GIS设计及实现课程设计.docx

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GIS设计及实现课程设计

设计背景与目标

1．设计背景：

随着现代社会的发展，大学校园的规模日益扩展，传统的管理方法显得力不从心，为了提高效率，节省物力人力资源，大学校园的管理也将逐步实现现代信息化管理。

而地理信息系统（一种基于空间数据库的空间信息处理与分析技术，已被广泛应用于市政、交通、电信、军事和旅游等领域，具有极其广泛的应用前景，从地理关系的角度分析和解决与地理信息有关的问题往往会得到意想不到的效果。

）技术的发展恰好迎合了这个需求，可以为大学校园的数字化、信息化管理提供相应的技术支持，大学校园多媒体管理系统应运而生。

我校虽然已经有了较完善的校园多媒体管理系统，但是身为我校地理信息系统专业的学生，专业相关的课程设计选择这个题目显得更有意义，特建立我校的空间管理GIS系统。

2．设计目标

要求包括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方案

1、要求满足以下功能要求：

（1）空间查询基本功能包括：

a）目标定位；

b）根据起始点和目标定位信息，给出导航路线；

c）能够介绍所查询的目标信息；

（2）查询学生、教师、专业、院系等相关的基本信息；能实现图文互查；

设计原则与设计方法

1．设计原则：

1．满足GIS设计的基本原则，合理的组织开发该管理系统。

a）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；

b）先进性：

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

c）兼容性：

实现与不同数据库之间的数据共享

d）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；

e）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

f）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．根据实际情况，考虑经济、项目可行性、降低软件系统开发的风险。

设计方法

ＧＩＳ系统设计的方法需要考虑系统规模的大小、系统应用的类型、系统需求说明程度等。

因为这次系统设计的需求明确，较宜采取结构化生命周期法进行设计，可以提高系统的可靠性和实用性。

运用visio、erwin、和microsoftproject软件平台进行设计和管理。

三、需求分析（系统定义）

1．系统设计的方法

收集相关的资料信息，并对这些信息进行分析处理，制定面向对象的系统模型。

明确系统的功能要求，利用结构化生命周期法，严格按照划分好的各阶段一步一步来，主要包括绘制系统流程图和Ｅ－Ｒ图、制作数据字典等，为系统设计做好前期准备。

以期借此熟悉GIS系统的开发流程为以后的学习打基础、做准备。

2．系统定义：

（一）系统目标分析

1．进行用户类型分析；

用户可分为：

学生、老师、领导、管理人员、游客等，对不同的用户，相应的功能需求也不尽相同，需要针对不同的用户设计不同的入口，使各种类型的用户能有美好的软件体验。

2．现状的调查分析；

当前系统存在的问题在哪里？

为什么要开发新的系统，新的系统相对于旧系统应该增加或不考虑哪些功能？

应充分考察当前用户在当前及未来的需求，力求系统完备、高效。

现状调查分析容包括当前在校学生最新基本信息情况，包括学生学号、、性别、出生年月、籍贯、政治面貌、所在班级及院系等信息；在校老师的最新基本信息情况，包括教师编号、、性别、年龄、职称和所属院系等信息；校主要道路基本信息，包括道路名称，道路长度，道路起点及终点，道路连接的交叉口等信息；校主要建筑物的最新基本信息，包括建筑物编号，建筑名称，建筑年代，建筑楼层数，建筑结构及用途等信息；主要商店超市信息，包括店铺编号、店铺地址、店铺主营产品等信息；医院/诊所基本信息，包括位置信息、营业时间、急救等。

此外，还包括对上述信息的相关介绍，方便查询时能够介绍相关信息。

经过调查将该系统所涉及的信息和数据分为图形信息、属性信息和文档信息，为实现多媒体图文并查做好准备。

3．明确系统的服务对象；

系统主要为学生、教师、领导、游客等人员服务，对不同的服务对象系统的目标也不同。

4．用户研究领域现状调查。

详细了解用户现在的研究领域，预测系统功能。

在该系统设计中用不上。

（二）空间查询基本功能要求如下：

（1）目标定位；

（2）根据起始点和目标定位信息，给出导航路线；

（3）能够介绍所查询的目标信息；

（4）可查询学生、教师、专业、院系等相关的基本信息，能实现图文互查；

（三）校园多媒体查询的性能要求：

（1）系统界面友好，操作简单。

系统要有良好的人机交互界面，界面风格应符合查询人员及管理人员心理等特点，按查询及管理工作环节来进行系统界面的布局。

功能设计无论是文本部分还是图形部分都是从实用的角度出发，做到形象直观，操作方便。

操作流程应尽可能地简单实用，尽量把复杂的功能要简化，并提供完善的联机帮助。

（2）系统稳定。

系统具有一定的容错和纠错功能。

（3）系统效率。

系统具有较高的运行效率。

（四）系统环境：

常用的一般的计算机系统下皆能运行，如w_7、w_8、W_XP等。

（五）系统可行性研究

1．数据源的调查与评估

2．技术可行性评估

3．经济与社会效益分析

4．系统开发与运行环境评价

四、系统设计（系统结构体系、模块设计）

总体设计的主要任务是确定系统总体结构与软、硬件配置，进行系统功能模块的划分，设计接口，并制定数据结构。

校园多媒体查询系统以此为基础，逐步开展系统的设计工作，并最终确定系统如下容：

结构体系设计：

系统可分为用户层、核心功能层、数据资源管理层和硬件资源层。

用户层分为：

学生、老师、领导、管理人员、游客等；核心功能层由系统的各个功能模块构成；数据资源管理层即空间数据库、属性数据库、图像数据库的综合管理；硬件资源层为校园网。

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，通过实现全校园的信息的实时更新。

权限设置模块设置和更改其他模块的使用权限，进入时间等管理容。

日志管理模块包括进度文档管理、工作文档管理、工程文档管理、设计文档管理等方面。

五、数据库设计

1．概述

数据库设计是GIS系统的核心组成部分。

一个数据库组织的有效程度将对真个GIS系统功能的有效发挥起到至关重要的作用。

数据库设计的主要任务是将系统涉及的数据进行合理的组织，使数据库能够满足各种数据处理的需要并具有良好的性能。

数据库设计的基本目标是：

1）满足用户需求。

数据库设计应以用户需求和约束条件为基础，尽可能准确地定义系统的需求；

2）良好的数据库性能。

即有良好的存储效率和存取效率，利于快速访问数据。

3）能够被某个数据库管理系统接受。

GIS数据库设计过程：

GIS数据库设计的核心工作好是将一定围的地理现实抽象成计算机能够处理的数据模型。

数据库设计过程中，通常经过从现实世界到概念模型、逻辑模型，最后到物理模型的一系列转换，最终建立计算机能够处理的数据模型。

按照结构化生命周期化法将整个数据库设计分为需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计等若干阶段。

2．需求分析

需求分析是用户的现行系统的工作情况进行详细调查，深入了解现行系统中数据的种类、相互之间的关系，以及数据处理流程，仔细分析用户对数据存储格式、数据完整性和安全性、数据处理等方面的需求，按照一定的规写出用户需求说明书（通常用数据字典和数据流图表示）。

3．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，关系用圆矩形表示：

空间查询模块的概念模型

学生基本信息的概念模型

（因为实体数量太多，限于图片幅面的大小，还有一些实体没有绘出）

4．逻辑模型

逻辑模型:

将概念模型结构转换转换为具体DBMS可处理的地理数据库的逻辑结构（或外模式），包括确定数据项、记录及记录间的联系、安全性、完整性和一致性约束等。

设计逻辑结构时一般分3步进行：

1）将概念结构转换为一般的关系、网状、层次模型；

2）将转换来的关系、网状、层次模型向特定DBMS支持下的数据模型转换；

3）对数据模型进行优化。

从E—R模型向关系模型转换的主要过程为：

①确定各实体的主关键字；

②确定并写出实体部属性之间的数据关系表达式（函数依赖关系），即某一数据项决定另外的数据项；

③把经过消冗处理的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字；

④根据②、③形成新的关系。

⑤完成转换后，进行分析、评价和优化。

5．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（模式）。

主要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。

1．学生基本信息查询

2．空间查询导航逻辑与物理模型

物理设计可分为四步完成：

1）存储记录结构设计：

包括记录的组成，数据项的类型与长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。

2）确定数据存放位置：

可以把经常被同事访问的数据组合在一起

3）存取路径设计：

存取路径分为主存取路径和辅存取路径，前者用于主键检索，后者用于辅助键检索。

4）安全性和完整性设计：

设计者应在完整性、安全性、有效性和效率方面进行分析，做出权衡。

6．数据字典设计

数据字典用于描述数据库的整体结构、数据容和定义等。

一个好的数据字典可以说是一个数据的标准规，它可使数据库的开发者依此来实施数据库的建立、维护和更新。

数据字典的容包括：

数据库的总体组织结构、数据库总体设计的框架、各数据层详细容的定义及结构、数据命名的定义元数据（有关数据的数据，是对一个数据集的容、质量条件及操作过程等的描述）等容。

六、系统实施计划

在系统开发结束之后，需要将不同开发人员开发的功能模块组装配置起来，进行整个系统正确性和可靠性的检验，系统检验的手段有多种，测试就是其中一种，这种方式是使系统有控制地运行，并从多种角度观测系统运行的行为，以发现系统开发中存在的问题并加以改正。

这个过程有可能重复多次直到系统运行状态令人满意为止。

数据库建库流程图

七、总结

这次实验说是实在的觉得很困难，主要是平时上课时效率太差，老师讲的东西左耳朵进右耳朵出，课后又没有去复习、有不懂的也没有去问，所以上课的效果可想而知。

课程设计在大方向上只有一个模糊的概念，做一个软件系统的设计，要求可以实现空间查询、路线导航等功能，但是如何实现，怎样才叫做实现？

什么都不知道。

老师可以说已经给了我们足够的时间，也有让我们答疑，但是基础实在太差，简直一无所知，答疑都不知道该问什么。

加上平时与老师缺乏沟通，无法理解老师的意思，基本功没做好，理解上就有困难，听老师讲得再多也像是站在岸上学游泳，无法入门。

所以这次课程设计的过程是不断的疑惑、不断的XX、不断的翻书、不断的收集资料、不断的画图、不断的质疑的过程，毕竟之前一窍不通，只有一些空泛的理论，还没有理解。

尽管最后还是不是很懂，但是比以前还是要懂一些。

开始的时候，连开头都困难，不知从何做起。

于是XX了一下，希望可以找到可参考的案例，结果很意外的找到了一模一样的题目，有一个还是我们学校以前的学生做的，我下载下来看了，不是抄袭，只做参考，在自己不知道怎么做时，看看别人是怎么做的也可以打开思路。

总算知道如何开头。

但是那个报告呢，文字特别多，抄书特别多，有些容不全，我知道书上可以抄的都是不重要的，最主要的是根据自己的理解写出来的分析的东西，但是无奈对课程容理解不深，很难去脱开书本去谈，就算有些想法也不知道属于哪个畴，该写在哪个位置。

这是一门建立在实践上的学科，不经过大量的实验、大量的动手操作是无法领会的，而学校只给这么点课时，加上课后积极性不高，自然动手能力差，因为英语基础也差，英文界面的软件用起来不顺手，中文界面的软件呢，打开看到那么多模版，画各种图的，却不知道该打开哪一个，XX一下，大神们说总体结构设计用包图画，我按照他们的指示打开，却发现一筹莫展，就算知道画图的工具，也要有思路才行啊，就像是给你一纸一支笔一个题目让你画画一样，可不是让随便涂鸦，是有目的，有主题的。

通过不断的XX、看了各种各样的资料、半懂不懂的，还是知道了一些以前不知道的知识，比如说概念模型用E-R模型来画，还有概念模型、逻辑模型、物理模型的区别在那些地方，虽然不知道所有，也算是摸到了冰山的轮廓，整个儿就像是瞎子在拄着拐杖在探路。

知道多少就做多少吧。

于是用erwin软件画概念模型，和逻辑/物理模型，虽然画得也有很多漏洞，但是就现在的水平，只求尽心尽力，不求尽善尽美。

系统结构体系设计完全就是一脑子浆糊，HIPO图不知道怎么画，XX一下，最后还是用框图画的，设计的不完整，但是知道这个步骤。

还是学到了些东西，虽然说动手能力还很不够。