地理信息系统设计与实现.pdf

地理信息系统设计与实现 徐永进 GIS教研室 西南大学地理科学学院 快眼看书 第一章 概论 a 信息 b 地理信息 c 信息系统 d 地理信息系统 GIS基本概念 第一章 概论 地理信息系统的类型 按研究的范围分 全球性的 区域性的和局部性按研究的范围分 全球性的 区域性的和局部性按研究的范围分 全球性的 区域性的和局部性按研究的范围分 全球性的 区域性的和局部性 的 的 的 的 按研究的内容分 综合性的和专题性的 按研究的内容分 综合性的和专题性的 按研究的内容分 综合性的和专题性的 按研究的内容分 综合性的和专题性的 按空间数据的时空性质分 按空间数据的时空性质分 按空间数据的时空性质分 按空间数据的时空性质分 2 2 2 2维的 维的 维的 维的 2 52 52 52 5维的 维的 维的 维的 3 3 3 3 维和维和维和维和4 4 4 4维的 维的 维的 维的 按照功能和内容分 工具型按照功能和内容分 工具型按照功能和内容分 工具型按照功能和内容分 工具型GIS GIS GIS GIS 应用型应用型应用型应用型GISGISGISGIS 专 专 专 专 题题题题GISGISGISGIS 区域 区域 区域 区域GISGISGISGIS 大众 大众 大众 大众GIS GIS GIS GIS 第一章 概论 领域广泛 研究分析深入 社会化应用 应用全球化 网络化集成化 模型多样化 地理信息系统的应用 第一章 概论 地理信息系统的应用 城镇土地利用系统城镇土地利用系统城镇土地利用系统城镇土地利用系统 电信地理信息系统电信地理信息系统 铁路地理信息系统铁路地理信息系统 属性查询 查询 专题图 作战指挥 地图切换 警用地理信息系统警用地理信息系统 地理信息系统地理信息系统 医疗机构查询医疗机构查询 地理信息系统地理信息系统 三维虚拟三维虚拟 地理信息系统地理信息系统 电子沙盘电子沙盘 地理信息系统地理信息系统 WEBGISWEBGIS 1 1 1 1 硬件 硬件 包括 客户端 服务器 网络 存储 输入设备 输出设备包括 客户端 服务器 网络 存储 输入设备 输出设备 等等 2 2 2 2 软件 软件 操作系统 编程语言 图形图象处理 数据库管理 操作系统 编程语言 图形图象处理 数据库管理 GISGISGISGIS基本基本 功能软件包 功能软件包 GISGISGISGIS应用软件包 应用软件包 GISGISGISGIS与用户的接口通讯软件等与用户的接口通讯软件等 地理信息系统的硬 软件环境 主机 主机 打印机 打印机 显示器 显示器 绘图仪 绘图仪 存储设备 存储设备 扫描仪 扫描仪 数字化仪 数字化仪 解析测图仪 解析测图仪 测绘仪器 测绘仪器 GPS GPS 网络 网络 通用GIS的五大子系统 1 数据输入子系统 2 数据编辑子系统 图1 3 3 数据管理子系统 4 数据查询分析子系统 5 数据输出子系统 图1 4 GIS的软 硬件选择 1 GIS硬件的选择 2 GIS软件的选择 2 1 功能 2 2 技术支持以及后继支持 2 3 市场和用户群 2 4 信息处理能力和数据交换能力 2 5 价格 数据质量及其控制 GIS空间数据质量的概述 1 1 1 1 GISGISGISGIS空间数据质量的含义空间数据质量的含义 数据是各类信息系统的基础 抽象的 适用程度 2 2 2 2 有关 有关GISGISGISGIS空间数据质量的几个概念空间数据质量的几个概念 a 误差 b 数据准确度 c 数据精密度 d 不确定性 e cd通常合称为精度 3 3 3 3 GISGISGISGIS空间数据的质量的重要性空间数据的质量的重要性 数据质量及其控制 GIS空间数据质量的内容 1 1 1 1 微观部分 微观部分 定位精度 属性精度 逻辑一致性 分解力 2 2 2 2 宏观部分 宏观部分 a 完整性 层完整性 分类完整性 检验完整性 b 时间 效 性 现实性 数据直接产生时间 c 数据档案 3 3 3 3 适用性 适用性 数据质量及其控制 GIS空间数据质量的控制 1 1 1 1 数据误差的来源 数据误差的来源 质量和误差 质量和误差 a a a a 数据采集阶段 数据采集阶段 b b b b 数据输入阶段 数据输入阶段 c c c c 数据存储阶段 数据存储阶段 d d d d 数据操作阶段 数据操作阶段 e e e e 数据输出阶段 数据输出阶段 f f f f 成果实用阶段 成果实用阶段 数据质量及其控制 GIS空间数据质量的控制 2 2 2 2 数据质量的控制 数据质量的控制 a a a a 选择数据源 选择数据源 I I I I 确保数据源误差小于系统要求误差确保数据源误差小于系统要求误差 II II II II 地图数据源对地图的选择地图数据源对地图的选择 III III III III 尽可能的减少中间处理环节尽可能的减少中间处理环节 b b b b 数字化过程中的数据质量控制 数字化过程中的数据质量控制 数据预处理 设备选用 对点精度 数字化限差 精度检查数据预处理 设备选用 对点精度 数字化限差 精度检查 c c c c 数据处理分析中的数据质量控制 数据处理分析中的数据质量控制 计算误差 数据转换误差 拓扑叠加分析误差 计算误差 数据转换误差 拓扑叠加分析误差 ArcObjects的基本知识 AO不同版本稍有出入 基本结构图 三个主要控件 MapControl PageLayout SceneViewer 组件库的使用方法 ArcObjects的基本知识 OMD图的认识 ArcObjects的基本知识 AO的App组成 ArcObjects的基本体系 ARCGIS构架 AO的在ARCGIS中的地位 ARCGIS的其它产品 ArcObjects的基本体系 AO的数据构架 部分 矢量数据 栅格数据 图层体系 GeoDatabase体系 Ao如何获取Feature 找到数据所在图层 判断图层类型 是否支持Feature的Layer 得到图层的整个FeatureClass 判断FeatureClass的esriGeometryType 得到类型 点 线 面 IFeatureCursor FeatureClass GetFeatures 查找枚举每个Feature Ao中Feature的处理 Feature的成员 Fields IField Shape Value Ao制作自己的导航工具栏 导航工具条实现的几种方式 1 esriToolbar 2 ICommand 3 IEnvelope 放大缩小的原理 前视图和后视图的实现 Pan的实现原理 要注意的接口extend Ao制作自己的导航工具栏 程序的组织 思考 Mapcontrol控件的鼠标事件的处理 地图坐标和IEnvelope接口的关系 放大和缩小的实质 栅格数据的插值处理 了解栅格数据 栅格数据的插值操作 常见插值 样条 反距离权重 克里各 用到的接口 IRaster IRatserLayer IRasterDataset IInterpolationOp IGeoDataset 栅格数据的其它处理 获取栅格值 IPixelBlock2 IPnt IRawPixels read IRaster read 需要注意的问题 开发GIS基本系统 专业开发工具优点与不足 优点 技术成熟 起点高优点 技术成熟 起点高 较好的可靠性较好的可靠性 容易理解和掌握容易理解和掌握 缺点 扩展性差缺点 扩展性差 体积庞大 软 硬件要求高体积庞大 软 硬件要求高 没有系统版权没有系统版权 自行开发GIS的优点和缺点 优点 灵活 更专注解决专业应用问题 优点 灵活 更专注解决专业应用问题 易于扩展成各种系统 拥有版权 易于扩展成各种系统 拥有版权 缺点 难度大 工作量大 开发工作的连续性难以保证 缺点 难度大 工作量大 开发工作的连续性难以保证 对开发人员要求较高 对开发人员要求较高 开发GIS基本系统 结论 1 大型的GIS开发项目 对平台要求高 适合 采用专业开发工具模式 2 小型的GIS 若对平台的要求不高 重点在 于专业实际技术的应用 适合采用自主开发 模式 开发GIS基本系统 矢量图形系统 遥感和栅格数据处理系统 属性数据管理及其数据库系统 矢量空间数据元素与属性数据的链接 完整的空间数据管理 查询 统计分析和图 形图像输出功能 开发GIS基本系统 需要的操作系统相关知识储备 Windows绘图的机制与设备描述表 坐标比例的转换运算 常见相关函数 关于数据库的知识储备 数据库的创建和管理 SQL语言 数据引擎的认识 索引 关键字 视图 开发GIS基本系统 矢量图形系统构架 矢量图形系统的组织关系 开发GIS基本系统 矢量空间数据元素与属性数据的链接 开发GIS基本系统 基本图元的设计 点 与GIS的点比较 线 面 文字 弧段 开发GIS基本系统 矢量图形过渡到GIS 空间数据的分类 图层 优缺点 图层 优缺点 数据图层的属性数据图层的属性 系统对空间数据的管理组织 工程工程 图幅单元图幅单元 图层图层 地图对象地图对象 开发GIS基本系统 空间数据库设计 1 基本控制数据 图幅名称 控制点信息 结点 节点 基本控制数据 图幅名称 控制点信息 结点 节点 线 面 文字 图层数 其它信息 线 面 文字 图层数 其它信息 2 2 2 2 属性数据管理 属性数据和空间数据的关联 属性数据管理 属性数据和空间数据的关联 3 3 3 3 数据表 基本关系表 属性表 图层表 其他表等 数据表 基本关系表 属性表 图层表 其他表等 控制点文件 图 层 文 件 属性数据文件1 属性数据文件n 属性数据文件2 项目文件 属性数据文件 标识点文件 线 文 件 多边形文件 节点文件 字注释文件 点符号文件 结点文件 弧文件 GeoDatabase简析 组成方面 9 1版本 Geodatabase包括两种 Personal Geodatabase 和 ArcSDE Geodatabase 其中前者是将空间数据存储在 Access中 后者是将数据存储在Oracle Informix DB2 SQL Server中 9 2版本 File Geodatabase 新 ArcSDE Geodatabase三种类型 ArcSDE Personal Geodatabase ArcSDE Workgroup Geodatabase ArcSDE Enterprise Geodatabase 其中前两种是9 2新推出 来的产品 是将空间数据存储在SQL Server Express中 而 第三种就是9 1版本的ArcSDE Geodatabase 是将空间数据 存储在Oracle Informix DB2 SQL Server GeoDatabase简析 数据类型 Geodatabase事实上是很多Geographic Dataset的集合 最基本的 Dataset的类型包括Feature Classes Raster Dataset Attribute Tables 在以上基本要素的基础上 还能定义 Geodatabase的Schema 数据的 完整性 规则和行为 包括 Spatial Reference Spatial Resolution Topology Network Domain等等 在创建Geodatabase时 首先生成 不同的Dataset类型 然后添加或者扩展 Geodatabase基本要素的能力 例如添加拓扑 网络 子类以实现 GIS行为建模 维护数据完整性以及 建立空间关系 功能方面功能方面 Versioning Editing 版本化编辑 Working With a Geodatase Using SQL 仅支持Informix和DB2 离线编辑 与9 2的Check In Check Out相同 9 1版本对存储在ArcSDE中的空间数据只提供版本编辑功能 到了 9 2才 增加了Non Version 非版本化编辑 功能 以及Registered as visioned with the option to move edits to base 不 完全版本化编辑 功能 GeoDatabase简析 Spatial Type 目前有三种DBMS能够支持Geodatabase的 Spatial Type 1 Oracle using the ESRI spatial type or optionally the Oracle Spatial type 2 IBM DB2 using the Spatial Extender Geometry Object 3 Informix using the Spatial DataBlade Geometry Object GeoDatabase简析 矢量要素的存储矢量要素的存储 Feature Dataset Feature Class 参数 Spatial Reference 1 XY Tolerance 2 XY Resolution 对于3D数据以及Linear Referencing数据 可以分别对Z值和M值设置Z Tolerance Z Resolution 以及M Tolerance M Resolution Feature calss可以扩展为 Feature Dataset Subtypes Attribute Domains Relationship Classes Topology Network Dataset Geometric Network Terrain Address Locator Linear Referencing Cadastral Fabric Cartographic Representation Versioning GeoDatabase简析 RasterRasterRasterRaster数据的存储数据的存储 Coordinate System Reference Coordinate or XY Location Cell Size Count of Rows和Columns Raster和Image数据类型也是存储和管理在关系表 格中 Raster数据通常比较大 存储的时候需要一 个Side Table来存储 将Raster切为小片 或者大 小通常为128 128或者256 256的Blocks 存储在 Raster表中 通过Side表的每一行记录去记录栅格 中的每一个Block GeoDatabase简析 管理管理FileFileFileFile和和PersonalPersonalPersonalPersonal GeodatabaseGeodatabaseGeodatabaseGeodatabase Compressing File Geodatabase的Compress不是在物理上将 数据压缩得更小 而是将数据组织得更加紧凑 例 如重复的完全相同的多点会用一行记录加上点的个 数来表示 ArcGIS对不同的字段采取不同的压缩方 法 压缩比例由要素的类型以及属性数据的冗余程 度来决定 Compacting CompactingCompactingCompactingCompacting是将文件记录整理 重新归类 以 减少存储空间 如果经常添加或者删除数据 就必 须定期对File 或者Personal Geodatabase实现 Compact 这能够减少文件大小 提高访问速度 GeoDatabase简析 VersioningVersioningVersioningVersioning 版本 版本 VersioningVersioningVersioningVersioning使 得多个用户能够同时编辑一个 Geodatabase 而不用去复制数据库或者锁定数据库 一个 Geodatabase能够有很多Version 事实上不 管一个 Geodatabase有多少个Version 数据库中只保存一套 Tables和Feature Classes Version是对Geodatabase的快 照 而不是复制 对所有版本的编辑都是保存在Delta表中 的 通过创建Version 多个用户可以同时对一个 Geodatabase进行编辑 而且多个用户也可以同时编辑一个 Version 当用户连接一个多用户的Geodatabase时 通常 需要选定连接哪个Version 对于海量的 多用户的数据库 可以使用自动自动ReconcileReconcileReconcileReconcile和和 PostPostPostPost的功能 有两种方式可以实现 Batch ReconcileBatch ReconcileBatch ReconcileBatch Reconcile和 Version Reconcile ServicesVersion Reconcile ServicesVersion Reconcile ServicesVersion Reconcile Services GeoDatabase简析 VersioningVersioningVersioningVersioning 版本 版本 在进行数据库处理的时候 有三种选项 1 Registered As Visioned without the option to move edits to base 能够实现的操作包括Undo和Redo操作 长事务编辑 为设计和工程使 用命名版本 使用Geodatabase归档 使用数据库复制 不能做的事 创建拓扑 从拓扑中添加或删除要素 添加和删除拓扑规 则 创建几何网络 从几何网络中添加或删除要素类 2 registered as visioned with the option to move edits to base 不能够做的事 编辑参与拓扑和几何网络的要素类 数据库归档 数据 库复制 3 not registered as versioned 是最原始的状态 能够实现复杂数据类型 包括拓扑和几何网络的编 辑与更新 因为Default版本是数据库中最关键的 需要经常更新 因此 需要对Default版本定期备份 GeoDatabase简析 VersioningVersioningVersioningVersioning 版本 版本 编辑冲突 1 1 1 1 多个用户同时编辑一个版本中的数据 多个用户同时编辑一个版本中的数据 当 多个用户 同时编辑一个Version时 对每个用户都创建一个Edit Session 每个用户都不能看到其他用户的编辑状态 只有 用户Save Edits以后 才能够看到其他用户的编辑状态 如 果多个用户同时对一个要素做了不同的操作 则会发生 Conflicts 在保存编辑结果时 会出现冲突 信息 则根据在 Editing Options的Versioning面板上设置的Preferences来处 理冲突 看应该保存哪个用户的编辑结果 2 2 2 2 如果是子版本和父版本的编辑发生冲突 如果是子版本和父版本的编辑发生冲突 则在 Reconcile的时候会出现冲突信息 用户可以手动去解决冲 突 如果用户正在查看的版本又被提交了新的内容 则用户 只有Refresh以后 才能看到更新以后的内容 GeoDatabase简析 GeodatabaseGeodatabaseGeodatabaseGeodatabase ArchivingArchivingArchivingArchiving 历史数据归档 历史数据归档 Transactional VersionTransactional VersionTransactional VersionTransactional Version Historical Version Historical Version Historical Version Historical Version 只读只读 在 连接一个数据库的时候 可以选择是连接 Historical Version还是Transactional Version 并且 还可以通过Change Version工具来进行修改 对于 Historical Version的查询是基于Archive Class 而 对于Transactional Version的查询是基于Base表和 Delta表 GeoDatabase简析 GeodatabaseGeodatabaseGeodatabaseGeodatabase ArchivingArchivingArchivingArchiving 历史数据归档 历史数据归档 注意 1 一旦数据集注册为 Registered with moving edits to base 则 不能实现Archiving 必须将数据集Unregistered 然后再 Registered as versioned without the option to move edits to base 2 仅仅对具备Own权限的Datasets或者Classes进行Archiving 3 在开始Archiving时 原始Class的Indexed也将创建 4 能够通过点击Archiving的Properties查看数据的档案 5 对Archive Class类的命名规则是在原始对象类的名称后加 H 例如Road H 6 利用ArcCatalog不能查看Archive Class 但是在ArcMap中通过 Add Historical Archive命令把Archive Class添加到ArcMap中浏览和分 析 7 为了更好的使用Archive Class 应该定期更新Database Statistics GeoDatabase简析 GeodatabaseGeodatabaseGeodatabaseGeodatabase DistributionDistributionDistributionDistribution 复制与同步 复制与同步 GeoDatabase简析 WorkingWorkingWorkingWorking WithWithWithWith a a a a GeodatabaseGeodatabaseGeodatabaseGeodatabase UsingUsingUsingUsing SQLSQLSQLSQL 可以通过可以通过SqlSqlSqlSql创建空间参考创建空间参考 可以通过可以通过SQlSQlSQlSQl完成空间操作完成空间操作 以上全部资料来自于 自动生成等高线系统设计与实现 系统目标 设计一小型实验系统 系统要求能够完成基本的地图浏 览操作之外 需要具备基本的文件保存 读取等功