第六部分地理信息系统工程设计与化

1、第六部分第六部分 地理信息系统工程设计与标准化地理信息系统工程设计与标准化第十八章 地理信息系统工程设计 o 地理信息系统工程是根据用户的具体应用需求和应用目的，为解决一类或多类实际应用问题，面向GIS技术应用的数据建设和软件设计开发的工程活动。其起点是空间数据库设计和利用现有的GIS工具进行二次软件开发设计。是一项集数据工程和软件工程为一体的复杂系统工程。两种工程活动紧密联系，互相作用，互相制约。 第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式o 在长期的地理信息系统工程的开发实践中，人们总结出了工程开发的模式，对指导GIS工程设计具有重要作用

2、。第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式o 一、一、GIS工程的设计模式工程的设计模式o 早在1972年Calkins就提出了信息系统的设计模式，后来经过了多次修改。这个模式是基于结构化的设计模式 。第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式明确系统的用户目的及要求描述和评价需要的数据说明地理参考的要求调查现有的数据源调查地图参考系统数据集合的规定和说明信息传输的要求和规定确定地理参照系统提出硬件要求提出软件要求数据处理方法政治结构法律结构用户背景信息评价资源保证情况描述选择的信息系统系

3、统稳定型评价描述硬件要求描述软件要求描述数据处理方法描述政治结构描述法律结构描述系统运行方法描述用户培训要求可行型与成本评价政治、法律意义评价执行计划评价效益和影响的最终评价阶段1阶段2阶段3阶段4信息系统的结构化设计模式 第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式o 这个设计模式由4部分组成，（1）通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目的、要求和规定。（2）描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素。（3）说明和评价所拟订的不同系统，这些系统能够满足所规定的要求。（4）对拟订的系统作最后的评价，从中选择一个运行系统。该模式的重

4、点是强调对用户的调查和系统功能分析。第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式o 二、二、GIS工程的程序评价模式工程的程序评价模式o 由于GIS工程开发发上了很大变化，如上述模式是假定系统的大部分组成，除硬件外，软件和数据库都由系统设计人员来完成，有时还包括处理空间数据的某个专门硬件。现在的情况是大多数处理空间数据的软件系统、数据库系统已经存在，设计需要基于现有的资源基础进行。因此Calkins对设计模式进行了重要修改（图18-2）。其主要思想是强调对已存在的建设成果的利用，强调了对它们的评价的作用。并采用了GIS和软件工程的一些设计理论。

5、第一节第一节 地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式地理信息系统工程的设计模式与程序评价模式目的与任务用户对象用户需求定义有关概念功能要求和规定需要和要求的变化数据获取计划硬件要求性能要求软件要求数据采集方法数据的选择软件和硬件型号的识别软件设计程序设计软件测试数据质量指标质量指标数据测试现有系统测试综合测试系统综合测试运行维护系统的更变变化控制结构化的程序评价模式 第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容与过程地理信息系统工程设计的内容与过程o GIS工程设计涉及软件设计、硬件设计和数据库设计等内容，是一个综合的系统工程。第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与

6、过程与过程o 一、一、GIS工程设计的内容工程设计的内容 GIS工程是一项系统工程，工程因素和工程内容涉及多种知识理论和技术方法的综合应用。一个成功的GIS工程建设需要GIS专家和应用领域专家密切配合，协调完成。主要设计内容包括以下几个方面：第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与过程与过程o 1、系统分析、系统分析o 系统分析主要包括需求分析和可行性研究。在用户提供所需的信息、提出所要解决的问题的基础上，调查和收集相关资料，吸取用户需求，分析相关资料和技术。并在对成本、效益、技术等可行性分析评价的基础上，提出最佳解决方案，回答用户问题。第二节第二节 地理信息系统工

7、程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与过程与过程o 2、系统设计、系统设计o 系统设计包括总体设计和详细设计。总体设计包括系统的目标和任务设计、模块子系统设计、计算机硬件系统设计、软件系统设计等。通过总体设计，解决子系统之间联系与集成问题，解决软件、硬件的选型问题，确定系统的总体框架结构、进行相关技术选择、制定或选择技术标准、安排系统实施计划和策略、组织开发队伍、预算系统开发费用等。详细设计包括数据库设计和系统功能的设计。通过详细设计，明确数据采集、处理、存储、管理的具体内容和技术，特别是系统的坐标系统选择、数据的类型和内容、数据的组织方法、数据的存储和管理模式等。系统功能设计包括软件模块的

8、功能、模块的集成方法、模块的软件开发方法、系统的用户界面设计等。第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与过程与过程o 3、系统的实施、系统的实施o 系统的实施主要是数据库的建库和软件编程与系统的调试。数据建库是将编辑好的地理空间数据装入数据库，置于数据库管理系统管理之下的过程。内容包括设计数据文件的定义、属性的定义、空间数据和属性数据的录入、空间索引的建立等；软件的编程是功能模块代码化的过程；软件的调试包括软件的模块调试、子系统调试、系统的总调试等；对非GIS专业的用户进行技术培训。它们都必须具有相应的具体实施方案。第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系

9、统工程设计的内容与过程与过程o 4、系统的运行维护、系统的运行维护o 系统的运行和维护主要是将系统交付用户试运行，并对系统进行积极稳妥维护的过程。需要提出系统维护的方案。o 上述的设计内容均应建立档案，作为系统开发和维护持续运行的技术文档依据。第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与过程与过程o 二、二、GIS工程设计的过程工程设计的过程o 与上述内容相对应，GIS工程设计的过程也包括4个阶段，即系统分析、系统设计、系统实施和系统运行维护。参与系统开发过程的成员应包括用户（一般是领域专家）、管理人员（一般由GIS专家和领域专家、项目技术顾问、系统技术监理人员等组成）

10、、系统开发人员等。 第二节第二节 地理信息系统工程设计的内容地理信息系统工程设计的内容与过程与过程第三节第三节 地理信息系统工程的系统分析地理信息系统工程的系统分析o 系统分析主要解决GIS工程设计中的需求分析、可行性分析等问题。是工程设计和开发的基础工作。第三节第三节 地理信息系统工程的系统分析地理信息系统工程的系统分析o 一、地理信息系统工程的需求分析一、地理信息系统工程的需求分析 地理信息系统工程的需求分析的主要任务是确定系统的目标和总体功能。是进一步描述系统的第一步。应考虑的分析内容包括输入功能、地理空间数据管理、地理数据查询、地理信息的输出和系统的性能等。 第三节第三节 地理信息系统

11、工程的系统分析地理信息系统工程的系统分析第三节第三节 地理信息系统工程的系统分析地理信息系统工程的系统分析o 二、地理信息工程的可行性分析二、地理信息工程的可行性分析 一个成功的GIS工程主要取决于经济条件和技术条件。设计者必须在经济和技术允许的前提下，分析现行GIS工具软件系统的的特点，所开发系统的使用对象的要求，选择所需要开发的全部模块，并分析已有算法的实用性，选择数据管理的模式，估计开发成本、效益、时间等。 第三节第三节 地理信息系统工程的系统分析地理信息系统工程的系统分析第四节第四节 地理信息工程的系统设计地理信息工程的系统设计o GIS工程系统设计包括系统总体设计和详细设计两部分内容

12、。 第四节第四节 地理信息工程的系统设计地理信息工程的系统设计第五节第五节 地理信息系统工程的实施设计地理信息系统工程的实施设计o 系统的实施设计是对系统实施过程的相关问题的处理方法进行详细说明。包括硬件系统的安装调试、软件系统的安装和集成、数据数字化的具体方法、程序设计的要求、数据库建库过程和方法的要求等。 第五节第五节 地理信息系统工程的实施设计地理信息系统工程的实施设计第六节第六节 地理信息系统工程的运行维护设计地理信息系统工程的运行维护设计o GIS工程开发完成交付使用后，还有一个运行维护期。应当对这个阶段的相关工作给予适当安排。对系统的运行管理方式，如数据库的更新计划、软件的修改要求

13、、审批权限和程序等作出规定。对程序运行中发现的问题进行更正，建立修改记录档案和运行日志，对系统运行状况进行技术评价和经验总结等。这些内容均需要进行设计和说明。 第六节第六节 地理信息系统工程的运行维护设计地理信息系统工程的运行维护设计第十九章第十九章 地理信息系统的标准化地理信息系统的标准化o 地理信息系统技术的标准化是由地理信息系统的特点决定的。GIS作为公共数据处理和分析的空间平台，其标准化是保证数据资源、软件资源和设备资源共享的基础。它设计GIS工具软件设计、GIS工程应用的多个方面。因而受到国际、国内机构和学者的高度重视。第一节第一节 地理信息系统标准化的作用地理信息系统标准化的作用o

14、 GIS的标准化从以下几个方面影响GIS技术和应用发展。第一节第一节 地理信息系统标准化的作用地理信息系统标准化的作用o 一、促进空间数据的交换促进空间数据的交换o 数据是GIS的处理对象，由于地理数据自身的复杂特点，造成GIS技术研究和应用的许多共性问题。这些问题如果没有标准参考，会产生数据质量、数据库设计、数据档案、数据格式、数据的可视化、数据产品测评等产生影响。 第一节第一节 地理信息系统标准化的作用地理信息系统标准化的作用o 二、促进空间数据共享二、促进空间数据共享o 共享和交换永远是GIS技术追求的最高目标。共享目标的实现同样需要一系列的技术标准约束。数据共享需要满足三个基本要求，要

15、正确地向用户提供信息；用户无歧义、无错误的接受信息并正确使用信息；要保证数据供需双方的权力不受侵害。 第一节第一节 地理信息系统标准化的作用地理信息系统标准化的作用o因此其标准的制定涉及以下4个方面的问题。一是面向地理系统过程语义的数据共享的概念模型。通过语义概念模型的定义，解决语义异构问题造成的数据理解困难。二是地理数据的技术标准。通过这类标准，为地理数据的空间坐标、空间关系表达等提供依据，从技术上消除数据产品之间存在的数据存储和处理方法上的不一致，使数据供需双方之间实现数据流的畅通。三是数据安全技术。数据在使用过程中，为了保证数据安全，也必须采用一些技术手段，数据的网络传输更是如此。主要在

16、数据使用和更新时保持数据的完整性约束条件，保护数据库免受非授权的泄露、更改和破坏。四是数据的互操作性。从技术角度讲，数据的共享更强调数据的互操作性。数据的互操作要体现数据在系统之间的自由传输和用户可以自由操作数据集并保证不会出错。互操作是数据共享的最高技术层次。第一节第一节 地理信息系统标准化的作用地理信息系统标准化的作用o 三、促进软件产品共享三、促进软件产品共享o 软件工程规范和标准是提高软件开发效率，共享软件开发成果的保证。同时软件产品的共享也为软件系统的集成提供了技术基础。软件产品的兼容性是解决系统异构的基本内容。制定软件设计和开发规范标准，不仅可以有效克服软件危机带来的影响，同时也是

17、数据共享和交换的实现基础。第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o GIS标准化的内容涉及GIS设计、开发和应用的全过程。内容和层次十分丰富。这里主要介绍国际上两个标准化组织发布的一些主要标准。 第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 一、标准化的基本内容和层次一、标准化的基本内容和层次o 在信息技术领域，标准和规范按其使用的状态可分为实际应用的标准和法律意义上的标准。前者是由有关机构、团体和组织自发达成的被广泛接受的标准，如TCP/IP协议、OpenGIS规范等，后者通常是为了政策或管理的目的，通过法律制定的标准，如FGDC制定的元数据标准。

18、第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 按照管辖地区的大小，制定标准化的组织分为5个层次，即国际化标准组织，如ISO；区域级标准化组织，如美国的ANSI；政府或用户级标准化组织，如OGC；以及补充性标准化组织，如地方标准化组织。o 通常信息技术的标准和规范包括5个方面。一是硬件设备标准，如IEEE 802等网络技术标准；软件方面的标准，如SQL、DCOM、CORBA等；数据和格式的标准，如数据分类与编码标准，政区代码等；数据集标准，数据存放的文件格式标准，如DXF、TIGER等，以及我国的4D产品格式等；过程标准，如ISO 900系列标准等。第二节第二节 地理信息系统

19、标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 二、二、ISO/TC211地理信息标准地理信息标准o ISO/TC211是国际标准化组织于1994年3月成立的地理信息/地球信息科学专业委员会。其制定的地理信息标准就有25个：第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 三、开放的地理数据互操作规范三、开放的地理数据互操作规范（OpenGIS）o 开放的地理数据互操作规范（Open Geodata Interoperability Specification-OpenGIS）是由美国OGC（OpenGIS Consortium-OGC）制定的系列关于数据互操作规范。第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 1、开放的地理空间数据模型、开放的地理空间数据模型(Open Geodata Model，OGM)o 它是一个以数学和概念化方法来 表示地球及地球现象的通用数字化方法。它定义了一系列通用的基本地理空间信息类型，基 于这些基本空间信息类型，可以使用基于对象的程序设计方法或常用的程序设计方法，为不 同应用领域的地理空间数据建模。 第二节第二节 地理信息系统标准化的内容地理信息系统标准化的内容o 2、OpenGIS服务模型服务模型(OpenGIS Services M