物流配送中電子地圖數據結構的探討

摘要：GIS、GPS、GSM技術對于現代物流配送來說是三項極為重要的技術，物流配送系統利用GIS和GPS技術來實現配送車輛的跟蹤和定位以及路線的優化，而電子地圖是GIS、GPS、GSM技術在物流配送應用中的核心部分之一，因此明確電子地圖所用的數據結構，有著至關重要的作用。為此，本文提出了一種適用于物流配送中的電子地圖的數據結構，并對其進行相關的邏輯描述，以提供恰當的邏輯方案來建立地圖空間數據庫，為物流配送中的電子地圖數據的標準化采集提供依據，最后對應用于物流配送中的電子地圖的矢量化過程進行了初步探討。

關鍵詞：電子地圖；物流配送；地圖數據庫；矢量化

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1002-3100(2007)07-0058-04

Abstract: GIS/GPS/GSM are very important for logistics delivery， route optimization and to track vehicle location in real time. Electronic map is one of the key parts for GIS and GPS which are applied to logistics delivery. And it is important to make sure the database structure of the electronic map. It presents a kind of database structure suitable for electronic map in logistics delivery and describes it logically. In this paper， a felicitous logical model is applied to establish spatial database and the standards of map-data collecting in logistics delivery. Finally， procedures on electronic map vectorization are discussed preliminarily.

Key words: electronic map; logistics distribution; map database; vector

隨著地理信息系統（GIS）的發展和全球移動通訊系統（GSM）的成熟及全球定位系統（GPS）的完善，這些技術被逐漸地應用到物流配送中，使得物流產業迅速向智能化和信息化方向發展。其中，物流配送路線的優化問題是智能化研究的熱點，而電子地圖作為GIS、GPS、GSM技術在物流產業中應用的載體發揮著舉足輕重的作用。因此引發了眾多學者對電子地圖的核心部分——地圖數據尤其是道路數據的研究，文獻[1]中提出了一種應用于物流配送車電子地圖的數據結構，主要側重地圖中道路的拓撲和幾何結構，對于地圖數據間的空間描述、屬性描述和道路空間綜合描述的邏輯關系探討則并不多。

雖然近幾年電子地圖技術越來越成熟，并且越來越專業化，但是適宜于在物流配送中應用的電子地圖還不夠完善，也沒有統一的標準。為了滿足空間數據共享，便于對數據庫中各層次數據的查詢、檢索與交換，迫切需要建立一個規范化的信息標準。本文就物流配送的特點結合一般的電子地圖的性能，探討如何設計適用于物流配送中的電子地圖的數據組織和結構，并對這些數據進行相關的邏輯描述和層次表達，以利于采集物流配送中電子地圖數據的相關標準的建立。

1物流配送中的電子地圖的功能要求

物流配送中的電子地圖除了要具備通常意義上的電子地圖的基本功能外，還要結合物流配送本身的特點增加一些特殊的功能，并具有自身的特點。因此適用于物流配送中的電子地圖要實現如下的功能：

（1）圖形操作功能：實現地圖的全圖顯示、居中顯示，既可分層、分級顯示又可疊加顯示，具有縮小、放大、平移、漫游、鷹眼等功能；具有地圖標注、窗口定位、單一圖層或多個圖層集合的打開、關閉操作功能。

（2）查詢功能：此項功能在物流配送中至關重要，也是電子地圖應用于物流配送的意義所在。對于物流配送中客戶和商家最關心的就是如何使配送成本最低，因此配送車輛的路線選擇是關鍵，所以應用于物流配送中的電子地圖必須要具有最短路徑查詢功能、最通暢路線查詢功能及最佳路徑查詢功能。

（3）道路相關信息：在物流配送中尋求最短路徑和最佳路徑問題，涉及到路網問題，因此要求電子地圖帶有較多的靜態道路信息和動態的道路信息，如道路幾何特性，包括道路名稱、道路長度、道路的起點、終點名稱及變化的交通流。

（4）搜索功能：可搜索配送中心及相關的貨物需求點的所在位置。

（5）地物屬性顯示功能：通過鼠標單擊某個具體的配送中心、貨物需求或者標志性的建筑，可查詢和顯示其各方面的性能參數。

（6）良好的支持性能：因為電子地圖本身就是一個可輸入輸出的平臺，因此要求它既可以與GPS系統配合使用，又可與相關的地理信息軟件兼容，并能和路線優化算法配合使用，可以顯示車輛在電子地圖上的運行軌跡。

2物流配送中地圖數據組織與結構

2.1地圖數據組成

電子地圖數據一般分為矢量空間數據結構和柵格空間數據結構。矢量格式相對于柵格格式具有存儲空間小、信息量豐富、數據操縱方便、具有較快地訪問速度，并便于計算、更新、鄰域搜索及推理和地圖顯示等優點。物流配送中使用的電子地圖主要用于物流配送中，即要求必須包括相應的道路信息，地圖的顯示刷新速度要高，空間位置精確度相對要高，地圖信息查詢要方便等特點，因而選用矢量型電子地圖。

地圖數據是電子地圖的核心部分，而應用于物流配送中的電子地圖與其它類別的電子地圖的區別就是通過所采用的電子地圖數據體現出來的。電子地圖的數據結構描述了地圖目標在計算機中的邏輯組織和物理存儲方式，其中空間數據結構是電子地圖數據庫的核心，屬性數據依附于空間數據而存在，其結構如圖1所示。空間數據是以記錄坐標的形式，通過點、線、面等矢量數據模型表示，如物流中心、配送中心、分銷點的空間位置；屬性數據則與空間數據一一對應，記錄了空間數據的描述性信息，與實體空間位置無關，如配送中心的代碼、名稱、物流需求量等，兩者是通過空間對象的序號建立起索引關系。

物流配送的功能決定了道路數據是電子地圖的核心數據，因此在物流配送中的電子地圖數據將包括空間數據中的點、線兩種基本空間數據和屬性數據，而明確這些地圖數據組織和數據結構設計將有利于物流配送的電子地圖相關標準的建立。

在物流配送中，道路數據不僅用于表達道路圖形和內容的劃分，并且還要進行深層次的計算和分析，如道路網絡分析、空間數據查詢、最優路徑查詢及計算、路徑指導和信息疊置等多項功能，所以要對數據進行相關的邏輯描述，即在道路數據庫中通過不同的實體之間、實體與屬性之間、以及屬性與屬性之間的關系來恰當地描述現實道路。

2.2物流配送中的空間數據描述

點狀要素：物流配送中心、貨物需求點、高速公路出入口、收費站、交通燈、交叉路口、車輛動態位置、加油服務站等，通常以每一個定點位置來組織數據。

線狀要素：各級公路、城市道路、各級鐵路、航線等，通常以一串X、Y坐標表達它們的幾何位置。對于這樣的空間幾何數據一般采用不定長記錄的形式，這樣可以減少數據的冗余。

2.3物流配送中的屬性數據描述

道路網絡是整個電子地圖的基礎，需要為最短路徑、最優路徑、地圖匹配等許多算法提供依據，因此需要相關的道路、 配送中心、貨物需求點和客戶的屬性信息。面向物流配送的電子地圖數據庫所需的道路或路段屬性及配送點和貨物需求點的屬性數據如表1和表2所示。在該屬性表當中，有些屬性項只取一個數值，而有些屬性項是對一些實體的分類，就可用分類代碼來表示，具體分類代碼的設定和取值可參考相關的標準而設定。

3電子地圖矢量化

3.1電子地圖矢量化基本流程

基于地理信息系統軟件MapInfo的物流配送中的電子地圖的矢量化流程如圖2所示：

在進行電子地圖矢量化之前，依據地圖對象的類型和專題變量的類型，選擇所要制作的地圖的專題變量以及它們之間的組織關系。

3.2底圖要素和專題要素的確定

根據物流配送的特點和所需的功能，并根據地圖的主題、用途、比例尺和區域的地理特點，需要對所收集的空間數據和屬性數據進行詳細的處理，并進行必要的聚合分析和聚類分析，選擇所要提取的數據要素。

3.3柵格圖像的獲取

底圖要素確定后，可以有3種方式生成柵格圖像。（1）從MapInfo或其他銷售商那里購買；（2）利用掃描儀創建柵格圖像或由數碼相機提供的圖像直接調入；（3）通過圖形軟件包將圖像保存或轉存為柵格文件格式，例如TIFF文件（標記圖像文件格式），這樣就可以在圖形軟件包中創建一個TIFF文件并在MapInfo中顯示它。基于利用掃描儀創建柵格圖像具有使用方便、成本低的特點及實驗條件的限制，通過掃描儀輸入1:10 000道路網絡圖形成柵格圖像。

3.4配準柵格圖像

在MapInfo中矢量地圖是依附柵格圖像而產生的，所以在矢量化之前必須配準柵格圖以使MapInfo能準確地定位并完成地理計算。打開掃描后的JPG文件，MapInfo自動顯示圖像配準對話框，然后通過投影按鈕和增加控制點（Control Point）對話框設定地圖投影及增加、修改、刪除控制點。為了確保配準結果精確，每幅圖像應輸入5~6個控制點。基于柵格圖像的性質，在整幅圖形中心設置了16個控制點，并在四周均勻分布。

3.5建立新表和圖層

3.5.1圖形數據分層

配準好柵格圖像之后，開始創建用于地圖矢量化的表和圖層。在MapInfo 中采用層次結構對空間圖形數據進行組織，即根據不同的專題將地圖分層。對應用于物流配送的電子地圖中可以將地理實體分為六個圖層：城市背景層、道路圖層、路口圖層、客戶點層、車輛軌跡層及裝飾層。各層的分布和性質如圖3和表3所示。

3.5.2屬性數據庫的結構

應用于物流配送中的電子地圖的屬性數據庫包括可地圖化的和不可地圖化的兩類屬性表。可地圖化的屬性表是對應的地圖實體，用于存放這些地圖實體的屬性；不可地圖化的屬性表不包含地理信息，同常規的數據庫文件基本一致，主要用于客戶信息管理。根據物流配送中的分層方案，對于可地圖化的屬性表，建立客戶點層屬性表、道路層屬性表、路口層屬性表；對于不可地圖化屬性表，建立了客戶信息屬性表、車輛信息屬性表及交通量屬性表。

3.6逐層矢量化

分層和建立新表之后，以城市背景層為底圖，分別在道路圖層、道路路口圖層、客戶點層及車輛軌跡層上創建矢量對象。即在每一圖層中使用“圖層控制”，使圖層可編輯，使用折線工具完成線及區域的繪制。

3.7逐層輸入屬性數據

圖層上的地圖對象應該和數據表相關聯，因此在逐層矢量化之后，需要對每一圖層進行屬性數據的錄入。對于車輛軌跡層，選定車輛對象，使用“信息”工具按鈕顯示車輛的信息對話框，填入其坐標、最大載重量、長度、寬度、高度等信息，完成信息對話框。其它圖層對象的數據輸入和車輛軌跡層的方法基本一致。至此完成了物流配送中電子地圖的矢量化。

4結束語

隨著GIS、GPS和RS技術的發展，電子地圖將是物流配送問題研究的熱點之一。本文主要探討了應用于物流配送中電子地圖中的空間數據和道路屬性數據，并對這些空間數據和屬性數據進行了相關的邏輯描述，并且本文所進行的道路空間數據的分析是在考慮了國際的相關標準和我國道路交通信息的特點的基礎之上進行的，可以幫助制作應用于物流配送中的電子地圖數據的采集。當然，具體應用于物流配送中的電子地圖數據庫需要各種數據字典、元數據和質量描述等來完善，還需要進一步研究。

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