GIS工程设计思想和内容
CH2(B)
空间与属性数据库
属性数据库
以业务需求为导向、以空间数据为驱动 进行系统设计
以业务需求为导向， 以功能为驱动进行系 统设计
二、GIS软件设计
1、三个确保
1）采用工程化管理方法，确保软件的质量和开发进度； 2）对系统技术实现方案进科学论证，确保软件模块的 科学构建和开发风格的统一； 3）、采用合适的软件生存周期模型 软件生存周期模型，确保系统功能的 软件生存周期模型 合理性及用户的可接受度。
例：公路编码与命名规则（ 公路编码与命名规则（
GB/T919-2002 ）
说明： 1、公路行政等级代码按GB/T919-2002规定，公路行政等级分为国道、省道、 县道、乡道、专用公路、其它公路六级，分别用字母G、S、X、Y、Z、Q 表示。 2、三位数字码表示国道主干线或公路延伸方向：001-098为国道主 干线，101-198为放射状国道或省道，201-298为南北向延伸的国道或省道， 301-398为东西向延伸国道或省道。（如G312国道） 3、行政区划代码执行国家标准《中华人民共和国行政区划代码》 （GB/T2260）
通过某种坐标系统实现， 如地理坐标系、直角坐 标系、公里网等。
(一)、地理信息标准
1、地理坐标系统 • 地图投影系统
GB12409-1900规定我国采用三 种类型的格网系统：10° х 10°格 网系统：纬差10 °、经差10 °，主 要适用于海洋、气象、地球物理等领 域的空间信息；4° х 6°格网系统： 纬差4 °、经差6 °，主要适用于全 国省区范围内的空间信息；直角格网 坐标系统：适合城市建设与管理等领 域。 采用与国家基本地形 图相适应的投影，如 高斯-克里格投影。
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一、GIS规范化和标准化的作用 GIS规范化和标准化的作用
GIS设计与实现完整版
第一章1.GIS研究内容：数据采集、数据存储、数据解决和分析、数据输出2.GIS设计含义：遵循软件工程的原理和方法，结合GIS开发的特点规定，对GIS软件从定义、设计、地理模型库设计、GIS实行、GIS测试维护各个阶段进行工程化规范的体系。
3.GIS设计目的：通过改善设计方法，做好项目组织管理，增强实用性，减少成本，延长系统生命周期。
4.GIS设计的基本原则：标准化、先进性、兼容性、高效性、可靠性、通用性。
5.GIS设计的内容：（1）软件设计：一方面，进行系统的工程管理，保证了系统建设的进度和软件质量；另一方面，针对GIS软件设计特点，采用最适合的软件生存周期模型，保证了系统的用户接受度和系统功能设立的合理性；最后，对系统技术实现方案进行设计，保证软件开发风格的批准和功能模块之间的有机联系。
（2）数据库设计：取决于设计者的开发经验，工程组织和数据源准备等方面。
同时，数据库设计与整个系统设计的相关环节是紧密结合的，有必要将软件工程的方法和工具应用于数据库设计中。
6.GIS设计的特点：（1）GIS解决的是空间数据，具有数据量庞大，实体种类繁多，实体间的关联复杂等特点。
（2）GIS设计以空间数据为驱动。
（3）GIS工程投资大，周期长，风险大，涉及部门繁多。
第二章1.GIS工程学结构体系：GIS工程学结构体系重要由任务，基础理论和方法论三方面组成。
GIS工程三维结构图P272.系统定义：由互相作用、互相依赖的若干组成部分构成的具有一定功能的有机整体。
3.系统工程学特点：①研究的对象是一个表现为普遍联系、互相影响、规模和层次都极其复杂的大工程。
②知识结构复杂，是自然科学和社会科学交叉的边沿学科。
③工程学是方法学，是泛化系统的研究方法。
④是目的性很强的应用科学。
4.结构法生命周期法：它规定设计过程必须严格的按阶段进行，只有前一阶段完毕之后，才干开始下一阶段的工作，同时，它规定在系统建立之前就必须严格地定义和描述用户的需求。
地理信息系统工程设计
地理信息系统工程设计第一章地理信息系统工程设计与开发第二章组件式GIS开发第三章MapObjects介绍第四章地图与图层第五章坐标系、投影和几何对象第六章符号化地理特征和地图的输出第七章创建记录集第八章其它对象方法补充：ArcObjects/ ArcGIS Engine 二次开发基础第一章地理信息系统工程设计与开发1.1 GIS工程设计概述GIS工程设计是针对软件开发自身的特点，制定出符合GIS工程的软件开发管理模式与相应的软件开发管理规范，以便最终开发出高质量GIS的规划设计过程。
GIS工程设计主要涉及GIS工程的规划与组织、方案总体设计和详细设计、系统开发和测试、系统运行和维护等多方面。
GIS工程设计必须遵循软件工程的方法和原理，包括系统需求分析、系统总体设计和详细设计三个阶段。
（1）系统需求分析系统需求分析是GIS工程设计与开发中最重要的一步。
它主要是完全弄清楚系统的各种需求，较好地解决所开发的系统“做什么”的问题。
在系统需求说明书和数据要求说明书中详尽和充分地阐述这些需求。
该阶段工作分为：对问题的识别、分析和综合、编写需求分析规格说明书等过程。
（2）系统总体设计总体设计确定系统的总体框架。
其主要涉及的内容有：制定系统的目标和规范、系统结构的总体设计、处理方式设计、数据结构设计、数据库初步设计、界面初步设计、可靠性设计。
最后形成数据库设计说明书、总体设计规格说明书、用户手册和初步的测试计划等。
（3）系统详细设计是在总体设计基础上进一步细化的结果，包括详细的算法、数据结构和数据模型、实施的功能和使用数据之间的关系、详细的界面设计、功能模块之间的接口关系，数据库详细设计，数据字典，测试用例等。
最后形成详细设计规格说明书和测试规格说明书。
例：松辽流域水资源管理信息系统1、目标：建立松辽流域水资源全数字化空间数据库平台，实现广域网异地信息同步共享。
2、系统功能：属性数据的管理；空间数据的管理；地图文档的管理；辅助决策功能3、数据设计：ArcGIS的GeoDatabase坐标系统：平面基准面的大地坐标系统投影系统：兰勃特双标准纬线等角圆锥投影，标准纬线选用41 °和51 °，中央经线125°数据分级1.2 GIS工程开发模式（1）独立开发独立开发指不依赖于仟何G1S工具软件，从空间数掘的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言(如Visual C＋＋、Delphi等)、在一定的操作系统平台上编程实现。
GIS设计与实现大学考试复习资料(老师划重点版)
GIS设计与实现复习资料第一章引论一、什么是GIS（只考填空）1。
GIS研究内容：数据采集、数据存储、数据处理和分析、数据输出2。
GIS软件技术经历的五个阶段：集成式GIS、模块式GIS、核心式GIS、组件式GIS、万维网GIS二、GIS构成:硬件、软件、数据、人员、处理1。
硬件计算机硬件环境包括从GIS数据采集到数据处理乃至数据输出所涉及到的所有硬件设备。
具体分类如下：（1）数据采集、输入设备1）采集设备：测绘仪器、遥感设备2）输入设备：数字化仪、扫描仪、计算机的输入设备（2)数据存储、处理设备1）存储设备:磁盘、磁带机等磁存储介质以及一些光存储介质2）处理设备:计算机、图像处理器、网络设备(3）输出设备1）通常是标准的计算机外围设备：如打印机、绘图仪2）也可以是通过计算机显示器或是外界的高分辨率显示装置（如投影仪等）进行输出。
2。
软件（1）GIS软件的作用提供了一系列功能模块用来存储、分析、和显示空间数据（2)对GIS软件的要求1）提供显示、操作地理数据的常用工具2）提供空间数据库管理系统3）提供图形与属性数据同步查询统计分析功能4）简单易用的图形用户界面（3）GIS软件的分类(大类）：工具型软件、应用型软件3.数据（1)地理数据概念地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据（2)GIS数据来源普通地图、影像、遥感数据、其他图形软件的结果数据或相关的数据资料(3)GIS数据分类1)空间数据：是表征空间实体位置的数据，一般采用“栅格数据结构”、“矢量数据结构”、“不规则三角网”等数据结构进行管理和存储。
2）属性数据：是表征空间实体属性的数据，一般采用关系型数据库进行管理.4.人员人员在GIS中，作用如下：（1）对GIS软件进行开发、维护和升级（2）对GIS数据进行搜集、入库和管理（3)应用GIS进行生产生活实践，实现GIS的价值第二章GIS设计思想、内容、标准一、GIS设计目标及其特点1.GIS设计目标（考)GIS 设计目标就是通过改进系统的设计方法、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、延长系统生命周期目的。
GIS课程设计报告
课程设计报告1、课程设计地点：GIS实验室。
2、设计内容：1）图形输入与编辑；2）拓扑建立；3）图形裁减、误差校正、投影转换、图框生成；4）掌握GIS空间分析方法（DEM建立）。
3、时间安排：第三学年第三学期（短III）一、课程设计目的《地理信息系统——原理、方法及应用》是GIS专业的核心课程，是一门实践性很强的学科。
GIS课程设计能够让学生更深入的理解地理信息系统的概念和原理，能够更广泛的了解GIS的应用领域，并且更牢固的掌握《地理信息系统——原理、方法及应用》的相关内容。
更为重要的是通过课程设计能够达到以下的目的：1. 熟练运用MAPGIS软件扫描矢量化1：2000地形图，掌握扫描矢量化的基本原理、方法和步骤。
2. 熟练掌握MAPGIS的空间数据输入与输出，及图形编辑等功能。
3. 了解GIS空间数据的获取和处理的方法。
4. 了解GIS相关产业的业务流程，以及发展状况、方向和趋势。
5. 了解GIS在一些具体领域的应用实例，工作的流程和工作原理，以及分析需求的方法。
6. 掌握GIS空间分析方法（DEM建立）。
7. 使学生认识到自己GIS知识和技能的不足之处，进一步学习GIS相关知识和培养自己的专业技能，以便适应未来GIS发展的需要。
二、课程设计的基本要求1. 熟练运用MAPGIS软件矢量化1：2000地形图，掌握扫描矢量化的基本原理、方法和步骤。
2. 熟练掌握MAPGIS的空间数据输入与输出，以及图形编辑等功三、课程设计具体内容(一) 1:2000地形图扫描矢量化1.栅格影像校正、图框套合：要进行地图数字化，第一步要做的就是栅格图像的影像校正、图框套合，这是在“图像处理”中的“图像分析”子菜单里进行的。
在“文件”下拉菜单中选择“数据输入”选项，在系统弹出的对话框中的“数据转换类型”里选择“TIF文件”然后点击“添加文件”按钮，通过浏览方式添加需转换的栅格地形图，接着点击“转换”按钮系统自动完成转换并将其保存于与源文件相同的路径之下，转换完毕后关闭此对话框结束转换，在“文件”下拉菜单中选择“打开影像”选项，在系统弹出的选择界面，点击“打开”按钮载入影像文件。
第四讲GIS工程设计
基于Java Applet的 Internet GIS
ActiveMap, GeoBeans
版权所有•地理信息系统教研室
RSGIS
四、GIS系统体系结构设计
混合模式
由于GIS系统一般都涉及大量的图形操作，考虑到要保证一定的响 应速度，以及GIS图形数据处理需求和对系统平台安全性、稳定性考虑，因 此采用已经成熟的C/S结构和B/S结构相结合的混合模式是目前较为流行的 模式。
HTTP请求 浏 览 器 Applet Web 服 务 器 空 间 数 据 服 务 器
GIS Java Applet是在程序 运行时，从服务器下载 到客户机端运行的可执 行代码。 GIS Java Applet是由面向对象语 言Java开发的小应用程 序，与Web浏览器紧密 结合，以扩展Web浏览 器的功能，完成GIS数 据操作和GIS处理。
下载Applet Applet 访问
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RSGIS
类型
基于CGI 的 Internet GIS 基于Server API 的Internet GIS
工作模式
CGI
Server API
实例
IMS, ProServer GeoBeans IMS
优点
缺陷
JPEG和GIF是客户端操作的唯 客户端很小； 一形式；互联网和服务器的负 充分利用服务器的资 担重, CGI的应 用程序一般都是 源 可执 行程序。 客户端很小； JPEG和GIF是客户端操作的唯 充分利用服务器的资 一形式；互联网和服务器的负 源,动态连接库的形 担重。 式存在.
特别注意： （1）GIS功能考虑（分析与决策） （2）数据采集设计 （3）数据库设计
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第四章+GIS设计的内容和步骤
注释
“说明”用来简要介绍数据流 产生的原因和结果；“数 据流组成”是介绍数据结 构 “类型”可以分为数字（离散 值，连续值），文字（编 码类型）等 “简述”介绍文件中存放的是 什么数据；“存储方式” 包括顺序、随机、索引等 几种
数据流
数据要素
数据文件
加工逻辑
加工比较复杂， 到后来就是一 段程序
“加工编号”反映该加工的层 加工名；加工编号；简要描述； 次；“简要描述”是对加 输入数据流；输出数据流； 工逻辑及功能简述；“加 加工逻辑 工逻辑”介绍加工程序和 加工顺序
北建工测绘系-GIS软件设计与实现
GIS数据字典中词条的定义及其内容
描述
是GIS数据结构在 系统内传播的 途径 构成数据流图的 数据结构，是 数据处理的最 小单位 保存数据结构
词条内容
数据流名；说明；数据流来源； 数据流去向；数据流组成； 每个数据流的流通量 数据要素名；类型；长度；取 值范围；相关的数据要素 及数据结构 数据文件名；简述；输入数据； 输出数据；数据文件组成； 存储方式；存取频率
北建工测绘系-GIS软件设计与实现
GIS数据流图的基本成分
基本成分 名称
加工
备注
输入数据在此进行变换产生输 出数据，要注明加工的名字 数据输入的源点或数据输出的 汇点，要注明源点和汇点的名 字 被加工的数据与流向，应给出 数据流名字，可用名词或动词 性短语命名 需用名词或名词性短语命名
外部实体
数据流
北建工测绘系-GIS软件设计与实现
经济和社会效益分析（一）
GIS应用迅速普及的根本原因在于GIS应用促进了社会经济 的发展，给用户乃至社会带来了经济效益和社会效益。因 此GIS的成本-效益分析是可行性研究的重要内容，它用于 评估GIS的经济合理性，给出系统开发的成本论证，并将 估算的成本与预期的利润进行对比。
02 第二章 GIS设计思想与方法
三、GIS工程学的基本理论|系统学思想
系统的一般特征及其对系统设计的影响
一般特征 对系统设计的影响 对系统进行分析和设计时，必须以整体为基础，充分考虑系统各个要素或 各层次的相互关系，实现整体效果最优 层次结构决定系统目标和功能分解的认知途径
整体性
层次性
相关性
各个要素之间相互作用、相互依赖的关系决定要素间的功能布局及系统的
一、GIS工程学特点
GIS工程学特点
横跨多学科
GIS是一个多学科交叉的领域，而GIS工程学是根据地理信息科学、系统工程学、 软件工程学等学科特点形成的一套程序化的基本工作技术和方法，也就是为了 达到预期目的，运用系统工程思想和最优化技术解决问题的工作程序和步骤。
因此，GIS设计必然和众多学科有着密切的联系。
三、GIS工程学的基本理论
一、GIS工程学特点
系统工程学
是研究如何应用科学知识，特别是工程学原理来提高系统分析和设
计效率、提高系统质量、降低系统建设成本的学科。
GIS工程学
是GIS本身发展以及将系统工程学思想引入GIS设计的产物。 GIS工程学在促进GIS的推广应用，加快GIS软件产业的发展方面具 有十分重要的意义，可以看作是GIS设计的方法学。
《GIS设计与实现》教程
第二章
GIS设计思想与方法
教学提纲
第一节 第二节 GIS设计的理论基础 结构化生命周期法
第三节
第四节 第五节
面向对象设计方法
原型法 GIS基本设计方法比较与选择
第一节
GIS设计的理论基础 ——GIS工程学思想
第一节 GIS设计的理论基础
一、GIS工程学特点 二、GIS工程学结构体系
系统工程的特点
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➢ GIS工程学特点有： • 以空间信息系统工程优化为目的 • 横跨多学科 • 直接面向决策，为可持续发展提供决策支持 • 与GIS产业化密切联系
GIS工程学体系
➢ 任务 运用系统论的理论和方法，实现GIS工程的最优设计、 最优管理和最优运行，以求得系统总体最优化
软件产品开发效率低 相关的技术文档资料不完备 软件可维护性、重用性和可扩展性不高
数据不能得到及时的更新 系统需求变所更要求的系统升级不能得到实施
网络安全维护得不到贯彻执行
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GIS设计特点（1）
➢ GIS处理的空间数据 数据量庞大 实体种类繁多 实体间的关联复杂
➢ GIS设计过程需要 分析系统的业务流 分析系统所涉及的地理实体类型以及实体间的各种 关系 采用相关的地理数据模型表达这些关系
➢ 基础理论 系统学 地理信息科学 系统工程学 ……
➢ 方法论 根据理论形成的一系列程序化的基本操作技术与方法
➢ 系统工程学创始人之一霍尔（A.D.Hall）的三维结构（如图所 示） 目前比较经典的、影响较大的一种系统工程基本方法 将系统工程活动的方法体系分为前后紧密衔接的七个步骤 和七个阶段 同时考虑为完成各个步骤和阶段所需的各种专业知识
软件危机的出现
➢ 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
➢ 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
软件危机的主要内容
阶段
主要内容
开发软件 维护软件
对软件开发成本和进度的估计不准确 软件质量不高 用户接受度不高
ห้องสมุดไป่ตู้
GIS设计特点（2）
➢ GIS设计以空间数据为驱动 GIS设计以数据为导向进行系统建设 系统的功能设计以提高数据的存储、分析和处理效 率为原则
GIS设计特点（3）
➢ GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。因 此，在GIS设计中，项目计划管理是一个十分重要的部 分
➢ 在项目计划管理中，需要 估计系统建设的投资效益 评估系统建设的风险性和必要性 制定系统的建设进度安排，保证系统建设的高效性 建立系统建设的组织机构和进行人员协调
GIS工程学的定义
GIS工程学是应用系统工程的原理和方法，研究有效组织 和管理GIS工程规划、设计、实施、评价、维护和业务 运行的学问。GIS工程学是在GIS应用不断深入和系统 思想逐渐引入的基础上，由地理信息科学、地理学、 地球系统学、管理学、经济学、市场学、GIS技术、遥 感技术、全球定位技术、电子计算机技术和通讯技术 等科学技术相互渗透而发展起来的一门新兴边缘学科。
讲授内容
一、GIS设计目标及其特点 二、GIS设计的理论基础——GIS工程学思想 三、GIS开发的一般过程 四、GIS设计的主要内容 五、GIS的规范化与标准化
一、GIS设计目标及其特点
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
GIS工程学的研究对象
作为一门独立的学科，GIS工程学具有自己独特的研究对 象、学科定位、思想原则、科学基础、理论框架和方 法论。GIS工程学的研究对象是GIS工程建设与管理。 大型GIS建设是一涉及计算机软件、硬件、数据和人力 资源的复杂工程。因此，必须运用系统工程学的理论 和方法，立足于整体，通观全局，将系统分析和系统 综合有机地结合起来，采取定性和定量相结合的方法， 充分借鉴和吸取其它领域工程化建设的经验与成果， 探讨出一条适合分析和解决地理相关问题，具有GIS特 色的工程化建设、管理的模式与法则，建立系统化、 理论化的GIS工程学，以指导需求不断增长、规模不断 扩大的作为全球信息化重要的内容的GIS工程建设实践。
GIS工程三维结构图
知识维
时
维
间计义设定统题化系问型标模指析题合分问统综系与统化系优统施系实
计 划
方
案 选 择
计算机科学
地理学
测绘学
遥感学
管理科学
地理信息科学
意向阶段 规划阶段 拟订方案阶段 编制总体方案阶段 系统开发设计与研制阶段 调试阶段 安装阶段 业务运行阶段
逻辑维
GIS工程学的基础理论（1）
➢ 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 每一个系统都有其独特的层次结构、功能与环境
GIS工程学的基础理论（2）
➢ 系统工程学
“系统工程”这个专用名词二十世纪四十年代由美国贝尔 电话公司提出，后来逐渐发展成为一门组织管理技术。作为一 门的新兴学科，国内外对于系统工程学的研究和论述很多，但 至今仍没有关于这门学科的统一的定义。一般认为，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，以其达到总体效果最优的理论和方 法。可见，在系统科学体系结构中，系统工程学属工程技术类， 是一门应用性很强的学科。
GIS工程学特点
➢ GIS工程学本质上是系统工程方法论与GIS建设实践相结合的产物，是 GIS工程设计和实施工作中一般性法则的抽象和概括，是GIS工程建设 的组织管理技术，是GIS工程建设中的科学方法论，是跨越各门学科的 方法性、综合性的应用学科。GIS工程学的出现也是GIS应用中劳动分 工和学科演化的结果。
二、GIS设计的理论基础
（一）GIS工程学特点 （二）GIS工程学体系 （三）GIS工程学的基础理论
GIS工程学的产生
地理信息系统是自60年代产生以来，经过大规模的科学 试验、技术创新、数据积累和商品化、产业化，现在已经过 入工程化应用阶段。
随着GIS技术的成熟度与商品化程度不断提高，应用实 践过程中的劳动分工不断细化，应用的广度、深度、复杂度 与社会经济影响不断增加，如何优化配置各种资源，有效地 组织GIS建设过程中各个环节、各个部分相互的时序与协作 关系，发挥GIS的综合功能和整体效益，越来越成为GIS建 设中面临的重大问题。这样的实践问题提出了引入系统工程 学思想和方法的客观需求，推动着GIS建设的工程化和GIS 工程学发展进程。