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应用
一、全球卫星定位系统的简介
(一)全球卫星定位系统的定义及定位原理
利用GPS定位卫星,在全球范围内实时进行定位、导航的系统,称为全球卫星定位系统,简称GPS。
它是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。
GPS是由空间部分、地面控制系统和用户设备这三个部分构成。
其中,空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200千米的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个4颗),轨道倾角为55度。
除此之外,还有3颗有源备份卫星在轨运行。
地面控制系统是由监测站、主控制站和地面天线组成。
GPS的定位利用了位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网,向地球不断发射定位及时间信号。
地球上的任何一个GPS接收机,只要接收到四颗以上的卫星发出的信号,经过计算处理后,就可报出GPS目标的位置(经度、纬度、高度)、时间和运动状态(速度、航向)。
数据会适时地通过无线通讯网络传送到主控制基地中心,而后者在具有强大地理信息处理、查询功能的电子地图上进行运动轨迹的显示,并能对准确位置、速度、运动方向、状态等参数进行监控和查询。
(二)全球卫星定位系统的应用领域
全球定位系统的主要用途:
(1)陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等。
(2)海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等。
(3)航空航天应用,包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
(三)全球卫星定位系统的形成历史
1957年10月,前苏联成功的发射了世界上第一颗人造地球卫星,这表明人类后正式跨入了空间科学技术迅速发展的新时代。
1958年底,美国海军武器实验室着手研制为美国军用舰艇导航服务的卫星导航系统“海军卫星导航系统”(NNSS)。
在该系统中,所有卫星轨道都通过地球的南北两极,卫星的轨迹与地球的子午圈重合,故称其为“子午仪卫星导航系统”。
1964年1月该系统研制成功,它用于北极星核潜艇的导航定位,并逐步应用于其他各种舰艇的导航定位。
1967年7月29日,美国宣布“子午仪卫星导航系统”的部分导航电文解密,供民间商业应用,为远洋船舶导航和海上定位服务,随着对子午仪卫星导航系统技术的进一步改善,提高了卫星轨道测定的精度,改进了用户接收机的性能。
1973年,美国国防部组织海陆空三军,共同研究建立新一代卫星导航系统“授时与测距导航系统”,其简称为“全球定位系统(GPS)”。
它奠定了新一代的卫星定位系统的基础。
(四)全球卫星定位系统的发展阶段
GPS实发展历程共有三个阶段:
(1)第一阶段为原理方案和初步设计阶段。
从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星。
研制了地面接收机及建立地面跟踪网。
(2)第二阶段为系统的研制和试验阶段。
从1979年到1984年,又陆续发射了7颗试验卫星,研制了各种用途接收机。
实验表明,GPS定位精度远远超过了它的设计标准,由此证明了GPS计划的成功性。
(3)第三阶段为最后的工程发展与完成阶段。
1989年2月4日,第一颗GPS工作卫星发射成功,到1994年3月共研制发射了28颗工作卫星。
且至1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS星座已经建成。
GPS计划从提出到建成使用经历了20余年,耗资百亿美元,在美国空间项目建设史上写下了光辉的一笔。
GPS从根本上解决了人类在地球及其周围空间的导航及定位问题,它不仅可以广泛的应用与海上、陆地和空中运动目标的导航、制导和定位,而且可为空间飞行器进行精密定轨,满足军事部门的需求。
同时也大量的运用在民用部门中,其应用前景十分广阔。
因此,许多国家纷纷建立了本国的全球卫星导航系统,其中最具代表性的分别为俄罗斯GLONASS系统、欧盟的GALILEO系统和中国的北斗系统。
二、其它相关系统简介
(一)俄罗斯GLONASS系统
全球轨道导航卫星系统(GLONASS)是由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成,可为全球海陆空以及近地空间的各种军、民用户全天候、连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息的高端信息系统。
是前苏联为满足授时、海陆空定位与导航、大地测量与制图、生态监测研究等建立的。
它从1978年开始研制,1982年10月开始发射导航卫星。
自1982年至1987年,共发射了27颗GLONASS试验卫星。
于1996年初投入运行使用。
(二)欧盟GALILEO系统
GALILEO系统是是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统,有“欧洲版GPS”之称也是一个欧洲独立自主的全球多模式卫星定位导航系统,可提供高精度、高可靠性的定位服务,同时实现完全非军方控制和管理。
并能与GPS和GLONASS全球导航定位系统实现互操作的系统。
伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时;
特殊服务有搜索与救援;
扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。
(三)中国北斗系统
北斗系统于2000年底初步建成,2003年5月成功发射了第三颗北斗卫星,标志着北斗系统进入全网运行阶段。
2007年2月、4月成功的发射了第四、第五颗卫星,标志着北斗卫星导航通信系统从“北斗一号”系统迈入了“北斗二号”系统,北斗导航通信系统从区域定位系统向全球导航通信系统迈进了关键的一步。
第7颗北斗导航卫星于2010年12月18日成功发射,这颗“北斗星”进入太空预定工作轨道,意味着中国北斗卫星导航系统组网建设正按计划顺利推进,今后几年将持续进行组网发射。
根据规划北斗导航通信系统将在2020年前完成“5+30”的布局,实现全球卫星导航通信。
北斗可以无缝覆盖我国全部国土面积和周边海域(北斗一号),具有快速定位、双向通信和精密授时三大基本功能。
系统主要由空间卫星、地面控制中心和用户终端等三部分组成。
1、空间卫星
空间卫星部分由地球同步卫星组成,负责执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中继任务。
每颗卫星的主要载荷是变频转发器,以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。
2、地面控制中心
完成与卫星之间上、下行数据的处理;
对各类用户发送的业务请求进行响应处理,完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作,把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容,通过地面控制中心,分别送给有关用户。
3、用户终端
完成用户端与卫星之间上、下行数据的处理;
发送用户业务请求,接收用户数据;
提供必要的显示及数据接口。
根据使用终端的客户类型,用户终端分为车载型、船载型、手持型等用户终端。
二、物流信息系统对GPS技术需求案例与分析
物流就是物质实体从供给者向需求者的物理性移动。
从系统的角度来分析研究,普遍认为物流起源于二次世界大战美国对军需物资的配送物流,被广泛接受为降低产品成本和提高产品质量以外的第三个利润源泉。
现代物流的核心目标就是在物流整个过程中以最小的综合成本来满足客户的要求做到高效率、实时化,达到规范化、科学化管理。
近年来,物流行业中的配送和快递业务在总体业务中的地位日益提高,在物流生产和经营过程中,需要对运递车辆、人员进行监控和调度,一方面提高生产效率,另一方面能够实现货物的跟踪查询,提高服务质量;
同时,物流行业存在人员流动性大、区域广等特点,所以工作人员之间的信息交换对移动性的要求很高,因此有必要建立一个信息化、图形化、网络化的移动作业服务平台,以满足车辆、人员的调度监控,提高效益,有效地减少资源浪费、降低成本;
还能使广大客户享受到更迅速、及时的服务,满足人员之间的移动数据交换等移动生产作业的需求。
宝供物流企业集团有限公司是中国最早运用现代物流理念为客户提供物流一体化服务的专业公司,也是目前我国最具规模、最具影响力、最领先的第三方物流企业。
但随着市场竞争的加剧,特别实在宝供物流所重视的日化和汽车物流领域对于防止偷盗、快速周转和及时响应要求越来越高。
因此在2009年的时候,易流(一家致力于打造制造行业与第三方物流以及运输承运商之间的一个关于运输动态的透明的信息交互平台的公司),为其量身定做了一套GPS系统解决方案,并结合了互联网、数据库、平台开发语言、GPRS、其他工控电子设备等等。
其主要内容如下:
1、了解运输车辆的实时动态
基于WEB的B/S架构,宝供物流可以不受地域限制了解相应的信息。
货主、第三方物流、运输公司(车队、车主)可以根据自己的管理需求获得相应解决办法。
2、了解是否按照规定路线准确及时到达
这里因为业务模式,可能关注两个层面:
一个是提货车辆,另外一个是干线运输;
都可以设定固定。
3、关注是否在规定区域停车、开门(货物安全方面)
停车会影响运作效率,会有货物丢失的风险。
除了装卸货及塞车,一般情况是不允许在作业过程中停车,加油、维护等必须控制在车辆非作业时间。
在非卸货区域的作业状态中的车辆除了装卸货应严禁开门,可以通过门磁检测系统和开门拍照系统结合平台报表及报警来控制,目前应用非常广泛。
4、与内部管理系统对接,通过订单号查询车辆位置
易流考虑客户内部IT部门对相关信息的需求,所以开发了十多种方便的接口,避免出现信息孤岛。
宝供物流内部由于已经有现成的订单查询系统,可以将GPS系统的相关信息提供接口或者中间数据表供订单系统使用,便可以参考后面的接口参数。
5、其他未提及的需求
超速统计报表及超速提醒,超速提醒有超过固定速度提醒、固定区域超过特定速度个性化短信提醒;
短信语音播报;
对于运输的承运方,内部成本的控制(精确里程算法、百公里油耗、路桥费查询等等);
GPS可以收集中控锁的开关记录。
或者可以考虑使用刷卡系统,目前少部分客户采用该方式来确认司机身份,防止疲劳驾驶及其他违规操作。
LED面板显示在途信息,延迟还是准时到达。
易流所设计的这套GPS系统,能有效的设置固定路线、沿途设定跟踪点、装卸货区域设定、结合非法停车点、非法开门区域、订单绑定、状态自动汇报等,完全可以满足宝供日化及汽车物流货主方的需求,压缩供应链时间,保障货物安全;
同时,为第三方物流的管理难度降低,效率提升,客户满意度及竞争力得到提升;
对于运输的承运人的驾乘人员及车辆安全、成本控制、管理带来好处。
由以上案例可以看出,GPS系统对物流活动有着十分密切的影响,通过对以上材料的分析和进一步资料查询,我们得出物流系统的GPS技术需求体现在以下几个方面:
(一)物流配送
GPS对车辆的状态信息(包括位置、速度、车厢内温度等)以及客户的位置信息快速、准确地反映给物流系统,由特定区域的配送中心统一合理地对该区域内所有车辆做出快速地调度。
这样便大幅度提高了物流车辆的利用率,减少了空载车辆的数量和空载的时间,从而减少物流公司的运营成本,提高物流公司的效率和市场竞争能力,同时增强物流配送的适应能力和应变能力。
(二)导航功能
三维导航既是GPS的首要功能,也是其最基本的功能,其他的功能都要在导航功能的基础上才能完全发挥作用。
飞机,船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。
车载GPS是在GPS技术的基础上发展起来的一种新技术。
由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标,前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差,为修正这两者间的误差,使之与地图上的路线统一,需采用地图匹配技术,加一个地图匹配电路,对汽车行驶的路线与电子地图上的道路误差进行实时相关匹配,并作自动修正,此时,地图匹配电路通过微处理单元的整理程序进行快速处理,得到汽车在电子地图上的正确位置,以指示出正确的行驶路线。
(三)运单信息化的需求
配送和快递企业客户来自各行各业,运单的流量大、变动性强,且不同类型货物的运输时间、路线等的要求也不一样,加大了运单管理的难度。
(四)车辆调度监控需求
GPS导航系统与GIS技术,GSM及计算机车辆管理信息系统相结合,可以实现车辆跟踪功能。
利用GPS和GIS技术可以实时显示车辆的实际位置,并任意放大,缩小,还原,换图,可以跟随目标而移动,使目标始终保持在屏幕上,还可以实现多窗口,多车辆,多屏幕同时跟踪,利用该功能可对重要的车辆和货物进行跟踪运输。
目前,利用GPS技术能够满足掌握车辆基本信息,对车辆进行远程管理的需要,有效避免车辆的空载现象,同时客户也可以通过互联网技术,了解自己货物在运输过程中的细节情况。
实现车辆的调度跟踪,发送调度指令、报告调度数据、通过电子地图实时跟踪车辆位置等。
查出在锁定范围内可供调用的车辆,根据系统预先设定的条件判断车辆中哪些是可调用的。
在系统提供可调用的车辆的同时,将根据最优化原则,在可能被调用的车辆中选择一辆最合适的车辆。
(五)货物配送路线规划功能
货物配送路线规划是GPS导航系统的重要辅助功能,其包括自动路线规划和人工路线设计。
为其提供最快,最简单的路线,提高了运输的效率,降低了运输成本。
地理分析功能可以快速地为驾驶人员选择合理的物流路线,以及这条路线的一些信息,所有可供调度的车辆不用区分本地或是异地都可以统一调度。
配送货物目的地的位置和配送中心的地理数据结合后,产生的路线将是整体的最优路线。
(六)人员定位需求
发件和收件双方都能即时了解接件货物、配送人员的所在位置,有效地调度人员和车辆,提高服务的可靠性。
(七)调度的需求
目的地的变动性和任务的临时性要求路线和人员的最优化,使快递车辆及人员能在最短的时间内到达目的地,最大限度地节约资源,降低运营成本。
运输企业可进行车辆待命计划管理。
操作人员通过在途信息的反馈,车辆未返回车队前即做好待命计划,提前下达运输任务,减少等待时间,加快车辆周转,以提高重载率,减少空车时间和空车距离,充分利用运输工具的运能,提前预设车辆信息及精确的抵达时间,用户根据具体情况合理安排回程配货,为运输车辆排解后顾之忧。
(八)信息查询
为客户提供主要物标,如旅游景点等数据库,用户可以在电子图上根据需要进行查询,同时,在检测中心可以利用检测控制台对区域内任意目标的所在位置进行查询,车辆信息将以数字形式在控制中心的电子图上显示出来。
通过GPS和电子地图系统,可以实时了解车辆位置和货物状况(车厢内温度、空载或重载),真正实现在线监控,避免以往在货物发出后难以知情的被动局面,提高货物的安全性。
货主可以主动、随时了解到货物的运动状态信息以及货物运达目的地的整个过程,增强物流企业和货主之间的相互信任。
(九)报警援救
在物流运输过程中有可能发生一些意外的情况。
当发生故障和一些意外的情况时,GPS系统可以及时地反映发生事故的地点,调度中心会尽可能地采取相应的措施来挽回和降低损失,增加运输的安全和应变能力GPS系统的投入使用,过去制约运输公司发展的一系列问题将迎刃而解,为物流公司降低运输成本、加强车辆安全管理、推动货物运输有效运转发挥了重要作用。
此外,GPS系统的网络设备还能容纳上千车辆同时使用,跟踪区域遍及全国。
物流企业导人GPS系统,是物流行业以信息化带动产业化发展的重要一环,它不仅为运输企业提供信息支持,并且对整合货物运输资源、加强区域之间的合作具有重要意义。
(十)开放性的需求
物流信息化管理包括快递运输管理系统、EPR、财务管理系统等一系列的管理业务,所以快递运输管理系统必须具备很好的开放性,即具有开放的接口。
另外GPS还有话务指挥和紧急援助的功能,使出现故障的车辆及时得到帮助,大大提高了物流配送的效率。
三、GPS在各方应用中的重要作用
GPS在物流中普及应用后,通过互联网实现信息共享,实现三方应用,车辆使用方、运输公司、接货方对物流中的车货位置及运行情况等都能了如指掌,透明准确,利于三方协调好商务关系,从而获得最佳的物流流程方案,取得最大的经济效益。
(一)车辆使用方(货运代、生产厂家等用车单位)
运输公司将自己的车辆信息指定开放给合作客户,让客户自己能实时查看车与货的相关信息,能较为直观地在网上看到车辆分布和运行情况,找到适合自己使用的车辆,从而省去不必要的交涉环节,加快车辆的使用频率,缩短运输配货的时间,减省相应的工作量。
在货物发出之后,发货方可随时通过互联网或是手机来查询车辆在运输中的运行情况和所到达的位置,实时掌握货物在途的信息,确保货物运输时效。
(二)运输公司
运输公司通过互联网实现对车辆的动态监控式管理和货物的及时合理配载,以便加强对车辆的管理,减少资源浪费,减少费用开销。
同时将有关车辆的信息开放给客户后,既方便了客户的使用,又减少了不断要的环节,提高了公司的知名度与可信度,拓展了公司业务面,提高了公司的经济效益与社会效益。
(三)接货方
接货方只需要通过发货方所提供的相关资料也权限,就可在互联网实时查看到货物信息,掌握货物在途的情况和大概的运输时间,以此来提前安排货物的接收、停放以及销售等环节,使货物的销售链可提前完成。
(四)军方
GPS首先是因为军事目的而建立的,在军事物流中,如后勤装备的保障等方面应用相当普遍。
尤其是美国,其在世界各地驻扎的大量军队无论是在战时还是在平时都对后勤补给提出很高的需求,在战争中,如果不依赖GPS,美军的后勤补给就会变得一团糟。
目前,我国军事部门也在逐步开始运用GPS。
根据市场经济发展变化的需求,物流也和能源流、信息流一样,是人类社会的一大动脉,物流管理的进步直接影响交通运输业、商贸以及公用事业等各个领域的管理、生产技术和经济效益。
推动物流管理、物流技术和物流科技的进步已经成为当今知识经济全球经济一体化的重要内容。
我国物流行业应借鉴和引进国际先进的信息及管理技术,有计划有步骤地发展高科技物流,加速实现物流业的现代化。
GPS全球定位系统不仅能够提供物流配送和动态调度功能,还可以提供货物跟踪、车辆优选、路线优选、紧急救援、预约服务、军事物流等功能。
四、GPS技术应用在物流系统中存在的问题
我国是个GPS应用大国,在GPS车辆跟踪系统的应用面和规模上,处于国际的先行者地位。
但从目前看,同国外发达国家相比,在系统的技术水平产品质量和成熟程度,特别是在现代物流系统中的应用方面,我们还处在初期发展时期。
主要存在以下几个问题:
(一)物流标准化、信息化水平较低
标准化和信息化是现代物流的基础。
与世界发达国家相比,我国物流信息化的程度差距明显。
物流作业环节和流通环节,都缺少必要的行业标准和行业规范,导致物流效率普遍不高。
我国物流企业大多还没能形成物流信息系统,不同物流模式的信息系统设计落后,信息缺乏相互链接和共享。
而GPS在物流中发挥作用,正是以标准化的物流设施和一定程度的信息化建设为基础。
我国物流业要在更大范围、更广领域和更高层次上参与国家经济技术合作与竞争,必须构建包括GPS应用在内的标准化、信息化和智能化的物流体系。
因此,应在从基础工作做起,大力推进物流标准化和信息化进程,尽快与国际物流接轨。
(二)自有技术不成熟、电路芯片主要靠进口
我国在GPS应用水平和产业化水平与发达国家还有很多差距,虽然中国也有自己的卫星定位——北斗卫星导航系统(CompassNavigationSatelliteSystem),但只能定位自己国家及周边国家和地区,而且目前只用于军方。
也没到民用化阶段。
因此现在GPS模块和几乎所有的GPS设备所需的大规模集成电路芯片都要从国外进口。
从国外大量进口软件和集成电路芯片,在一定程度上加大了产品的成本。
二是由于卫星是别人的,容易受制于人。
(三)生产产家缺乏经验积累
GPS车辆应用产品是集GPS技术、GIS技术、通讯技术和计算机网络技术为一体的高科技产品。
而应用于汽车上的产品,更需要其在技术上、质量上适用于汽车的恶劣环境。
20世纪90年代中后期,GPS车辆应用系统,尤其是车辆监控系统领域,只是一些技术、资金、人才实力并不很强的中小型公司,以小作坊形式进行产品的设计规划、研究开发、生产制造、系统集成、施工服务,其生产周期长、产品质量差、总装车量低。
(四)宣传力度不够,消费者认识不足
由于GPS应用在国内发展较慢,真正开发卖点的力度不够,规范化和规模化问题长期不能解决,造成消费者就对GPS产品认识不足。
因此要加强对GPS产品的销售推广,建议通过技术大会、展览会、交流会进行市场推广,市场主诉求客户为个人购买市场、公安系统等专业市场、物流公司等需要建立技术服务配套系统的市场,针对不同的市场、不同的客户,制造不同的营销策略。
五、GPS与GIS的结合
(一)GIS技术的介绍
GIS(地理信息系统GeographicInformationSystem)是集计算机科学、地理学、信息科学等学科为一体的新兴边缘科学,可作为应用于各领域的基础平台。
它是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统,该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示,以便解决复杂的规划和管理问题。
GIS具有以下三方面的特征:
(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。
地理信息系统作为获取、储存、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。
由于信息技术的发展,数字时代的来临,理论上说,GIS可以运用于现阶段任何行业,物流业也不例外。
GIS应用于物流分析,主要是利用GIS强大的地理数据及电子地图技术来完善物流分析技术。
GIS的基础地理数据为物流配送提供准确、详尽的位置支持,包括配送区域及中心与客户之间的位置关系及配送中心到客户所在地的道路信息。
另因集关系数据库管理,高效图形算法,差值,区划和网络分析等多学科的最新技术为一体,GIS具有强大的空间分析功能(如最佳路径分析)地址分析、缓冲区分析等),有效地将其分析功能运用于物流的各项分析中去,可提高物流业的整体技术水平,为管理者提供决策依据。
(二)GIS和GPS结合所发挥的功能
可以提供动态的地理空间信息服务,在物流中的应用主要可以体现在以下几个方面:
1、数字化管理功能
GIS与GPS的应用必将提升物流企业的信息化程度,完善企业日常运作数字化的内涵。
例如,企业拥有的物流设备或者客户的任何一笔货物都能用精确的空间与时间信息来描述,不仅提高企业运作效率,同时提升企业形象,争取更多的客户。
2、货物位置查询功能
通过GPS技术实时获取移动目标的位置及运动状态,并能在监控中心和移动目标终端上显示出来,进而可以利用GIS提供的空间检索功能,得到定位点周围的信息,从而实现决策支持。
对于调度人员和用户来讲,他们可根据系统提供的参数,随时了解货物当前所处的位置,以及货物到达目的地的时间,便于提前做
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