GIS课程设计.docx

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GIS课程设计

课程设计报告

课程名称地理信息系统设计与实现课程设计

开课实验室

学院年级级专业班

学生姓名学号

开课时间2012至2013学年第二学期

总成绩

目录

一、引言2

1.1系统设计背景2

1.2系统目标2

二、设计原则与设计方法3

2.1设计原则3

2.2设计方法4

三、需求分析（系统定义）4

3.1系统设计的目标和方法4

3.2现状调查分析4

四、系统设计6

4.1系统体系结构6

4.2系统模块设计6

五、数据库设计7

5.1概念设计7

5.2逻辑模型9

5.3物理设计10

六、系统实施计划10

七、实习心得13

基于GIS的校园多媒体查询系统设计

一、引言

1.1系统设计背景

地理信息系统是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”，近年来，也有称GIS为"地理信息服务"。

GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。

GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。

GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。

校园环境具有和地理位置极其密切的关系，校园的楼宇分布、草地雕塑的位置、校内道路信息等都基于相应的地理坐标，具有地理位置的确定性。

通过建立校园环境的GIS模型，利用GIS管理空间数据的功能，在一张校园电子地图上集成极其丰富的空间、非空间（属性）信息；以电子地图为依托，把校园环境信息以图像、图片、声音、文字等媒体形式展示在用户面前；利用GIS的空间查询、统计和分析功能，实现用户从属性到地图和从地图到属性的双向查询和浏览，并为用户提供相应的统计数据和诸如最短路径选择等分析工具。

多媒体技术是使用计算机交互式综合技术和数字通信网络技术处理多种表示媒体——文本、图形、图像、视频和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个交互式系统，所以基于GIS的校园多媒体查询系统有其必要性和实用性。

1.2系统目标

设计总体目标：

设计“基于GIS的校园多媒体查询系统”。

设计详细目标：

1、该系统内容涵盖学生及教师基本信息、道路及道路基本信息、建筑基本信息、校园特殊标记的空间数据组织；

2、该系统要求以校园电子地图为底图，采用GIS等专业技术，需要建立空间数据库和属性数据库；

3、该系统能够实现校园分期基建工程计划中基建管理信息的快速查询、统计、分析、输出、演示等功能；

4、该系统能够对显示在地图窗口中的地图进行放大、缩小、漫游、计算直线距离等地图操作和恢复全视图等操作,便于用户快速直观全面地了解校园的地理环境信息。

空间查询基本功能包括：

目标定位；

根据起始点和目标定位信息，给出导航路线；

能够介绍所查询的目标信息；

二、设计原则与设计方法

2.1设计原则

1、标准化：

基本符合GIS的基本要求和标准，符合现有的国家标准和行业规范；

2、先进性：

硬件设备先进性；软件设计先进性；技术方法先进性；管理手段先进性；

3、兼容性：

实现与不同数据库之间的数据共享；

4、高效率：

具有高效率的学生及教师，道路及道路基本情况，主要建筑物基本属性等信息的查询；

5、可靠性：

保证各数据及系统正常运行以及系统运行结果的正确性

6、通用性：

系统数据组织灵活，可以满足不同分析及查询的需求

2.2设计方法

GIS设计方法的选择需要考虑多方面的因素，包括系统规模的大小、系统应用的类型、系统需求说明程度等。

鉴于此次需建立的昆明理工大学校园多媒体查询系统的设计要求以及管理对象的复杂性，为了保证软件系统的可靠性和实用性，因此采用整体性好、开发成熟的结构化生命周期法进行系统设计。

三、需求分析（系统定义）

3.1系统设计的目标和方法

1、目标：

明确用户对系统的具体要求，摸清相关业务的具体流程，收集有关的图纸、表格和文本，并对这些信息进行分析处理，制定面向现对象的系统模型。

主要包括绘制业务流程图和E-R图、制作数据字典等，为系统设计做好前期准备。

2、方法：

系统定义工作主要包括调查了解和分析整理两部分的工作。

调查了解工作主要采取工作人员面谈和意向收集的方法进行调查，摸清系统目标，业务职能，业务流程，数据状况等基本情况。

分析整理工作主要是在调查的基础上利用系统分析工具进行分析和成果的整理。

3.2现状调查分析

1、业务调查分析

传统的进行系统定义的方法有三种：

结构化分析方法、原型化分析方法和面向对象分析方法。

在基于GIS的校园多媒体查询系统设计的分析过程中，由于系统涉及业务多，关系比较复杂，故采用结构化分析方法来进行系统定义，理清业务关系，明确管理职能，建立管理流程。

2、相关信息和数据

在现状分析中，对系统现状信息和数据的调查也是必不可少的，是进行系统可行性分析和设计的主要依据之一，在该校园多媒体查询系统中，经过调查将该系统所涉及的信息和数据分为图形数据、属性数据和文档信息三类。

图一：

空间信息构成

3、系统模型设计

1）建立系统模型的主要目的

前一阶段调查分析工作的总结

通过标准的、通用的模型来促进系统分析和设计两阶段的交流

进行系统的存档，方便系统的更新和维护

2）建立系统模型的主要任务

通过对现行系统业务流程以及系统所涉及的信息类型、信息量等的分析，结合用户对系统功能和性能的要求，整理出满足用户要求的数据流程图及用作数据与信息说明的数据字典等。

3）建立系统模型的方法采用结构化分析方法主要原则

一是分解，根据主要的业务及其关系，确定系统数据流图的顶层，然后逐步进行分解和细化；

二是抽象，即先考虑问题最本质的属性而暂时略去细节，以后在逐层添加细节。

结构化分析方法主要采用数据流程图、数据字典、加工说明以及必要的补充材料相结合的方式来进行系统概念模型的描述。

四、系统设计

4.1系统体系结构

系统分平台用户层、核心功能层、数据资源管理层以及硬件资源层。

用户层分为一般学生、路人、老师、内部人员、各级领导三类；核心功能层即为系统的功能模块；数据资源管理层完成空间数据库、属性数据库、地名数据库以及图像数据库的管理；硬件资源层为校园网平台。

图二：

系统结构层

4.2系统模块设计

模块是采用结构化设计方法进行系统总体设计的一个重要概念，因此，在系统总体设计中，一项主要的工作就是确定功能模块结构。

基于GIS的校园基建信息管理系统的建设既是对校园基建过程的科学化、标准化管理，提供管理者查阅数据的平台，了解学校动态发展情况，对部门提出的请示做出决策，依靠软件平台下达工作指令，监督部门工作情况。

同时也是对将来完全的数字校园建设是一个试探和基础。

系统设计了五个功能模块，分别是：

电子地图模块、检索查询模块、空间信息模块、权限设置模块、日志管理模块，其中：

电子地图功能模块提供基本的电子地图浏览功能，通过校园鸟瞰，整体浏览以及校区内部具体房间的空间形状三级描述，可以以无缝衔接的方式显示出来，也可以通过用户的双击查看相对应的下一级地图。

检索查询模块提供了图文双向查询检索功能，可以将各种输入的空间信息，如道路、建筑边界等以不同的颜色和图案显示在屏幕上，也可以移动光标到查询点或区域，将相关的描述信息列表出来。

校园空间信息发布模块提供空间信息录入、编辑和修改的功能模块，通过实现全校园内的信息的实时更新。

权限设置模块用于对用户使用权限进行设置。

日志管理模块主要用于日常数据管理。

图三：

校园信息系统各子功能模块

五、数据库设计

5.1概念设计

概念模型是对现实世界抽象而产生的通用信息模型，独立于系统实现的细节。

概念模型是在系统设计者和用户之间对系统的认识进行沟通的有效手段，是逻辑设计和物理设计的基础。

因此，必须进行周密的概念设计，避免无效数据进入数据库，同时对数据进行合理有效的组织。

表示概念模型最有力的工具是E—R模型，即实体—联系模型，包括实体、联系和属性三个基本成分。

特点：

强调实体间的关系，而非实体的属性。

表示方法：

E-R图。

其中，实体用方框表示，属性用椭圆表示，关系用菱形表示。

图四：

全局E-R模型

图五：

学生课表信息查询系统的E-R模型

5.2逻辑模型

逻辑模型主要是关系模型的建立，确定E-R模型中各类实体之间的联系类型。

①M：

N——将两个实体建立独立的关系模式，按照“实体—关系”的方式建立，例如：

“教室—属性”（类型、位置、编号、面积、容人量、层数、功能、其它），确立实体的唯一识别符，此处编号最为恰当；将实体间联系也转换为相应的关系模式，按照“关系—属性”的模式，该类属性包括该联系的所有属性，例如，确定路段—道路之间的“组成”关系，规定其关系的属性，建立“组成关系—属性”。

②1：

N——将两个实体建立独立的关系模式，并在联系的N端的实体对应的关系模式中加入属性，特别的，将联系作为一个属性加入其中，例如，“道路—道路类型”。

③1:

1——将联系的两个实体建立独立的关系模式，在这个关系模式中的任何一个之中加入属性：

另一个关系模式的键，以及联系的非主码的属性。

如图：

为基于GIS的校园多媒体查询系统下一个子系统——学生课表信息查询系统的逻辑模型。

图六：

学生选课系统逻辑模型

5.3物理设计

物理设计：

指有效地将空间数据库的逻辑结构在物理存储器上实现，确定数据在介质上的物理存储结构，其结果是导出地理数据库的存储模式（内模式）。

主要内容包括确定记录存储格式，选择文件存储结构，决定存取路径，分配存储空间。

数据库的物理设计就是为一个给定数据库的逻辑结构选取一个最合适应用环境的物理结构和存取方法的过程。

如下图为基于GIS校园多媒体信息系统中的学生选课物理模型：

图七：

学生选课系统物理模型

六、系统实施计划

系统设施主要有几个阶段：

图八：

实施步骤图

图九：

项目管理结构

在系统功能、数据库规模、所需硬软件等都已明确，但尚未正式实施之前，应对系统设计成果进行评价，以确保系统设计的质量，避免在实施阶段造成重大损失。

对于一般的信息系统，其设计的评价指标主要有数据结构是否简明、设计是否灵活、设计是否完整、设计是否可靠、设计是否经济等几个方面。

对GIS设计成果进行评价，除应考虑以上指标内容外，还应考虑其特殊要求。

同一般的信息系统相比，GIS的实施费用可能高得多。

除了数据量大、处理复杂而带来的硬软件、培训成本高于一般信息系统外，数据的收集和输入工作成本也颇高。

因此，费用估计在GIS设计的评价中就显得尤为重要了，它对GIS项目获得批准以及实施过程中成本控制、目标检查等都有重要作用。

因此项目的管理工作尤其重要，结合校园多媒体查询系统的实际情况，此处采用project进行项目管理。

图十：

日历安排

图十一：

甘特图

七、实习心得

地理信息系统设计与实现的课程设计结束了，回想自己在做课程设计的过程，实在是感慨良多，在这其中有遇到难点的迷茫，软件出问题的烦躁，也有与同学交流的互相激励，自己解决问题的喜悦。

这其中特别是逻辑模型的那一部分，由于自己专业知识掌握不牢靠，对其中的原理和方法理解得非常吃力，不过庆幸的是，在同学和老师的帮助下，问题得以解决，但是也暴露出自己对基础知识欠缺的弱点，以后还得好好努力。

当然，这次课程设计的过程中我也掌握了许多知识，对GIS系统设计和开发有了进一步的了解，实践真的是一种很好的学习方式，通过校园多媒体查询系统的设计与实现，对整个GIS的体系有了进一步的了解。

对GIS的设计思想、内容、和标准、GIS的设计方法、系统定义、系统设计、空间数据库系统的设计与实现、系统实施、GIS测试与维护以及项目管理和质量保证等过程设计都有了具体的了解。

我会充分利用这次得到的经验和收获，可以想象在以后的学习过程中，自己对于这些相关联的知识，会学起来更加轻松。

还一点很重要，那就是做事情的态度，实习过程中我越发感到，良好的态度决定事情的成败，当然不可否认，由于期末时间的紧迫，我对有些细节方面处理的还不够完善。

不过我明白只要保持良好的态度，积极进取的精神，每天进步一点点，那么明天也将会更加美好，让我们大家一起努力，加油！