GIS使用一個稱為緩沖區(qū)的分析方法來確定要素間的鄰近關(guān)系。

緩沖區(qū)又稱影響區(qū)或影響帶，是指圍繞某一地理要素一定寬度的區(qū)域。如分析商場的市場區(qū)域，道路沿線的地價變化等（圖4一13）。

【實例】緩沖區(qū)分析例子。有時需要對同一個對象生成多個緩沖區(qū)，如黃浦江上游淀山湖沿岸500m范圍內(nèi)不得建立永久性建筑物，5km范圍內(nèi)不得有污染性工業(yè)。這個向題的實質(zhì)是以淀山湖為多邊形對象，分別生成500m和5000m為半徑的兩個緩沖區(qū)?！緦嵗俊緦嵗烤W(wǎng)絡路徑分析盡管城區(qū)街道錯綜復雜，用電子交通圖就可迅速查詢各種有關(guān)的情況。在電子交通圖上查詢最短路徑。圖中的白色方塊分別代表指定查詢道路的起點與終點，銀灰色和粉紅色道路分別是兩次查詢出來的最短路徑。

網(wǎng)絡路徑分析主要包括最佳路徑分析、網(wǎng)絡追蹤分析和輻射區(qū)分析等。4、可視化表達與輸出可視化表達與輸出通常以人機交互方式來選擇顯示的對象與形式，對于圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)要素的信息密集程度，可選擇放大或縮小顯示。GIS不僅可以輸出全要素地圖，還可以根據(jù)用戶需要，分層輸出各種專題圖、各類統(tǒng)計圖、圖表及數(shù)據(jù)等，（圖）為通過屏幕顯示地圖。暈渲地形圖普通地圖（1）地圖

地圖是空間實體的符號化模型，是地理信息系統(tǒng)產(chǎn)品的主要表現(xiàn)形式（如圖)。

【實例】地理信息系統(tǒng)輸出產(chǎn)品類型

統(tǒng)計表格將數(shù)據(jù)直接表示在表格中，使讀者可直接看到具體數(shù)據(jù)值（圖4-22、圖4一23、圖4－24）。

統(tǒng)計圖表與地圖的綜合使用形成專題地圖（圖4－25）。（3）統(tǒng)計圖表四、地理信息系統(tǒng)的類型（1）專題地理信息系統(tǒng)（2）區(qū)域信息系統(tǒng)（3）地理信息系統(tǒng)工具或地理信息系統(tǒng)外殼1、GIS技術(shù)在物流領(lǐng)域的應用GIS物流分析軟件集成了運輸路線模型、空間查詢模型、網(wǎng)絡物流模型、配送區(qū)域劃分模型和設施定位模型等。(1)網(wǎng)絡物流模型。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)點布局問題。如將貨物從N個倉庫送到M個商店，每個商店都有固定的需求量，因此需要確定由哪個倉庫提貨送給哪個商店，所耗的運輸代價最小。包括決定使用多少運輸工具，每部運輸工具的行駛路線等。五、地理信息系統(tǒng)的應用(2)配送區(qū)域劃分模型。根據(jù)各個要素的相似點把同一層上的所有或部分要素分為幾個組，用以解決確定服務范圍和銷售市場范圍等問題。如某一公司要設立X個分銷點，要求這些分銷點要覆蓋某一地區(qū)，而且要使每個分銷點的顧客數(shù)目大致相等。(3)設施定位模型。在物流系統(tǒng)中，倉庫和運輸線共同組成了物流網(wǎng)絡，倉庫處于網(wǎng)絡的節(jié)點上，節(jié)點決定著線路，如何根據(jù)供求實際需要并結(jié)合經(jīng)濟效益原則，在既定區(qū)域內(nèi)設立多少個倉庫，每個倉庫的位置、規(guī)模，以及倉庫之間的物流關(guān)系等，運用此模型均能很容易地得到解決。(4)運輸路線模型。用于解決一個起始點、多個終點的貨物運輸中，如何降低物流作業(yè)費用，并保證服務質(zhì)量的問題。(5)空間查詢模型。如可以查詢以某一商業(yè)網(wǎng)點為圓心某半徑內(nèi)配送點的數(shù)目，以此判斷哪一個配送中心距離最近，為安排配送做準備。案例:GIS在醫(yī)療救護中的應用當患者向監(jiān)控中心請求急救時，監(jiān)控中心可以從GIS電子地圖上查看到患者的具體位置并同時搜索最近的急救車輛，讓最近的車輛前去接患者?；颊哌M入救護車后，監(jiān)控中心可以通過雙向通話功能，指導救護車上的醫(yī)生實施救護治療，同時通過GIS的最優(yōu)路徑功能，給救護車指引道路，使其以最快的速度到達醫(yī)院或急救中心。而在救護車行進的過程中，患者的家屬可以通過Internet立即上網(wǎng)查詢救護車的行進位置及患者的狀態(tài)信息。通過GIS并結(jié)合GPS和GSM無線通信及網(wǎng)絡，使患者、家屬、救護車及醫(yī)生之間建立了無縫溝通體系，最終使患者能得到快速、及時的治療。

政府部門的GIS，首先是完成各種基礎地理信息數(shù)據(jù)，為社會和個人提供專業(yè)信息查詢等。其應用包括設備管理、醫(yī)療衛(wèi)生、旅游、公交、電信、房地產(chǎn)、城市規(guī)劃、水利項目等。

3、社會個人的GIS應用

滿足諸如出行最優(yōu)線路選擇、公共服務設施定位、旅游線路選擇和網(wǎng)絡虛擬等需要。最近個人應用GIS的參與者越來越多，規(guī)模也越來越大。

2、GIS在政府部門的應用六、地理信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢GIS網(wǎng)絡化GIS標準化數(shù)據(jù)商業(yè)化系統(tǒng)專門化GIS企業(yè)化GIS全球化GIS大眾化1、GIS與地圖學GIS是以地圖數(shù)據(jù)庫為基礎，其最終產(chǎn)品之一也是地圖，兩者都是地理學的信息載體，同樣具有存儲分析和顯示的功能。GIS是地圖學理論、方法與功能的延伸，地圖學與GIS是一脈相承的，它們都是空間信息處理的學科，只不過地圖學強調(diào)圖形信息傳輸，而GIS則強調(diào)空間數(shù)據(jù)處理與分析。七、GIS與其它信息技術(shù)的區(qū)別數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）專門研究如何存儲和管理所有類型的數(shù)據(jù)，其中包括地理數(shù)據(jù)。DBMS使存儲和查找數(shù)據(jù)最優(yōu)化，許多GIS需要包含DBMS。但是，許多DBMS數(shù)據(jù)表示不直觀，沒有空間概念，即使存儲了圖形，也只是以文件形式管理，圖形要素不能分解查詢。而GIS具有以某種選定的方式對空間數(shù)據(jù)進行解釋和判斷的能力，而不是簡單的數(shù)據(jù)管理，這種能力使用戶能得到關(guān)于數(shù)據(jù)的知識，因此，GIS是能對空間數(shù)據(jù)進行分析的DBMS。例如，電話查號臺可看做一個一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它只能回答用戶所詢問的電話號碼，而GIS除了可查詢電話號碼外，還可提供電話用戶的地理分布、空間密度、最近的郵電局等信息。

2、GIS與一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）3、GIS與計算機地圖制圖GIS應用于地圖制圖，可實現(xiàn)地圖圖形數(shù)字化，建立圖形和屬性兩類數(shù)據(jù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫。而計算機地圖制圖主要考慮可視材料的顯示和處理，考慮地形、地物和各種專題要素在圖上的表示，計算機地圖制圖通常只有圖形數(shù)據(jù)，不太注重可視實體具有或不具有的非圖形屬性，而這種屬性卻是地理分析中非常有用的數(shù)據(jù)。GIS既注重實體的空間分布又強調(diào)它們的顯示方法和顯示質(zhì)量，強調(diào)的是信息及其操作，不僅有圖形數(shù)據(jù)庫，還有非圖形數(shù)據(jù)庫，并且可綜合兩者的數(shù)據(jù)進行深層次的空間分析，提供對規(guī)劃、管理和決策有用的信息。數(shù)字地圖是GIS的數(shù)據(jù)源，也是GIS的表達形式，計算機地圖制圖是GIS的重要組成部分。4、GIS與計算機輔助設計（CAD）CAD主要用來代替或輔助工程師們進行各種設計工作，它可繪制各種技術(shù)圖形，大至飛機，小至微芯片等，也可與計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)共同用于產(chǎn)品加工中的實時控制。GIS與CAD系統(tǒng)的共同特點是兩者都有空間坐標，都能把目標和參考系統(tǒng)聯(lián)系起來，都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關(guān)系，也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。它們的主要區(qū)別是：CAD處理的多為規(guī)則幾何圖形及其組合，它的圖形功能尤其是三維圖形功能極強，屬性功能相對要弱，采用的一般是幾何坐標系。而GIS處理的多為自然目標，有多維特征（海岸線、地形等高線等），因而圖形處理的難度大。GIS采用的多是大地