GIS设计与实现

1、GIS设计与实现GIS构成 由4个基本要素构成：硬件、软件、数 据、人员一硬件计算机硬件环境包括从 GIS数据采集 到数据处理乃至数据输出所涉及到的所有硬件 设备?数据采集、输入设备?采集设备包括测绘仪器和遥感设备?输入设备包括数字化仪、扫描仪以 及计算机的输入设备?数据存储和处理设备?存储设备包括磁盘、磁带机等磁存 储介质以及一些光存储介质?处理设备包括计算机、图像处理器、 网络设备等?输出设备?输出设备通常是标准的计算机外围 设备，如打印机、绘图仪?还可以通过计算机显示器或是外接 的高分辨率显示装置（如投影仪等） 进行输出二软件? GIS软件可以分为工具型软件和应用型软件工具型软件：GIS

2、二次开发平台软件（Arcinfo、Maplnfo、 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与预测三数据?地理数据是以地球表面空间位置为参照，描 述自然、社会和人文景观的数据? GIS的数据来源?普通地图?影像?其它图形软件的结果数据或相关的数据 资料?遥感数据? 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的数据， 一般采用以下数据结构进行管理和存储?栅格数据结构?矢量数据结构?不规则三角网（TIN ）?属性数据是表征空间实体属性信息的数据，一般用关系型数据库进行管理四人员?人员是GIS的重要

3、构成因素?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 的价值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? 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? GIS设计以空间数据位驱动? GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部 门繁多。GIS工程学体系主要由任务、基础理论和方法论三 方面组成?任务?运用系统论的理论和方法，实现GIS工 程的最优设计、最优管理和最优运行， 以求得系统总体最优化?基础理论?系统学?地理信息科学?系统工程学?方法论

4、?根据理论形成的一系列程序化的基本操 作技术与方法地理信息科学?地理信息科学? 1992年GoodChild首次提出?研究地理信息的本质特征与运动规律?被划分为三个层次?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，必须具备三个基本条 件：?数据资源的储备?要有技术支撑系统的保障?共享规则的制订、被广泛采纳和遵循，主要 包含标准、规范、政策和相关法律。GIS设计方法?结构化生命周期法?原型法?面向对象设计方法结构化生命周期法根据其系统开发思想的不 同又可以划分为两种类型?自顶向下方法?自底向上方法原型法开发信息系统包括以

5、下几个阶段：?确定用户的基本需求?开发初始原型?利用原型来提炼用户需求?修正和改进原型原型的种类及构造方法?原型从本质上可分为两种类型：丢弃型原型和进化型原型?从应用目的和场合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?研究和试验型原型被认为是丢弃型，因为当 真正的系统实现后，这些原型就会被丢弃。?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。原型构造方法研究型原型构造方法、试验型原型 构造方法、进化型原型构造方法面向对象设计方法面向对象设计方法的主要类型?面向对象建模技术（简称 OMT）?统一建模语言（简称UML）OMT采用对象模型、动态模型和功能模型

6、等 来描述一个系统。系统功能与性能分析常用的方法有如下三种：? GIS结构化分析方法? GIS面向对象分析方法? GIS快速原型化分析方法GIS结构化分析方法采用自顶向下、逐层分解 的系统分析方法来定义GIS系统的需求。GIS面向对象分析方法通过自底向上提取对 象并进行对象的组合来实现系统功能和性能 分析。GIS快速原型化分析方法是在系统分析员和 系统用户之间交流的一种工具方法， 用来明确 用户对GIS系统功能和性能的要求。系统目标分析从以下方面着手：?进行用户类型分析?对现行系统进行调查分析?明确系统服务对象 ?用户研究领域现状调查系统可行性研究主要包括以下4个部分?数据源调查与评估?技术可

7、行性评估?经济和社会效益分析?系统开发与运行环境评价系统分析工具（一）GIS数据流模型一般采用数据流图（Data Flow Diagram , 简称DFD ）来表示。 GIS数据流图的基本成分：加工、外部实体、 数据流、数据存储文件及基本成分备注按分层的思想将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） 是关于数据信息的集合。数据字典最重要的用途是作为分析阶段的 工具。数据字典和数据流图一起构成信息系统的逻辑模型。数据字典的组成：1、数据项2、数据结构3、 数据流4、数据存储5、处理过程实现数据字典的

8、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的表达方法?结构化英语?判定表判定表包括四个要素：基本条件、基本操作、 条件项、操作项。?判定树判定树是判定表的变形，本质完全一样，所有 用判定表能表达的问题都能用判定树来表达。总体设计的任务和方法总体设计一般采用结构化设计方法进行实现。 结构化设计强调软件总体结构的设计，是一种 自顶向下、逐步求精和分阶段实现的设计策 略。总体设计的准则评价软件设计质量的主要准则包括：?模块化?抽象和信息隐蔽?模块独立性模块独立性有两个定性的标准来度量，即内聚（cohesion，又称块内联系）和耦合（coupling， 又称块间联系）。内

9、聚是模块内部各成分之间 的联系，如果一个模块的内聚度大，模块的独 立性则会提高。耦合是指模块间的联系，耦合 度是对模块独立性的直接衡量，很显然，块间 联系越小，模块的独立性则会越高，耦合度就 会降低。在系统中，内聚度和耦合度是相互联 系的，模块的内聚度越高，则耦合度就越低。两个模块之间的耦合有五种形式，按照耦合程 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用的工具 之一，用来描绘软件的层次结构。（二）HIPO 图HIPO图是由美国IBM公司发明的层次+输 入/处理/输出图”的英文缩写。HIPO图实 际上由H图

10、（即层次图）和IPO图两部分组 成。（三）结构图Yourdon提出的结构图是进行软件结构化设 计的另一种有力的工具。地理建模过程地理建模的一般过程。?建模准备?模型假设模型假设是最易导致结果有误的环节。?建立模型?模型求解?模型分析?模型检验详细设计的具体任务?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所掌握为 止。?为每个功能模块选定算法。?确定模块使用的数据组织。?确定模块的接口细节，及模块间的调度关 系。?描述每个模块的流程逻辑。?编写详细设计文档。主要包括细化的系统结 构图及逐个模块的描述，如功能、接口、数据组织、控制 逻辑等。详细设计与总体设计的

11、区别主要表现为以下两个方面：?在总体设计阶段，数据项和数据结构以比较 抽象的方式描述，详细设计要确定用什么数 据结构来表示。?详细设计要提供关于算法的更多细节，在详细设计阶段为每个模块增加足够的细节，使 得程序员能够以相当直接的方式对每个模 块编码。详细设计的表达工具 （怎样画）详细设计的表达工具可分为图形、表格和语言三 种。（一）程序流程图程序流程图（Program Flow Chart，简称 PFC） 又称为程序框图（起始框）（处理框）（判断框）（输入输出框）（连接点）（流程线）（二）N-S盒式图N-S（ Nassi-Shneiderman ）盒式图是另一种用于 详细设计表达的结构化图形设

12、计工具。最初由Nassi 和 Shnei derman 开发，后经 Chapin 扩充 改进，所以又叫N-S图或Chap in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的， 综合了 流程图、盒式图和伪码等技术的一些特点，在 Pascal语言基础上发展而成的系统详细设计工 具。问题分析图采用自顶而下、逐步细化的结构化设 计的原则，力求将模糊的问题解的概念逐步转换 为确定的和详细的过程。（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

13、）空间数据有三大基本特征?空间特征：包括比例尺、坐标系和投影 类型等?时间特征?属性特征空间数据库中常用的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系。空间数据的逻辑预处理（一）分幅（二）分层（三）分专题要素空间数据库的设计空间数据库的设计分为五个步骤：?空间数据需求分析?定义实体及其关系?实体空间类型的识别表达?选择适当的数据模型?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。空间数据库的概念设计E-R模型?组成：实体类（简称实体）、关系类（简称 关系）和属性?分类：基本E-R方法、扩展E-R方法、空 间E-R方法空间数据库的逻辑设计传统数据模型的类型?层次模型?网络模型?关系模型面向对象数据模型的特征?封装性：在面向对象的系统中，所有的实 体都可以模型化为对象。对象是由描述该目 标状态的一组数据和表达它的行为的一组 操作（方法）组成，即某种相关的数据和行 为的组合，这种行为就是对象的封装性。?类：它是同类对象的集合，即具有相同属性 和操作的目标的组合。类描述了该类对象的 共同