GIS设计和实现.doc

GIS组成 由4个基础要素组成：硬件、软件、数据、人员
一 硬件 计算机硬件环境包含从GIS数据采集到数据处理乃至数据输出所包含到全部硬件设备
Ø 数据采集、输入设备
• 采集设备包含测绘仪器和遥感设备
• 输入设备包含数字化仪、扫描仪和计算机输入设备
Ø 数据存放和处理设备
• 存放设备包含磁盘、磁带机等磁存放介质和部分光存放介质
• 处理设备包含计算机、图像处理器、网络设备等
Ø 输出设备
• 输出设备通常是标准计算机外围设备，如打印机、绘图仪
• 还能够经过计算机显示器或是外接高分辨率显示装置（如投影仪等）进行输出
二 软件
Ø GIS软件能够分为工具型软件和应用型软件
工具型软件：GIS二次开发平台软件（ArcInfo、 MapInfo、 MapGIS、 GeoMedia）
AM/FM专用开发平台软件
其它工具型软件
应用型软件：制图软件
资源调查
信息管理
空间分析和估计
……
三 数据
Ø 地理数据是以地球表面空间位置为参考，描述自然、社会和人文景观数据
Ø GIS数据起源
• 一般地图
• 影像
• 其它图形软件结果数据或相关数据资料
• 遥感数据
Ø GIS数据分为空间数据和属性数据两大类
• 空间数据是表征空间实体位置数据，通常采取以下数据结构进行管理和存放
Ø 栅格数据结构
Ø 矢量数据结构
Ø 不规则三角网（TIN）
• 属性数据是表征空间实体属性信息数据，通常见关系型数据库进行管理
四 人员
Ø 人员是GIS关键组成原因
Ø 人员在GIS中
• 对GIS软件进行开发、维护和升级
• 对GIS数据进行搜集、入库和管理
• 应用GIS进行生产生活实践，实现GIS价值

GIS用户：GIS最终用户、GIS专业人士、GIS开发商/系统集成商
GIS设计特点
Ø GIS处理是空间数据，含有数据量庞大、实体种类繁多、实体间关联复杂等特点
Ø GIS设计以空间数据位驱动
Ø GIS工程投资大、周期长、风险大、包含部门繁多。
GIS工程学体系 关键由任务、基础理论和方法论三方面组成
Ø 任务
• 利用系统论理论和方法，实现GIS工程最优设计、最优管理和最优运行，以求得系统总体最优化
Ø 基础理论
• 系统学
• 地理信息科学
• 系统工程学
• ……
Ø 方法论
• 依据理论形成一系列程序化基础操作技术和方法
地理信息科学
Ø 地理信息科学
• 1992年GoodChild首次提出
• 研究地理信息本质特征和运动规律
• 被划分为三个层次
Ø 地理信息科学被划分为三个层次
• 理论地理信息科学
• 技术地理信息科学
• 应用地理信息科学
信息资源共享
要实现地理信息资源共享，必需含有三个基础条件：
Ø 数据资源贮备
Ø 要有技术支撑系统保障
Ø 共享规则制订、被广泛采纳和遵照，关键包含标准、规范、政策和相关法律。

GIS设计方法
Ø 结构化生命周期法
Ø 原型法
Ø 面向对象设计方法
结构化生命周期法依据其系统开发思想不一样又能够划分为两种类型
Ø 自顶向下方法
Ø 自底向上方法
原型法开发信息系统包含以下多个阶段：
Ø 确定用户基础需求
Ø 开发初始原型
Ø 利用原型来提炼用户需求
Ø 修正和改善原型
原型种类及结构方法
Ø 原型从本质上可分为两种类型：
丢弃型原型和进化型原型
Ø 从应用目标和场所出发又可分为三种类型：
研究型原型；试验型原型；进化型原型
Ø 研究和试验型原型被认为是丢弃型，因为当真正系统实现后，这些原型就会被丢弃。
Ø 在进化型原型中，原型将进化成最终产品，实际上，原型已变成了最终系统。
原型结构方法 研究型原型结构方法、试验型原型结构方法、进化型原型结构方法
面向对象设计方法
面向对象设计方法关键类型
Ø 面向对象建模技术（简称OMT）
Ø 统一建模语言（简称UML）
OMT采取对象模型、动态模型和功效模型等来描述一个系统。
系统功效和性能分析
常见方法有以下三种：
Ø GIS结构化分析方法
Ø GIS面向对象分析方法
Ø GIS快速原型化分析方法
GIS结构化分析方法采取自顶向下、逐层分解系统分析方法来定义GIS系统需求。
GIS面向对象分析方法经过自底向上提取对象并进行对象组合来实现系统功效和性能分析。
GIS快速原型化分析方法是在系统分析员和系统用户之间交流一个工具方法，用来明确用户对GIS系统功效和性能要求。
系统目标分析
从以下方面着手：
Ø 进行用户类型分析
Ø 对现行系统进行调查分析
Ø 明确系统服务对象
Ø 用户研究领域现实状况调查

系统可行性研究
关键包含以下4个部分
Ø 数据源调查和评定
Ø 技术可行性评定
Ø 经济和社会效益分析
Ø 系统开发和运行环境评价
系统分析工具
（一） GIS数据流模型
◇通常采取数据流图（Data Flow Diagram，简称DFD）来表示。
◇GIS数据流图基础成份：加工、外部实体、数据流、数据存放文件及基础成份备注
◇按分层思想将GIS数据流图划分为顶层DFD、中间层DFD、底层DFD三种。
（二） GIS数据字典
◇数据字典（Data Dictionary ，简称DD）是相关数据信息集合。
◇数据字典最关键用途是作为分析阶段工具。
◇数据字典和数据流图一起组成信息系统逻辑模型。
◇数据字典组成：1、数据项2、数据结构 3、数据流 4、数据存放 5、处理过程
◇实现数据字典方法：全人工过程、全自动过程和混合过程。
（三） 加工逻辑说明
加工逻辑说明表示方法
Ø 结构化英语
Ø 判定表
判定表包含四个要素：基础条件、基础操作、条件项、操作项。
Ø 判定树
判定树是判定表变形，本质完全一样，全部用判定表能表示问题全部能用判定树来表示。
总体设计任务和方法
总体设计通常采取结构化设计方法进行实现。结构化设计强调软件总体结构设计，是一个自顶向下、逐步求精和分阶段实现设计策略。
总体设计准则
评价软件设计质量关键准则包含：
Ø 模块化
Ø 抽象和信息隐蔽
Ø 模块独立性
模块独立性有两个定性标准来度量，即内聚（cohesion，又称块内联络）和耦合（coupling，又称块间联络）。内聚是模块内部各成份之间联络，假如一个模块内聚度大，模块独立性则会提升。耦合是指模块间联络，耦合度是对模块独立性直接衡量，很显然，块间联络越小，模块独立性则会越高，耦合度就会降低。在系统中，内聚度和耦合度是相互联络，模块内聚度越高，则耦合度就越低。
两个模块之间耦合有五种形式，根据耦合程度由低到高排列为：数据耦合、特征耦合、控制耦合、公共耦合、内容耦合。
系统总体设计工具
（一） 层次图
层次图是在软件总体设计阶段最常见工具之一，用来描绘软件层次结构。
（二） HIPO图
HIPO图是由美国IBM企业发明“层次＋输入／处理／输出图”英文缩写。HIPO图实际上由H图（即层次图）和IPO图两部分组成。
（三） 结构图
Yourdon提出结构图是进行软件结构化设计另一个有力工具。
地理建模过程
地理建模通常过程。
Ø 建模准备
Ø 模型假设 模型假设是最易造成结果有误步骤。
Ø 建立模型
Ø 模型求解
Ø 模型分析
Ø 模型检验
具体设计具体任务
Ø 细化总体设计体系步骤图，绘出程序结构图，直到
每个模块编写难度可被单个程序员所掌握为止。
Ø 为每个功效模块选定算法。
Ø 确定模块使用数据组织。
Ø 确定模块接口细节，及模块间调度关系。
Ø 描述每个模块步骤逻辑。
Ø 编写具体设计文档。关键包含细化系统结构图及逐一
模块描述，如功效、接口、数据组织、控制逻辑等。
具体设计和总体设计区分
关键表现为以下两个方面：
Ø 在总体设计阶段，数据项和数据结构以比较抽象方法描述，具体设计要确定用什么数据结构来表示。
Ø 具体设计要提供相关算法更多细节，在具体设计阶段为每个模块增加足够细节，使得程序员能够以相当直接方法对每个模块编码。
具体设计表示工具 （怎样画）
具体设计表示工具可分为图形、表格和语言三种。
（一） 程序步骤图
程序步骤图（Program Flow Chart，简称PFC）又称为程序框图

（起始框） （处理框） （判定框） （输入输出框） （连接点） （步骤线）
（二） N-S盒式图
N-S（Nassi-Shneiderman）盒式图是另一个用于具体设计表示结构化图形设计工具。最初由Nassi和Shnei derman开发，后经Chapin扩充改善，所以又叫N-S图或Chapin图。
（三） 问题分析图
问题分析图（Problem Analysis Diagram，简称PAD）是由日本日立制作所研究开发，综合了步骤图、盒式图和伪码等技术部分特点，在Pascal 语言基础上发展而成系统具体设计工具。
问题分析图采取自顶而下、逐步细化结构化设计标准，努力争取将模糊问题解概念逐步转换为确定和具体过程。
（四） 类程序设计语言
类程序设计语言(Program Design Language 简称PDL)又称“伪码”（Pseudo code）
空间数据有三大基础特征
Ø 空间特征：包含百分比尺、坐标系和投影类型等
Ø 时间特征
Ø 属性特征
空间数据库中常见坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系。
空间数据逻辑预处理
（一）分幅
（二）分层
（三）分专题要素
空间数据库设计
空间数据库设计分为五个步骤：
Ø 空间数据需求分析
Ø 定义实体及其关系
Ø 实体空间类型识别表示
Ø 选择合适数据模型
Ø 组织空间数据集
其中，前三步为概念设计，后两步为逻辑设计。
空间数据库概念设计
E-R模型
Ø 组成：实体类（简称实体）、关系类（简称关系）和属性
Ø 分类：基础E-R方法、扩展E-R方法、空间E-R方法
空间数据库逻辑设计
传统数据模型类型
Ø 层次模型
Ø 网络模型
Ø 关系模型
面向对象数据模型特征
Ø 封装性 ：在面向对象系统中，全部实体全部能够模型化为对象。对象是由描述该目标状态一组数据和表示它行为一组操作（方法）组成，即某种相关数据和行为组合，这种行为就是对象封装性。
Ø 类：它是同类对象集合，即含有相同属性和操作目标组合。类描述了该类对象共同属性和共同操作（方法），避免了对象反复定义工作 。
Ø 超类和继承：超类概念是为了减轻类反复定义问题，方便类管理。继承概念是为了在超类和子类之间，使子类能够取得超类属性项和操作。
空间数据模型类型
Ø 混合数据模型
Ø 全关系型空间数据模型
Ø 对象-关系型空间数据模型
Ø 面向对象空间数据模型
空间数据库功效设计
（一） 空间数据输入设计
（二） 空间数据检索设计
（三） 空间数据输出设计
（四） 空间数据更新设计
（五） 空间数据共享设计