GIS项目设计与开发-课件

GIS项目设计与开发GIS项目设计与开发1.GIS项目2.GIS项目工程化思想及其理论基础3.GIS项目工程化开发4.GIS项目工程化组织管理5.GIS项目失败的因素目录1.GIS项目目录GIS项目是应用GIS原理和方法，针对特定的实际应用目的和要求，研制GIS系统的全部过程和步骤，也称GIS实用工程。

GIS项目具有一定的广泛性基于系统工程、软件工程。

GIS项目具有相对的针对性针对用户的背景、要求、能力、用途等因素。

GIS项目涵盖范围广工程立项、设计、研发、优化、评价、维护、更新等系统全过程。

GIS项目涉及因子众多硬件、软件、数据和人。1.GIS项目GIS项目1.GIS项目GIS应用领域非常广泛，其用途也各不相同（如用作科学研究工具、办公服务等），因此GIS应用项目的规模、类型也是非常广泛的：简单项目应用企业/行业应用政府部门应用社会公众应用社区家庭应用GIS应用领域非常广泛，其用途也各不相同（如用GIS项目设计与开发--课件GIS项目设计与开发--课件2.GIS项目工程化思想及其理论基础

系统思想系统理论系统工程软件工程

GIS工程化思想理论基础2.GIS项目工程化思想及其理论基础系统思想理论基础1、整体性2、相关性3、目的性和功能4、环境适应性5、动态性6、有序性2.1系统思想2.1系统思想

控制论

1947年由N.Wiener提出；最优控制理论在自然、社会、经济领域有广泛应用前景；一般系统论

1950年由L.V.Bertalanffy提出；寻找不同学科之间的共同语言或科学术语，并注重强调系统的开放性；系统科学基础是控制论、一般系统论、信息论、运筹学等；2.2系统理论2.2系统理论

属于系统科学体系研究对象广泛人类社会、生态环境、自然现象、和组织管理等；是一门跨学科的边缘科学是自然科学和社会科学的交叉；建立了一套处理复杂问题的理论、方法和手段，利用系统的整体观点处理问题；研究方法齐全－采用定性和定量相结合的方法2.3系统工程2.3系统工程

软件工程学研究如何以较少的代价获得高质量的软件；软件工程技术中遵循的原则：分解：将复杂问题分解成若干个较小的、相对独立的、易解决的子问题；抽象和信息隐蔽：即模块化和局部性方法；一致性：软件开发过程的标准化、统一化；确定性：用确定的形式将一些较含糊的概念表达出来，如数据流程图、软件度量指标等；2.4软件工程2.4软件工程2.5GIS工程化思想GIS工程化三维结构体系2.5GIS工程化思想GIS工程化三维结构体系计算机科学 城市科学 地理学 信息论测绘遥感学 应用数学环境科学 管理科学知识维计算机科学 城市科学 知识维明确目标 系统分析资料收集 系统优化指标设计 决策制定系统综合 计划实施逻辑维逻辑维意向阶段 系统开发设计 研究阶段规划阶段 调查阶段

调查研究阶段 安装阶段总体方案研究阶段 运行阶段时间维意向阶段 系统开发设计时间维3.GIS项目开发

立项综合论证需求分析研制总要求系统开发方式系统分析系统设计系统实现系统维护和评价3.GIS项目开发立项综合论证3.1立项综合论证1.立项原因 2.立项基础3.国内外研究现状 4.工程轮廓与目标5.需求调查（宏观的） 6.投资环境7.投资周期 8.技术力量与支持9.软硬件价格与性能 10.数据源状况11.应用前景 12.效益评估13.可运行性评估3.1立项综合论证1.立项原因 2.立项基础研制必要性（现状分析、用户需求）使命和任务（达到的目的）使用性能（功能和性能）初步总体方案（结构、研制内容）技术可行性分析（关键技术成熟性、技术基础分析）研制周期（设计、开发与集成、测试与定型）经济可行性分析（经费概算）效能分析（与以前的使用方式相比）研制必要性（现状分析、用户需求）A、新系统的社会、经济效益分析

B、该任务的人员，质和量方面能否完成该任务C、技术上的关键问题及难点能否予以适当解决D、资料和数据的总量，可获取的资料、数据清单E、软件系统和开发能力能否完成该系统的要求

F、硬件的能力能否保证系统的指标

G、经费能否保证任务完成及新系统产生效益估计

H、任务的时间计划表是否合理并有适度余量

可行性分析

A、新系统的社会、经济效益分析可行性分析

发现现行系统存在的问题初步确定系统的主要目标技术力量的调查分析资金财力的调查分析数据资料的调查分析系统效益调查分析运行可行性的调查分析3.2需求分析3.2需求分析一般来说，需求分析的重点内容包括：物理环境：物理设备的位置以及其分布的集中程度；接口：与其它软件系统的接口以及对数据格式的要求；用户或人的因素：用户熟练程度，使用系统需要接受的训练；功能：系统要完成什么，性能如何；

文档：需要哪些文档以及其针对的读者；

数据：数据格式、数据精度、数据量、接收和发送数据的频率；

资源：使用系统需要的设备，开发需要的人力资源、计算机资源、时间表；

安全性：对访问信息的控制程度，数据的备份等；

质量保证：对系统可靠性要求，平均系统出错时间，可移植性，可维护性等。一般来说，需求分析的重点内容包括：

在GIS项目需求分析过程中，在数据、人员、组织等方面要进行额外的考虑：数据：数据在一个GIS应用系统中，占有举足轻重的位置。数据的输出样式：屏幕显示、Web发布、出版、工程图等输出数据的内容和要求：内容，数据的精度，比例尺等数据的分布性：数据是集中管理还是分布管理现有的纸质地图：内容，其比例尺、时效性、是否涉及保密现有的电子数据：数据形式（栅格/矢量/属性数据库）、数据格式、完整性、精度、投影方式、比例尺等因素数据录入：数据量大小，输入设备（数字化仪、扫描仪），软件的支持程度，数据录入的人员数目，能否在预定时间内完成数据录入数据购买：数据量以及价格在GIS项目需求分析过程中，在数据、人员、组人员：因为应用地理信息系统一般是针对专业领域的，在进行需求获取时不仅要考虑一般用户，而且要听取领域专家的意见，将他们的理论、经验模型化，并在系统中完成。组织：现有的组织机构，有关部门的职责，业务流程，GIS如何在其业务流程中体现以及因为应用GIS所引起的可能的组织机构的变化。进行需求获取的方式是多种多样的，包括面谈、电话访谈、参观、问卷、获取领域相关资料等。在地理信息系统开发中，由于GIS的概念、功能等还没有被用户深入理解并接受，采用GIS专题报告可以很好地激励用户提出需求。如果时间和资金允许，开发原型系统也可以更好地挖掘用户需求。人员：因为应用地理信息系统一般是针对专业领域的，在进行需求获3.3研制总要求使用要求（总体及分系统技术指标）总体技术方案（定位、外部结构、内部结构、组成部分及实现途径、功能流程、硬件及网络结构）保障设备方案（研制设备、购置设备、备品）质量及可靠性控制措施（质量保证大纲、可靠性保证大纲、故障分析及纠正、外购及外协、软件质量、文档、测试）标准化控制措施（已有标准的实施、需制定的标准）设计定型状态（试验系统、标准、数据、测试、用户试用、定型试验、文档、鉴定）设计定型时间研制经费核算和装备成本概算3.3研制总要求使用要求（总体及分系统技术指标）1、结构化生命周期法

2、由底而上法3、快速原型法4、四阶段法3.4系统开发方式1、结构化生命周期法3.4系统开发方式结构化生命周期法

（瀑布模型）可行性研究与计划需求分析设计编码运行维护测试定义阶段开发阶段维护阶段结构化生命周期法（瀑布模型）可行性研究与计划需求分析设计编由底而上法

具体的初级功能

计划、控制、决策总目标实现增加特点：缺乏系统性，缺点大。避免用该方法进行GIS的开发。由底而上法具体的初级功能计划、控制、决策总目标实现快速原型方法分析定义系统需求生成

原型

系统设计程序设计编码测试运行和维护软件生存期原型化

快速原型方法分析定义生成系统程序编码测试运行软件四阶段法四阶段法系统工作流程分析系统功能分析数据量分析应用规模分析用户资金情况分析3.5系统分析系统工作流程分析3.5系统分析系统工作流程分析：例如，我们要设计一“土地管理系统”。现实系统是什么呢？有那些输入量、那些输出量，现行的工作（没有计算机，手工管理）流程是怎样进行的。比如说，使用土地人（或单位）信息、使用土地的价格、使用年限等，这些是输入量；记录这些信息的计算机数据、打印出的土地使用证和各种查询结果是输出量；从申请使用某块土地开始直至批准为止的过程为系统手工作业流程。将现实系统每一个办事环节所需要的各种表格搜集起来，搞清楚每个表格、每项的填写依据、填写要求。在此基础上，再搞清各个表格之间的填写顺序和相互之间的关系。系统工作流程分析：例如，我们要设计一“土地管理系统”。现实系系统功能分析：先不管用什么计算机硬件、什么网络环境、什么软件操作系统、什么数据库、什么GIS平台、什么计算机语言进行编程，只研究应该为用户解决什么问题，系统应具有那些功能。系统功能分析：先不管用什么计算机硬件、什么网络环境、什么软件数据量分析：数据量分析要包括空间数据、属性数据，还要考虑为了建拓扑关系等因素所产生的附加数据。数据量的大小，直接关系到网络服务器的选型、网络体系的建立、数据库选型、GIS平台确定等一系列问题。很多工程经验证明，在系统开发和初试运行阶段，由于数据量较小，系统问题一般比较多的存在于应用程序之中。随着数据量增加，问题逐渐开始暴露，而且主要集中在网络资源竞争方面。如果事先没有很好设计，充分考虑数据量大小，势必影响系统有效工作。尤其对于GIS系统，比一般的管理信息系统MIS数据量要大得多，这一点应当引起充分注意。数据量分析：数据量分析要包括空间数据、属性数据，还要考虑为了应用规模分析：这里所说的规模主要是指网络的大小，是在一个建筑物内，还是在一个区域内应用；在一个区（县）、一个中小城市、一个大城市、一个省还是全国范围应用。用户资金情况分析：如果用户资金充足的话，应该尽量选择高档的计算机设备、网络设备和GIS平台、数据库系统等软件，因为GIS应用比一般的MIS需要处理的数据量都大得多。如果用户资金紧张的话，最好进行总体设计，分步实施的办法，一方面降低了一次决策投资造价，另一方面又给今后的系统发展留有相应的空间。应用规模分析：这里所说的规模主要是指网络的大小，是在一个建筑3.6系统设计

总体设计详细设计3.6系统设计总体设计逻辑模型物理模型转化系统设计总体设计详细设计逻辑物理转化系统总体详细总体设计系统目的、目标确定系统结构设计进行各子系统或模块的划分与功能描述模块或子系统间的接口设计硬软件配置设计网络设计输入输出与数据存贮要求开发策略规定人才培训成本与收益分析总体设计软硬件的选择软硬件的选择详细设计模块以及功能与模型设计

数据库设计

数据获取方案设计

界面设计输入输出设计程序模块设计程序代码设计

用户以及安全性设计实施方案计划详细设计模块设计数据库设计模块设计数据库设计数据分类分级数据分类分级界面设计界面设计安全性设计实施计划方案安全性设计实施计划方案模块与功能设计模块与功能设计模型设计模型设计数据库设计应该先要了解下面的内容：明白即将开发的GIS应用项目所支持的各种功能。了解系统要求的数据内容和行为（来源、格式、功能、流程等）。了解数据之间的关系和优先次序；这些信息有利于制定数据库的开发实施计划。了解数据库和GIS的整体要求和蓝图。数据库设计应该先要了解下面的内容：数据库概念化设计数据库的宏观地理定义：主要指对数据库比例尺、地图投影和坐标系统的定义。数据库的地理特征设计；对于各种地理特征有关的空间数据中以什么几何形式表达进行设计。数据库表格及其关系的设计表达：对与地理特征有关的属性数据在数据库中表达方式的设计。数据库总体设计的评定；根据数据库的应用目的和数据内容及使用方式来评价前面三步的设计结果，进行统筹的考量。数据库概念模型的起草；将GIS数据库的概念设计起草成正式的文件，作为后面详细设计时参考。数据库概念化设计数据分层具有同样的特性，即数据有相同的属性信息。比例尺的一致性。该层数据会有同样的使用目的和方式。不同部门的数据通常应该放入不同的层，便于维护。数据库中需要不同级别安全处理的数据。数据库中的各类数据的更新可能使用各种不同的数据源，在分层中，使用不同数据源更新的数据也应分层进行存储，以便于更新。即使是同一类型的数据，有时其属性特征也不相同，所以也应该分层存储。数据分层1、引言

1）背景

2）工作条件与限制

3）定义2、模块设计

1）模块划分依据

2）模块结构图与功能描述

3）功能与模型设计3、代码设计4、数据库设计

1）数据库总体结构

2）数据库逻辑设计

3）数据库物理设计

4）数据库管理要求5、用户界面设计

1）用户界面设计原则

2）交互式菜单设计

3）图、表显示设计

4）布局设计6、输入/输出设计7、程序模块设计8、用户以及安全性设计9、方案实施与管理

1）方案实施说明

2）工作任务分解

3）进度安排

4）经费预算与管理系统详细设计报告（例子）1、引言5、用户界面设计系统详细设计报告（例子）3.7系统实现

软件开发方式程序编制与调试数据采集与数据库建立人员技术培训系统测试3.7系统实现软件开发方式

一旦GIS项目立项，可以采取三种软件实现方式：购买已有软件，在组织内部实施：可分为购买GIS平台软件进行二次开发、购买完整的软件产品、购买完整的GIS系统、购买GIS服务等请软件开发商来开发：可以认为是购买的一种形式，但是时间要长。有两种具体方式，即承包开发和合作开发。前者由开发商独立开发完整的系统；后者在开发过程中，可以由用户方的技术人员参与开发，双方合作完成整个系统，这种方式有利于开发系统时对问题域的准确把握。完全由组织内部的人员开发。软件开发方式一旦GIS项目立项，可以采取三种软件实现方式：软件开发方式各种开发方式的比较各种开发方式的比较程序编制与调试编程语言开发宏语言二次开发控件二次开发程序编制与调试编程语言开发编程语言开发

指不依赖于任何GIS工具软件，从空间数据的采集、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VisualC++、Delphi等，在一定的操作系统平台上编程实现这种方式的好处在于无须依赖任何商业GIS工具软件，减少了开发成本，但一方面对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比，而且在购买GIS工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价编程语言开发指不依赖于任何GIS工具软件，从空间数宏语言二次开发

指完全借助于GIS工具软件提供的开发语言进行应用系统开发

GIS工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如ESRI的ArcView提供了Avenue语言，MapInfo公司研制的MapInfoProfessional提供了MapBasic语言等等用户可以利用这些宏语言，以原GIS工具软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意宏语言二次开发指完全借助于GIS工具软件提供的开发控件二次开发

是指利用专业的GIS控件，如ArcGIS、MapInfo、SuperMap、VRmap等，实现GIS的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如Delphi、VisualC++、VisualBasic、PowerBuilder等为开发平台，进行二者的控件开发。控件二次开发是指利用专业的GIS控件，如Arc3.8系统维护和评价

系统的维护软件纠错、维护硬件维护完善与适应性维护数据备份数据更新系统评价对系统的性能进行检测、分析和评价3.8系统维护和评价系统的维护定期数据备份数据备份操作不当，硬件损坏引起的数据丢失数据恢复海量数据库定期数据备份数据备份操作不当，硬件损数据恢复海报告目的

指标评价报告目的指标评价系统评价目的

（1）开发的GIS系统是否达到了预期目标。（2）系统中各项资源的利用效率如何。（3）根据分析和评价结果，找出系统存在的问题，并提出改进的方法。（4）体制和政策方面的问题

系统评价目的（1）开发的GIS系统是否达到了预期目标。评价指标一般系统的性能指标专业性能指标经济效益指标评价指标一般系统的专业性经济效一般系统性能指标

A、GIS稳定性和平均无故障时间B、GIS联机响应时间、处理速度和吞吐量C、GIS的利用率D、系统的操作灵活性、方便性、容错性E、安全性和保密性F、加工数据的准确性G、系统的可扩充性H、系统的可维护性一般系统性能指标A、GIS稳定性和平均无故障时间专业性能指标

A、数据的包容性B、空间分析的准确性及区域性

C、可视化功能和性能

专业性能指标A、数据的包容性A、数据包容性1、数据的规范化和标准化

2、对众多主流GIS系统数据的兼容性

3、空间数学基础的标准性及地图投影变换能力的强弱4、系统数据库的容量与性能

5、系统多分辨率数据的兼容性6、矢、栅集成能力

7、无缝数据地理能力8、二维、三维数据集成能力9、扫描矢量化能力10、数据更新能力及交互处理性能A、数据包容性1、数据的规范化和标准化B、空间分析的准确性及区域性

1、区域的量度准确性2、区域三维分析的准确性3、区域叠置分析的准确性4、区域缓冲区及类似分析的准确度5、大区域乃至全球准确量度分析能力6、网络分析的功能、精度及范围7、其它专业空间分析功能和能力

B、空间分析的准确性及区域性1、区域的量度准确性C、可视化功能和性能

1、符号美观、色彩鲜艳，制作方便、动态性2、图形、图像及多媒体信息的显示功能及交互性能3、二维、三维信息的结合显示及性能4、虚拟实景能力5、地图的在线编绘能力交互编绘的能力6、图面配置的艺术性、智能性7、输出EPS格式的功能与性能C、可视化功能和性能1、符号美观、色彩鲜艳，制作方便、动态经济效益指标

A、成本费用B、直接经济效益C、间接经济效益

D、社会效益经济效益指标A、成本费用4.GIS项目工程化管理GIS项目任务划分

GIS应用项目中的人员

GIS数据管理

GIS文档管理

4.GIS项目工程化管理GIS项目任务划分4.1常见GIS项目任务划分

立项综合论证需求分析研制总要求系统开发方式系统分析系统设计系统实现系统维护和评价4.1常见GIS项目任务划分立项综合论证4.2GIS应用项目中的人员

在GIS应用项目的组织和建设过程中，不论是由应用部门独立开发还是和由专门的独立软件开发商进行开发，其中涉及的人员按照角色，可以分为以下几类：项目总指挥