[理学]地理信息系统课件第七章

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1、地理信息系统第七章 地理信息系统的设计与评价第一节 GIS设计概述第二节 专题GIS设计第三节 地理信息标准化第四节 分布式对象与数据仓库第五节 互联网GIS技术第六节 信息资源的共享与互操作第七节 GIS评价地理信息系统一、系统设计的目的 1.工具型地理信息系统2. 工具型地理信息系统是一种通用型GIS，它具有GIS的一般功能和特点，向用户提供了一个通用的GIS操作平台或开发工具。工具型GIS设计的侧重点 总体结构和功能设计; 确定软硬件的运行环境和选择合适的开发工具; 系统数据结构设计; 用户界面设计; 各子功能模块设计与系统集成; 程序编制与优化调试。 第一节 GIS设计概述 地理信息系

2、统2. 应用型地理信息系统应用型GIS实在比较成熟的工具型GIS基础上，根据用户的需求和目的而设计的一种解决一类或多类实际问题的地理信息系统，它具有特定的用户和应用目的,具有为满足专门用户专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型,它继承工具型地理信息系统开发平台提供的大部分功能和软件,以及具有专门开发的用户应用界面。 第一节 GIS设计概述 地理信息系统应用型GIS设计的侧重点 1）需求分析; 2）总体结构设计; 3）软件配置,包括选择合适的工具型GIS软件; 4）数据来源信息分类规范标准和内容的确定; 5）数据库结构设计; 6）应用方法选择和应用模型设计; 7）用户界面设计; 8）数据标

3、准化和数据质量保证等等。 第一节 GIS设计概述 地理信息系统二、系统设计的模式 1.结构化的系统设计模式地理信息系统最早的设计模式，是Calkins在1972年由国际地理学会地理数据收集和处理委员会主持召开的地理数据处理学术会议上提出来的，后来又经过了几次修改和补充。这个最早的设计模式称为结构化的系统设计模式，由四个组成部分构成，见下图。 第一节 GIS设计概述 地理信息系统系统设计模式概念框图第一节 GIS设计概述 地理信息系统1）通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目的、要求和规定；2）描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素，例如现有的硬件、软件和有关的政治和法律因素；

4、3）说明和评价所拟定的不同系统,这些系统能够满足所规定的要求；4）对拟定的系统作最后的评价,从中选择一个运行的系统。系统设计模式下，各阶段的主要任务第一节 GIS设计概述 地理信息系统 强调对用户的调查和系统功能需求的分析。 在系统设计的各个阶段都要写成有关的文件，以便进行评价，以及用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。 该设计模式是假定系统的大部分组成（除了硬件以外，包括所有的软件和数据库）都要由系统设计人员来完成，有时甚至包括处理空间数据的某个专门的硬件。 系统设计模式的主要特点第一节 GIS设计概述 地理信息系统2、结构化的系统评价模式自从结构化的系统设计模式诞生以来，地理信息系统的

5、开发已经取得很大的进展。现在，不但有许多处理空间数据的重要软件，而且有现成的系统和空间数据库，因此对原来的地理信息系统设计模式有了一定修改，形成了结构化的系统评价模式，见右图。第一节 GIS设计概述 地理信息系统结构化的系统评价模式强调对现有的各个组成部分（包括硬件、软件和数据库）进行深入、认真的评价，以研究其满足系统功能的程度，保证所设计系统的使用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。结构化的系统评价模式下，各阶段的主要任务1）目的与任务指出该系统的目的,谁是主要的用户，以及如何使用该系统。关于任务，要说明所要完成的工作。 第一节 GIS设计概述 地理信息系统2)概念的定义介绍系统的各个

6、主要组成部分，分别按照输入、输出、主要的过程和数据库，来说明系统的基本结构，包括主要模块、系统开发的主要资源、主要的限制条件等。 3)功能的要求具体说明该系统要做什么,对每一种功能要求都要说明。(1) 输入(来源、数据、频率)；(2) 输出(格式、数据量、用户)；(3) 功能需要的处理步骤；(4) 功能成功的实现所需要的条件；(5) 功能生成的数据。 第一节 GIS设计概述 地理信息系统(1)系统的正常操作条件；(2)重点测试,包括最坏情况和极端操作情况；(3)逻辑测试,指检查各种可能的逻辑条件；(4)线路测试。(5)硬件、软件和数据库的测试，是对系统进行总体评价的最后阶段。 4)性能测定对每

7、个组成部分分别进行测试。具体测试的内容包括：硬件、软件模块、数据库的质量控制等。第一节 GIS设计概述 地理信息系统1）完整的需求定义和规范说明；2）综合的质量保证措施和计划；3）严格的设计过程和管理控制。3、软件工程设计模式用工程方法来研究软件和进行地理信息系统的设计，以保证系统的功能标准和质量指标。 “软件工程”的设计方法主要设计内容第一节 GIS设计概述 地理信息系统三、系统设计的流程 包括需求分析、应用目的、范围确定、可行性分析、系统总体结构设计、系统功能分析等；1.GIS设计的主要内容(1)系统总体设计：数据类型、研究分类体系设计、属性数据模型设计、空间数据模型设计、图像数据模型设计

8、等；(2)数据模型设计：第一节 GIS设计概述 地理信息系统各种功能模块的划分和设计，以及各子功能模块的继承方法设计；(3)数据库设计：包括逻辑结构设计和物理结构设计；(4)系统功能设计：第一节 GIS设计概述 地理信息系统以用户熟悉的语言设计专用的界面等。(5)应用模型和方法设计：常用应用模型、设计方法设计等；(6)输入输出以及产品输出形式设计等；(7)用户界面设计：第一节 GIS设计概述 地理信息系统2 GIS设计的流程 系统分析：立项、调研、可行性分析、用户需求； 系统设计：总体设计、详细设计、数据库设计； 系统实施：软件开发、建库、组装、试运行、诊断； 系统运行与维护：系统交互使用和更

9、新。 主要阶段第一节 GIS设计概述 地理信息系统第一节 GIS设计概述 地理信息系统一、系统分析 基本思想：是从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据。 任务：是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。 第二节 地理信息系统设计地理信息系统二、系统设计 1、总体设计总体设计又称为逻辑设计，是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，说明它们在整个系统中的作用与相互关系，以及确定系统的软硬件配置，技术规范，经费预算与时间安排，以保证系统总体目标的实现。最后撰写系统总体设计方案。2、详细设计详细设计又称为实际设

10、计，其任务是根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特定的硬件、基础软件和标准规范，进行子系统和 数据库的详细设计，用于具体指导系统的开发。 第二节 地理信息系统设计地理信息系统三、系统实施 系统是实施在系统设计的原则指导之下，按照详细设计方案确定的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。 第二节 地理信息系统设计四、系统运行和维护 系统运行：指系统经过调试和验收之后，交付用户使用。系统维护：为保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤:数据的维护：使系统的数据处于相对最新的状态；软件的维护：使软件能适应运行环境和用户需求的不断变化硬件的维护：使硬件能经常保持完好和正常运

11、行的状态等。 地理信息系统第三节 地理信息标准化标准和规范的制订其目的是为了统一表达，方便地将不同地点、单位的同类或异类的数据进行集成和应用，同时标准化和规范化是反映一个国家经济发展和科技进步的重要标志，也是保证信息交换与共享的前提。一、意义和作用 地理信息系统第三节 地理信息标准化地理信息技术标准化委员会针对空间数据的应用以及“数字地球”研究需要，国际标准化组织成立了“地理信息技术标准化技术委员会”即ISO/TC211，该委员会的工作范围为数字地理信息领域标准化，其主要任务是针对地球上位置相关的目标或现象等信息制定标准，以便确定地理信息数据管理、采集、分析、查询、表示、以及在不同用户、不同系

12、统、不同地方之间转换的方法和服务。 地理信息系统第三节 地理信息标准化二、数据的规范化与标准化 标准化的内容：v统一的名词术语内涵v统一的数据采集原则v统一的空间定位框架v统一的数据分类标准v统一的数据编码系统v统一的数据组织结构v统一的数据记录格式v统一的数据质量含义v统一的元数据标准 地理信息系统第三节 地理信息标准化标准化内容的含义1、统一的名词术语内涵：在所涉及的学科中使用规范统一的术语及含义；2、统一的数据采集原则：统计数据以统计部门为准：通常只采集和存储基本的原始数据，不存储派生数据；只采集权威性、科学性、现实性的数据。数据采集规范原则：遵照已颁布的规范标准。如：我国1:5001:

13、2000地形图航空摄影规范、1:50001:10万地形图航空摄影规范、GPS测量规范等。地理信息系统第三节 地理信息标准化3、统一的空间定位框架(1)地理坐标：经纬度坐标。(2)投影坐标：与国家基本图系列所采用的投影相一致，即1:1万-1:50万比例尺的图幅采用采用高斯-克吕格投影；小于1:100万比例尺的图幅采用等角圆锥投影。(3)网格坐标：包括基本、加密、合并和辅助4种格网。基本格网：分为3级加密格网：在基本格网基础上再细分为6级合并格网：以基本格网为基础，按需要将格网整倍数合并为5级辅助格网：对1:1万-1:5万的数据文件，采用平面直角坐标作为辅助格网；对- 格网均以经纬度的细分作为格网

14、划分依据。地理信息系统第三节 地理信息标准化4、统一的数据分类标准信息分类体系采用全国分类系统与详细的专业系统之间相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级的分类系统之中。第一层：社会环境，自然环境，资源与能源3类第二层：依据环境因素和资源类型特征与差异分为14类第三层：按照二级分类包括的主要类型，作为第三级类别第四层：按照区域地理特点和用户需求，拟定区域的分类系统和每一专业类型的具体分类系统。地理信息系统第三节 地理信息标准化5、统一的数据编码系统制定统一的编码标准实现地理要素的计算机输入、存储以及系统间数据的交换和共享。我国现有的信息编码系统有GB-2260-80编码、G

15、B-2659-81编码和中华人民共和国邮政分区编码。地理信息及其属性的编码系统和标准要求有：(1)凡国家已实施的编码和标准，均按国家规定的执行。(2)编码设计要便于可靠识别，结构便于数据逻辑推理和判断。(3)编码不宜过长，一般为4-7位。(4)编码标准化，包括统一的码位长度、码位格式、明确的代码含义等。地理信息系统第三节 地理信息标准化6、统一的数据组织结构指地理实体的数据组织形式及其相互关系的抽象描述。描述地理实体的空间数据包含空间位置、拓扑关系属性三个方面的内容。其组织结构分矢量和栅格数据结构。7、统一的数据交换标准 包括：矢量、影像和格网3种空间数据及其元数据的交换标准 。数据类型文件名

16、后缀矢量数据.VCT 影像数据.TIFF/.BMP 影像数据的附加数据.IMC网格数据.GRD元数据.MAT地理信息系统第三节 地理信息标准化8、统一的数据质量含义数据质量是指数据对特定的分析、操作和应用的适宜程度。其含义 包括数据的空间维、时间维和专题维的内容：数据完整性：要素完整性和属性的完整性数据一致性：逻辑一致性和拓扑一致性位置精度：包括绝对精度、相对精度、像元位置精度等时间精度：数据的现实性属性精度：指连续、有序值、标准值的精度等地理信息系统第三节 地理信息标准化9、统一的元数据标准 （1）基本识别信息：数据集的基本信息，如标题名称、地理范围等。（2）空间数据组织信息：用于表示数据集中空间信息的数据结构，如用于 描述空间位置的方法以及数据集中空间目标的数目。（3）空间参考信息：数据集中坐标的参考坐标和编码方法的描述，如地图 投影或格网坐标系统、水平和垂直基准以及坐标分辨率的名称和参