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由蜂窝移动通信网与全球定位系统（Global Positioning System）相结合所提供的移动定位服务，离不开地理信息系统（GIS）与电子地图。利用GIS和电子地图使用户可以直观地使用定位服务，例如GIS可将电子地图和移动终端位置同时显示在移动终端屏幕上完成导航、导购、导游等移动定位应用，或将电子地图和移动终端位置同时显示在移动定位中心的计算机屏幕上完成车辆的跟踪、指挥、调度、报警等移动定位应用。
地理信息系统(GIS)
物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中80％以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（GIS）作为获取、处理、管理和分析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。
GIS是在计算机软硬件技术支持下，采集、存储、管理、检索和综合分析各种地理空间信息，以多种形式输出数据或图形产品的计算机系统。它能快速的进行信息模拟，且能够避免错误决策所带来的损失。因此也可以说，GIS是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。正是通过对这些信息的分类、评价、分析才能得到对决策起指导作用的信息与知识。
GIS的应用范围很宽，当行业应用和地理空间位置有关时，都可以采用GIS技术。因篇幅所限，以下仅列举部分应用：（1）在资源管理方靣的应用，如地籍信息系统、林业资源管理信息系统、地下管线设施管理信息系统、矿产资源管理信息系统、污染源管理信息系统、旅游资源管理信息系统等；（2）在辅助决策方面的应用，如疾病/林火等突发事件的监测与预警、设施故障处理、基站选址、企业选址、客户分布管理、房地产管理等；（3）在交通运输方面的应用，如城市交通管理系统、车辆导航、车辆调度指挥/调度系统、物流系统等。
电子地图
电子地图是地图制作和应用的一个计算机系统，是数字化和矢量化了的地图。地图矢量化有两种含义：一是指将地图底图上各种信息（道路、区块、轮廓等）的xy坐标转换为经纬度或大地坐标；二是指将各种地理信息（车站、银行、超市、医院等）在定位（矢量化）后分层叠加到电子地图上，形成电子地图的各个图层。电子地图可以存放在数字存储介质上，例如磁带、硬盘、软盘、U盘、CD-ROM等。
1．电子地图的优点
(1) 交互性：电子地图是使用者在不断与计算机的交互过程中动态生成的，使用者可以指定地图显示范围、显示图层、设定地图比例尺等要素；(2) 无级缩放：纸质地图的比例尺是不变的。而电子地图则可以任意无级缩放和开窗显示，以满足各种应用的需求；(3) 无缝：纸质地图受纸张幅面大小限制，图幅有一定范围，一个地区可能需要多张图幅才能容纳。而电子地图却能漫游和平移，因此地图范围没有任何限制；(4) 信息丰富：纸质地图能反映的信息量有限，只能采用地图符号的结构、色彩和大小来反映地物的属性。而电子地图可配合外挂的数据库工作，通过点击地图上含索引链接的图标或文字，可以查询所需的图层信息，地图的内容不会受到任何限制；(5) 共享性：数字化使信息容易复制、传播和共享。 电子地图能够大量无损复制, 并且能通过计算机网络传播。在Internet上也有了地图库，使用者能迅速方便地查找到世界上很多地区和各种类型的地图。
2．创建地图
以下以GPS/GSM城市车辆调度系统所使用的电子地图为例，介绍电子地图的制作过程。该系统与GIS应是息息相关的，这是因为几乎所有在车辆调度中所涉及的数据都包含有地理属性。利用这种地理属性我们可以将不同数据库中的数据建立关联，并在同一地图环境下进行显示。在本例中我们将使用GIS的一种软件工具Mapinfo，通过Mapinfo能够迅速揭示各种数据间的关系。
在车辆调度系统的设计过程中，首先要创建电子地图（将纸质地图数字化和将地图的xy坐标转换为经纬度矢量化后的地图），并要使电子地图和客户需求直接联系起来。亦就是说，地图要包含各数据库的空间数据。这样，创建电子地图的过程亦就是把各地理数据信息地图化（即定位或矢量化）的过程。
例如，设计人员在接受某市车辆调度系统设计任务后，首先以该城市的纸质地图，作为用Mapinfo软件创建电子地图的蓝本。设计人员在将该纸质地图进行扫描创建栅格图像之后，再将栅格地图的控制点（特征点）矢量化形成已定位的栅格地图（即矢量底图）后，就可将Mapinfo数据（带有定位信息的矢量化数据）分层覆盖在底图上，例如：街道、重要建筑物、公共服务设施、景点、行政区块等。其中的街道可能是该城市栅格地图上的原始信息，因为需要在街道中行驶矢量化（带有位置经纬度）的车辆标识，故对底图上已有的街道需要矢量化。其它原先底图上没有的标识，如公共服务设施等，则应根据其在地图中的位置建立矢量数据后，再分层叠加到底图上。在原始底图上完成这些工作后，即建立了适用于该城市车辆调度使用的分层矢量地图。
要想把矢量数据覆盖到城市栅格图像上，很重要的一点是提供准确的控制点位置信息，应选择那些容易辨认的点，如交叉点等作为控制点。在矢量底图上标识出控制点的坐标与栅格图像对应点相匹配，使得Mapinfo能确定底图的位置、比例和旋转，从而可将矢量数据正确地覆盖到底图上。所有这些信息被存储在配准过程所创建的表格（.tab文件）之中。
3．电子地图的分层
Mapinfo以表格形式组织地理信息，即根据在矢量地图上所需建立的地理信息创建各种表格。把数据库内的表格信息通过图层，一层一层地叠加上去，使之成为一幅完整的电子地图。例如我们可以创建道路表，建筑物表、公共设施表、景点表等，使地图中包含有客户应用所需要的各种空间信息。
用于车辆监控、调度系统电子地图图层一般包括下列层面：图廓；基本地区底图；道路；交通方向线路；交通管制区块；重点单位及重点建筑分布；公共服务设施（大商场、旅店、饭店、俱乐部、学校、影剧院、医院、加油站等）；专用设施（水源、消防栓、交通岗亭、公交车车站等）；交警中队、派出所警力分布；案件及事故分布；车辆信息库。一般较复杂的电子地图具有上百个图层，用于在底图上显示各类地理空间信息。
GPS与GIS的业务应用
全球定位系统（GPS）是全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统，可提供三维位置、三维速度和高精度的时间信息。它由空间星座、地面监控和GPS接收终端三大部分组成。空间星座由24颗卫星组成，分布在6个圆形轨道上，每个轨道上有4颗卫星。地面监控站系统由一个主控站、五个监控站和三个注入站（向卫星发射更新的导航数据）组成，负责数据采集、故障诊断、跟踪监控等工作。GPS接收终端在全球任何地方，任一时刻均能至少观测到4颗卫星，GPS终端可根据接收到4颗卫星的导航信息，计算出自己的三维位置（经纬度与海拔高度）、运动速度与方向以及精确的时间信息。
对于GIS来说，GPS提供了一种极为重要的实时、动态、精确获取空间数据的方法，是GIS的重要数据源，GPS大大地拓展了GIS的应用领域和应用方式。而对于GPS来说，GIS是一种重要的空间数据处理、集成和应用工具。二者紧密联系，共同开创和深化更多领域的空间应用。下面以GPS/GSM车辆监控、调度系统为例探讨GPS与GIS在移动定位业务中的应用。
本系统利用GSM数字移动通信网（SMS或GPRS）作为监控中心与移动目标之间的信息传输媒介，综合运用GPS和基于电子地图的GIS相关技术，实现对移动目标的位置及状态监控、调度管理、报警求助、导航和信息咨询等服务。在此基础上亦可针对移动目标的不同类型，对部分功能予以优化，建立各种专用的车辆监控/调度系统，从而满足各种不同类型移动目标的服务需要。
系统的应用范围包括：客运车辆、货运车辆、出租车、公安车辆、消防车辆、邮政车辆、医疗急救车、社会车辆等。
1．应用技术
(1) 定位技术：目前，车载终端多数采用GPS定位技术，亦可采用蜂窝移动通信网络定位技术。
(2) 定位数据传输技术：利用GSM网的SMS或GPRS数据承载通道传送定位数据、监控和告警等数据。
(3) GIS技术：GIS技术将定位信息（经、纬度）和电子地图相结合，将地图和移动目标位置同时显示在车载台的屏幕上或计算机屏幕上，使用户可以直观地使用各种地理信息和车辆定位服务。
(4) Web GIS技术：Web GIS技术利用互联网，在Web上发布空间数据，并将空间数据以电子地图与移动目标轨迹的形式，直观地展现在页面上供签约用户浏览。
(5) 局域网技术：调度中心的通信、GIS、数据库、Web等服务器和GPS差分站等由局域网互联组成车辆监控、调度中心。
(6) 呼叫中心技术：很多车辆调度中心同时亦是呼叫中心，例如出租车调度中心亦是乘客要车的出租车呼叫中心；110/119车辆指挥、调度中心亦是110/119接警、处警中心。
2．系统功能
(1) 车辆定位功能：车载终端利用GPS定位技术对车辆进行定位，并通过GSM网的数据承载通道传送车辆定位数据，无论车辆行驶到哪里，都受到中心的监控。
(2) 移动目标的电子地图显示：在指挥/调度中心屏幕的电子地图上，用图标形式直观显示一个或多个移动目标的实时位置，移动目标的GPS定位信息不断改变，在电子地图上可以自动跟踪其行驶轨迹。
(3) 调度功能：调度中心的调度员，可以在中心显示屏的电子地图上，找到被监控车辆的具体位置。例如：出租车公司的调度员根据要车客户的地点，可在相应区域的电子地图上查找离客户最近的一辆空载出租车进行调度。货运公司的调度员除了掌握每部货车的位置外，还可根据货运情况对司机进行调度，让他们就近运送货物，用以减少车辆的空载率，降低货运成本。
调度员可通过GSM网的话音信道进行话音调度；亦可利用GSM网的SMS通道和车载台的调度显示屏进行短信调度和发布信息（例：交通信息、单位通知等），用以实现单位车辆的统一调配与管理或出租车、公交车、长途客车和特种车辆的统一调度、指挥。
(4) 话音功能：在车辆正常运作时，车载台可作为手机使用，是一台移动的公共电话。
(5) 报警功能：包括防盗报警、遇劫报警、人工报警、交通事故报警等。在车辆被盗、遇劫等情况下，监控中心进入出事车辆监控程序，除了实时监控出事车辆的情况外，并可以记录车辆位置、方向、速度和记录行车轨迹供事后回放；监听出事后车内的对话与其它声响并进行录音，为日后的案件处理提供证据。遥控车辆断油、熄火、锁车门等迫使报警车辆停在原地，以便执法人员赶到现场进行处理。
(6) 信息查讯功能：授权用户可通过电话或浏览互联网向监控中心查询，相关车辆实时位置信息或所保存的历史信息。
(7) 车载导航功能（可选）：在车载终端中采用大屏幕显示、将车辆自身的GPS定位图标显示在车载终端的电子地图上，用以实现自导航功能。并可查讯周围医院、银行、旅馆、商场、景点、加油站等公共设施的位置与相关信息。
(8) 其它功能：例如，车辆行驶轨迹存储与回放、给司机导航和选择最佳路线、目标距离估算、盲区航迹推算、与110台联网、交通智能管理等。
可以预见，由蜂窝移动通信网与GPS、GIS、电子地图相结合所提供的各种移动定位应用，将有可能成为未来公众蜂窝移动通信网的一种“杀手锏”应用。
编辑/王砾瑟 [email protected]
地理信息系统(GIS)
物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中80％以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统（GIS）作为获取、处理、管理和分析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。
GIS是在计算机软硬件技术支持下，采集、存储、管理、检索和综合分析各种地理空间信息，以多种形式输出数据或图形产品的计算机系统。它能快速的进行信息模拟，且能够避免错误决策所带来的损失。因此也可以说，GIS是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。正是通过对这些信息的分类、评价、分析才能得到对决策起指导作用的信息与知识。
GIS的应用范围很宽，当行业应用和地理空间位置有关时，都可以采用GIS技术。因篇幅所限，以下仅列举部分应用：（1）在资源管理方靣的应用，如地籍信息系统、林业资源管理信息系统、地下管线设施管理信息系统、矿产资源管理信息系统、污染源管理信息系统、旅游资源管理信息系统等；（2）在辅助决策方面的应用，如疾病/林火等突发事件的监测与预警、设施故障处理、基站选址、企业选址、客户分布管理、房地产管理等；（3）在交通运输方面的应用，如城市交通管理系统、车辆导航、车辆调度指挥/调度系统、物流系统等。
电子地图
电子地图是地图制作和应用的一个计算机系统，是数字化和矢量化了的地图。地图矢量化有两种含义：一是指将地图底图上各种信息（道路、区块、轮廓等）的xy坐标转换为经纬度或大地坐标；二是指将各种地理信息（车站、银行、超市、医院等）在定位（矢量化）后分层叠加到电子地图上，形成电子地图的各个图层。电子地图可以存放在数字存储介质上，例如磁带、硬盘、软盘、U盘、CD-ROM等。
1．电子地图的优点
(1) 交互性：电子地图是使用者在不断与计算机的交互过程中动态生成的，使用者可以指定地图显示范围、显示图层、设定地图比例尺等要素；(2) 无级缩放：纸质地图的比例尺是不变的。而电子地图则可以任意无级缩放和开窗显示，以满足各种应用的需求；(3) 无缝：纸质地图受纸张幅面大小限制，图幅有一定范围，一个地区可能需要多张图幅才能容纳。而电子地图却能漫游和平移，因此地图范围没有任何限制；(4) 信息丰富：纸质地图能反映的信息量有限，只能采用地图符号的结构、色彩和大小来反映地物的属性。而电子地图可配合外挂的数据库工作，通过点击地图上含索引链接的图标或文字，可以查询所需的图层信息，地图的内容不会受到任何限制；(5) 共享性：数字化使信息容易复制、传播和共享。 电子地图能够大量无损复制, 并且能通过计算机网络传播。在Internet上也有了地图库，使用者能迅速方便地查找到世界上很多地区和各种类型的地图。
2．创建地图
以下以GPS/GSM城市车辆调度系统所使用的电子地图为例，介绍电子地图的制作过程。该系统与GIS应是息息相关的，这是因为几乎所有在车辆调度中所涉及的数据都包含有地理属性。利用这种地理属性我们可以将不同数据库中的数据建立关联，并在同一地图环境下进行显示。在本例中我们将使用GIS的一种软件工具Mapinfo，通过Mapinfo能够迅速揭示各种数据间的关系。
在车辆调度系统的设计过程中，首先要创建电子地图（将纸质地图数字化和将地图的xy坐标转换为经纬度矢量化后的地图），并要使电子地图和客户需求直接联系起来。亦就是说，地图要包含各数据库的空间数据。这样，创建电子地图的过程亦就是把各地理数据信息地图化（即定位或矢量化）的过程。
例如，设计人员在接受某市车辆调度系统设计任务后，首先以该城市的纸质地图，作为用Mapinfo软件创建电子地图的蓝本。设计人员在将该纸质地图进行扫描创建栅格图像之后，再将栅格地图的控制点（特征点）矢量化形成已定位的栅格地图（即矢量底图）后，就可将Mapinfo数据（带有定位信息的矢量化数据）分层覆盖在底图上，例如：街道、重要建筑物、公共服务设施、景点、行政区块等。其中的街道可能是该城市栅格地图上的原始信息，因为需要在街道中行驶矢量化（带有位置经纬度）的车辆标识，故对底图上已有的街道需要矢量化。其它原先底图上没有的标识，如公共服务设施等，则应根据其在地图中的位置建立矢量数据后，再分层叠加到底图上。在原始底图上完成这些工作后，即建立了适用于该城市车辆调度使用的分层矢量地图。
要想把矢量数据覆盖到城市栅格图像上，很重要的一点是提供准确的控制点位置信息，应选择那些容易辨认的点，如交叉点等作为控制点。在矢量底图上标识出控制点的坐标与栅格图像对应点相匹配，使得Mapinfo能确定底图的位置、比例和旋转，从而可将矢量数据正确地覆盖到底图上。所有这些信息被存储在配准过程所创建的表格（.tab文件）之中。
3．电子地图的分层
Mapinfo以表格形式组织地理信息，即根据在矢量地图上所需建立的地理信息创建各种表格。把数据库内的表格信息通过图层，一层一层地叠加上去，使之成为一幅完整的电子地图。例如我们可以创建道路表，建筑物表、公共设施表、景点表等，使地图中包含有客户应用所需要的各种空间信息。
用于车辆监控、调度系统电子地图图层一般包括下列层面：图廓；基本地区底图；道路；交通方向线路；交通管制区块；重点单位及重点建筑分布；公共服务设施（大商场、旅店、饭店、俱乐部、学校、影剧院、医院、加油站等）；专用设施（水源、消防栓、交通岗亭、公交车车站等）；交警中队、派出所警力分布；案件及事故分布；车辆信息库。一般较复杂的电子地图具有上百个图层，用于在底图上显示各类地理空间信息。
GPS与GIS的业务应用
全球定位系统（GPS）是全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统，可提供三维位置、三维速度和高精度的时间信息。它由空间星座、地面监控和GPS接收终端三大部分组成。空间星座由24颗卫星组成，分布在6个圆形轨道上，每个轨道上有4颗卫星。地面监控站系统由一个主控站、五个监控站和三个注入站（向卫星发射更新的导航数据）组成，负责数据采集、故障诊断、跟踪监控等工作。GPS接收终端在全球任何地方，任一时刻均能至少观测到4颗卫星，GPS终端可根据接收到4颗卫星的导航信息，计算出自己的三维位置（经纬度与海拔高度）、运动速度与方向以及精确的时间信息。
对于GIS来说，GPS提供了一种极为重要的实时、动态、精确获取空间数据的方法，是GIS的重要数据源，GPS大大地拓展了GIS的应用领域和应用方式。而对于GPS来说，GIS是一种重要的空间数据处理、集成和应用工具。二者紧密联系，共同开创和深化更多领域的空间应用。下面以GPS/GSM车辆监控、调度系统为例探讨GPS与GIS在移动定位业务中的应用。
本系统利用GSM数字移动通信网（SMS或GPRS）作为监控中心与移动目标之间的信息传输媒介，综合运用GPS和基于电子地图的GIS相关技术，实现对移动目标的位置及状态监控、调度管理、报警求助、导航和信息咨询等服务。在此基础上亦可针对移动目标的不同类型，对部分功能予以优化，建立各种专用的车辆监控/调度系统，从而满足各种不同类型移动目标的服务需要。
系统的应用范围包括：客运车辆、货运车辆、出租车、公安车辆、消防车辆、邮政车辆、医疗急救车、社会车辆等。
1．应用技术
(1) 定位技术：目前，车载终端多数采用GPS定位技术，亦可采用蜂窝移动通信网络定位技术。
(2) 定位数据传输技术：利用GSM网的SMS或GPRS数据承载通道传送定位数据、监控和告警等数据。
(3) GIS技术：GIS技术将定位信息（经、纬度）和电子地图相结合，将地图和移动目标位置同时显示在车载台的屏幕上或计算机屏幕上，使用户可以直观地使用各种地理信息和车辆定位服务。
(4) Web GIS技术：Web GIS技术利用互联网，在Web上发布空间数据，并将空间数据以电子地图与移动目标轨迹的形式，直观地展现在页面上供签约用户浏览。
(5) 局域网技术：调度中心的通信、GIS、数据库、Web等服务器和GPS差分站等由局域网互联组成车辆监控、调度中心。
(6) 呼叫中心技术：很多车辆调度中心同时亦是呼叫中心，例如出租车调度中心亦是乘客要车的出租车呼叫中心；110/119车辆指挥、调度中心亦是110/119接警、处警中心。
2．系统功能
(1) 车辆定位功能：车载终端利用GPS定位技术对车辆进行定位，并通过GSM网的数据承载通道传送车辆定位数据，无论车辆行驶到哪里，都受到中心的监控。
(2) 移动目标的电子地图显示：在指挥/调度中心屏幕的电子地图上，用图标形式直观显示一个或多个移动目标的实时位置，移动目标的GPS定位信息不断改变，在电子地图上可以自动跟踪其行驶轨迹。
(3) 调度功能：调度中心的调度员，可以在中心显示屏的电子地图上，找到被监控车辆的具体位置。例如：出租车公司的调度员根据要车客户的地点，可在相应区域的电子地图上查找离客户最近的一辆空载出租车进行调度。货运公司的调度员除了掌握每部货车的位置外，还可根据货运情况对司机进行调度，让他们就近运送货物，用以减少车辆的空载率，降低货运成本。
调度员可通过GSM网的话音信道进行话音调度；亦可利用GSM网的SMS通道和车载台的调度显示屏进行短信调度和发布信息（例：交通信息、单位通知等），用以实现单位车辆的统一调配与管理或出租车、公交车、长途客车和特种车辆的统一调度、指挥。
(4) 话音功能：在车辆正常运作时，车载台可作为手机使用，是一台移动的公共电话。
(5) 报警功能：包括防盗报警、遇劫报警、人工报警、交通事故报警等。在车辆被盗、遇劫等情况下，监控中心进入出事车辆监控程序，除了实时监控出事车辆的情况外，并可以记录车辆位置、方向、速度和记录行车轨迹供事后回放；监听出事后车内的对话与其它声响并进行录音，为日后的案件处理提供证据。遥控车辆断油、熄火、锁车门等迫使报警车辆停在原地，以便执法人员赶到现场进行处理。
(6) 信息查讯功能：授权用户可通过电话或浏览互联网向监控中心查询，相关车辆实时位置信息或所保存的历史信息。
(7) 车载导航功能（可选）：在车载终端中采用大屏幕显示、将车辆自身的GPS定位图标显示在车载终端的电子地图上，用以实现自导航功能。并可查讯周围医院、银行、旅馆、商场、景点、加油站等公共设施的位置与相关信息。
(8) 其它功能：例如，车辆行驶轨迹存储与回放、给司机导航和选择最佳路线、目标距离估算、盲区航迹推算、与110台联网、交通智能管理等。
可以预见，由蜂窝移动通信网与GPS、GIS、电子地图相结合所提供的各种移动定位应用，将有可能成为未来公众蜂窝移动通信网的一种“杀手锏”应用。
编辑/王砾瑟 [email protected]