测绘师培训-地理信息理论

注册测绘师资格考试培训

——地理信息系统部分授课教师简介霍亮：北京建筑工程学院教师，博士，高工，系主任。TEL：/E-Mail：目前的状况考试大纲试卷情况培训资料我们能作什么地理信息系统工程考试基本要求1.根据项目要求，进行需求调查与分析，确定基础地理信息数据库系统的建设原则、定位与时间基准，明确运行的基础地理信息数据，制订系统更新策略与管理机制。2.根据项目要求进行数据库设计，完成概念设计、逻辑结构设计、物理设计、数据字典设计、符号库设计、元数据库设计和数据库更新设计等。3.根据系统设计，进行平台选择、软件开发和集成，进行样例数据的小区试验和系统功能测试。4.根据项目要求和条件，实施数据库构建，进行数据准备、数据库模式创建、数据入库和质量检验工作。5.实施基础地理信息数据库系统的整体测试、部署、交付与评价，并进行系统的运行、管理与维护。6.依据基础地理信息系统专业的理论和测绘的相关知识及有关规定和实践经验，对完成的基础地理信息系统项目过程文件、项目实施管理、系统测试及相关工作进行检查。7.依据基础地理信息系统专业通用的标准、规范和规程，运用空间信息(数据)获取、处理、分析、表达以及应用的基本原理，对基础地理信息系统和工程设计、数据库运行和应用开发进行测试及评价，提出产品服务模式。地理信息系统工程第一部分

地理信息系统基础第二部分

基础地理信息系统功能与组成第三部分

基础地理信息系统设计与实现第四部分

数据建库与系统测试评价第五部分

基础地理信息共享与服务第一部分地理信息系统基础§1.1GIS基本概念§1.2GIS的主要功能§1.3GIS的发展§1.1GIS基本概念地理信息系统（GeographicInformationSystem)地理信息科学（GeographicInformationScience)地理信息服务（GeographicInformationService)地理信息解决方案（GeographicInformationSolution)1.1.1GIS的定义GIS是由计算机硬件、软件、用户、空间数据和不同方法组成的系统，该系统用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。（美国联邦数字地图协调委员会，FICCDC）GIS是以一种全新的思想和手段来解决复杂的规划、管理和地理相关问题，例如城市规划、商业选址、环境评估、资源管理、灾害监测、全球变化。（美国地质学家，兰菲尔）地理信息系统（GeographicInformationSystem，GIS）为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存贮、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。（本教材）1.1.1GIS的定义地理信息系统地理信息信息系统地理信息系统计算机技术空间数据属性数据空间数据和属性数据的综合体NameAddressTownSt.ZipGIS是GIS1.1.1GIS的定义1.1.2GIS的构成GIS空间数据系统硬件系统软件GIS的组成—硬件的三种应用模式单机模式：由基本外设、处理设备和输出设备构成适用于小型GIS建设数据传输与资源共享不方便GIS的组成—硬件的三种应用模式局域网模式：部门或单位内部GIS建设专线连接资源共享较方便输出用户组1输入……GIS中央数据库与网管Intranet用户组nGIS的组成—硬件的三种应用模式广域网模式：用户分布地域广泛，不适合专线连接公共通讯连接资源共享方便局部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接输入GIS中央数据库（服务器）图象处理系统局域网用户组输出多媒体系统用户用户主干网InternetGIS的组成—软件结构操作系统（系统调用、设备运行、网络等）系统库（编程语言、数学库等）标准软件（图形、数据库等）GIS基本功能软件GIS应用软件用户界面GIS软件基础软件系统软件GISGIS的组成—空间数据栅格结构矢量结构GIS的操作对象为空间数据空间数据特征：几何、属性、时间数据；空间数据组织：矢量结构、栅格结构；空间数据管理：几何数据：文件属性数据：关系数据库GIS的组成—人员GIS咨询管理信息管理数据整理GIS的开发是以人为本的系统工程。业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理管理的能力。技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。1.1.3GIS的分类教科书将地理信息系统按其内容分为三大类：1）专题地理信息系统：有限目标和专业特点地理信息系统；2）区域地理信息系统：以区域综合研究和全面信息服务为目标；3）地理信息系统工具：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。国家标准化管理委员会全国地理信息标准化技术委员会（SAC/TC230）在《地理信息标准体系框架》中将地理信息系统分为：基础地理信息系统、专业应用的地理信息系统和专项应用的地理信息系统。计算机科学 城市科学 地理学 信息论测绘学 应用数学环境科学 管理科学知识维1.1.4GIS与其他学科的关系查询分析存储显示采集输出§1.2GIS的主要功能GIS基本功能的实现过程文件图表数据获取原始数据存储检索空间查询空间分析数据编辑投影变换数据输出制图、表格交互展示结构化数据空间数据库空间检索空间分析空间分析地形分析网络分析缓冲区分析几何量测地图分析叠置分析统计分析决策分析位置查询属性查询拓扑查询空间查询查询与分析空间查询空间数据库哈尔滨在哪里？空间查询属性查询78路公交经过哪些站？空间查询是最基本的分析功能，包括从空间位置检索空间物体和从属性条件检索空间物体空间查询解决设施的选址问题

把同一地区的两幅或两幅以上的图层重叠在一起进行图形运算和属性运算，产生新的空间图形和属性的过程。123ABCA1A2A3B1B2C1超市的位置居民区（有）购买力交通线（近）便利性叠加分析缓冲区分析在道路两侧50米内有哪些建筑物？解决近邻度问题缓冲区分析就是对一组或一类地物按缓冲的距离条件，建立缓冲区多边形图，然后将这个图层与需要进行缓冲区分析的图层进行叠加分析，得到所需要的结果。

加油站医院网络分析解决路径分析和资源优化配置的问题

始发地目的地GIS中的网络由一系列相互联系的线状要素组成的，是对城市网络的抽象。地图图表显示文本文档影象输出Internet纸图GISData地理逻辑绘图绘图机构地质测绘环保机构地方政府人口局税务部门旅游服务业公用事业公司企业教育交通运输部门GIS的应用领域

RDBMS(NTorUNIX)数据服务器GISOffice(Client1)GeoMediaProfessional(Clientn)InternetInternetExplorerNetscapeorGeoMediaWebMap+RDBMS(NTServer)Web服务器IntranetGeoMedia

GeoMediaProfessionalGeoMediaGeoMediaNetwork 客户端的浏览查询（规划，管线，交通，社会经济信息等查询…）各专业的分析应用数据更新，编辑及制图GeoVecOffice(Clientn)GeoVecOffice(Client1)数据采集，建库（地形管网及规划图纸扫描矢量化）市区规划管理系统地下管线管理系统道路交通管理系统(Client1)(Client2)(Clientn)(Clientn+1)GeoVecOffice

Clientn)GIS数据库的管理MTA三维地形分析GIS的标准应用流程图§1.3GIS的发展分布式GIS智能GIS与空间数据挖掘GIS、RS、GPS的集成时空系统三维GIS移动GIS补充：我国地图系列所采用的投影1：100万~1：5000除1：100万外采用高斯克吕格投影我国1：100万地形图采用Lambert投影，其分幅原则与国际地理学会规定的地球统一使用国际百万分之一地图投影保持一致我国大部分省区图以及大多数这一比例尺的地图也采用Lambert投影和属于这一投影系统的Albers投影Lambert投影中，地球表面上两点间的最短距离（即大圆航线）表现为近于直线，这有利于地理信息系统中和空间分析量度的正确实施

我国1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯－克吕格投影。1:2.5万至1:50万的地形图，采用6°分带方案，全球共分为60个投影带；我国位于东经72°到136°间，共含11个投影带；1:1万比例尺图采用3°分带方案，全球共120个带。从0度开始，自西向东每6度分为一个投影带。从东经1度开始，自西向东每3度分为一个投影带。我国常用地图投影

——高斯－克吕格投影第二部分

基础地理信息系统功能与组成§2.1概述§2.2基础地理信息系统功能§2.3系统建设总体要求与工作流程§2.4基础地理数据的内容与特点§2.5基础地理数据的采集§2.6基础地理数据更新§2.7基础地理信息系统标准§2.1概述2.1.1基础地理信息系统概念基础地理信息系统（FundamentalGeographicalInformationSystem，FGIS）是以基础地理数据为管理对象，实现对基础地理数据的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、更新、共享的信息系统，它具有完善的基础地理数据管理体系和数据服务体系。2.1.2建设目标1）建立基础地理数据库；2）建立信息网络基础设施；3）输出符合标准或符合用户要求的各种数据；4）实现面向政府、企事业、公众的网上基础地理数据服务；5）为专题信息系统提供标准化、多比例尺基础地理平台；6）实现基础地理信息的动态或实时更新。2.1.3与NSDI的关系基础地理信息系统是国家空间数据基础设施（NSDI）的核心部分。NSDI是国家信息基础设施的重要部分。以基础地理数据和网络为主体的技术相结合，可构建空间数据基础设施（SDI）。§2.2基础地理信息系统功能1．数据采集与加工2．数据检查与入库3．数据更新与维护4．数据查询与浏览5．数据输出与转换6．数据发布与共享7．元数据管理§2.3系统建设总体要求与工作流程2.3.1建设原则基础地理信息系统建设过程中应遵循以下基本原则：实用性原则先进性原则开放性原则标准化原则安全性原则现势性原则网络化原则2.3.2技术要求空间参考系时间参考数据内容数据格式数据质量位置精度要求属性精度要求现势性要求数据入库与处理、数据质量及其控制等应符合规定安全与保密系统基本功能2.3.3工作流程需求分析数据库系统设计数据建库系统开发与集成系统测试验收用户培训以及运行维护其他§2.4基础地理数据的内容与特点空间分布性动态性（时间性）多维性单点多重属性信息随时间动态变化地理信息的定位特征数据量大具有空间特征、属性特征、时间特征2.4.1基础地理数据的内容基础地理数据是描述地表形态及其所附属的自然以及人文特征和属性的总称。《基础地理信息标准数据基本规定》（GB21139—2007），基础地理信息数据反映和描述地球表面测量控制点、水系数据、居民点及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名、数字正射影像、地籍、地名等有关自然和社会要素的位置、形态和属性信息，是统一的空间定位框架和空间分析的基础。强制性国家标准《基础地理信息标准数据基本规定》，从数学基础、数据内容、生产过程、数据认定等方面对标准的基础地理信息数据进行了界定。2.4.2基础地理数据分类从数据模型和数据结构可分两大类：矢量数据和栅格数据；基础地理数据根据要素分为12类：测量控制点、水系、居民点及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名、数字正射影像、地籍测量和其它。其中除数字正射影像图外，一般为矢量数据结构；基础地理数据产品的主要形式，数字线划图（DLG）、数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）和数字栅格图（DRG）；按照数据的载体及表现形式可分为电子数据和非电子数据；按照比例尺可分为大、中、小比例尺数据；根据技术手段分为野外采集数据、航测数据、卫星数据、GPS数据等；根据数据采集时间，分为历史数据和现势数据；按照要素发布组成，分为全要素数据和多要素数据，或分为全要素、核心要素和公开版数据（集）。矢量图栅格图基础地理数据“4D”产品模式

2.4.3基础地理数据的特点基础性；权威性；现势性与动态性；抽象性；多尺度性；多样性；复杂性。§2.5基础地理数据的采集数据质量的基本特点1）准确度（Accuracy）：即测量值与真值之间的接近程度，可用误差来衡量。2）精度（Precision）：即对现象描述的详细程度。3）不确定性（Uncertainty）：指某现象不能精确测得，当真值不可测或无法知道时，我们就无法确定误差，因而用不确定性取代误差。4）相容性（Compatibility）：指两个来源的数据在同一个应用中使用的难易程度。5）一致性（Consistency）：指对同一现象或同类现象的表达一致程度。6）完整性（Completeness）：指具有同一准确度和精度的数据在类型上和特定空间范围内是否完整的程度。7）可得性（Accessibility）：指获取或使用数据的容易程度。8）现势性（Timeliness）：指数据反映客观现象目前状况的程度。2.5.1基础地理数据采集方法全野外数据采集；航空摄影测量和航天遥感；原图数字化技术。点状对象目标标识目标标识地物编码坐标关联的线目标精度控制点等级测量单位测量年限线状对象目标标识目标标识地物编码坐标串起点、终点、左面、右面路面材料等级修建时间宽度管养单位…………面状对象目标标识目标标识地物编码边界目标号建筑日期所有者建筑面积建筑单位结构……空间对象地物编码地物名称制图颜色几何类型制图符号编码属性表明地物类型特征与制图属性空间对象基础地理数据采集流程

2.5.2基础地理数据库1.基础地理数据库的组成控制测量成果库数字线划图数据库数字正射影像图数据库数字高程模型数据库数字栅格图数据库地名数据库元数据库元数据的概念“meta”是一希腊语词根，意思是“改变”，“Metadata”一词的原意是关于数据变化的描述。一般都认为元数据就是“关于数据的数据”。元数据标准名称建立标准的组织CSDGM地球空间数据元数据内容标准FGDC，美国联邦空间数据委员会GDDD数据集描述方法MEGRIN，欧洲地图事务组织CGSB空间数据集描述CSC，加拿大标准委员会CEN地学信息一数据描述一元数据CEN／TC287DIF目录交换格式NASAISO地理信息ISO／TC211基础地理数据库的组成

2.基础地理数据库建设的方式我国基础地理数据从采集、加工到建库，是按照行政级别采取分工协作的方式进行的。基础地理信息系统数据库纵向层次框图

§2.6基础地理数据更新

2.6.1数据更新步骤基础地理数据更新是一项长期、艰巨的工作，也是个复杂的系统工程，既有组织与管理问题，也涉及技术问题。基础地理数据更新主要涉及确定更新策略、变化信息获取、变化数据采集、现势数据生产、现势数据提供等5个步骤。1．确定更新策略首先需要确定数据更新的目标、任务，包括更新范围（重点建设区域等）、更新内容（道路、居民地等）、更新周期（定期全面更新、动态实时更新）、更新工程组织与实施方案。更新周期定期全面更新动态实时更新更新内容更新精度更新范围更新队伍2．变化信息获取当前人们用来获取变化信息的方法主要有以下3种：1）专业队伍进行现势调查，发现变化；2）将卫星遥感影像与现有数据比较，发现变化；3）根据其他渠道获得变化信息，如有关专业单位、社会力量、新闻途径等。3．变化数据采集1）人工数据采集；2）交互式数据采集；3）自动数据采集。在基础地理要素建库过程中，数据的采集一般采用数字摄影测量成图和全野外数据采集。使用卫星遥感资料进行数据采集也正逐渐成为一种基础地理数据更新的重要手段。两种技术方案：一是基于SPOT（2.5m、5m或10m）、TM（30m）影像的更新方案，主要用于1：5万～1：10万基础数据的更新；二是基于IKONOS（1m）、QuickBird（0.61m）影像的更新方案，主要用1：1万或比例尺更大基础地理数据的更新。4．现势数据生产一个多源、多尺度数据集的融合过程。相应的处理包括：1）插入；2）删除；3）匹配并替换；4）历史信息的保存与管理。5．现势数据提供提供给用户的现势数据可以是批量替代的方式。但由于用户在购买数据后会在其中附加许多自己独有的属性及语义，需要予以保留，所以有时只需要提供变化部分和相应的元数据，供用户与其独有属性联结。原则上应该能让用户得到任一时期的快照，让用户尽量少地进行集成与拓扑重建工作，允许用户保留与特有属性的链接。与此相关的另一个问题是更新信息分发服务的政策与价格。2.6.2数据库更新基于图幅的数据更新策略，是文件的修改量小，缺点是每次入库必须切割接边。基于图层的数据更新策略，涉及的数据量可能相对大些，但数据的完整性较好。图5-2-6数据更新系统流程图

1．数据库更新方法数据更新一般是指根据现势性最强的资料，对照已有的数据，将局部范围内变化了的主要地形要素进行修改（增、删、改）。更新机制中涉及3个数据库：成果（现势）库、历史库和临时（中间）库。数据库的更新包括：对成果数据库及信息服务数据库的更新；对历史数据库的更新。2．数据更新的一致性是指不同数据库更新的一致性，包括：基础地形数据库与地名数据库之间的一致性，基础地形数据与DOM、DEM之间的一致性，基础地形数据与专题信息数据一致性等。多源数据的一致性解决方案。一般是针对不同的数据来源以及数据源之间的关系开发出相应的数据提取或数据转换模块，保证不同空间数据库在数据更新时保持连动性以及数据的一致性。从多比例尺地形数据上直接提取地名数据的功能，实现在基础地形数据入库的同时相应的地名数据提取入库，从而保证了地名库和基础地形数据更新的一致性。从基础地形数据库提取专题信息功能。当基础地形数据库更新到一定程度时，可调用专题信息提取功能，重新生成现势专题信息，从而保证专题信息和基础地形库数据一致性。§2.7基础地理信息系统标准基础标准产品标准技术标准管理标准基础地理信息系统技术体系

第三部分

基础地理信息系统设计与实现§3.1需求调查与分析§3.2系统设计§3.3数据库设计§3.4详细设计§3.1需求调查与分析3.1.1系统目标获取及分析进行用户类型分析；对现行系统进行调查分析；明确系统服务对象；用户研究领域现状调查。3.1.2系统功能获取及分析系统的功能和性能是在明确系统目标的基础上，对系统目标和任务在具体实现上进行设计和细分。常用的方法有如下三种：结构化分析方法面向对象分析方法快速原型化分析方法设计方法特性结构化生命周期法原型法面向对象开发的方法开发思想划分六个阶段，并规定它们自上而下，相互衔接的固定次序借助原型（它反映了最终系统的部分重要特性）来辅助软件开发将客观世界看成相互联系的事物（即对象）组成，以对象为单元进行设计开发开发过程线性、固定次序简单到复杂、部分到全面线性、迭代性和无间隙性开发模式整体开发模式。下一阶段开始前完成上一阶段所有细节非整体开发模式。推迟某些阶段的细节工作，从而较早产生工作软件非整体开发模式，分析阶段由底向上提取对象，实现阶段自顶向下建立对象驱动机制文档驱动需求的可变性和模糊性以对象作为驱动可见性开发过程系统不可见通过试用原型进行沟通开发过程系统不可见优点是一种较为成熟和完善的管理模式，整体性好具有一定灵活性和可修改性；增进了开发人员和用户对系统需求的理解与人类思维方法一致，便于描述客观世界；开发的软件性能稳定、易于重用和维护缺点缺乏灵活性；难修改和维护；模块重用性差；开发周期长整体性差；由于不断地对原型进行修改完善，工作的重复率高，工作量大对象和实体设计存在盲目性；对象间的消息传递不能完整体现系统总体功能；系统结构性较差适用性功能和性能明确完整、无重大变化的软件开发需求不明确，设计方案有一定风险的中小型软件开发数据结构复杂、事物联系密切的软件开发3.1.3可行性分析与系统分析方法可行性研究主要工作内容包括：1）数据源调查与评估；2）技术可行性评估；3）系统的支持状况；4）经济和社会效益分析。系统分析方法主要包括：1）数据流模型；2）数据字典；3）加工逻辑说明。表5-3-1需求规格说明书的结构1.引言1.1编写目的（阐明编写需求说明的目的，指明用户对象）1.2项目背景（应包括：项目的委托单位、开发单位和主管部门；该系统与其它系统的关系）1.3定义（列出文档中所用到的专门术语的定义和缩写词的原文）1.4参考资料（可包括：项目经核准的计划任务书、合同或上级机关的批文；项目开发计划；文档所引用的资料、标准和规范。列出这些资料的作者、标题、编号、发表日期、出版单位或资料来源）2.项目概述

2.1项目目标、内容、现行系统的调查情况

2.2系统运行环境2.3

条件与限制3.系统数据描述

3.1静态数据3.2

动态数据

3.3

数据流图

3.4数据库描述（给出所使用数据库的名称和类型）

3.5数据字典3.6

数据加工

3.7

数据采集

3.1.4需求规格说明书4.系统功能需求

4.1功能划分

4.2功能描述5.系统性能需求

5.1数据精确度

5.2时间特性（如响应时间、更新处理时间、数据转换与传输时间、运行时间等）

5.3适应性（在操作方式、运行环境、与其它软件的接口以及开发计划等发生变化时，应具有的适应能力）6.系统运行需求

6.1用户界面（如屏幕格式、报表格式、菜单格式、输入输出时间等）

6.2硬件接口

6.3软件接口

6.4故障处理7．质量保证8．其它需求（如可使用性、安全保密、可维护性、可移植性等）§3.2系统设计GIS设计的基本原则基本原则具体内容标准化符合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；管理手段的先进性兼容性数据具有可交换性，选择标准的数据格式和实现数据格式转换功能，实现与不同数据库之间的数据共享高效性具有高效率的数据采集工艺方法和图形处理能力、存取能力、管理能力等等可靠性保证系统正常运行以及系统运行结果的正确性通用性系统数据组织灵活，可以满足不同应用分析的需求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整体性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性层次结构决定系统目标和功能分解的认知途径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内在结构与性质功能性分析设计系统时要根据系统的目标层次设定其要素的状态和功能结构动态性系统分析时要考虑系统的生命周期、系统环境适应性，以及要求系统能随着环境的变化不断调整其内部各要素的状态、功能与相互关系3.2.1系统总体设计在系统总体设计阶段采用一些表达工具来描述GIS项目的数据结构和软件体系结构。1．体系结构设计C/S结构B/S结构两种结构体系的比较在B/S和C/S的比较中，只能在某一方面有优势。任何一个项目或任何一种方案，都要分析实现的内容和它将要面对的最终用户的性质。在很多跨区域的大型GIS中，经常是包含二者。正是C/S的某些不足才开发了B/S，而B/S同样也不是完美无缺的，在很多地方需要它们互补。举例来讲，如果管理计算机组的主要工作是查询和决策，录入工作比较少，所以采用B/S模式比较合适；而对于其他工作组需要较快的存储速度和较多的录入，交互性比较强，可采用C/S模式。2．软件配置与硬件网络架构软件配置操作系统基础平台数据库硬件及网络环境设计服务器工作站微机存储设备网络3.2.2系统功能设计系统的功能设计主要包括：数据采集与加工、数据检查与入库、数据更新与维护、数据查询与浏览、数据输出与转换、数据发布与共享、元数据管理等。此外，还可包括控制测量成果管理、地名管理等。空间数据输入设计空间数据检索设计空间数据输出设计空间数据更新设计空间数据共享设计

3.2.3系统安全设计一般商业关系型数据库管理信息系统都提供数据安全保密的一些功能。系统所提供的安全保密功能一般有8个等级（0~7级），4种不同方式（只读、只写、删除、修改），而且允许用户利用这8个等级的4种方式对每个表自由地进行定义。这对确保系统的正常运行是非常重要的。

网络的安全与保密应用系统的安全措施数据备份和恢复机制用户管理§3.3数据库设计基础地理信息系统数据库的设计总体上分为数据概念设计、数据逻辑结构设计和数据物理结构设计。空间数据库的设计是指在现在数据库管理系统的基础上建立空间数据库的整个过程，主要包括需求分析、结构设计两部分组成。3.3.1需求分析需求分析是整个空间数据库设计与建立的基础，主要进行以下工作。1）调查用户需求；2）需求数据的收集和分析；3）编制用户需求说明书。需完成数据源的选择和对各种数据集的评价。1）数据源的选择2）对各种数据集的评价3.3.2结构设计数据库结构设计步骤

空间数据结构设计是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。空间数据模型越能反映现实世界，在此基础上生成的应用系统就越能较好地满足用户对数据处理的要求。1．数据概念设计概念设计是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，最终形成空间数据库系统及其应用系统所需的模型的过程。具体过程是对所收集的信息和数据进行分析、整理，确定实体、属性及其联系，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。2．数据逻辑结构设计逻辑设计是将概念模型结构转换为具体DBMS可处理的地理数据库的逻辑结构（或外模式），也叫数据库模式创建。主要包括确定：1）确定数据项、记录及记录间的联系；2）安全性；3）完整性；4）一致性约束。3．数据物理结构设计数据物理结构设计是对数据库存储结构和存储路径的设计，是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），即逻辑设计如何在计算机的存储设备上实现。完成设计后，要进行性能分析与测试。物理设计在很大程度上与选用的数据库管理系统（DBMS）有关。4．数据字典设计数据字典的概念

数据字典（DataDictionary，简称DD）是关于数据信息的集合。它是数据流图中所有要素严格定义的场所，这些要素包括数据流、数据流的组成、文件、加工小说明及其它应进入字典的一切数据，其中，每个要素对应数据字典中的一个条目。GIS数据字典GIS数据字典的任务是对GIS数据流图中出现的所有被命名的图形要素在数据字典中作为一个词条加以定义，使得每一个图形要素的名字都有一个确切的解释GIS数据字典中所有的定义必须是严密的、精确的，不可有半点含糊，不可有二义性GIS数据字典的主要内容包括数据流图中每个图形要素的名字、别名或编号、分类、描述、定义、位置等GIS数据字典中词条的定义及其内容

描述词条内容注释数据流是GIS数据结构在系统内传播的途径数据流名；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“说明”用来简要介绍数据流产生的原因和结果；“数据流组成”是介绍数据结构数据要素构成数据流图的数据结构，是数据处理的最小单位数据要素名；类型；长度；取值范围；相关的数据要素及数据结构“类型”可以分为数字（离散值，连续值），文字（编码类型）等数据文件保存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“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、索引等几种加工逻辑加工比较复杂，到后来就是一段程序加工名；加工编号；简要描述；输入数据流；输出数据流；加工逻辑“加工编号”反映该加工的层次；“简要描述”是对加工逻辑及功能简述；“加工逻辑”介绍加工程序和加工顺序3.3.3符号库设计从空间地物的图式符号来看，地物要素的符号库设计包括了符号类型设计和地物要素符号样例设计。符号类型包括如下七个类型。地图符号系统大小形状纹理图案色别亮度饱和度地物要素的符号类型表

地物要素的符号样例表

3.3.4元数据库设计是指描述空间数据的数据，元数据设计的内容主要包括：空间数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其它特征等，是空间数据交换的基础，也是空间数据标准化与规范化的保证，在一定程度上为空间数据的质量提供了保障。3.3.5数据更新设计空间数据更新设计是GIS空间数据库设计的重要内容，因为数据更新是GIS活力源泉之一。随着GIS应用的深入，数据成为制约GIS发展的瓶颈，因此，迫切要求数据获取手段和数据更新手段不断得到完善。空间数据包括几何数据、属性数据和拓扑数据三种，根据空间数据发生变化的数据类型，可以将空间数据的变更分为三种类型:几何数据属性数据宗地数据举例第一种不变改变一块宗地形状未变，权属变第二种改变不变一块宗地形状变，权属不变第三种改变改变一块宗地形状变，权属也变数据更新模型连续快照模型：用一系列状态所对应的地图来反映地理现象的时空演化过程。连续快照仅代表地理现象的状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象在时间上的拓扑联系。易于实现，但冗余大底图修改模型：首先确定数据的初始状态，然后仅记录时间片段后发生变化的区域，通过叠加操作来建立现时的状态数据，其中，每一次叠加则表示状态的一次变化时空合成模型：将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的积累形成最小变化单元，由这些变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可较完整地表达数据的时空特征数据组织存放目录结构示意图

GIS数据库要素N要素P要素1分幅A分幅D分幅J图层1图层K图层M图形数据属性数据总目录第一级子目录第二级子目录第三级子目录………

…

…

…

§3.4详细设计3.4.1详细设计的任务详细设计任务是：1）细化总体设计的体系流程图，绘出程序结构图，直到每个模块的编写难度可被单个程序员所掌握为止；2）为每个功能模块选定算法；3）确定模块使用的数据组织；4）确定模块的接口细节，及模块间的调度关系；5）描述每个模块的流程逻辑；6）编写详细设计文档。主要包括细化的系统结构图及逐个模块的描述，如功能、界面、接口、数据组织、控制逻辑等。3.4.2详细设计说明书详细设计说明书的主要内容见表5-3-3所示。表5-3-3详细设计说明书内容1．引言1.1背景。说明该软件系统名称、开发者、详细设计原则和方法。1.2参考资料。列出有关参考资料名称、作者、发表日期、出版单位。1.3术语和缩写语。列出本文件中专用的术语、定义和缩写语。2．程序（模块）系统的组织结构用图表列出本程序系统内每个模块(或子程序)的名称、标识符，以及这些模块(或子程序)之间的层次关系3．模块（或子程序）1（标识符）设计说明从本文件3开始，逐个给出上述每个模块（或子程序）设计考虑

3.1模块（子程序）描述。简要描述本模块（子程序）的目的意义、程序的特点。

3.2功能。详细描述此模块（子程序）要完成的主要功能。

3.3性能。描述此模块（子程序）要达到的主要技术性能。

3.4输入项。描述每一个输入项的特征，如：标识符、数据类型、数据格式、数值的有效范围、输入方式。

3.5输出项。描述每一个输出项的特征，如：标识符、数据类型、数据格式、数值的有效范围、输出方式。

3.6处理过程。详细说明模块（子程序）内部的处理过程，采用的算法、出错处理。

3.7接口。分别列出和本模块（子程序）有调用关系的所有模块(子程序)及其调用关系，说明与本模块（子程序）有关的数据结构。

3.8存储分配

3.9注释设计

3.10限制条件。说明本模块（子程序）运行中受到的限制条件

3.11测试计划4．模块（或子程序）2（标识符）设计说明用类似3的方式，说明第二个模块（子程序）乃至第N个模块（或子程序）的设计考虑。§3.5系统实现3.5.1平台选择3.5.2系统功能开发3.5.3系统功能集成3.5.4样例数据试验运行3.5.5系统功能测试第四部分

数据建库与系统测试评价§4.1数据建库§4.2系统部署§4.3系统测试与评价§4.1数据建库4.1.1空间数据的三大特征1）空间特征：主要表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示，例如笛卡尔坐标、经纬度等。2）属性特征：主要用以描述事物或现象的特性，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称等。3）时间特征：主要用以描述事物或现象随时间的变化，其变化的周期有超短期的、短期的、中期的、长期的等等。例如土地利用、城市的范围等逐年变化。4.1.2数据库建构数字线划数据库（DLG）数字栅格库（DRG）数字正射影像库（DOM）数字高程模型库（DEM）。§4.1数据建库4.1.3数据准备1）数据源的选择；2）数据采集存储原则；3）建库的数据准备；4）数据库入库的组织管理等。4.1.4数据库模式创建逻辑设计数据库模式创建（逻辑设计）4.1.5数据入库1．数据库入库的组织管理凡入库的数据应同时提交数据说明书，数据管理组根据该类数据的质量标准，对数据说明书的内容逐项进行检查和鉴定，鉴定合格的数据方可批准入库；数据入库时，应有数据的鉴定意见和鉴定小组的签名，并注明入库日期；数据入库后，还应建立相应的数据安全和保密体系。2．空间数据库建库流程空间数据建库涉及范围广，建库的对象涉及到各种源格式，如CAD格式、TIF格式、SHP格式、文本格式等，且对于每类数据的建库要求不相同，对于空间数据建库具体工作流程不相同。对于不同来源数据和不同目标要求的空间数据建库的过程基本相同。选择数字化方式及数字化软件为数字化准备地图原图掌握地图投影、比例尺、地理格网等基本情况数字化一个Coverage建立要素的拓扑关系为Coverage内的要素赋属性值以点、线和数据流模式采集数据数字化控制点并确定投影坐标参数选取控制参考点建立Tile/Layer空间数据管理模式的空间数据库坐标变换与地图接边处理识别并改正属性编码错误矢量图形的编辑、识别和错误修正GIS数字化建库流程图空间数据库建库流程1）原始数据分析：分析数据格式、数据坐标系、数据质量等，发现数据特征和问题，为工作方案的制定做准备。2）制定工作方案：依据数据整理目标和要求、针对空间数据特征和问题，制定数据加工整理、质量检查、数据入库方案3）数据加工整理：利用各种辅助工具按照工作方案对各类数据进行加工整理，使原始数据能够满足数据建库的成果要求4）数据质量检查：按照质量要求对数据进行检查，发现有问题的数据并提出返工处理，对质量过关的数据进行确认。5）数据入库落地：在经过了加工整理并检查合格后，通过手工或利用数据管理软件对各种成果数据进行统一存储。6）编制数据说明：以元数据管理方式记录已入库数据的类别、来源、加工时间等要素，编制数据使用说明书。4.1.6数据质量检验与程序监理数据质量标准制定原则数据质量检查依据数据质量检查与程序监理内容4.1.7基础地理数据标准与质量控制1．数据标准化2．空间数据质量控制1）数据质量控制内容①空间位置精度②属性数据的质量控制③空间关系的质量控制2）质量控制技术方法3）基于拓扑关系规则的数据检查一级质量元素二级质量元素位置精度数学基础平面精度(相对精度和绝对精度)高程精度(相对精度和绝对精度)接边精度形状保真度象元定位精度(图像分辨率)属性精度要素分类与代码的正确性要素属性值的正确性要素注记的正确性逻辑一致多边形闭合精度结点匹配精度拓扑关系的正确性完整性元数据完备性数据分层完备性实体类型完备性属性数据完备性注记完备性现势性和数据说明数据采集日期说明数据更新日期说明可靠性和安全级空间数据的质量元素§4.2系统部署系统经过调试以后，应进行试安装。1）系统硬件安装2）系统硬件调试3）系统软件安装4）系统软件测试整体测试系统验收与交付系统运行、管理与维护McCall质量模型定义的质量特性质量特性含义正确性在预定环境下，软件满足设计规格说明及用户预期目标的程度。它要求软件没有错误可靠性软件按要求设计，在规定时间和条件下不出故障，持续运行的程度效率为了完成预定的功能，软件系统所需资源的多少完整性为了某一目的而保护数据，避免它受到偶然的或有意的破坏、改动或遗失的能力。同时，受到攻击后，能进行数据的恢复可使用性对于一个软件系统，用户学习、使用软件及为准备输入和解释输出所需工作量的大小可维护性为满足用户新的要求，或当环境发生了变化，或运行中发现了新的错误时，对一个已投入运行的软件进行相应诊断和修改所需工作量的大小可测试性测试软件以确保其能够执行预定功能所需工作量的大小灵活性修改或改进一个已投入运行的软件所需工作量的大小可移植性将一个软件系统从一个计算机环境移植到另一个环境中运行所需工作量的大小复用性一个软件（或软件的部件）能再次用于其它应用（该应用的功能与此软件或软件部件所完成的功能有联系）的程度互操作性连接一个软件和其它系统所需工作量的大小§4.3系统测试与评价质量度量是软件度量的灵魂。GIS软件质量度量的方法有很多，使用最为广泛的是事后度量或验收度量，验收度量是指软件交付后，检验它的正确性、可维护性、完整性和可使用性系统测试目的：对开发的产品进行市场定位，扩大产品的应用前景；给用户以全面认识，了解产品是否真正符合工作要求；有效地避免不必要的浪费和重复投资系统评价指标及内容：GIS评价是在GIS测试的基础上，通过对技术因子和经济因子进行评价，从而得出对系统整体水平以及系统实施所能取得的效益的认识和评价。软件的评价分为技术评价和经济评价。系统测试评价方法与内容测评方法：包括文档审查、模拟运行测试、模拟开发测试等测试内容：系统运行环境；软硬件体系支撑结构；系统各项功能指标；系统综合性能指标。GIS软件度量指标、内容及方法度量指标度量内容度量方法正确性正确执行要求的功能，有很好容错的能力，不存在严重漏洞首先从功能上看它能否出色地完成任务，然后检查每千行代码的平均差错数完整性度量一个GIS系统抵抗安全性攻击（事故的或人为的）的能力完整性=（1-危险性×（1-安全性）。危险性（特定类型攻击将在给定时间内发生的概率）和安全性（排除特定类型攻击的概率）可估计或从经验数据中导出可维护性纠正错误和缺陷以及为满足新要求而修改、扩充或压缩的容易程度，一般只作定性度量先制定质量标准，再填写质量检查表，然后进行质量测试。衡量指标有：可理解性、可测试性、可修改性、可靠性、可移植性、可使用性和效率可使用性GIS系统的“用户友好性”四个要素：①学习软件所需体力和智力；②达到适度有效地使用系统所需时间；③适度有效地使用软件所产生的生产率的净增值；④用户的主观评