综合能力-地理信息系统工程.pdf

同济大学注册测绘师培训教程 同济大学注册测绘师培训教程 图1 1 GIS概念 GIS定义定义 在计算 机软件 硬件及网络 的支持下 对有关空 间数据进行预处理 输入 存储 查询检 索 处理 分析 显 示 更新和提供应用 的技术系统 同济大学注册测绘师培训教程 图1 2 GIS的构成 GIS的构成 的构成 同济大学注册测绘师培训教程 GIS硬件配置 图1 3 GIS硬件配置 同济大学注册测绘师培训教程 GIS软件配置 图1 4 GIS软件配置 同济大学注册测绘师培训教程 GIS的分类的分类 专题地理信息系统 具有有限目标和专业特点的地理信息系 统 区域地理信息系统 以区域综合研究和全面信息服务为目标 的地理信息系统 地理信息系统工具 一组具有图形图像数字化 存储管理 查询检索 分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的 软件包 同济大学注册测绘师培训教程 GIS的相关学科的相关学科 图1 5 GIS学科树 同济大学注册测绘师培训教程 GIS的应用领域的应用领域 图1 6 GIS应用领域 同济大学注册测绘师培训教程 图2 1 GIS主要功能 同济大学注册测绘师培训教程 分布式分布式GIS 利用分布式计算技术处理地理信息 智能智能GIS与空间数据挖掘与空间数据挖掘 GIS RS GPS的集成的集成 时空系统时空系统 主要研究时空模型 时空数据表示 存储 操作 查询和时空分析 三维三维GIS 移动移动GIS 同济大学注册测绘师培训教程 基础地理信息系统 基础地理信息系统 Fundamental Geographical Information System 是 以基础地理数据为管理对象 实现对基础地理数据的采集 录入 处理 存储 查询 分析 显示 输出 更新 共享的信息系统 它具有完善的基础地理数据 管理体系和数据服务体系 系统功能系统功能 数据采集与加工 数据检查与入库 数据更新与维护 数据查询与浏览 数据输出与转换 数据发布与共享 元数据管理 同济大学注册测绘师培训教程 一 基础地理信息系统建设过程中应遵循的基本 原则 实用性原则 先进性原则 开放性原则 标准化原则 安全性原则 现势性原则 网络化原则 同济大学注册测绘师培训教程 二 技术要求 采用统一的 符合国家规定的空间参考系 日期应采用公历纪元 时间应采用北京时间 数据应针对相应行政或自然区域的范围 数据内容包括矢量 栅格等各 种地理数据及元数据和其他专题数据 数据质量应具有完整性 逻辑一致性 现势性等 数据库中数据及由数据库产生的数据产品的位置精度应达到相应标准 数据格式应按照地理信息数据产品标准制定 要素各属性应完整正确 数据应及时更新 数据库具有可靠的安全和保密性 数据库具有数据输入 输出 查询等基本功能 同济大学注册测绘师培训教程 三 工作流程 数据库系统设计数据建库系统开发与集成 系统测试验收用户培训运行维护 同济大学注册测绘师培训教程 一 基础地理数据的内容 基础地理数据是描述地表形态及其所附属的自然及人文特征和属性 的总称 按照国家 基础地理信息标准数据基本规定 GB 21139 2007 基础地理信息数据反映和描述地球表面测量控制点 水系数据 居民点及设施 交通 管线 境界与政区 地貌 植被与土质 地名 数字正摄影像 地籍 地名等有关系然和社会要素的位置 形态和属 性信息 同济大学注册测绘师培训教程 二 基础地理数据分类 按数据模型和结构 矢量数据结构 利用欧几里得几何学中的点 线 面及其组合表示地理实 体分布的一种数据组织方式 栅格数据结构 将地球表面划分为大小均匀 紧密相邻的网格阵列 每个 网格作为一个像元或像素 由行 列号定义 并包含一个代码 表示该像素 的属性类型或量值 或仅仅包含指向其属性记录的指引 按数据表达形式分类 数字线划图 DLG 数字正射影像 DOM 数字高程模型 DEM 数字栅格图 DRG 按其他方式分类 按数据的载体及表现形式分类 按比例尺分类等 同济大学注册测绘师培训教程 基础地理数据 基础地理数据 4D 产品模型产品模型 数字线划图 DLG 数字栅格图 DRG 数字高程模型 DEM 数字正射影像 DOM 基础地理数据库 数字产品子文件 数字产品文件名 数据分发 介质 因特网 定位框架定位框架 平面坐标系统 高程系统 投影系统 描述系统 分区 分幅 辅助数据辅助数据 注记数据 整饰数据 分幅数据 说明数据 数据体数据体 分层要素 矢量 栅格数据 影像数据 拓扑数据 属性数据 数据单元 元数据元数据 元素名 定义 作用域 数据值 数据性质 附加说明 同济大学注册测绘师培训教程 三 基础地理数据的特点 基础数据具有基础性 普遍适用性和使用频率高等特点 具体可 概括为 基础性 权威性 现势性与动态性 抽象性 多尺度性 多样性 复杂性 同济大学注册测绘师培训教程 基础地理数据采集流程 一 基础地理数据采集方法 基础数据采集方法主要包括以下三种 1 全野外数据采集 2 航空摄影测量和航天遥感 3 原图数字化技术 现状地形 全野外数字采集 数据传输 图形数据处理 航空摄影测量 空中三角测量 内业处理 航天遥感 相片扫描 遥感影像处理 纸质或薄膜地图 扫描纠偏校准 扫描影像处理 基础地理数据 同济大学注册测绘师培训教程 二 基础地理数据采集的组成 基 础 地 理 数 据 库 控制测量成果库 数字正射影像图数据库 数字高程模型数据库 数字栅格图数据库 数字线划图数据库 地名数据库 元数据库 数字航空正摄影像数据库 卫星数字影像数据库 等高线 交通道路 管线 水系 境界 植被 居民地 工业设施 其他要素 同济大学注册测绘师培训教程 基础地理信息系统数据库纵向层次框图 三 基础地理数据库建设的方式 我国基础地理数据从采集 加工到建库 是按照行政级别采取分工协作的方 式进行的 网 络 系 统 连 接 国家层次 省级层次 数字省区地理空间 基础框架 城市层次 数字城市地理空间 基础框架 1 400万地形数据库 1 100万地形数据库 1 25万地形 地名 高程模型数据库 1 5万系列地图数据库 元数据库 国家级平面 高程 重力基准数据库 1 25万地形 地名 高程模型数据库 1 5万系列地图数据库 1 1万地形要素 数字栅格图 元数据库 省级平面 高程 重力基准数据库 1 5000 1 1万地形数据库 1 500 1 2000地形数据库 地下管网数据库 元数据库 控制网数据库 同济大学注册测绘师培训教程 一 数据更新步骤 1 确定更新策略 更新周期 更新内容 更新精度 更新范围 组建更新队伍 2 变化信息获取 专业队伍进行现势调查 卫星遥感影像与现有数据比较 其他渠道获取 3 变化数据采集 人工数据采集 交互式数据采集 自动数据采集 4 现势数据生产 在数据库中插入新增数据 删除消失地物信息 匹配并替换已变化的信 息 对历史信息进行保存 5 现势数据提供 同济大学注册测绘师培训教程 数据更新系统流程图 二 数据库更新 数据提取 数据采集 修侧更新临时库 临时库 现势库 历史库 更新现势库数据提取 历史与现实对比 回溯 数据提取 时间 区域 被更新数据存入库 数据提取 同济大学注册测绘师培训教程 基础标准基础标准 基础标准是基础地理信息数据生产 建库和系统建设与应用中其他标准 的基础 是被普遍使用的具有广泛指导意义和约束意义的标准 产品标准产品标准 产品标准是基础地理信息数字产品必须达到的技术要求 主要包括DEM DRG DOM和DLG 技术标准技术标准 技术标准是对数字产品为达到产品标准要求而对生产技术方法 工艺流 程 技术指标与要求 检查等做出的相应技术规定 管理标准管理标准 管理标准是在基础地理数据产生 建库和系统建设中需要统一协调的技 术管理 质量监督等方面的标准 同济大学注册测绘师培训教程 一 系统目标获取及分析 根据基础地理信息的特点 可通过四种方式明确系统的建设目标和任 务 1 进行用户类型分析 2 对现行系统进行调查分析 3 明确系统服务对象 4 用户研究领域现状调查 同济大学注册测绘师培训教程 二 系统功能获取及分析 常用的系统功能分析的方法主要有三种 1 结构化分析方法 2 面向对象分析方法 3 快速原型化分析方法 三 可行性分析与系统分析方法 可行性研究主要工作内容包括 1 数据源调查与研究 2 技术可行性 评估 3 系统的支持状况 4 经济与社会效益分析 系统分析方法主要包括 1 数据流模型 2 数据字典 3 加工逻 辑说明 同济大学注册测绘师培训教程 1 引言 2 项目概述 3 系统数据描述 4 系统功能需求 5 系统性能需求 6 系统运行需求 7 质量保证 8 其他需求 如可适用性 安全保密性 可维护性 可移植性 四 需求规格说明书 系统的软件需求规格说明是在系统分析的基础上建立自顶向下的任务分析模 型 规格说明描述了系统的需求 是联系系统需求分析与系统设计的重要桥 梁 需求规格说明书的结构如下 同济大学注册测绘师培训教程 一 系统总体设计 1 体系结构设计 C S结构结构 C S模式的应用系统基本运行关系体现为 请求 响应 的应答模 式 每当用户需要访问服务器时就由客户机发出 请求 服务器接受 请求 并 响应 然后执行相应的服务 把执行结果送回给客户机 由它进一步处 理后在提交给用户 B S结构结构 B S结构是将C S模式的结构与Web技术紧密结合而形成的三层体 系结构 三层B S结构示意图如下 Internet 数据库服务器数据库服务器 应用服务 用户1 用户2 用户n 同济大学注册测绘师培训教程 2 软件配置与硬件网络架构 软件配置软件配置 基础地理信息系统对软件要求较高 一般选择工业界广泛使用的跨平台的操作 系统作为数据管理和权限管理的平台 采用Windows操作系统作为管理信息 系统和数据检索系统的平台 采用Unix或Oracle等分别作为服务器系统和运行 数据库的支撑平台 硬件及网络环境设计硬件及网络环境设计 基础地理信息系统对CPU的运算速度 存储容量 图形处理等能力要求较高 一般情况下 服务器可采用64位操作系统和系统模块化设计 采用热插拔硬 件更换技术 冗余电源和冷却系统及系统监控技术 同济大学注册测绘师培训教程 数据发布与共享 元数据管理 控制测量成果管理 地名管理 数据采集与加工 数据检查与入库 数据更新与维护 数据查询与浏览 数据输出与转换 二 系统功能设计 系统的功能设计主要包括 三 系统安全设计 网络的安全与保密 应用系统的安全措施 数据备份和恢复机制 用户管理 同济大学注册测绘师培训教程 一 需求分析 1 需求分析内容 调查用户需求 了解用户特点和要求 需求数据的收集和分析 包括信息需求 信息加工处理要求 安全性等 编制用户需求说明书 包括需求分析的目标 任务 具体需求说明 系 统功能与性能 运行环境等 2 数据源的选择 数据来源主要有 地图 遥感影像 GPS数据及已有数据 3 对数据集的评价 数据的一般评价 数据的空间特性 属性数据特征的评价 同济大学注册测绘师培训教程 数据库结构设计步骤 二 结构设计 得到一个合理的空间数据模型 是空间数据库设计的关键 空间数据模型 越能反映现实世界 在此基础上生成的应用系统就越能较好的满足用户对 数据处理的要求 地理实体概念设计物理设计逻辑设计 数据库 数据库的 概念模型 数据库的 逻辑模型 数据库的 存储模型 需求分析 计算机世界 信息世界 现实世界 结构设计 同济大学注册测绘师培训教程 1 数据概念设计 1 数据库概念模型 对需求分析阶段收集的数据进行分析 整理 确定地理实体 属 性及其关系 把用户的需求加以解释 并用概念模型表达出来 2 概念模型设计任务 概念数据库模式设计 以需求分析阶段提出的数据要求为基础 对用户需求描述的现实世界通过对其中信息的分类 聚类和概括 建立抽 象的高级数据模型 形成概念数据库模式 3 概念模型设计步骤 通过用户调查与分析 提取和抽象出空间数据库中所有的实体 同济大学注册测绘师培训教程 1 数据概念设计 1 数据库概念模型 对需求分析阶段收集的数据进行分析 整理 确定地理实体 属 性及其关系 把用户的需求加以解释 并用概念模型表达出来 2 概念模型设计任务 概念数据库模式设计 以需求分析阶段提出的数据要求为基础 对用户需求描述的现实世界通过对其中信息的分类 聚类和概括 建立抽 象的高级数据模型 形成概念数据库模式 3 概念模型设计步骤 通过用户调查与分析 提取和抽象出空间数据库中所有的实体 同济大学注册测绘师培训教程 2 数据逻辑结构设计 逻辑设计是将概念模型结构转换为具体DBMS可处理的地理数据库的逻辑结构 也叫数据库模式创建 主要包括 确定数据项 记录及记录间的关系 安全性 完整性以及一致约束性 由E R模型向关系模型转换的主要过程为 1 确定各实体的主关键字 2 确定实体内部属性间的数据关系表达式 3 将经过消冗处理过的实体作为相应的主关键字 4 根据 2 3 形成新的关系 5 完成转换后 进行分析 评价和优化 数据库的一般逻辑结构有以下三种 1 传统数据模型 层次模型 网络模型 关系模型 2 面向对象数据模型 3 空间数据模型 同济大学注册测绘师培训教程 3 数据物理结构设计 数据物理结构的设计步骤为 1 确定数据库的物理结构 包括确定所需要存储的数据对象 确定 数据的存放位置 确定数据的存储结构 确定数据的存取方法 确定系统 配置等 2 对物理结构进行评价 分析时间效率 空间效率 维护代价及用 户要求等 4 数据字典设计 数据字典是关于数据信息的集合 它是数据流图中所有要素严格定义 的场所 这些要素包括数据流 数据流的组成 文件及其他应进入字典的 一切数据 其中每个要素对应数据字典中的一个条目 同济大学注册测绘师培训教程 三 符号库设计 从空间地物的图式符号来看 地物要素的符号库设计包括了符号类型和地 物要素符号样例设计 四 元数据库设计 元数据设计的主要内容包括 空间数据集的内容 质量 表示方式 空间 参考 管理方式以及数据集的其他特征等 五 数据更新设计 通过地理信息更新可保证地理信息的现势性 数据更新主要有五种方法 1 实测更新法 2 编绘更新法 3 计算机制图更新法 4 遥感信息更新法 5 GPS信息更新法 同济大学注册测绘师培训教程 一 详细设计的任务 1 细化总体设计的体系流程图 绘出程序结构图 直到每个模块的编写 难度可被单个程序员掌握为止 2 为每个功能模块选定算法 3 确定模块使用的数据组织 4 确定模块的接口细节及模块间的调度关系 5 描述每个模块的流程逻辑 6 编写详细的设计文档 同济大学注册测绘师培训教程 1 引言 1 1背景 1 2参考资料 1 3属于和缩写词 2 程序 模块 系统的组织结构 3 模块 伙子程序 设计说明 3 1模块 子程序 描述 简要描述本模块 或子程序 的设计考虑 3 2模块 子程序 完成的主要功能 3 3模块 子程序 达到的主要技术性能 3 4输入项 3 5输出项 3 6处理过程 3 7接口 3 8存储分配 3 9限制条件 3 10测试计划 4 模块 子程序 设计说明 二 详细设计说明书 详细设计说明书内容 同济大学注册测绘师培训教程 系统平台选择系统平台选择 系统功能开发系统功能开发 系统功能集成系统功能集成 样例数据试验运行样例数据试验运行 系统功能测试系统功能测试 GIS基础平台选择 开发语言环境选择 运行操作系统 中间件 数据的选择 网络 硬件平台配置等 同济大学注册测绘师培训教程 一 空间数据三大特征 1 空间特征 空间特征又称几何特征或定位特征 主要表示现象的空间 位置或现在所处的地理位置 2 属性特征 主要用以描述事物的现象或特性 如事物或现象的类别 等级 数量 名称等 3 时间特征 主要用以描述事物或现象随时间的变化 其变化的周期有 超短周期的 短期的 中期的 长期的等 同济大学注册测绘师培训教程 二 数据库构建 1 矢量数据采用适当的数据模型进行存储 在逻辑上根据图件的比例尺 和种类将空间数据划分为不同的子库 在每个子库中将图件按要素类别划 分为不同的图层 同时将类别或性质相关的图层组织成大类 2 栅格数据主要是正射影像图和一些扫描图件 对于该类数据 以目录 文件方式进行存储 将每类栅格数据作为一个子库 对每个栅格子库建立 目录 在这个子库级目录下为其所包含的分区建立目录 在具体的分区目 录中以图幅为单位存放该区的栅格图像 三 数据准备 数据的准备工作主要包括 数据源的选择 数据采集存储原则 建库的数 据准备 数据库入库的组织管理等 同济大学注册测绘师培训教程 四 数据库模式创建 数据库逻辑设计主要分为三个阶段 收集和分析用户要求收集和分析用户要求 1 分析用户活动 2 确定系统范围 3 分析用户活动所涉及的数 据 4 分析系统数据 建立建立E R模型模型 1 进行局部E R模型设计 2 进行总体E R模型设计 数据库模型设计数据库模型设计 1 将E R图转换为关系模型 2 优化设计 对模式进行调整和改善 同济大学注册测绘师培训教程 五 数据入库 数据库入库的组织管理数据库入库的组织管理 在空间数据库建库工作中 应建立相应的数据管理组来负责入库数据的鉴 定 审批和管理入库工作 空间数据库建库流程空间数据库建库流程 原始数据分析 数据质量检查 数据加工整理制定工作方案 数据入库落地编制数据说明 空间数据库建库流程图 同济大学注册测绘师培训教程 六 数据质量检查与程序监理 数据质量标准制定原则数据质量标准制定原则 1 凡已有的国家质量标准应优先采用 2 目前无国家质量标准的数据 可采用权威专业部门或地方拟定的质量标准 数据质量检查依据数据质量检查依据 检查依据的主要内容包括 数据的分类系统 数据类型的名称和定义 数据获 取方法的评价 数据获取所使用的仪器设备及其精度的规定等 数据质量检查与程序监理内容数据质量检查与程序监理内容 1 图形检查 面状要素的检查 线状要素的检查 点状要素的检查 图形一 致性检查 2 属性检查 字段非空检查 字段唯一性检查 图形属性一致性检查 数据 整理检查 同济大学注册测绘师培训教程 七 基础地理数据标准与质量控制 数据标准化数据标准化 数据标准的统一是实现信息共享的前提条件 国家测绘局组织制定 基础地理信息 标准数据基本规定 于2008年3月1日期实施 适用于基础地理信息标准数据的生 产 认定和使用 空间数据质量控制空间数据质量控制 数据质量控制内容 1 空间位置精度 2 属性数据的质量控制 3 空间关系的质量控制 质量控制技术方法 1 减少和消除误差及错误的实用技术与步骤 2 提交成果之前对所完成的工作进行检查 基于拓扑关系规则的数据检察 拓扑关系规则可用于检查同一要素数据集中的不同要素类或同一要素类中不同要素 同济大学注册测绘师培训教程 系统部署系统部署 1 系统硬件安装 2 系统硬件调试 3 系统软件安装 4 系统 软件的测试 整体测试整体测试 系统验收与交付系统验收与交付 验收 交付 系统运行 管理和维护系统运行 管理和维护 运行和管理 维护更新 数据维护与更新 应用系统维护与更新 网络维护与安全管理 同济大学注册测绘师培训教程 系统运行环境 软硬件体系支撑结构 系统测试目的系统测试目的 对开发的产品进行市场定位 扩大产品的应用前景 给用户以全面认识 了解产品是否真正符合工作要求 有效地避免浪费和重复投资 系统评价指标及内容系统评价指标及内容 技术评价 内容见表1 经济评价 内容见表2 系统测试评价方法与内容系统测试评价方法与内容 测试方法有 文档审查 模拟运行测试 模拟开发测试 测试内容包括 系统各项功能指标 系统综合性能指标 同济大学注册测绘师培训教程 表1 系统技术评价指标及内容 系统技术评价指标及内容系统技术评价指标及内容 序号评价指标具体内容 1可靠性 安全性 系统在正常环境下能够稳定运行不发生故障 或即