应用地理信息系统课件

概論

地理資訊系統基本概念地理資訊系統的類型地理資訊系統應用應用型地理資訊系統設計的內容與過程地理資訊系統是整個地球或部分區域在電腦中的縮影。資訊：對現實世界的描述和認識，知識數據：對客觀對象的表達，資訊的一種載體地理資訊：對地理實體的描述和認識

空間位置、屬性特徵、時域特徵

空間分佈性、數據量大、資訊載體的多樣性區域性、多維性、動態性資訊系統：具有採集、處理、管理和分析功能的系統

TPS、MIS、DSS、ES1.地理資訊系統基本概念地理資訊系統

地理資訊系統是以地理空間數據為基礎，在電腦軟硬體的支持下，對空間相關數據進行採集、管理、操作、模擬、分析和顯示，並採用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理資訊，為地理研究和地理決策服務而建立起來的電腦技術系統。

地理資訊系統是一種決策支持系統，它具有資訊系統的各種特點。地理資訊系統與其它資訊系統的區別在於其存儲和處理的資訊是經過地理編碼的，地理位置及與該位置有關的地物屬性資訊成為檢索的重要部分。

在地理資訊系統中，現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象，這些地理特徵至少由空間位置參考資訊和非位置資訊兩個組成部分。地理資訊系統：定義的構成

學科地理資訊系統是一門學科，是描述、存儲、分析和輸出空間資訊的理論和方法的一門新興的交叉學科。技術系統地理資訊系統是一個技術系統，是以地理空間資料庫（GeoSpatialDatabase）為基礎，採用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態的地理資訊，為地理研究和地理決策服務的電腦技術系統。地理資訊系統：特徵具有採集、管理、分析和輸出多種地理資訊的能力，具有空間性和動態性。由電腦系統支持進行空間地理數據管理，並由電腦程式模擬常規的或專門的地理分析方法，作用於空間數據，產生有用資訊，完成人類難以完成的任務。電腦系統的支持是地理資訊系統的主要特徵，因而使得地理資訊系統能快速、精確、綜合地對複雜的地理系統進行空間定位和過程動態分析。空間數據屬性數據空間數據和屬性數據的綜合體NameAddressTownSt.ZipGIS是GIS各類資訊系統數據和應用從二維到多維的擴展地理資訊系統（GIS）是什麼？MISTPSDSSESGIS基於“擴展”的分類關係圖基於非地塊

基於地塊的社會經濟人口普查…………其他GIS

LISCADCAM……非地理學的

GIS非空間的

空間的資訊系統MIS……基於“空間”的分類關係圖TPS：事物處理系統；MIS：管理資訊系統；DSS：決策支撐系統；ES：專家系統GIS：地理資訊系統；LIS：土地資訊系統；CAD：電腦輔助設計；CAM：電腦輔助製造GIS的資訊系統分類人系統實現模型實現數據實現GIS技術學科地理學測量學電腦科學管理科學系統科學………地理資訊技術遙感技術軟體技術資料庫技術網路技術………數據採集人員數據處理人員模型分析人員空間決策人員專業應用人員………系統分析人員系統開發人員系統維護人員系統管理人員系統使用人員………從學科、技術和人的角度GIS的功能概述

數據採集、監測與編輯數據處理數據存儲與組織空間查詢與分析圖形與交互顯示觀察的現象、檔與地圖數據獲取原始數據數據預處理結構化數據查詢與分析交互展示展示與交互存儲與檢索資料庫製圖柵格圖與向量圖向量圖

柵格圖數據採集GIS可以做什麼管理海量數據GIS可以做什麼流覽查詢GIS可以做什麼專業性分析GIS可以做什麼路徑分析GIS可以做什麼地圖整飾GIS可以做什麼動態分段GIS可以做什麼斷面分析GIS可以做什麼格網分析GIS可以做什麼生成數字地面模型GIS可以做什麼三維地下體分析GIS可以做什麼地理資訊系統相關學科專業劃分一級學科二級學科

地理學地理學資源環境與城鄉規劃管理

地理資訊系統

自然地理學

地理學人文地理學

地圖學與地理資訊系統大地測量學與測量工程測繪科學與技術攝影測量與遙感

地圖製圖學與地理資訊工程本科研究生產業及學科劃分資訊產業

軟體行業

管理資訊系統（MIS）地理資訊系統（GIS）電腦輔助設計（CAD）電腦輔助製造（CAM）企業資源規劃（ERP）電子商務（EC）電子政務（E-Gov）

……（地球）空間資訊科學

全球定位系統（GPS）遙感（RS）地理資訊系統（GIS）“3S”集成對地理資訊系統的理解地理資訊系統＝地理資訊＋系統

GIS是與地理資訊有關的系統，研究的是與系統論有關的地理資訊，包括地理資訊的認知、標準、多樣化、表達、存儲、集成、處理、分析、應用等等地理資訊系統＝地理＋資訊系統

GIS是與地理有關的資訊系統，研究的是與地理有關的資訊系統，包括與地理相關的各類資訊系統的體系、結構、構成、介面、開發、應用等等地理資訊系統＝地理系統＋資訊

GIS是資訊化的地理系統，研究的是與地理系統有關的資訊化，包括與地理系統相關的資訊化的理論、體系、標準、技術、系統、應用等等2.地理資訊系統的類型工具型地理資訊系統應用型地理資訊系統大眾型地理資訊系統2.1工具型地理資訊系統工具型地理資訊系統也稱地理資訊系統開發平臺或外殼，它是具有地理資訊系統基本功能，供其他系統調用或用戶進行二次開發的操作平臺。工具型地理資訊系統為地理資訊系統的使用者提供一種技術支持，使用戶能借助地理資訊系統工具中的功能直接完成應用任務，或者利用工具型地理資訊系統加上專題模型完成應用任務。2.2應用型地理資訊系統應用型地理資訊系統是根據用戶的需求和應用目的而設計的一種解決一類或多類實際應用問題的地理資訊系統，除了具有地理資訊系統基本功能外，還具有解決地理空間實體及空間資訊的分佈規律、分佈特徵及相互依賴關係的應用模型和方法。應用型地理資訊系統可以在比較成熟的工具型地理資訊系統基礎上進行二次開發完成，也可以是為某專業部門設計研製的。應用型地理資訊系統按研究對象性質和內容可分為專題地理資訊系統和區域地理資訊系統。專題地理資訊系統水資源管理資訊系統礦產資源資訊系統農作物估產資訊系統水土流失資訊系統地籍管理地理資訊系統土地利用資訊系統

專題地理資訊系統是具有有限目標和專業特點的地理資訊系統，為特定的專門目的服務。環境保護和監測系統城市管網系統通信網絡管理系統配電網管理系統城市規劃系統供水管網系統區域地理資訊系統

區域地理資訊系統主要以區域綜合研究和全面資訊服務為目標。可以有不同的規模，可以以行政區、自然分區或流域為區域單位。2.3大眾地理資訊系統

大眾地理資訊系統既不同於工具型地理資訊系統，也不同於應用型地理資訊系統。它是一種面向大眾、不涉及具體專業的資訊系統，使用者只需要有一般的電腦常識就可以了。3.地理資訊系統應用GIS應用領域不斷擴大GIS應用研究不斷深入GIS應用社會化GIS應用全球化GIS應用環境網路化、集成化GIS應用模型多樣化地理資訊系統應用特點4.應用型GIS設計的內容與過程系統總體設計資料庫詳細設計系統功能設計應用模型和方法設計輸入、輸出設計應用型GIS設計內容應用型GIS開發階段及過程系統分析：需求分析、可行性研究系統設計：總體設計、詳細設計系統實施：編程、調試、培訓運行維護：運行和維護、系統評價應用地理資訊系統總體模組功能屬性資料庫管理子系統的結構與功能設計圖形資料庫管理子系統的結構與功能設計功能設計的原則應用型GIS功能設計實例

應用型GIS功能設計

應用型GIS功能設計的主要任務功能設計的主要任務是根據系統研製的目標來規劃系統的規模和確定系統的各個組成部分，並說明它們在整個系統中的作用與相互關係以及確定系統的硬體配置，規定系統採用的技術規範，保證系統總體目標的實現。1.總體模組功能為了提高系統的可變性，目前有效的方法是採用模組化的結構設計方法，即將整個系統看成一個模組，然後按功能逐步分解為若干個第一層模組、第二層模組等。一個模組只執行一種功能，一種功能只有一個模組來實現。應用型GIS功能設計的重點不在於對基本功能的設計和編程，而是根據需求分析的結果，對解決特定應用目的而進行的功能分析，選擇合適的工具型GIS功能並對其具體化，以滿足用戶的需要。GIS總體功能模組劃分數據輸入數據處理空間資料庫管理圖形/圖像操作空間分析數字地形模型製圖輸出用戶模型工具應用介面2.屬性資料庫管理子系統的結構與功能設計資料庫結構操作數據輸入資料庫操作屬性查詢屬性輸出3.圖形資料庫管理子系統的結構與功能設計圖形輸入圖形轉換圖形操作圖形編輯圖形計算圖像處理空間分析圖形輸出4.功能設計的原則功能結構的合理性功能結構的完備性系統各功能的獨立性功能模組的可靠性功能模組操作的簡便性5.應用型GIS功能設計實例上海石化綜合管線資訊系統地形圖庫管理子系統管線輸入與編輯管網管理與分析WebGIS模組即時數據處理子系統綜合管網設置子系統應用地理資訊系統應用型GIS管理應用型GIS維護

應用型GIS管理與維護

1.應用型GIS管理品質管理專案管理應用型GIS管理是對系統研究與開發進行計畫、調度、協調、組織、控制及決策的過程。應用型GIS管理的目標是計畫工程的開發，監督工程的執行並保障在預算內按時、按標準完成任務。1.1品質管理品質管理指標品質檢測與品質確定品質控制組織職能品質管理指標應用型GIS的品質要在一定範圍內定義，它主要與用戶要求有關。一個專案的品質好壞就是是否能夠達到客戶的期望。對於一個專案來說，專案的雙方對質量的要求是不同的，有客戶認定的品質、同行認定的品質、公司或結構自己認定的品質、合同定義的品質等。品質一般只能定義在用戶與開發者均可接受的限度內。從系統內部來看，品質主要是指部件的功能、性能以及內部結構的可靠性；從用戶的角度看，通常的品質標準是以被服務的一方為準則，保證系統符合用戶品質要求。品質管理指標：從用戶的要求出發導出的品質管理指標可用性：目的性、操作性、性能正確性：可靠性、準確性、保密性、可恢復性適用性：可維護性、擴展性、相容性、可移植性、連接性品質檢測對於GIS專案，品質檢測的方法常常需要根據每一個數據處理的過程和內容進行品質檢測。對於提供產品或服務的結構來說，通常必要在進行專案計畫時，制定出品質檢測的全過程，然後在生產或處理過程中按照計畫進行。對於經常提供的業務，應當建立機構內部的品質控制標準，然後根據這一標準建立自動化的品質檢測和控制的工具和程式。品質控制確保獲得完整、正確的需求在開發的每一階段，要修整一下，以進行充分審查並確保各子系統工作與整個系統相協調具備統一且完整的開發規範和標準注重安裝調試的問題注意交付後的審計評價組織職能組織機構中上層管理者：建立總的組織結構，選擇應用型GIS的負責人，審定計畫與預算，評價各下屬部門的績效應用型GIS直接管理者：建立品質保證規程並監督執行，建立並檢查應用型GIS的各種控制職能，實施開發過程的品質控制及監督檢查用戶：對質量保證負有責任，對系統的需求定義、輸入及輸出的結果方式進行確認1.2專案管理專案申請與立項專案管理範疇專案經費估算專案申請與立項立項依據需求分析和可行性研究專案實施方案專案組織形式研究進度基本條件經費預算效益評價……專案管理範疇專案經費預算與落實組織專案隊伍專案技術路線控制專案進度管理專案品質管理人、物、資金管理專案最終收尾和評價專案經費估算平臺成本差旅與培訓成本軟體開發成本2.應用型GIS維護維護的內容維護的類型維護的管理2.1維護的內容程式的維護數據檔的維護代碼的維護機器、設備的維護2.2維護的類型更正性維護適應性維護完善性維護預防性維護2.3維護的管理提出修改要求領導批准分配任務驗收成果登記修改情況應用地理資訊系統系統實施階段的任務程式編制方法系統評價系統實驗

應用型GIS實施

1.系統實施階段的任務硬體準備：購置、安裝、調試軟體準備：系統軟體、資料庫管理系統、應用程式人員培訓：主管人員、業務人員數據準備：2.程式編制方法編程方法編程技巧2.1編程方法結構化程式設計原型化的設計方法面向對象的設計方法可視化編程技術結構化程式設計結構化方法主張自頂向下實現，儘量先實現上層模組，逐步向下，最後實現下層最基本的模組。地理資訊系統的開發是一個連續有序、循環往復、不斷提高的過程，每一迴圈就是一個生命週期，要嚴格劃分階段，保證階段任務的完成。用結構化的方法構築地理資訊系統的邏輯和物理模型。結構化分析和設計還包括：系統結構上的變化和功能的改變，以及面向用戶的觀點等。結構化軟體設計的特點是軟體結構比較清晰，便於掌握系統全貌，也可逐步細化為程式語句。原型化的設計方法要求在系統建設的早期階段，生成一個實實在在的系統原型；然後將該原型提供給用戶使用，聽取用戶的批評意見，在根據回饋資訊修正系統原型，補充新的數據、數據結構和應用模型，再提交給用戶使用。不需一開始即清晰地描述一切，而是在明確任務後，在軟體實現的過程中逐步進行系統定義和改造，直至系統完成。能夠比較好地適應地理資訊系統的建設特點。面向對象的設計方法將系統所面對的問題，應用封裝機制，按其自然屬性進行分隔，按人們通常的思維模式進行描述，建立每個對象的領域模型和聯繫，既模擬資訊實體的內在結構又模擬動作機制，使設計出的軟體盡可能直接地表現出問題求解的過程。能保護現有資源，同時也很容易擴充和重組。面向對象技術具有封裝性、繼承性和多態性。可視化編程技術用圖形工具和可重用部件來交互地編制程式基於事件驅動一般有應用嚮導提供範本2.2編程技巧編寫程式說明加注程式內部文檔編程風格編程需顧及的因素編寫程式說明程式名稱程式功能程式設計演算法程式使用方法需要的存儲空間、設備和操作系統程式設計語言程式使用的數據檔其他有關說明……加注程式內部文檔注釋必須與程式一致注釋不是重複程式語句，而應提供從程式本身難以得到的資訊對程式段作注釋，而不是對每個語句作注釋編程風格簡單、直接地反映意圖變數名、檔案名及過程名應規範化運算式書寫應一氣呵成編程需顧及的因素運算速度對軟、硬體環境的依賴程度，對電腦記憶體的要求演算法的複雜程度程式的可靠性和適用性程式調試代價要低程式要便於修改和維護3.系統評價軟體功能評價系統總體功能評價系統評價是對所建立系統的性能進行考察、分析和評價，判斷其是否達到系統設計時所預定的效果，包括實際指標與計畫指標進行比較，評價系統目標實現的程度。3.1軟體功能評價用戶介面資料庫管理系統資料庫建立數據處理與分析數據輸出3.2系統總體功能評價系統效率系統可靠性可擴展性可移植性系統的效益4.系統實驗實驗目的系統實驗主要過程系統實驗是對系統進行試運行，即對新建的應用型GIS系統進行從上到下的全面測試和檢驗，看它是否符合系統需求分析所規定的功能需求，發現系統中的錯誤，保證應用型GIS的可靠性。4.1實驗目的測試系統總體結構的完整性和合理性測試系統功能是否全面、實用，行為是否能夠滿足需求，靈活性是否合理測試資料庫設計的合理性，系統設計是否滿足和達到用戶的要求測試自動化部分是否有效建立資料庫生產的各個過程測試產品的合格性4.2系統實驗主要過程實驗範圍選擇：區域、設計內容決定人員及速度安排：測試數據建立過程：資料庫建立，數據錄入、編輯、分析、處理與輸出試點專案的展示和驗收根據試點專案的結果對數據庫設計和實施計畫進行修改正式資料庫實施的開始應用地理資訊系統應用型GIS輸入設計應用型GIS輸出設計

應用型GIS輸入與輸出設計

1.應用型GIS輸入設計輸入設計的原則輸入設計的內容數據記錄格式設計輸入數據的校驗方法1.1輸入設計的原則最小量原則簡單性原則早檢驗原則少轉換原則1.2輸入設計的內容確定數據採集方法確定數據的輸入方式數據輸入類型確定輸入數據的記錄格式輸入數據的正確性校驗確定輸入設備確定數據採集方法GPS方法攝影測量方法測量數據影像處理和資訊提取數據通信……確定數據的輸入方式聯機方式脫機方式數據輸入類型邏輯輸入：內部輸入網路通信輸入物理輸入：原始輸入操作輸入互動式輸入確定輸入設備考慮因素：輸入的數據量與頻度數據的來源、形式和收集環境輸入類型、格式的靈活程度輸入速度和準確性要求輸入數據的檢驗方法、糾正錯誤的難易程度可用的設備與費用1.3數據記錄格式設計基本技術：塊風格陰影選擇框顏色設立數字域劃分說明1.4輸入數據的校驗方法重複校驗視覺校驗分批匯總校驗控制總數校驗數據類型校驗格式校驗邏輯校驗界限校驗記錄計數校驗平衡校驗匹配校驗代碼自身校驗2.應用型GIS輸出設計輸出設計的基本要求輸出設計的內容圖形輸出設計表格輸出設計2.1輸出設計的基本要求把輸出資訊以用戶感興趣的形式、準確、及時地呈現在輸出設備上。2.2輸出設計的內容確定輸出內容：資訊形式，輸出專案，結構、類型、位數及取值範圍等選擇輸出設備與介質：形式終端、印表機、磁帶機、繪圖儀及多媒體等設備，紙張、磁帶、磁片、光碟和多媒體介質等確定輸出格式：文本、圖形、數字等應用地理資訊系統GIS資料庫設計的概念應用型GIS資料庫設計目標應用型GIS資料庫設計空間數據與非空間數據連接空間資料庫的管理

應用型GIS資料庫詳細設計

應用型GIS資料庫詳細設計一個資料庫組織的有效程度將對整個GIS系統運作的成功與否起決定性作用。GIS資料庫一般既要存儲和管理屬性數據和空間數據，又要存儲和管理空間拓撲關係數據。在進行應用型GIS資料庫詳細設計時，不僅要考慮特定工具型GIS軟體對設計的要求，同時也應考慮特定資訊種類的內容、產品的標準和技術規範的限制以及硬體的限制條件等。應用型GIS的資料庫詳細設計是在系統總體設計的基礎上，將資料庫概念設計轉換成詳盡具體的資料庫設計。1.GIS資料庫設計的概念資料庫設計就是把現實世界中一定範圍記憶體在著的應用處理和數據抽象成一個資料庫的具體結構的過程。資料庫設計通常要求包括：制定整個資料庫的使用目的和目標，分析和評價各種設計方案和雛形試驗。GIS資料庫設計比一般資料庫設計有更多的考慮，因為地理數據有向量和柵格之分，各種數據又同時具有空間和屬性的特徵，有的還有時間上的資訊特徵，各種特徵的資訊可能要用不同的結構來表達。GIS資料庫的設計應該既考慮數據的特徵，又兼顧應用目的。2.應用型GIS資料庫設計目標滿足用戶要求良好的資料庫性能對現實世界模擬的精確程度能被某個資料庫管理系統接收3.應用型GIS資料庫設計概念化設計邏輯設計物理設計空間數據結構是地理資訊系統的基礎，應用型GIS資料庫設計是在概念設計的基礎上進行邏輯結構和物理結構兩個方面的設計，邏輯結構（抽象數據結構）選擇是從地理表示的角度決定地理數據之間的關係，是程式設計人員與系統使用者之間交流的基礎；物理結構（內部存儲結構）選擇則要決定採取何種檔結構和存取方式，為程式設計和模組介面服務。3.1概念化設計方法與步驟：自頂向下、自底向上、逐步擴張、混合策略實體-關係模型：用實體關係表示數據資料庫地理實體類型確定：分類體系的確定地理實體屬性範圍：幾何類型、分類分級、圖形、數量特徵、品質描述、名稱實體間的基本關係：定性、定位、拓撲3.2邏輯設計邏輯設計應該達到的要求：在共用數據資源方面，在降低數據採集、存儲和使用成本方面以及在數據維護的事務處理方面達到最大的效率。在數據品質方面要達到防止（儘量減少）數據冗餘，保持數據內容與格式的一致。要能最大限度地發揮系統的性能。維護數據的獨立性。空間數據邏輯設計空間數據邏輯劃分：圖塊結構設計：限制因素、劃分原則圖層資訊組織：分層原則空間數據邏輯數據結構：柵格結構向量結構圖塊結構設計：限制因素磁片容量查詢分析效率資料庫維護圖塊結構設計：劃分原則按存取頻率較高的空間分佈單元劃分圖塊，以提高資料庫的存取效率。圖塊的劃分應使基本存儲單元具有較為合理的數據量。在定義圖塊分區時，應充分考慮未來地圖數據更新的圖形屬性資訊源及空間分佈，以利於更新和維護。圖塊結構設計：索引問題圖幅總索引表：記錄各圖幅在整個區域的位置空間實體索引表：記錄每個空間實體在各圖幅上的分佈基本單元索引表：記錄每一基本單元與鄰近8個圖幅所連接的圖幅號及基本單元序號圖層資訊組織：分層原則數據具有同樣的特性，也就是數據具有相同的屬性資訊按要素類型分類，性質相同或相近的要素應放在同一層同一類型的數據屬性特徵不相同時，也應分層存儲分層時要考慮數據與數據之間的關係分層時要考慮數據與功能的關係分層時要考慮更新的問題比例尺的一致性同一層數據會有同樣的使用目的和方式不同部門的數據應放入不同的層資料庫中需要不同級別安全處理的數據也應單獨存儲分層時應顧及數據量的大小，各層最好比較均衡儘量減少冗餘數據屬性數據邏輯設計一般步驟將概念結構轉化為一般的關係、網狀、層次模型將轉化來的關係、網狀、層次模型向特定DBMS支持下的數據模型轉換對數據模型進行優化3.2物理設計恰當地分配存儲空間決定數據的物理表示確定存儲結構資料庫物理設計的任務是使資料庫的邏輯結構能在實際的物理存儲設備上得以實現，建立一個具有較好性能的物理資料庫。主要解決以下問題：確定資料庫的物理結構確定數據的存儲結構：時間、利用率、維護代價設計數據的存取路徑：建立索引確定數據的存放位置：適當地分開存放確定系統配置：物理優化資料庫的物理設計構造空間數據模型：空間物理資料庫採用層次模型空間數據檔格式：向量格式、柵格格式屬性關係資料庫檔：結構表、關係表、數據表4.空間數據與非空間數據連接唯一性不變性純粹性不重複性可獲得性一個大的空間資料庫通常將空間數據與屬性數據分別存儲。空間數據通常由各種GIS軟體提供的數據模型方式存儲，而屬性數據則使用RDBMS存儲，兩者通過關鍵項進行連接，或通過指針連接。一個好的關鍵項有以下特徵：5.空間資料庫的管理數據使用權限的設置資料庫更新過程中的品質控制和安全性考慮資料庫的恢復能力合理管理單元的設定資料庫系統的網路考慮應用地理資訊系統需求分析可行性研究

應用型GIS系統分析

系統分析系統分析的基本思想是從系統觀點出發，通過對事物進行分析和綜合，找出各種可行的方案，為系統設計提供依據。系統分析的任務是對系統用戶進行調查研究，對選定的對象進行需求分析和可行性分析，在明確系統目標基礎上，開展對新系統的深入調查研究和分析，最後提出新系統的結構方案。系統分析是使設計達到合理、優化的重要步驟，這個階段工作深入與否，直接影響到將來新系統的設計品質。1.需求分析系統需求分析是通過與系統潛在用戶進行書面或口頭交流，將收集的資訊根據系統軟體設計的要求歸納整理後，得到對系統概略的描述和可行性分析的論證檔。全面深入地瞭解掌握用戶需求是進行優良的系統設計的關鍵，也是系統生命力的保證，需求分析使GIS開發者可以明確地瞭解用戶對GIS內容和行為的期望和需求。需求分析的實質需求分析的過程實際上是一個繼承與發展的過程。“繼承”要求全面調查、瞭解目前組織機構內的常規工作，理解其間的運作及關鍵性步驟。是一個學習和認識的過程，以對各類數據內容和行為進行調查的方式為主。“發展”是基於對現有的數據和機構組織理解的基礎上，用新的觀點和GIS技術來更有效地完成同樣的日常任務。是一個改革和創新過程，以分析和創造為主。需求分析的內容現狀調查表和清單數據流程圖數據字典1.1現狀調查現狀調查主要是調查各級、各方用戶對應用型地理資訊系統的總體功能要求及對各子系統的具體要求，然後由此確定系統的基本服務對象和內容，劃定系統的邊界，建立系統的概念模型，選擇合適的軟、硬體配置。在分析用戶需求時，應當同時兼顧目前和將來，以便使系統結構趨向合理，易於擴充和轉換，使系統功能保持最佳狀態。根據國內外的經驗與教訓，用戶調查工作一定要走在系統設計最前面。調查方式面談電話訪談參觀問卷索取有關的資料並加以學習和理解GIS專題報告調查內容用戶情況調查系統目的和任務調查數據源調查和評價軟、硬體調查用戶情況調查：用戶類型具有明確而固定任務的用戶：希望用GIS來實現現有工作業務的現代化，改善數據採集、分析、表示方法及過程，並用以對工作領域的前景進行評估，以及對現有技術方法更新改造等。部分工作任務明確、固定，且有大量業務有待開拓與發展：需要建立GIS來開拓他們的工作。用戶的工作任務不確定：各項工作的不同要求，導致對資訊的需求是未知的或是可變的。用戶情況調查：用戶範圍及其應用期限全國性地理資訊系統：需致力於陳舊數據的更新、嚴格控制數據採集的格式和精讀、數據處理標準化等。用於短期專案的系統：應具有數據採集、數據輸入、數據分析處理及資訊輸出的特點和能力，但不要求包括大型而複雜的資料庫管理與維護方面的功能。用於長期專案的系統：要求GIS能按一定的精度方便地處理整個調查區域內的各類數據，還需考慮軟、硬體更新的問題。用戶情況調查：用戶研究領域

瞭解用戶的研究領域狀況，用戶研究的方向和深度，用戶希望GIS解決哪些實際應用問題，以確定系統設計的目的、應用範圍和應用深度，為以後總體設計中系統的功能設計和應用模型設計提供科學、合理的依據。用戶情況調查：用戶數量調查

調查有哪些人要用該應用型地理資訊系統，使用該應用型GIS的人員、部門有多少，以便確定系統的開發規模。用戶情況調查：用戶基礎狀況

分析用戶的人力狀況：包括用戶的知識結構、科學水準、對GIS瞭解和掌握的程度等。目的在於確定系統的開發環境和採用什麼樣的開發工具。系統目的和任務調查

系統目的和任務是在深入的用戶調查基礎上，根據用戶的要求和特點而確定。從應用者的角度看，地理資訊系統只是解決某一（類）特定問題的工具，因此，一個可運行的應用型GIS系統的目的是指解決具體問題的描述，它確定了應用型GIS的研究應用範圍和性質。定位要準確：滿足需求，恰如其分，儘量不多不少數據源調查和評價

數據源調查和評價的主要內容包括：能獲得哪些數據；這些數據可劃分為幾個類型；它們之間有何聯繫；哪些是基礎數據，哪些是可以由基礎數據生成的合成數據和綜合數據。在進行業務現狀和數據現狀分析的同時，也應估計其不遠將來的變化與發展。數據源調查與評價：數據源地圖航空像片衛星圖像文字報告統計數據

…...數據源調查與評價：數據的分類字元型：名義型、有序型數值型：間隔型、比例型日期型：圖形型：圖像型：影音型：

…...數據源調查與評價：數據評價數據的一般狀況數據的空間特性數據的屬性特性數據源調查與評價：數據評價——

数据一般状况评价數據的目前狀態數據是否是一種標準形式數據是否可以直接被GIS使用數據的原始性數據的可替代性數據與其他數據的一致性數據共用性數據源調查與評價：數據評價——

数据空间特征评价空間特徵的表達方式空間特徵的連續性和閉合性表示規則的比較空間數據地理控制資訊的比較空間地理數據的系列性分類方法的比較和評價地理參考系統的一致性數據源調查與評價：數據評價——

数据属性特征评价屬性的存在性屬性數據與空間位置的匹配屬性數據的編碼系統屬性數據的現勢性軟、硬體調查軟體調查包括現在各種在用的軟體有哪些，分屬於哪些部門，目前設置的缺陷，網路功能如何，共用性如何。硬體調查包括現在各種在用的硬體有哪些，分屬於哪些部門，目前設置的缺陷，網路功能如何，共用性如何。1.2表和清單用戶情況調查表現有機構的組織結構圖及部門功能清單現有結構人員組織清單現有數據及來源清單現有數據及功能參照表現有軟、硬體資源表1.3數據流程圖基本組成外部實體：指系統以外又和系統有聯繫的人或事物，它說明了數據的外部來源和去處，屬於系統的外部和系統的介面。處理過程：指對數據邏輯處理，也就是數據變換，它用來改變數據值。數據流：指處理功能的輸入或輸出。數據存儲：表示數據保存的地方，它用來存儲數據。數據流程圖畫法：基本原則所有圖形符號必須是數據流程圖的4種基本元素主圖必須包含數據流程圖的4種基本元素，缺一不可數據流必須封閉在外部實體之間，外部實體可以是一個，也可以是多個處理過程至少有一個輸入數據流和一個輸出數據流任何一個數據流子圖必須與其父圖上的一個處理過程對應，兩者的輸入數據流和輸出數據流必須一致數據流程圖上的每個元素都必須有名字數據流程圖畫法：基本步驟把一個系統看成一個整體功能，明確資訊的輸入和輸出找到系統的外部實體找出外部實體的輸入數據流和輸出數據流在圖的邊上畫出系統的外部實體從外部實體的輸入流（源）出發，按照系統的邏輯需要，逐步畫出一系列邏輯處理過程，直至找到外部實體處理所需的輸出流，形成數據流的封閉將系統內部數據處理又分別看做整體功能，其內部又有資訊的處理、傳遞、存儲過程如此一級一級地剖析，直到所有處理步驟都很具體為止數據流程圖畫法：注意事項關於層次的劃分檢查數據流程圖提高數據流程圖的易理解性1.4數據字典

數據字典是各類數據描述的集合。對數據庫設計來講，數據字典是進行詳細的數據收集和數據分析所獲得的主要結果，因此在資料庫設計中佔有很重要的地位。一個好的數據字典是一個數據標準規範，可以使資料庫的開發者依此來實施資料庫的建設、維護和更新，從而減低資料庫的冗餘度並增強整個資料庫的完整性。數據字典的內容數據元素數據結構數據流數據存儲處理過程外部實體數據字典的功能給管理者和用戶提供關於可利用數據的線索為系統分析人員提供數據是否存在的資訊為編程工作提供數據格式及數據位置數據字典的用途系統分析階段：用來定義數據流程圖中各個成分的屬性與含義設計階段：提供一套工具以維護對系統設計說明的控制，保證設計人員在早期階段所確定的需求與實現階段一致實現階段：提供元數據的生成能力調試階段：輔助產生測試數據，提供數據檢查的能力運行和維護階段：幫助資料庫的重組織和重新構造使用階段：可以作為“使用手冊”2.可行性分析

可行性分析是在對用戶需求分析基礎上，從社會因素、技術因素和經濟因素方面對建立應用型地理資訊系統的必要性和實現系統目標的可能性進行分析，以確定用戶實力、系統環境、原始數據、數據流量、存儲空間、軟體系統、經費預算以及時間分析和效益分析等。可行性分析的內容理論分析技術水準經費估算財力狀況社會效益支持程度進度預測2.1理論分析GIS系統提供的數據結構、數據模型與應用所涉及到的專業數據的特徵和結構的適宜性分析。分析方法和應用模型與GIS技術結合的可能性分析。2.2技術水準電腦系統功能和壽命的限制：在選擇軟、硬體時，除重點考慮性價比等因素外，還應注意到系統的發展技術方法：選擇先進的開發技術和方法，以保證GIS技術的先進性技術力量：高水準的學科專業人員＋GIS專家＋電腦開發技術人員＋系統工程管理人員2.3經費估算資料、數據地圖等的收集、輸入、處理的經費軟、硬體購置與維護經費系統運行管理費消耗品費用系統分析、設計與開發費用，及相關費用2.4財力狀況資金豐富：財力支持有充分保證，因此可以建立任何形式和規模的地理資訊系統。資金有限：財力支持沒有充分把握，須對設計中的GIS進行仔細的論證。資金相當有限：對GIS的財政支持將是某種程度的冒險。2.5社會效益社會經濟效益：主要是指投入與產出的比率科學技術效益：指在科學和技術上達到的水準以及對社會產生的影響。2.6支持程度用戶支持程度部門管理者、工作人員對建立GIS的支持情況人力支持狀況：包括有多少人力可用於GIS系統，其中有多少人員需培訓等財力支持情況：包括組織部門所能給予的當前投資額及將來維護GIS的逐年投資額等2.7進度預測應用型地理資訊系統的建設是一項複雜的系統工作，一般需要較長的時間。如果將系統建設時間規定得太長或太短，不易為領導和用戶所理解和接收。對於大的系統只能考慮分階段實施的方案。應用地理資訊系統應用模型概述應用模型建立方法

應用型GIS應用模型分析

應用模型分析足夠的地理數據和合理的數據結構合適的應用分析模型系統用於組織和實現應用模型的功能使用者與系統的交流從應用角度看，地理資訊系統不僅要完成管理大量複雜的地理數據的任務，更為重要的是實現對空間數據的分析、評價、預測和輔助決策。發展應用分析模型是地理資訊系統走向實用化的關鍵。地理資訊系統應用依賴於4個方面的要素：1.應用模型概述域模型（DomainModel）概念計算模型（ConceptualComputational

Model）邏輯計算模型（LogicalComputational

Model）物理計算模型（PhysicalComputational

Model）1.1模型

模型是把一個域（源域）的組成部分表現在另一個域（目標域）中的一種結構。一個模型是否實用，要看它模擬源域的效果和它在兩個域間轉換的難易程度。對於應用型GIS來說，其模型從特殊的應用領域模型到應用型GIS中具體的基於電腦的物理資訊模型，在不同的學科領域都有著非常廣泛的應用。1.2應用模型的作用地理資訊系統技術推廣應用遇到的困難：軟硬體環境特殊，不易配備許多用戶沒有掌握地理資訊系統知識缺乏足夠的專題分析模型在GIS應用系統中應用模型的作用：聯繫GIS應用系統與常規專業研究的紐帶綜合利用GIS應用系統中大量數據的工具GIS應用系統解決各種實際問題的武器GIS應用系統向更高技術水準發展的基礎利於資訊交流1.3應用模型分類按結構分：數學模型統計模型概念模型按空間特性分：非空間模型空間模型按開發特點分：系統提供模型二次開發模型

內部模型外部模型按內容及所解決問題分：基礎模型專業模型按空間過程模擬方法分：動力學過程模擬模型隨機過程模擬模型2.應用模型建立方法模型化一般方法邏輯原理數據統計方法空間分析函數應用模型重用2.1模型化一般方法概念模型數學模型統計模型模型的建立通常需綜合各種方法。作為一般規則，首先是在實踐中不斷觀察總結，形成愈來愈豐富的概念模型，在積累經驗的基礎上採用數據統計方法摸索統計規律；然後上升到理論模型；最後再採用綜合方法建立實用的分析模型。模型的建立過程：XOY＝M綜合建模步驟系統描述與數據分析理論推導簡化表達參數確定2.2邏輯原理地理資訊系統數據管理和模型的實現，特別是邏輯模型的實現要依靠用戶對系統功能的正確調用來完成，這需要建立一套獨立於系統物理結構和電腦演算法之上的邏輯規則，這些邏輯規則必須為系統設計者和使用者雙方所理解和採用。邏輯原理主要指地理資訊系統數據的基本操作公理、地圖集合定義，可將所有地圖及地圖之間的操作表示為邏輯運算式，然後分解為基本操作予以完成。邏輯運算都是按數據的特定組合條件去檢索相應的圖形、屬性數據。操作公理處於相同或不同的數據平面上的數據可依據其空間關係和屬性進行運算數據可依據其空間關係擴展到相鄰區域地理資訊系統數據之間的邏輯運算基於布爾代數數據可以通過計數、量算、邏輯運算等操作重新標識，重新標識的數據可與原始數據一樣參加進一步運算多邊形疊置產生的問題多餘多邊形的清除縫隙小多邊形的處理多邊形交點的搜索2.3數據統計方法模型簡化權重確定隸屬度計算因數綜合分等定級數據分類在大多數情況下，首先將大量未經分類的數據輸入資訊系統的資料庫，然後要求用戶建立具體的分類演算法，以獲得所需要的資訊。綜合評價數據統計方法主成分分析系統聚類分析多變量因數分析層次分析判別分析2.4空間分析函數離散點插值模型：已知點是準確值，插值點是近似值離散點多項式擬合模型：所有點都是近似值2.5應用模型重用源代碼方式重用函數庫方式重用獨立可執行程式方式重用內嵌可執行程式方式重用DDE或OLE方式重用模型庫方式重用組件模型重用源代碼方式重用重用途徑改寫源代碼優點可以保證GIS系統與模型在數據結構、數據處理等方面的一致性源代碼開放，便於修改或升級缺點GIS開發者必須下很大功夫讀懂模型的源代碼在改寫重用過程中常常會出錯函數庫方式重用重用途徑調用函數庫優點GIS系統與應用模型能實現高度無縫的集成函數庫一般有清晰的介面，使用方便缺點函數庫無法與GIS數據有效結合開發者不能對函數庫進行修改，靈活性、可擴充性差靜態函數在一定程度上受限於語言獨立可執行程式方式重用重用途徑直接運行優點重用簡便所需編程極少缺點系統效率降低，且使用不很方便介面往往不一致，視覺效果不好內嵌可執行程式方式重用重用途徑嵌入運行優點符合軟體工程學要求的模組化開發原則，便於開發工作的組織管理系統的運行性能比獨立可執行程式方式好集成系統具有基本統一的介面環境，便於操作缺點開發人員必須理解模型運行的全部過程，並對複雜的模型要進行正確合理的結構分解在分解模型時可能產生錯誤進行模型的組合很困難DDE或OLE方式重用重用途徑嵌入交換優點系統能實現無縫集成所需編程不多缺點系統效率不高系統穩定性不是很好要求應用模型必須支持DDE或OLE協議模型庫方式重用重用途徑調入記憶體優點有效地生成、管理和使用模型具有完整的模型管理功能系統具有良好的可擴充性符合客戶/伺服器（C/S）模式系統的運行方式要求缺點在操作方面沒有形成完整的理論體系模型的自動生成、半自動生成方面離真正實用化尚有一段距離組件模型重用重用途徑對象調用優點完全面向對象應用系統高效無縫使用方便缺點利用組件模型實現應用模型有一定難度應用地理資訊系統超市送貨網路分析緊急撤退路進分析優勢作物評價與區劃SARS流行環境因素分析應用型GIS應用模型分析實例

1.超市送貨網路分析1.1系統處理過程輸入地址並定位搜索最優送貨點結果表達客戶地址定位搜索最優送貨店輸出計算結果1.2搜索過程（最短路徑演算法）定位客戶點圈定服務範圍(指定送貨店數或服務半徑)服務範圍內所有道路作為最短路徑計算緩衝區指定服務範圍內的送貨門店（可多個）計算指定送貨門店至客戶店最短路徑

經典Dijkstra演算法計算道路節點間最短距離；再根據門店和客戶店距道路左右節點距離綜合計算兩者最短路徑1.3實現過程演示選定客戶點指定服務半徑選擇送貨門店輸出報告計算得到最短路徑2.緊急撤退路徑分析數據準備數據加載選定起始點、中間必須停靠的點確定網路權值路徑計算數據準備為進行網路分析，首先必需建立符合GIS分析要求的網路結構資料庫。資料庫中圖形數據主要包括道路交通網絡圖、物質站點資訊、居民點資訊和安全樓臺等資訊圖層等。除此之外，還必需修改和添加上述圖形數據的部分屬性數據，以作為網路分析中的“權”。例如添加不同狀況下的時間阻抗等。為此，根據國家道路標準，並結合實際情況，建立不同交通工具、不同道路的速度參數表。分析背景分析結果3.優勢作物評價與區劃運籌學模糊綜合評判優勢作物綜合評價模型土壤—優勢作物適宜性評價行政單元與優勢作物的評價優

勢

作

物

模

糊

综

合

评

判土壤與優勢作物模糊評價向量值土壤與優勢作物適宜性評價表優

勢

作

物

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划

图湖南省優勢作物種植區劃說明表4.SARS流行環境因素分析思路時空特徵分析因素分析邏輯資訊法結果分析基於GIS的邏輯資訊法國內外已經採用數學方法對SARS的流行進行了分析與預測，但可以發現SARS的流行明顯地存在地域與時空的差異，而且國外有利用GIS技術對瘧疾、血吸蟲病的分析和預警方面的成功經驗，同時邏輯資訊法是針對機理不清楚問題的一種以數理邏輯、組合分析及數理統計為基礎的綜合數學分方法，因此利用地學數據和SARS流行數據進行邏輯資訊法分析是一種全新的嘗試。時空特徵分析（一）根據影響流行病流行的可能環境分析，利用已掌握的資料從氣候、雨的酸鹼性、地球化學背景、植被及其模式幾個方面進行了SARS流行的環境因素分析得到初步分析結果如下：

⑴.氣候因素

A.季節：廣東、北京、山西、內蒙（3-4月）均在當地的初春時節爆發。

B.氣溫：疫情高發區均經歷高發期前氣溫偏低且驟升驟降，而高發期氣溫偏高的過程。

C.降雨量：廣東、北京都經歷了高發期前降雨量達到或接近最高值（有利於病菌產生），病發期雨量都明顯少於常年同期（有利於病毒傳播）。時空特徵分析（二）⑵.雨的酸鹼性因素從流行病學角度看，酸雨中的酸性物質是一種較強的氧化劑，對病毒有抑制作用。高發區的北京、山西、內蒙為我國堿或弱酸雨區，湖南、江西等長江中下游地區為我國強酸雨區，廣東也在強酸雨區內，但在爆發期廣東明顯少雨未能形成實際酸雨。⑶.地球化學背景微量元素對人體免疫力產生影響，分析比較、可以發現，以幾種微量元素在人發和土壤中含量作為特徵值，可以較明顯的區分SARS高發區和低發區。⑷.植被及模式高發區的北京、山西、內蒙等植被覆蓋率低、種類單一，江西、湖南等中部地區植被覆蓋率較高、多樣性好，高發區的廣東植被覆蓋率高、但種類偏於闊葉林。時空特徵分析（三）

⑸.人文、社會環境人口密度與流行性、生活品質、醫療環境等對SARS的流行都可能存在一定關係。經研究認為上述這些環境因素可能對SARS病毒的聚集、活性程度以及人體免疫力產生影響，環境條件與SARS病毒的傳播分佈區域有一定的相關性，可利用GIS技術進行數據分析、環境條件與流行病流行相關關係的確定，並進行流行病流行的時間與區域預測。綜合分析過程與步驟確定研究區、研究對象及研究目標，並進行數據分析，確定地學分析所需要的數據，包括數據來源、數據品質指標等將收集到的各種資料進行進行各種數據處理，包括數位化、格式轉換、投影轉換、分層及屬性編碼等工作，建立研究區、研究對象的地學資料庫結合多源地學資料，總結研究區、研究對象可能與研究目標有關的相關特徵根據研究目標的特徵，分析影響目標的因素，運用GIS空間分析功能提取因數基於空間疊加對因數進行邏輯判別選取標準對象建立變異序列，計算各因數的各種權重建立標準模型並驗證應用建立的模型對研究區未知對象進行分析並預測劃分單元、選取標誌以全國行政區作為分析單元，用基於省的宏觀數據進行模型的研究，選定廣東、北京、湖南、江西、內蒙、山西、河北、天津、遼寧和新疆作為研究範圍，選定氣候（季節、溫度、降雨）、酸雨、地球化學背景（人發微量元素含量、土壤有效態元素含量）、植被（森林覆蓋率、物種多樣性）、日照（平均日照時數、紫外線輻射）和人口社會（人口密度、人口流動性、生活品質、醫療保障條件）作為研究的因素。確定邏輯判別因數對公佈的病例數據（截止日期為2003年4月30日，此後的病例數據受SARS控制與預防作用的影響不能用於環境因素分析）進行聚類分析，對疫情進行分級，將廣東、北京定為最高級，內蒙、山西次之，然後是河北、天津，新疆、遼寧、湖南、江西最低。根據對SARS與環境因素的分析確定以下有利於因數（括弧內為因數序號）：季節：進入實際的春季（0）；溫度：比常年偏高（1），爆發前偏低（2）；降雨：比常年偏少（3），爆發前偏多（4）；酸雨：強鹼區（5）；人發砷含量：偏低（6）；人發鈷含量：偏低（7）；人發鉀含量：偏低（8）；人發鍶含量：偏高（9）；人發鈦含量：偏低（10）；人發釩含量：偏低（11）；土壤有效態鉬含量：偏低（12）；土壤有效態鋅含量：偏低（13）；森林覆蓋率：偏低（14）；植被多樣性：單一（15）；人口密度：高（16）；生活品質：差（17）；人口流動性：大（18）；醫療保障條件：差（19）；日照時數：低（20）；紫外線輻射：低（21）。對所選的10個行政區，按GIS數據的屬性（直接獲得的或者是經過GIS疊加分析獲得的）針對21個因數（第21個因數由於數據不全，暫時未參加運算）進行邏輯判斷，給每個行政區各因數賦邏輯值0或1，從而建立原始數據矩陣K。原始數據矩陣為10行、21列，行代表行政區，依次為廣東、北京、內蒙古、山西、河北、天津、湖南、江西、新疆、遼寧，列依次代表0～20因數的邏輯取值。建立原始矩陣後續計算過程建立行政區的變異序列篩選資訊標誌計算資訊標誌的相對標誌權差和標誌資訊權計算每個資訊標誌的標誌區分權計算每個標準對象的對象權檢驗所建立的標準對象的準確性對未知對象進行預測北京廣東山西內蒙古河北天津遼寧新疆湖南江西臺灣1月4.748.324.421.942.443.161.350.452.532.377.812月5.397.834.962.403.073.721.800.892.131.275.353月6.957.636.153.774.485.183.212.411.950.575.484月8.175.337.265.315.796.294.323.720.660.047.035月9.792.648.206.676.847.055.574.981.260.135.336月9.742.838.807.617.077.686.065.932.470.573.547月7.385.837.937.444.810.973.776.415.404.876.548月7.045.498.777.565.795.534.816.355.015.494.579月10.017.537.807.297.728.755.895.306.095.672.9510月9.179.477.645.766.766.945.213.834.214.868.6911月7.409.476.474.004.965.613.632.263.454.038.9712月5.578.945.022.553.143.892.090.993.253.248.72應用地理資訊系統系統目標的確定系統總體設計基本原則模組或子系統設計系統組網方案硬體配置軟體設計代碼設計人機對話設計

應用型GIS總體設計

系統總體設計系統總體設計的目的是回答“系統應如何實現”的問題。系統總體設計的主要任務是劃分組成系統的各要素的構成、聯繫及其定義描述，並且根據系統確定的應用目標，配置適當模型和適當數量的硬體、軟體，確