GIS工程设计与实现第二讲.ppt

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第二讲GIS设计思想、内容标准地理信息系统设计与实践教程赵前胜武汉大学测绘学院2022/11/教学大纲教学大纲一、GIS设计思想-工程学思想二、GIS设计内容三、GIS设计规范和标准2022/11/42武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院一、一、GIS设计设计-工程学思想工程学思想2022/11/43武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院为什么要进行为什么要进行GIS设计设计p目标目标GIS设计目标就是通过改进系统设计方法、严格执行开发的阶段划分、进行各阶段质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，从而达到增强系统的实用性、降低系统开发和应用的成本、延长系统生命周期的目的。

p软件危机软件危机2022/11/44武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院软件危机软件危机p软件危机软件危机n如何开发软件，以满足对软件日益增长的如何开发软件，以满足对软件日益增长的需要需要n如何维护数量不断膨胀的已有软件如何维护数量不断膨胀的已有软件2022/11/45武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院案例案例IBM公司开发的OS/360系统，耗资几千万美元，花费了五千多人年，拖延了几年才交付使用，交付后每年发现近100个错误。

负责人Books这样描述研制过程：

“像巨兽陷入泥潭作垂死挣扎，挣扎的越猛，泥浆就沾的越多，最后没有一个野兽能够逃脱淹没在泥潭中的命运程序设计就像这样的泥潭，一批程序员在泥潭中挣扎”2022/11/46武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院案例案例p全球最大的软件消费商美国军方：

每年花费数十亿美元购买软件，在其所购买的软件中，可以直接使用的只占2%，另外3%需要修改，其余95%都成了Rubbish.p根据StandishGroup对美国超过8000个民用军用的各种软件项目的调查,1996年,2000年和2004年的软件成功率分别为27%,28%和29%,其他则是部分或者完全失败的。

2022/11/47武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院软件危机软件危机2022/11/48武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院GIS软件危机软件危机pGIS软件危机情况日益严重p进行GIS设计是避免软件危机，保证GIS开发质量、提高开发效率、降低开发成本的一个重要手段2022/11/49武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院GIS设计特点设计特点pGIS处理的空间数据pGIS设计以空间数据为驱动pGIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。

2022/11/410武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院GIS工程学体系工程学体系维维逻辑维逻辑维系系统统优优化化与与方方案案选选知识维知识维问问题题定定义义指指标标系系统统设设计计系系统统分分析析问问题题模模型型化化计计划划实实施施系系统统综综合合意向阶段意向阶段规划阶段规划阶段拟订方案阶段拟订方案阶段编制总体方案阶段编制总体方案阶段系统开发设计与研制阶段系统开发设计与研制阶段调试阶段调试阶段安装阶段安装阶段业务运行阶段业务运行阶段时时间间计算机科学计算机科学地理学地理学测绘学测绘学遥感学遥感学管理科学管理科学地理信息科学地理信息科学2022/11/411武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院GIS工程学理论基础工程学理论基础p系统学思想系统学思想p系统工程学系统工程学p软件工程学软件工程学p地理信息科学地理信息科学n理论地理信息科学n技术地理信息科学n应用地理信息科学2022/11/412武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院系统学思想系统学思想p系统可以定义为由相互作用、相互依赖的若干组成部分（要素）构成的具有一定功能的有机整体。

p系统不是不可分割的单一体，而是一个可以分成许多部分的整体p每一个系统都有其独特的层次结构、功能与环境。

2022/11/413武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院系统工程学系统工程学p系统工程是以大型复杂系统为研究对象，按照一定的目标对其进行研究、设计、开发、管理和控制，以期达到总体效果最优的理论和方法n研究对象是一个表现为普遍联系、相互影响、规模和层次都极其复杂的大系统n系统工程学的知识结构复杂，是自然科学和社会科学交叉的边缘学科n系统工程学是方法学，是泛化系统的研究方法n系统工程学是目的性很强的应用学科2022/11/414武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院软件工程学软件工程学p软件工程是一门研究用工程化方法构建和维护有效的、实用的和高质量的软件的学科。

它涉及到程序设计语言，数据库，软件开发工具，系统平台，标准，设计模式等方面。

2022/11/415武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院基础学科基础学科数学、测绘学、计算机科学、心理学、美学、哲学等等数学、测绘学、计算机科学、心理学、美学、哲学等等应用地理应用地理信息科学信息科学技术地理技术地理信息科学信息科学理论地理理论地理信息科学信息科学背景背景目标目标区域可持续发展战略区域可持续发展战略人文背景人文背景社会、经济、政治及法律背景社会、经济、政治及法律背景地理信息运动机理地理信息运动机理地理信息的本质、结构、分类和表达地理信息的本质、结构、分类和表达发生、抽取、传导、重构和作用机制发生、抽取、传导、重构和作用机制熵的增减、误导与不确定性熵的增减、误导与不确定性地理信息感应与人的行为机制地理信息感应与人的行为机制机器模拟的一般性问题机器模拟的一般性问题RS、GPS、GIS、SDI及集成及集成区域环境管理区域环境管理空间信息基础设施空间信息基础设施地理信息科学地理信息科学地理信息科学2022/11/416武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院二、二、GIS设计内容设计内容

（一）软件设计

（二）数据库设计（三）软件选择和硬件选择2022/11/417武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院GIS设计基本原则设计基本原则基本原则基本原则具体内容具体内容标准化标准化符合符合GIS的基本要求和标准；符合现有的国家标的基本要求和标准；符合现有的国家标准和行业规范准和行业规范先进性先进性硬件设备的先进性；软件设计的先进性；技术方硬件设备的先进性；软件设计的先进性；技术方法的先进性；管理手段的先进性法的先进性；管理手段的先进性兼容性兼容性数据具有可交换性，选择标准的数据格式和实现数据具有可交换性，选择标准的数据格式和实现数据格式转换功能，实现与不同数据库之间的数数据格式转换功能，实现与不同数据库之间的数据共享据共享高效性高效性具有高效率的数据采集工艺方法和图形处理能力、具有高效率的数据采集工艺方法和图形处理能力、存取能力、管理能力等等存取能力、管理能力等等可靠性可靠性保证系统正常运行以及系统运行结果的正确性保证系统正常运行以及系统运行结果的正确性通用性通用性系统数据组织灵活，可以满足不同应用分析的需系统数据组织灵活，可以满足不同应用分析的需求求2022/11/418武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院与一般信息系统设计的区别与一般信息系统设计的区别GIS设计设计一般信息系统设计一般信息系统设计设计设计重心重心处理的是海量空间数据，数处理的是海量空间数据，数据库设计在据库设计在GISGIS设计中尤其设计中尤其重要重要软件功能实现是其软件功能实现是其设计重心设计重心数据库数据库建建设设不仅要进行属性数据库的设不仅要进行属性数据库的设计，更要进行空间数据库的计，更要进行空间数据库的设计，包括空间数据结构、设计，包括空间数据结构、存储方式、管理机制等存储方式、管理机制等只需要建立属性数只需要建立属性数据库据库设计设计方法方法以业务需求为导向、以空间以业务需求为导向、以空间数据为驱动进行系统设计数据为驱动进行系统设计以业务需求为导向，以业务需求为导向，以功能为驱动进行以功能为驱动进行系统设计系统设计2022/11/419武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院

（一）软件设计

（一）软件设计pGIS软件设计在GIS软件开发中具有十分重要的地位，是构建一个高效的GIS软件的关键。

pGIS软件设计一般采用合适的软件生存周期模型，作用：

n以图表和逻辑表达式的形式来描述定义和生以图表和逻辑表达式的形式来描述定义和生产两个阶段产两个阶段n提供了一种有目的和有规划的方式来建立质提供了一种有目的和有规划的方式来建立质量保证体系量保证体系2022/11/420武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院软件开发模型软件开发模型p边做边改模型边做边改模型n无规格说明无规格说明n无设计无设计p瀑布模型瀑布模型n开发活动严格按照线性方式进行开发活动严格按照线性方式进行n过于理想过于理想p快速原型模型快速原型模型p快速原型快速原型p丢弃原型丢弃原型2022/11/421武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院p增量模型增量模型n容易退化为边做边改模型容易退化为边做边改模型p螺旋模型螺旋模型n结合了瀑布模型和快速原型模型结合了瀑布模型和快速原型模型p智能模型智能模型n借助工具自动生成相应代码借助工具自动生成相应代码p混合模型混合模型软件开发模型软件开发模型2022/11/422武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院

（二）数据库设计

（二）数据库设计p数据模型数据模型p数据库策略数据库策略p属性数据设计属性数据设计p空间数据设计空间数据设计p遥感影像数据遥感影像数据2022/11/423武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院数据模型数据模型p数据库系统是存储、管理、处理和维护数据的软件系数据库系统是存储、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统，包括数据库、数据库管理员及相关软件n数据库的核心是数据模型数据库的核心是数据模型n数据模型既提供了考虑面向数据处理应用的概念基础，也提供了使用数据库系统的技术和工具的形式基础。

n数据模型是一种形式化描述数据、数据之间联系以数据模型是一种形式化描述数据、数据之间联系以及有关语义约束的方法，包括及有关语义约束的方法，包括p数据结构数据结构p操作的集合操作的集合p完整性约束完整性约束2022/11/424武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院数据模型数据模型p数据模型的选择数据模型的选择n文件模型文件模型n网状模型网状模型n层次模型层次模型n关系模型关系模型n对象对象-关系模型关系模型2022/11/425武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院数据库策略数据库策略p数据字典数据字典n数据字段的说明，比如字段类型（整型）数据字段的说明，比如字段类型（整型）p表表p关系关系p元数据元数据2022/11/426武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院表和关系表和关系2022/11/427武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院元数据元数据p关于数据的数据关于数据的数据n数据标准数据标准2022/11/428武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院属性数据设计属性数据设计p为什么要进行属性数据设计为什么要进行属性数据设计n用户有时候需要频繁的关心属性数据用户有时候需要频繁的关心属性数据n更高效更高效p什么数据可以放在空间表中？

什么数据可以放在空间表中？

nGIS系统必须的空间字段，如空间唯一标识、系统必须的空间字段，如空间唯一标识、长度、面积、类型（点、线、面）长度、面积、类型（点、线、面）n必要的外键（和其它关联）必要的外键（和其它关联）p什么数据独立为属性数据表什么数据独立为属性数据表2022/11/429武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院空间数据设计空间数据设计p空间数据模型空间数据模型n矢量模型矢量模型n栅格模型栅格模型p空间数据分层空间数据分层p拓扑关系拓扑关系p空间对象维空间对象维n零维（点）零维（点）n一维（线）一维（线）n二维（面）二维（面）2022/11/430武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院空间数据设计空间数据设计p第三维的设计（第三维的设计（2.5维）维）n高程高程n坡度坡度n坡向坡向p精度精度n比例尺比例尺p坐标系统坐标系统n经纬度经纬度n投影投影2022/11/431武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院空间数据设计空间数据设计p空间索引空间索引n格网索引（格网大小）格网索引（格网大小）n影像金字塔影像金字塔2022/11/432武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院遥感影像数据遥感影像数据