综合能力-地理信息系统工程.pdf

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1、同济大学注册测绘师培训教程同济大学注册测绘师培训教程图1.1 GIS概念 GIS定义定义：在计算机软件、硬件及网络的支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。同济大学注册测绘师培训教程图1.2 GIS的构成 GIS的构成：的构成：同济大学注册测绘师培训教程GIS硬件配置图1.3 GIS硬件配置同济大学注册测绘师培训教程GIS软件配置图1.4 GIS软件配置同济大学注册测绘师培训教程 GIS的分类的分类专题地理信息系统：具有有限目标和专业特点的地理信息系统区域地理信息系统：以区域综合研究和全面信息服务为目标的地理信息系统地理信息系统工具：

2、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同济大学注册测绘师培训教程 GIS的相关学科的相关学科图1.5 GIS学科树同济大学注册测绘师培训教程 GIS的应用领域的应用领域图1.6 GIS应用领域同济大学注册测绘师培训教程图2.1 GIS主要功能同济大学注册测绘师培训教程 分布式分布式GIS利用分布式计算技术处理地理信息 智能智能GIS与空间数据挖掘与空间数据挖掘 GIS、RS、GPS的集成的集成 时空系统时空系统主要研究时空模型，时空数据表示、存储、操作、查询和时空分析 三维三维GIS 移动移动GIS同济大学注册测绘师培训教程 基础地理信息系

3、统（基础地理信息系统（Fundamental Geographical Information System）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。系统功能系统功能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同济大学注册测绘师培训教程（一）基础地理信息系统建设过程中应遵循的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同济大学注册测绘师培训教程（二）技术要求采用统一的、符合国家规定的空间

4、参考系日期应采用公历纪元，时间应采用北京时间数据应针对相应行政或自然区域的范围，数据内容包括矢量、栅格等各种地理数据及元数据和其他专题数据数据质量应具有完整性、逻辑一致性、现势性等数据库中数据及由数据库产生的数据产品的位置精度应达到相应标准数据格式应按照地理信息数据产品标准制定要素各属性应完整正确数据应及时更新数据库具有可靠的安全和保密性数据库具有数据输入、输出、查询等基本功能同济大学注册测绘师培训教程（三）工作流程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运行维护同济大学注册测绘师培训教程（一）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及人文特征和属性的总称。

5、按照国家基础地理信息标准数据基本规定（GB 21139-2007）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、数字正摄影像、地籍、地名等有关系然和社会要素的位置、形态和属性信息。同济大学注册测绘师培训教程（二）基础地理数据分类 按数据模型和结构矢量数据结构：利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合表示地理实体分布的一种数据组织方式。栅格数据结构：将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指引。按数据表达形

6、式分类数字线划图（DLG）、数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字栅格图（DRG）按其他方式分类按数据的载体及表现形式分类、按比例尺分类等同济大学注册测绘师培训教程基础地理数据“基础地理数据“4D”产品模型产品模型数字线划图（DLG）数字栅格图（DRG）数字高程模型（DEM）数字正射影像（DOM）基础地理数据库数字产品子文件数字产品文件名数据分发介质因特网定位框架定位框架平面坐标系统高程系统投影系统描述系统分区分幅辅助数据辅助数据注记数据整饰数据分幅数据说明数据数据体数据体分层要素矢量/栅格数据影像数据拓扑数据属性数据数据单元元数据元数据元素名定义作用域数据值数据性质附加说明同济

7、大学注册测绘师培训教程（三）基础地理数据的特点基础数据具有基础性、普遍适用性和使用频率高等特点。具体可概括为：基础性 权威性 现势性与动态性 抽象性 多尺度性 多样性 复杂性同济大学注册测绘师培训教程基础地理数据采集流程（一）基础地理数据采集方法基础数据采集方法主要包括以下三种：（1）全野外数据采集（2）航空摄影测量和航天遥感（3）原图数字化技术现状地形全野外数字采集数据传输图形数据处理航空摄影测量空中三角测量内业处理航天遥感相片扫描遥感影像处理纸质或薄膜地图扫描纠偏校准扫描影像处理基础地理数据同济大学注册测绘师培训教程（二）基础地理数据采集的组成基础地理数据库控制测量成果库数字正射影像图数据

8、库数字高程模型数据库数字栅格图数据库数字线划图数据库地名数据库元数据库数字航空正摄影像数据库卫星数字影像数据库等高线交通道路管线水系境界植被居民地工业设施其他要素同济大学注册测绘师培训教程基础地理信息系统数据库纵向层次框图（三）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。网络系统连接国家层次省级层次数字省区地理空间基础框架城市层次数字城市地理空间基础框架1:400万地形数据库1:100万地形数据库1:25万地形、地名、高程模型数据库1:5万系列地图数据库元数据库国家级平面、高程、重力基准数据库1:25万地形、地名、高程模型数据库1:5万系

9、列地图数据库1:1万地形要素、数字栅格图元数据库省级平面、高程、重力基准数据库1:50001:1万地形数据库1:5001:2000地形数据库地下管网数据库元数据库控制网数据库同济大学注册测绘师培训教程（一）数据更新步骤（1）确定更新策略更新周期、更新内容、更新精度、更新范围、组建更新队伍（2）变化信息获取专业队伍进行现势调查、卫星遥感影像与现有数据比较、其他渠道获取（3）变化数据采集人工数据采集、交互式数据采集、自动数据采集（4）现势数据生产在数据库中插入新增数据、删除消失地物信息、匹配并替换已变化的信息、对历史信息进行保存（5）现势数据提供同济大学注册测绘师培训教程数据更新系统流程图（二）数

10、据库更新数据提取数据采集/修侧更新临时库临时库现势库历史库更新现势库数据提取历史与现实对比、回溯数据提取（时间、区域）被更新数据存入库数据提取同济大学注册测绘师培训教程 基础标准基础标准基础标准是基础地理信息数据生产、建库和系统建设与应用中其他标准的基础，是被普遍使用的具有广泛指导意义和约束意义的标准。产品标准产品标准产品标准是基础地理信息数字产品必须达到的技术要求，主要包括DEM、DRG、DOM和DLG、技术标准技术标准技术标准是对数字产品为达到产品标准要求而对生产技术方法、工艺流程、技术指标与要求、检查等做出的相应技术规定。管理标准管理标准管理标准是在基础地理数据产生、建库和系统建设中需要

11、统一协调的技术管理、质量监督等方面的标准。同济大学注册测绘师培训教程（一）系统目标获取及分析根据基础地理信息的特点，可通过四种方式明确系统的建设目标和任务：（1）进行用户类型分析（2）对现行系统进行调查分析（3）明确系统服务对象（4）用户研究领域现状调查同济大学注册测绘师培训教程（二）系统功能获取及分析常用的系统功能分析的方法主要有三种：（1）结构化分析方法（2）面向对象分析方法（3）快速原型化分析方法（三）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）数据源调查与研究；（2）技术可行性评估；（3）系统的支持状况；（4）经济与社会效益分析 系统分析方法主要包括（1）数据流模型；（2

12、）数据字典；（3）加工逻辑说明同济大学注册测绘师培训教程1.引言2.项目概述3.系统数据描述4.系统功能需求5.系统性能需求6.系统运行需求7.质量保证8.其他需求（如可适用性、安全保密性、可维护性、可移植性）（四）需求规格说明书系统的软件需求规格说明是在系统分析的基础上建立自顶向下的任务分析模型。规格说明描述了系统的需求，是联系系统需求分析与系统设计的重要桥梁。需求规格说明书的结构如下：同济大学注册测绘师培训教程（一）系统总体设计（1）体系结构设计 C/S结构结构：C/S模式的应用系统基本运行关系体现为“请求/响应”的应答模式。每当用户需要访问服务器时就由客户机发出“请求”，服务器接受“请求

13、”并“响应”，然后执行相应的服务，把执行结果送回给客户机，由它进一步处理后在提交给用户。B/S结构结构：B/S结构是将C/S模式的结构与Web技术紧密结合而形成的三层体系结构。三层B/S结构示意图如下：Internet数据库服务器数据库服务器应用服务用户1用户2用户n同济大学注册测绘师培训教程（2）软件配置与硬件网络架构 软件配置软件配置基础地理信息系统对软件要求较高。一般选择工业界广泛使用的跨平台的操作系统作为数据管理和权限管理的平台，采用Windows操作系统作为管理信息系统和数据检索系统的平台，采用Unix或Oracle等分别作为服务器系统和运行数据库的支撑平台。硬件及网络环境设计硬件及

14、网络环境设计基础地理信息系统对CPU的运算速度、存储容量、图形处理等能力要求较高。一般情况下，服务器可采用64位操作系统和系统模块化设计，采用热插拔硬件更换技术、冗余电源和冷却系统及系统监控技术。同济大学注册测绘师培训教程数据发布与共享元数据管理控制测量成果管理地名管理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（二）系统功能设计系统的功能设计主要包括：（三）系统安全设计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同济大学注册测绘师培训教程（一）需求分析（1）需求分析内容 调查用户需求：了解用户特点和要求 需求数据的收集和分析：包括信息需求、信息加工处

15、理要求、安全性等 编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等（2）数据源的选择数据来源主要有：地图、遥感影像、GPS数据及已有数据（3）对数据集的评价 数据的一般评价 数据的空间特性 属性数据特征的评价同济大学注册测绘师培训教程数据库结构设计步骤（二）结构设计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的满足用户对数据处理的要求。地理实体概念设计物理设计逻辑设计数据库数据库的概念模型数据库的逻辑模型数据库的存储模型需求分析计算机世界信息世界现实世界结构设计同济大学注册测绘师培训教

16、程（1）数据概念设计1）数据库概念模型对需求分析阶段收集的数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及其关系，把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来2）概念模型设计任务概念数据库模式设计，以需求分析阶段提出的数据要求为基础，对用户需求描述的现实世界通过对其中信息的分类、聚类和概括，建立抽象的高级数据模型，形成概念数据库模式3）概念模型设计步骤通过用户调查与分析，提取和抽象出空间数据库中所有的实体同济大学注册测绘师培训教程（1）数据概念设计1）数据库概念模型对需求分析阶段收集的数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及其关系，把用户的需求加以解释，并用概念模型表达出来2）概念模型设计任务概念数据库

17、模式设计，以需求分析阶段提出的数据要求为基础，对用户需求描述的现实世界通过对其中信息的分类、聚类和概括，建立抽象的高级数据模型，形成概念数据库模式3）概念模型设计步骤通过用户调查与分析，提取和抽象出空间数据库中所有的实体同济大学注册测绘师培训教程（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，也叫数据库模式创建。主要包括：确定数据项、记录及记录间的关系、安全性、完整性以及一致约束性。由E-R模型向关系模型转换的主要过程为：（1）确定各实体的主关键字（2）确定实体内部属性间的数据关系表达式（3）将经过消冗处理过的实体作为相应的主关键字（4）根据（2

18、）、（3）形成新的关系（5）完成转换后，进行分析、评价和优化 数据库的一般逻辑结构有以下三种：（1）传统数据模型：层次模型、网络模型、关系模型（2）面向对象数据模型（3）空间数据模型同济大学注册测绘师培训教程（3）数据物理结构设计数据物理结构的设计步骤为：1）确定数据库的物理结构：包括确定所需要存储的数据对象、确定数据的存放位置、确定数据的存储结构、确定数据的存取方法、确定系统配置等。2）对物理结构进行评价：分析时间效率、空间效率、维护代价及用户要求等。（4）数据字典设计数据字典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、文件及其他应进入字典的

19、一切数据，其中每个要素对应数据字典中的一个条目。同济大学注册测绘师培训教程（三）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和地物要素符号样例设计。（四）元数据库设计元数据设计的主要内容包括：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他特征等。（五）数据更新设计通过地理信息更新可保证地理信息的现势性，数据更新主要有五种方法：（1）实测更新法（2）编绘更新法（3）计算机制图更新法（4）遥感信息更新法（5）GPS信息更新法同济大学注册测绘师培训教程（一）详细设计的任务（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

20、员掌握为止；（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）编写详细的设计文档。同济大学注册测绘师培训教程1.引言1.1背景1.2参考资料1.3属于和缩写词2.程序（模块）系统的组织结构3.模块（伙子程序）设计说明3.1模块（子程序）描述。简要描述本模块（或子程序）的设计考虑3.2模块（子程序）完成的主要功能3.3模块（子程序）达到的主要技术性能3.4输入项3.5输出项3.6处理过程3.7接口3.8存储分配3.9限制条件3.10测试计划4.模块（子程序）设计说明（二）详细设计说明书详细设计说明书内容同济

21、大学注册测绘师培训教程系统平台选择系统平台选择系统功能开发系统功能开发 系统功能集成系统功能集成 样例数据试验运行样例数据试验运行 系统功能测试系统功能测试GIS基础平台选择开发语言环境选择运行操作系统、中间件、数据的选择网络、硬件平台配置等同济大学注册测绘师培训教程（一）空间数据三大特征（1）空间特征：空间特征又称几何特征或定位特征，主要表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。（2）属性特征：主要用以描述事物的现象或特性，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周期的、短期的、中期的、长期的等。同济大学注册测绘师培训教程（

22、二）数据库构建（1）矢量数据采用适当的数据模型进行存储，在逻辑上根据图件的比例尺和种类将空间数据划分为不同的子库，在每个子库中将图件按要素类别划分为不同的图层，同时将类别或性质相关的图层组织成大类。（2）栅格数据主要是正射影像图和一些扫描图件，对于该类数据，以目录文件方式进行存储，将每类栅格数据作为一个子库，对每个栅格子库建立目录，在这个子库级目录下为其所包含的分区建立目录，在具体的分区目录中以图幅为单位存放该区的栅格图像。（三）数据准备数据的准备工作主要包括：数据源的选择；数据采集存储原则；建库的数据准备；数据库入库的组织管理等。同济大学注册测绘师培训教程（四）数据库模式创建数据库逻辑设计主

23、要分为三个阶段：收集和分析用户要求收集和分析用户要求（1）分析用户活动；（2）确定系统范围；（3）分析用户活动所涉及的数据；（4）分析系统数据 建立建立E-R模型模型（1）进行局部E-R模型设计；（2）进行总体E-R模型设计 数据库模型设计数据库模型设计（1）将E-R图转换为关系模型；（2）优化设计，对模式进行调整和改善同济大学注册测绘师培训教程（五）数据入库 数据库入库的组织管理数据库入库的组织管理在空间数据库建库工作中，应建立相应的数据管理组来负责入库数据的鉴定、审批和管理入库工作。空间数据库建库流程空间数据库建库流程原始数据分析数据质量检查数据加工整理制定工作方案数据入库落地编制数据说明

24、空间数据库建库流程图同济大学注册测绘师培训教程（六）数据质量检查与程序监理 数据质量标准制定原则数据质量标准制定原则（1）凡已有的国家质量标准应优先采用（2）目前无国家质量标准的数据，可采用权威专业部门或地方拟定的质量标准 数据质量检查依据数据质量检查依据检查依据的主要内容包括：数据的分类系统、数据类型的名称和定义、数据获取方法的评价、数据获取所使用的仪器设备及其精度的规定等。数据质量检查与程序监理内容数据质量检查与程序监理内容（1）图形检查：面状要素的检查、线状要素的检查、点状要素的检查、图形一致性检查（2）属性检查：字段非空检查、字段唯一性检查、图形属性一致性检查、数据整理检查同济大学注册

25、测绘师培训教程（七）基础地理数据标准与质量控制 数据标准化数据标准化数据标准的统一是实现信息共享的前提条件，国家测绘局组织制定基础地理信息标准数据基本规定于2008年3月1日期实施，适用于基础地理信息标准数据的生产、认定和使用。空间数据质量控制空间数据质量控制数据质量控制内容（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质量控制技术方法（1）减少和消除误差及错误的实用技术与步骤（2）提交成果之前对所完成的工作进行检查基于拓扑关系规则的数据检察拓扑关系规则可用于检查同一要素数据集中的不同要素类或同一要素类中不同要素同济大学注册测绘师培训教程 系统部署系统部署（1）系统硬件

26、安装；（2）系统硬件调试；（3）系统软件安装；（4）系统软件的测试 整体测试整体测试 系统验收与交付系统验收与交付验收交付 系统运行、管理和维护系统运行、管理和维护运行和管理维护更新：数据维护与更新；应用系统维护与更新；网络维护与安全管理同济大学注册测绘师培训教程系统运行环境软硬件体系支撑结构 系统测试目的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浪费和重复投资 系统评价指标及内容系统评价指标及内容技术评价（内容见表1）经济评价（内容见表2）系统测试评价方法与内容系统测试评价方法与内容测试方法有：文档审查、模拟运行测试、模拟

27、开发测试测试内容包括：系统各项功能指标系统综合性能指标同济大学注册测绘师培训教程表1 系统技术评价指标及内容 系统技术评价指标及内容系统技术评价指标及内容序号评价指标具体内容1可靠性安全性系统在正常环境下能够稳定运行不发生故障，或即使发生故障也可通过系统功能恢复2可扩展性对于商品化GIS产品进一步完善产品的功能，提供更佳和更通用的用户开发接口和平台开发的能力3可移植性系统在多种计算机硬件平台上正常工作的能力以及与其他软件进行数据共享、交换的能力4系统效率包括系统运行的速度和运算处理精度两方面的要求同济大学注册测绘师培训教程表2 系统经济评价指标及内容 系统经济评价指标及内容系统经济评价指标及内

28、容序号评价指标具体内容1系统产生的效益系统应用对国民经济与生产实践所起的作用，以及GIS信息产品商品化能实现的价值2软件商品化程度用户的认可程度，体现在软件安装程序的易用性、产品的包装、技术手册等方面3技术服务支持能力对用户进行的工作进行跟踪服务和技术指导，有时还需要对用户进行集中的技术培训4软件维护与运行管理软件的易维护和便于管理的能力同济大学注册测绘师培训教程 面向文件的地理信息共享面向文件的地理信息共享早期的GIS软件一般采用文件方式管理空间数据。因此，在空间数据库技术被广泛使用之前，通过文件共享地理信息是唯一可行的方式，面向文件的共享为传递和共享地理信息发挥了巨大的作用。面向数据库的地

29、理信息共享面向数据库的地理信息共享到2000年左右，面向数据库的地理信息共享得到普及，目前已经取代了传统的文件的管理方式。面向服务的地理信息共享面向服务的地理信息共享服务式GIS脱胎于组件式GIS，实在组件式GIS基础上的飞跃，也是对组件式GIS升级。同济大学注册测绘师培训教程 服务式服务式GIS的“政务一套图”模式的“政务一套图”模式一体化的数据应用模式基本思想是：在资源结构上，设一组真实现势的基础图层，规范属性信息作为普遍共享的基础信息在实现方式上，组建一套GIS基础数据库和信息交换平台在机制设计上，有权威部门维护基础信息，各部门根据不同需求形成不同的GIS系统在管理要求上，实行统一的数据格式，遵守统一的运作机制和管理规范 服务式服务式GIS的普通服务模式的普通服务模式基于元数据的地理信息服务模式基于WebGIS的地理信息服务模式基于Web Service的地理信息服务模式