GIS工程设计与实现第二讲.ppt

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2023/5/9,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,2023/5/9,武汉大学测绘学院,2,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,2023/5/9,武汉大学测绘学院,3,一、GIS设计-工程学思想,2023/5/9,武汉大学测绘学院,4,为什么要进行GIS设计,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。

软件危机,2023/5/9,武汉大学测绘学院,5,软件危机,软件危机如何开发软件，以满足对软件日益增长的需要如何维护数量不断膨胀的已有软件,2023/5/9,武汉大学测绘学院,6,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”,2023/5/9,武汉大学测绘学院,7,案例,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.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。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,8,软件危机,2023/5/9,武汉大学测绘学院,9,GIS软件危机,GIS软件危机情况日益严重进行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,2023/5/9,武汉大学测绘学院,10,GIS设计特点,GIS处理的空间数据GIS设计以空间数据为驱动GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,11,GIS工程学体系,2023/5/9,武汉大学测绘学院,12,GIS工程学理论基础,系统学思想系统工程学软件工程学地理信息科学理论地理信息科学技术地理信息科学应用地理信息科学,2023/5/9,武汉大学测绘学院,13,系统学思想,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。

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每一个系统都有其独特的层次结构、功能与环境。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,14,系统工程学,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系统工程学是方法学，是泛化系统的研究方法系统工程学是目的性很强的应用学科,2023/5/9,武汉大学测绘学院,15,软件工程学,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。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,16,地理信息科学,2023/5/9,武汉大学测绘学院,17,二、GIS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,2023/5/9,武汉大学测绘学院,18,GIS设计基本原则,2023/5/9,武汉大学测绘学院,19,与一般信息系统设计的区别,2023/5/9,武汉大学测绘学院,20,

（一）软件设计,GIS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。

GIS软件设计一般采用合适的软件生存周期模型，作用：

以图表和逻辑表达式的形式来描述定义和生产两个阶段提供了一种有目的和有规划的方式来建立质量保证体系,2023/5/9,武汉大学测绘学院,21,软件开发模型,边做边改模型无规格说明无设计瀑布模型开发活动严格按照线性方式进行过于理想快速原型模型快速原型丢弃原型,2023/5/9,武汉大学测绘学院,22,增量模型容易退化为边做边改模型螺旋模型结合了瀑布模型和快速原型模型智能模型借助工具自动生成相应代码混合模型,软件开发模型,2023/5/9,武汉大学测绘学院,23,

（二）数据库设计,数据模型数据库策略属性数据设计空间数据设计遥感影像数据,2023/5/9,武汉大学测绘学院,24,数据模型,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数据库的核心是数据模型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。

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，包括数据结构操作的集合完整性约束,2023/5/9,武汉大学测绘学院,25,数据模型,数据模型的选择文件模型网状模型层次模型关系模型对象-关系模型,2023/5/9,武汉大学测绘学院,26,数据库策略,数据字典数据字段的说明，比如字段类型（整型）表关系元数据,2023/5/9,武汉大学测绘学院,27,表和关系,2023/5/9,武汉大学测绘学院,28,元数据,关于数据的数据数据标准,2023/5/9,武汉大学测绘学院,29,属性数据设计,为什么要进行属性数据设计用户有时候需要频繁的关心属性数据更高效什么数据可以放在空间表中？

GIS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）必要的外键（和其它关联）什么数据独立为属性数据表,2023/5/9,武汉大学测绘学院,30,空间数据设计,空间数据模型矢量模型栅格模型空间数据分层拓扑关系空间对象维零维（点）一维（线）二维（面）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,31,空间数据设计,第三维的设计（2.5维）高程坡度坡向精度比例尺坐标系统经纬度投影,2023/5/9,武汉大学测绘学院,32,空间数据设计,空间索引格网索引（格网大小）影像金字塔,2023/5/9,武汉大学测绘学院,33,遥感影像数据,用途作为背景还是其他色彩全色、彩色分辨率范围（多少景、多少副）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,34,（三）软件选择和硬件选择,面对市场上众多软件厂商和硬件厂商，通过设计相应的软件选型和硬件设计，从而达到最优配置和组合，是GIS设计的一个重要内容。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,35,软件,功能性能标准可扩展性许可难易程度,2023/5/9,武汉大学测绘学院,36,硬件,操作系统CPU磁盘（存储设备）内存网络类型（范围：

局域、广域）速度B/S,C/S,2023/5/9,武汉大学测绘学院,37,案例（集中式部署）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,38,分布式部署,2023/5/9,武汉大学测绘学院,39,系统等待时间（ArcInfo）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,40,2023/5/9,武汉大学测绘学院,41,并发,2023/5/9,武汉大学测绘学院,42,三、GIS设计规范和标准,

（一）GIS规范化和标准化的作用

（二）GIS规范化和标准化的内容,2023/5/9,武汉大学测绘学院,43,

（一）GIS规范化和标准化的作用,GIS规范化与标准化是体现GIS软件开发、系统建立与运行质量的重要要素。

实现信息共享，推进GIS发展的最基本保障美国开放地理信息系统协会（OpenGISConsortium，简称OGC）（1994）和国际标准化组织地理信息标准技术委员会（ISO/TC211）（1994.3）的相继成立都标志着地理信息技术标准化时代的到来。

1997年成立了全国地理信息标准化技术委员会（CSBTS/TC230），开始紧密跟踪国外地理信息标准化进展。

避免简单重复的系统开发工作方便了数据共享，节约了资源,2023/5/9,武汉大学测绘学院,44,GIS规范化和标准化的内容,GIS相关的名词术语标准与GIS软件工程开发有关的各种标准化活动，软件工程、软件测评等标准；与GIS数据库建设有关的活动，各种操作规程的制定、数据采集、数据分类与编码、数据字典、文本编写、数据库安全等方面的标准实践；与GIS数据共享有关的标准化工作，对数据质量控制、数据重用、数据交换、网络安全等方面技术标准。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,45,GIS规范化和标准化建设方向,地理信息标准数据标准信息技术标准应用标准GIS的设计标准和系统评价标准,2023/5/9,武汉大学测绘学院,46,地理信息标准,统一的地理坐标系统统一的地理坐标系统是各类地理信息收集、存储、检索、交换、相互配准及进行综合分析评价的基础。

统一的地图投影系统，一般建立系统时应结合数据获取，采用与国家基本地形图相适应的投影，如高斯-克吕格投影，并考虑投影的相互转换接口。

统一的地理格网系统，地理坐标格网和直角坐标格网。

统一的区域多边形或空间统计单元系统，区域（自然或是社会经济）是信息收集、存储和检索的重要基本单元。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,47,空间信息分类和编码系统,编码是在信息分类的基础上给每一种地理要素分配一个唯一的标识符，以适用于各种比例尺数字地形图生产和空间信息系统中地理要素的采集、存储、检索、分析、输出和交换等等，用以标定某比例尺范围内地理要素的数字信息，从而实现地图信息标准化存储和信息资源共享。

统一的空间信息分类和编码是系统建立的一项极为重要的基础工作，它直接影响整个系统的结构、数据组织与交换、不同系统间的转换与兼容等。

我国已制订了多种用途的区位编码系统，如行政区划、邮政编码、公路、河流的国家标准编码均已制订或正在制订之中，这类标准可根据具体需要直接应用于GIS的建立。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,48,数据模型标准,对于GIS技术标准而言，数据模型的重要性在于它能为GIS开发人员及用户提供一种共同的视图。

概念模型将现实的地理系统映射为一定的信息结构和信息组织；逻辑模型将信息结构和信息组织进一步映射成为一定的数据结构；物理模型则依赖于一定的计算机环境，将数据结构映射为与硬件直接有关的文件结构和文件组织形式。

作为一种独立于各种计算环境的模型（概念、逻辑），它对于GIS技术标准和数据共享具有重要意义。

概念模型由于是对问题域的信息化模拟，不但与GIS设计有关，而且是共享性数据库建设和数据交换的基础。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,49,数据标准,数据交换除能转换空间要素的图形数据外，还能交换与要素相关的属性、质量信息以及特征元数据；数据转换过程中，既不能丢失任何与空间目标相关的信息，更不能添加任何错误数据，数据转换必须绝对安全、可靠；数据转换独立于计算机系统、数据存储和传输介质；能兼容现有的各种相关标准，所使用的数据模型能包含所有用户数据。

直接交换和间接交换（中间格式）。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,50,空间元数据标准,元数据就是对数据集现势性、精度、内容、组织形式、属性、来源、适用性等多种信息的表述。

描述一个复杂空间数据集的数据（空间元数据）对地理信息的定位、存储和共享都很重要。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,51,现有的空间元数据标准,2023/5/9,武汉大学测绘学院,52,数据质量,2023/5/9,武汉大学测绘学院,53,GIS数据产品标准,标准的数据格式：

主要指通用数据格式，方便使用和交换；标准的概念模式：

同一领域的空间数据产品应该基于相同的概念模型，以利于在数据产品应用中的准确性；标准的外包装：

包括数据安装、使用界面、浏览界面等标准的用户界面。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,54,常用数据和元数据标准,FGDC（theFederalGeographicDataCommittee）ISO/TC211中国可持续发展信息共享元数据标准全球坐标系WGS-84国家坐标系2000大地坐标系、北京54、西安80,2023/5/9,武汉大学测绘学院,55,常用数据和元数据标准,矢量产品格式VPF（VectorProductFormat）CNSDTF-VCT中国地球空间数据交换格式-矢量交换格式空间数据转换标准SDTS（SpatialDataTransferStandard）简单要素SimpleFeatureGMLKML,2023/5/9,武汉大学测绘学院,56,信息技术标准,计算机软、硬件技术标准来自计算机界的规范、标准，是GIS和其它信息技术的基础支撑力量。

数据库技术和图形、图像处理技术规范地图制图标准,2023/5/9,武汉大学测绘学院,57,应用标准,空间算法标准为了提高应用精度和进行数据转换，各种算法需要达到一定的性能要求，同时给用户提供指南解译标准实现对空间要素的认识、解译和表达的标准化,2023/5/9,武汉大学测绘学院,58,GIS的设计标准和系统评价标准,系统设计规范信息系统建设流程规范体系模型开发系统评价是系统建设的重要一环，系统开发人员应在系统逻辑性、系统扩充性与兼容性、系统开放性、系统实际可运行性（业务系统）、系统先进性等方面遵照相关规范、标准严格实施监督和把关。