gis设计与应用期末考试1-3.pdf

第一章第一章 一 概述一 概述 1 地理信息系统 地理信息系统 是以计算机技术为依托 以具有空间内涵的地理数据为处理 对象 运用系统工程和信息科学理论和方法 集采集 存储 显示 处理 分析 和输出地理信息于一体的计算机系统 2 GIS 研究的内容研究的内容 1 数据采集 传统的方法是将纸质地图数字化 但由于效率低 代价高 现 在越来越多的借助于遥感和全球定位系统技术 2 数据存储 包括空间数据的存储和属性数据的存储 空间存储通常采用分 层或者分 要素 的存储模式以提高数据存取速度 动态 多维的空间数据存储 成为目前 GIS 研究的热点 3 数据处理和分析 是 GIS 提供的对空间数据的一系列操作 以获取相关信 息 4 数据输出 将查询的或者是数据处理和分析的结果以指定的形式输出 3 GIS 的特点 的特点 1 GIS 的处理对象时地理数据 地理数据包括空间数据和属性数据 利用空间坐标来表达实体的位置是 GIS 数据 管理的基本思想 2 GIS 提供了一些列的工具 包括地理数据采集 存储 显示 操作 分析 建模 输出等工具 3 GIS 实现了地图实体与属性数据库的关联 可以实现图形数据与属性数据的同步查询 统计分析 二 构成二 构成 4 GIS 的构成的构成 1 硬件 计算机是硬件系统的核心用于数据处理和分析管理 除此之外还有数据采集和输 入设备 数据存储和处理设备 磁盘 磁带机 计算机 图像处理器和网络设备 等 还有数尺设备 2 软件 包括工具软件和应用软件 3 数据 海量的空间数据 空间数据是表征空间实体的位置数据通常由三种数据结构进行存储和管理 即栅格数据 矢量数据和不规则三角网 4 人员 人员在 GIS 中的作用主要是 对 GIS 软件的开发维护和升级 对空间数据的搜集 入库和管理 应用 GIS 进行生产实践 实现 GIS 的价值 三 发展 三 发展 GIS 发展的阶段发展的阶段 项目 集成式 GIS 模块式 GIS 核心式 GIS 组件式 GIS WebGIS 特点 在一个系统中集 成了 GIS 的各项功 能 系统分为许 多相对独立 的功能模块 从底层提供 GIS 功能 通过 API 访 问 通过标准通信接 口实现模块间以 及 GIS 与其他系统 集成 结合 Internet 实现 GIS 的共 享和互操作 功能 满足了 GIS 的综合 应用的需要 用户根据需 求选择功能 模块 易于集成其 他系统 开发成本低 难度 小 可以再通用的 语言环境中实现 GIS 功能 社会化的 GIS 可扩展性好 跨平台 存在问 题 系统过于复杂 开 发成本高 难与其 他的系统集成 难与其他系 统进行集成 开发难度高 系统开发依赖于 环境 难以实现移 植 用户参与程度 不足 分析功 能较简单 1 集成化阶段 GIS 发展早起产生量许多 GIS 功能模块 研究人员将分散的功 能模块集成为具有多种功能的综合性 GIS 2 模块式 GIS 阶段 集成式 GIS 过于复杂 成本较高 研究人员将 GIS 划分为 不同的功能模块 此功能模块内聚性更强 划分更合理 3 核心式 GIS 阶段 前两者没有实现和其他系统的集成 核心式将 GIS 功能 封装成动态链接库 DLL 通过应用程序接口 API 访问 4 组件式阶段 核心式开发难度大 也不容易掌握 因此组件式将 GIS 功能 划分为不同功能模块 这些模块与其他系统之间通过标准的通信接口来实现交 互 5 网络化阶段 WEB 应运而生 四 的应用四 的应用 地图制图 空间数据管理 空间统计分析 空间分析评价与模拟预测建模 辅助宏观决策 第二节 的规范化和标准化第二节 的规范化和标准化 数据的标准化 数据的标准化 一 地理信息标准 统一的地理坐标系统 同意的地图投影系统 统一的地理格网系统 统一的高程控制系 统 统一的区域多边形或空间统计单元系统 空间信息分类和编码系统 编码即在信息分类的基础上 给每一种地理要素 分配一个唯一的标示符 数据模型标准 对现实地理系统的计算机模拟可以分为三个层次 概念模型 逻辑模型 和物理 模型 二 数据标准 数据交换 第三节 关于 GIS 设计 1 含义 含义 GIS 设计就是在在 GIS 开发的整体过程中过程中 遵循遵循一般软件工程的原理和方原理和方 法法 结合结合 GIS 开发的特点 特殊规律和要求 对对 GIS 软件从系统定义 系统总体 设计 系统详细设计 空间数据库和地理模型库设计 GIS 实施 GIS 软件测试 与评价 直到 GIS 维护的各个阶段各个阶段进行进行工程化规范的方法体系 2 GIS 设计的内容设计的内容 一般来说 GIS 设计包含软件设计和数据库设计两个部分 1 软件设计 GIS 软件设计一般采用合适的软件过程模型软件过程模型进行开发 最常用的软件过程模型是 瀑布模型 它将然间过程分为可行性分析 需求分析 总体设计 详细设计 编 码 系统运行和维护六个阶段 具体见表 1 9 p20 虽然瀑布模型较成熟和完善 但是缺点是缺乏灵活性 软件模块重用性差 开发 周期长等为此提出了其他软件过程模型 快速原型模型 增量模型 螺旋模型等 2 数据库设计 数据库系统是存储 管理 处理和维护数据的软件系统 包括数据库 数据库管 理员及相关软件 数据库设计的核心是数据模型设计数据模型设计 3 GIS 设计的内容设计的内容 1 设计的基本原则 设计的基本原则 基本原则 标准化 符合 GIS 设计的要求和标准 符合现有的国家标准和行业规范 先进性 硬件设备的先进性 软件设计的先进新 技术水平的先进性 管理先进性 兼容性 数据具有可交换性 选择标准的数据格式 实现数据格式的转化功能 高效性 具有高效率的数据采集工艺和方法 图形处理能力 存取能力 管理能力 可靠性 保证系统正常运行和运行结果的准确性 通用性 系统数据组织灵活 可以满足不同应用分析的需要 2 GIS 设计与一般信息系统设计的差异设计与一般信息系统设计的差异 类别 GIS 设计 一般信息系统设计 设计重心 处理的是海量数据 数据可设计是系 统设计的重心 软件功能实现是其重心 数据库建设 不仅要进行属性数据的设计还要进 行空间数据的设计 包括空间数据结 构 存储方式 管理机制 只需要建立属性数据库 设计方法 不仅以业务需求为导向 还要以空间 数据为 驱动进行设计 以业务需求为导向 以功 能为驱动进行设计 3 软件设计一般采用合适的软件过程模型进行开发 瀑模型各阶段任 软件设计一般采用合适的软件过程模型进行开发 瀑模型各阶段任 务划分 务划分 阶段名称 任务安排 标准文档 需求分析 用户需求调查 确定用户的功能性要 求 确定系统设计目标和可行性分析 需求分析报告 项目管理方案设计 对系统建设过程进行总体规划 包括工 作区域和可用资源的规定 开发成本估 算等 项目管理计划 方案书 系统总体设计 将系统的需求转换为数据结构和软件 体系结构 即数据设计和体系结构设计 总体设计报告 系统详细设计 系统总体设计阶段确定的软件模块结 构和接口描述具体的实现 详细设计报告 系统实施运行和维护 根据系统详细设计的描述 对系统的模 块 函数和界面进行实现 软件代码和系 统维护报告 4 什么是数据模型 什么是数据模型 数据模型是形式化描述数据 数据之间联系以及有关语义约束的方法 数据库系 统用它来提供信息表示和操作形式框架 4 GIS 设计的特点设计的特点 1 GIS 处理的是空间数据 具有数据量庞大 实体种类繁多 实体间的关联复 杂等特点 2 GIS 设计以空间数据为驱动 3 GIS 工程投资大 周期长 风险大 涉及部门多 第二章第二章 GISGIS 设计思想与方法设计思想与方法 第一节 GIS 设计的理论基础 GIS 工程学思想 1 GIS 工程学的特点 1 以空间信息系统工程优化为目的 2 横跨多个学科 3 GIS 工程学是直接面向决策的 为可持续发展提供决策支持 4 与 GIS 产业化密切相关 5 系统更新速度快 6 易操作性要求高 2 GIS 工程学的基本理论 1 系统学思想 系统的一般特征及其对系统设计的影响 见表 2 1 p28 2 系统工程学 3 地理信息科学 第二节 系统设计方法第二节 系统设计方法 1 结构化生命周期法 结构化生命周期法 1 结构化生命周期法的特点及其目的 结构化生命周期法的特点及其目的 特点特点 具体内容具体内容 目的目的 根据需求设计系统根据需求设计系统 保证工作质量和以后各 阶段开发的正确性 减少 系统开发的盲目性 严格按阶段进行严格按阶段进行 便于计划管理和控制 前 阶段工作成果是后阶段 的依据 避免返工 文档标准化和规范化文档标准化和规范化 保证通信内容的正确理 解 系统开发人员与用户 有共同语言 分解和综合分解和综合 分解使系统简单化便于 设计实施 综合使子系统 成为完整的系统 实现系 统的完整性 强调阶段成果审定强调阶段成果审定检验检验 减少系统开发中的隐患 2 结构化生命周期法的基本思想 将系统开发看做工程项目 有计划 有步骤的进行工作 便于管理 3 结构化生命周期法将系统开发划分为六个主要阶段 结构化生命周期法将系统开发划分为六个主要阶段 1 系统开发准备阶段用户提出开发新系统的要求 有关人员进行初步调查 制定开发进度和计划 2 调查研究及可行性研究阶段 了解现行系统 在此基础上与客户协商 提出初步新系统目标 3 系统分析阶段 即系统的逻辑设计阶段 运用数据流程图等构造出新系统的逻辑模型 描述新系 统的功能 输入 输出和数据存储等 4 系统设计阶段 该阶段包括总体设计和详细设计 系统分析员根据新系统的逻辑模型进行物理模 型设计 并具体选择一个物理的计算机信息处理系统 5 系统实施阶段 实现系统设计阶段所完成的新系统的物理模型 6 维护和评价阶段 第三节 系统设计方法第三节 系统设计方法 2 面向对象的方法 面向对象的方法 一 关于概念和主要术语 主要概念 定义 说明 对象 人们对世界上的事务的认识形成概念 这些概 念应用到的事务称为 对象 类 具有一致的数据结构和行为 操作 的对象抽 象为类 继承 对具有层次关系的类的属性和操作进行共享 的一种机制 如在一个已有的类的基础上加入 若干新的内容形成新的类 二 面向对象的设计方法 面向对象的设计方法有多种 主要有面向对象建模技术 OTM 和统一建模语言 UML 1 OTM OTM 采用对象模型 动态模型和功能模型等来描述一个系统 1 对象模型 对象模型 通过描述系统中的对象 对象间的关系 表示类中对象的属性 和操作来组织对象的静态结构 2 动态模型 动态模型 描述与时间和操作顺序有关的系统属性 通常 动态模型用状 态图来表示 一张状态图表示一个类的对象的状态和时间的正确次序 3 功能模型 功能模型 描述了系统中所有的计算 通常功能模型的描述工具是流程图 注 的两个主要特点 A 使用领域专家或者用户熟悉的概念和术语 有助于对问题的理解和与用户的 通信交流 B 对应用领域的对象和计算机域中的对象使用一致的面向对象的概念和表示方 法来建模 设计和实现 不必在各阶段进行概念转换 方便了开发 2 OTM 的建模步骤的建模步骤 步骤 内容 系统分析 从问题陈述入手 与需求一起工作 以理解问题 要求 主要包括对象建模 动态建模 功能建模 等内容 系统设计 将系统分解为子系统的策略 子系统的软件件配 置 详细设计框架等 系统详细设计 详细设计强调数据结构和实现类所需的算法 软件编程 使用具体的程序设计语言 数据库或硬件来实现 对象设计中的对象和关联 3 UML UML 是一个通用的标准建模语言 可以对任何具有静态结构和动态行为的系统 进行建模 第四节 系统设计方法第四节 系统设计方法 3 原型法 原型法 第三章第三章 系统定义系统定义 第一节 系统定义的目标和任务第一节 系统定义的目标和任务 系统定义阶段必须明确的最关键的问题是 系统要解决什么问题 也就是明确系 统建设的目标和任务 1 系统定义的基本任务 1 功能需求 明确所开发软件必须具有什么样的功能 2 性能需求 明确待开发的软件的技术性能指标 3 环境需求 明确软件运行时所需要的软 硬件的要求 4 数据需要 在空间数据库设计中详细叙述 第二节 系统定义的工具 一 结构化系统定义工具 GIS 结构化分析常用的分析工具主要有 数据流模型 GIS 结构化分析的核心部分 数据字典 对数据流进行描述的加工逻辑说明 1 数据流程图的基本成分 2 GIS 数据字典数据字典 1 定义 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 加工小说明 及其他应进入字典 的一切数据 实现数据字典的常用方法有三种 全人工过程 全自动过程 和混合过程 GIS 数据字典的任务是对数据流图中出现的所有被命名的图形要素在数据字典中 作为一个词条加以定义 2 GIS 字典中四个词条的内容及其定义 3 加工逻辑说明的工具 加工逻辑说明的工具 有结构化英语 判定表和判定树 结构化英语 结构化英语 用介于自然语言和形式化语言之间的半形式化语言来描述加工逻辑 判定表 判定表 在某些数据处理问题中 数据流图的处理需要依赖多个逻辑条件的取值 这些取值组合可能构成不同的情况 一个判定表由两部分组成 顶部列出不同的 条件 底部说明不同的操作 判定树 是判定表的变形 比判定表更加直观 第八章第八章 GIS 实施实施 1 程序编写的组织管理程序编写的组织管理实际上就是对人员训练 软件培训 程序编写 调试和 验收等方面内容的合理安排 以提高程序编写的质量和效率 2 组织管理程序编写工作的内容 组织管理程序编写工作的内容 程序员组织训练 购进软件消化利用 程序 编写 程序模块的调试 程序模块的验收 3 GIS 开发的三种方式开发的三种方式 独立开发 单纯二次开发 组件式二次开发 1 独立开发 不依赖于任何 GIS 工具软件 从空间数据的采集 编辑到数据 的处理分析及结果输出 所有的算法都是有开发者独立设计 然后选用某种程序 设计语言 在一定的操作系统平台上通过编程实现 2 单纯二次开发 指完全借助于 GIS 工具软件提供的开发语言进行应用系统 开发 3 组件式二次开发 组件式 GIS 开发 它利用 GIS 工具软件生产厂家提供的 GIS 功能控件 如 Mapx 在编辑工具 如 VS NET 编制的应用程序中 直接将 GIS 功能嵌入其中 实现 GIS 的各种功能 4 组件式 组件式 GIS component GIS ComGIS 是面向对象技术和组件式软件在 GIS 软 件开发中的应用 基本思想是 把 GIS 的各大功能模块划分为几个控件 每个控 件完成不同的功能 各个 GIS 控件之间以及 GIS 控件和其他费 GIS 控件之间 可以方便地通过可视化 的软件开发工具集成起来 5 组件式 组件式 GIS 的特点的特点 1 小巧灵活 价格便宜 2 无须专门 GIS 开发语言 直接嵌入可视化开发工具 3 不逊色于传统 GIS 软件的强大 GIS 功能 4 直接 嵌入各种开发工具 开发简捷 5 更加大众化 使非专业的普通用户也能够开 发和集成 GIS 应用系统 6 组件式 组件式 GIS 开发平台设计开发平台设计为三级结构 基础组件 高级通用组件 行业性 组件 7 组件式 GIS 与用户和客户程序之间主要通过属性 方法和事件交互 属性 指描述控件或对象性质的数据 方法 指对象的动作 事件 指对象的响应 8 组件式 组件式 GIS 的基本结构的基本结构 可视化组件组 核心功能组件组 和数据访问组件组 9 组件式 GIS 系统的开发过程通常包括 用户调研 可行性研究 用户需求分 析 系统总体设计 系统详细设计 基础平台选择 熟悉基础平台 进行二次开 发 系统测试 系统维护和系统使用 10 程序设计语言包括三个级别 低级语言 中级语言和高级语言 11 程序的调试主要有三个步骤组成 1 选取足够的测试数据对程序进行试验 记录发生的错误 2 定位程序中错误的位置 即确定是哪个模块内部发生了错误或模块间调用 的错误 3 通过研究程序源代码 找出故障原因 并改正错误 12 系统的调试与安装中四种常用排错方法比较 方法 排错过程排错过程 硬性排错 采用试验的方法 比如采用试验的方法 比如设置临时变量设置临时变量 增加调试语句增加调试语句 设置设置 项目 低级语言 中级语言 高级语言 面向过程 面向对象 表达方法 以 0 1 的组合 表达各种命令 用代码字符表 达各种命令 用接近自然语言 的命令实现各种 功能 用面向对象的构件 来实现各种功能 特点 编程极其繁琐 一般不被采用 编译效果高 但 生产效率低 易 出错 难维护 便于掌握 编程 也较方便 可视化编程环境 易于掌握 效率高 举例 机器语言 汇编语言 Fortran C Pascal VC Delphi C 断点断点 单步执行单步执行等 速度慢等 速度慢 归纳法排错 准备几组有代表性的输入数据 反复执行 对得出的错误结准备几组有代表性的输入数据 反复执行 对得出的错误结 果进行整理分析及归纳 提出错误原因及位置假想 再用新果进行整理分析及归纳 提出错误原因及位置假想 再用新 的一组测试数据去验证这些假想的一组测试数据去验证这些假想 演绎法排错 针对各组测试数据得出结果 列举出所有可能引起出错的原针对各组测试数据得出结果 列举出所有可能引起出错的原 因 然后逐一排除因 然后逐一排除不可能发生的原因与假设 将余下的原因不可能发生的原因与假设 将余下的原因 作为主攻方向 最终确定错误位置作为主攻方向 最终确定错误位置 跟踪法排错跟踪法排错 在错误征兆附近进行跟踪找错 错误诊断出来以后 需要进在错误征兆附近进行跟踪找错 错误诊断出来以后 需要进 行修改 修改完以后 应立即利用先前的测试用例 重复先行修改 修改完以后 应立即利用先前的测试用例 重复先 前的测试过程 进一步