分类号 TP31 单位代码 10183
密级内部研究生学号 9706018
组件式地理信息系统平台CGIS的概要设计
与部分系统实现
The General Design And Part Of Realizations Of A Componment-Style Geographical Information System
作者：李嘉菲
专业：计算机应用
导师：刘大有教授
吉林大学
目录
第1章引言 1
§1.1问题的提出 1
§1.2 地理信息系统简介 1
§1.3模糊关系数据库简介 2
§1.4 本文的主要工作 2
第2章组件式地理信息系统平台CGIS设计概述 4 §2.1 地理信息系统概述 4
§2.2 功能需求分析 5
§2.3 设计概述7
§2.4 基本结构和功能8
§2.5 应用接口12
第3章数据转换子系统总体设计14
§3.1功能概述14
§3.2 需求分析19
§3.3 DCSS概要设计21
第4章属性数据管理子系统总体设计24
§4.1 功能概述24
§4.2 需求分析27
§4.3 PDMSS概要设计31
第5章属性关系数据库中模糊数据的处理34
§5.1 模糊关系数据库的相关知识介绍34
§5.2 模糊数据的表达和存储37
§5.3 模糊数据的语义匹配38 §5.4 模糊数据的处理算法41 第6章系统实现43
§6.1系统实现概述43
§6.2 数据库接口43
§6.3 系统的程序实现43
第7章结束语47
§7.1 结论47
§7.2 相关工作比较48
§7.3 工作展望48
参考文献 49
致谢
中文摘要
Abstract
第一章引言
§1.1 问题的提出
地理信息系统(Geographic Information System 简称GIS)是一个以计算机科学技术和地理学等为基础的新兴交叉学科。在计算机软、硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，研究具有多种属性的各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。
农业测土空间数据库（Soil Explore Spatial Database）SESD的原型是国家863高技术项目“多媒体玉米生产栽培专家系统MISMAP”中的MAP 子系统. SESD的核心技术就是地理信息系统, SESD的1.0版本是基于MapInfo桌面地理信息系统平台开发的。在MAP子系统的基础上，把GIS、空间推理、空间决策支持系统和GPS相结合，研制开发了SESD .
SESD 1.0版使用的是MapInfo Professional 4.0作为GIS平台，从SESD 的应用中发现MapInfo在二次开发功能上存在不足，不能对图形对象的拓扑关系进行分析，而且它的空间分析功能也很有限. 此外，MapInfo的价格也十分昂贵。这些弊端使得SESD1.0版的推广和商品化受到很大限制。本文的工作就是围绕解决这些问题展开的。本人主要是参加了组件式地理信息系统CGIS的设计，设计、实现了属性数据管理和数据转换两个子系统，并完成了模糊属性数据处理算法的设计。CGIS除提供GIS的基本功能之外，还将提供一些空间分析和拓扑分析等高级功能，它将应用于汽车导航、GPS定位、地质勘探和农业信息化等领域。
目前的GIS，只能允许用户面对仅仅包含精确数据的数据库进行精确查询。事实上，除了数值数据，地理信息还涉及模糊语言数据，为了支持用户使用自然语言进行简单、无特定结构的模糊查询，CGIS应具备模糊数据处理功能。为此，在CGIS设计中，我们引入了一种模糊关系数据库中模糊数据的表示方法和模糊数据间关系的计算方法。
在下面几节中将对本文所涉及的关键技术进行简要的介绍。
§1.2 地理信息系统简介
地理信息系统（GIS）是计算机科学、地理学、测量学和地图学等多学科的交叉与融合。同时，GIS又使一个在计算机软硬件技术的支持下，
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科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究等所需要的与地理空间分布有关信息的一个技术系统。空间数据是GIS 研究的主要对象和内容. GIS 系统中所研究的空间数据是客观世界中空间实体的表示，一般具有两方面的内容，即空间实体的空间几何特征和描述其质量、数量方面的属性特征。无论在空间数据的几何位置或是属性特征描述上，都存在着不精确性或不确定性，分别称之为几何不确定性和属性不确定性。
§1.3模糊关系数据库简介
一般认为，模糊关系数据库FRDB （fuzzy relational database ）是普通数据库或精确关系数据库PRDB （precise relational database ）的扩展，即将PRDB 中数据的取值范围由二值逻辑论的{0,1}到模糊集合论的［0,1］的扩展。做这种扩展时并没改变集合论的关系和数据库的基本思想。
数据库可以是模糊的或精确的，其上的查询也可能是模糊的或精确
的。因此可能出现下面4种情况：
(1) (P, P) (1) (P, F) (1)
(F, P)
(1) (F, F)
第一类（P ，P ）是查询和数据都是精确的传统数据库。第四类（F ，F ）
是能够对模糊数据进行模糊查询的纯模糊数据库。其它两类（P ，F ）和（F ，P ）是准模糊数据库。地理信息系统中的属性数据库可以单独看作是一个模糊关系数据库。
本文要讨论的属性数据库支持模糊数据的精确查询，也就是说属于第
二类（P ，F ），是准模糊关系数据库。本文下面将说明如何根据模糊关系数据库中模糊数据的特点，应用模糊关系数据库的理论，在属性数据库中引入模糊数据。
§1.4 本文的主要工作
F F P
P F ：模糊
P ：精确
查询
模糊关系数据库基本类型数据
本文给出了CGIS的设计概述，侧重介绍了CGIS中的数据转换子系统和属性管理子系统的设计与实现。在CGIS的设计和实现的描述中使用了软件工程文档的风格，对于CGIS开发中涉及到的DAO技术、面向对象技术等都作了说明。本文还用一定篇幅介绍了如何将模糊数据引入现有的属性关系数据库，这个属性关系数据库今后将增强CGIS的功能，使CGIS具有更强的地理信息检索能力。
本文的第2章介绍了组件式地理信息系统平台CGIS的概要设计，第3章介绍了CGIS中的属性管理子系统的详细设计，第4章介绍了CGIS 中的数据转换子系统的详细设计，第5章介绍了属性数据库中模糊数据的表示与模糊匹配，第6章介绍了系统实现的一些技术细节，第7章给出了结论、相关工作比较和工作展望。
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第二章组件式地理信息系统平台CGIS设计概述
§2.1 地理信息系统概述
1．G IS的定义
要给出GIS的准确定义是困难的，因为GIS涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定义就不同。有代表性的定义如下：
（1） 面向功能的定义。GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。
（2） 面向应用的定义。这种方式根据GIS应用领域的不同，将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、
空间决策支持系统等。
（3） 工具箱定义方式。GIS是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。这种定义强调GIS提供的用于处理地理数
据的工具。
（4） 基于数据库的定义。GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据
库中空间实体的查询。
2．G IS的发展
也可以说，地理信息系统（GIS）是为了解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技术与产业. 1964年，在加拿大产生了世界上第一个GIS系统，它是针对加拿大的丰富土地资源，为农业服务而开发的。它的出现，为以后GIS应用于其它国家和领域奠定了基础. 70年代末80年代初，欧洲的大多数国家也相继开发了GIS软件，如英国的VTRAK和GIMMS .
但北美的GIS软件产品至今仍然占欧洲市场的主导地位，如美国的ARC/INFO、MapInfo以及加拿大的SPANS等仍被欧洲各国广泛采用。目前，澳大利亚的GIS软件在国际市场上也逐渐占有了重要地位，如遥感图象处理软件、GENAMAP等GIS软件。其特点是技术新颖，通用性强，简单实用。目前GIS的应用领域已扩展到60多个，且用户数以每年2.6倍左右的速度增长，成为年平均增长率为35%的新兴信息技术产业。
我国的GIS研究始于70年代，1994年4月中国地理信息系统协会成
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立，它标志着我国的GIS技术和产业发展进入了一个新的阶段。目前，GIS 系统在北京、天津、上海等大城市和沿海地区已取得了很大的发展。国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目. MAPGIS、VIEWGIS、CITYSTAR和GEOSTAR等一批国产GIS软件已经开始在许多领域得到应用，成为国内GIS市场一支不可忽视的力量。
3．G IS软件的分类
目前的GIS软件很多，从不同的角度可以给GIS软件分类。
(1) 按应用环境分类
简单的讲可以分为单机版GIS和网络版GIS两种。网络版是指应用在局域网以及Internet/Intranet环境中的GIS软件. Internet中的
GIS又叫作WebGIS . 从这样一个角度，可以把GIS的体系结构分
为：主机型、共享设备型、主从分布型、对等分布型几种。
(2) 按体系结构分类
可以分为组件式和非组件式两种。
传统的GIS是非组件式结构，整个系统不能分割，即使用户仅需要很小一部分功能也必须使用整个系统。传统GIS开发平台均采用
专门设计的开发语言。例如，Arc/Info采用AML，加上庞大的函数、
命令库,使得普通的开发技术人员难以掌握，延长了应用产品的开发
周期。传统GIS系统中的空间数据管理和数据库管理系统通常均直
接由GIS厂商提供，这也是传统GIS软件价格昂贵的一个重要原因。
这种情况一方面大大提高了应用开发与系统建设的成本，另一方面
也限制了用户根据应用需要和各种数据库工具的优劣，选择利用数
据库工具的机会。
OLE，COM，ActiveX等软构件技术的发展给GIS结构带来了革命。组件式GIS软件是根据功能和需求的不同，利用软构件技术把
GIS分割为多个组件，应用时根据需要选择合适的组件。
(3) 按空间数据的维数
分为2维、2.5维、3维、4维. 2.5维GIS软件可以用数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无法建立空间实体
的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现。三维GIS将是今
后发展的一个重点。真三维GIS数据结构可采用线性八叉树和四面
体混合数据结构，可采用界面引入一体化和界面一体二叉树等方法。
四维GIS是指在原有的三维GIS基础上加入时间变量而构成的GIS 。
§2.2 功能需求分析
1．地理信息系统的二次开发分析
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支持GIS技术的应用软件都是在现有的GIS平台上进行二次开发，农业测土空间数据库SESD也是如此。一般的GIS二次开发技术有以下几种：
(1) 以工具包的形式提供GIS支持
例如，MAPGIS只能作为独立的应用程序工具包使用，没提供二次开发接口。
(2) 提供专门的开发语言
例如，MapInfo的MapBasic，ArcInfo的AML . 这些语言虽然有一定的描述能力，但较现在流行的可视化开发工具VC、VB等相差甚
远。譬如，用户界面差，外部数据库支持能力差。总之专门的开发语言
的灵活性差，难以建立很好的GIS应用软件。
(3) 提供API接口
如天威地理信息系统(TWGIS) . 相对(2)比较灵活，但对用户的要求很高，用户必须非常熟悉C/C++编程而且对地理信息系统平台本身有非
常深入的了解。这种方式一般适合在VC、BCB等较专业的开发环境中
使用，而且多为开发地理信息系统本身的单位开发使用，很难推广。
(4) 组件式开发工具
利用当今流行的软构件技术(COM/ActiveX)，把GIS组件封装在OCX控件中，最终提供给用户一个OCX物理控件。其中根据需要包含
一个或多个逻辑控件。
各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。
控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能(包括GIS和
非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成
满足需要的GIS开发工具。
传统GIS软件与用户或者二次开发者之间的交互，一般通过菜单或工具条按钮、命令以及GIS二次开发语言进行。组件式GIS与用户
和客户程序之间则主要通过属性、方法和事件进行交互。
鉴于组件式开发工具的上述优点，本文所介绍的CGIS平台采用组件式结构，它将提供支持GIS基本功能的基本组件和面向一些特定领域的支持一些空间分析、拓扑分析等通用高级GIS功能的专业组件。
2．MapInfo桌面地理信息系统的二次开发分析
MapInfo Professional是美国MapInfo公司推出的地理信息系统，MapInfo公司于1986年在美国纽约洲的Tron市成立，MapInfo从最初的DOS下的1.0版到现在的5.0版本，是一个拥有十余年历史的序列化软件，在国际上占有很大的市场。
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很多基于GIS的应用系统都采用MapInfo Professional 4.0作为GIS平台，从SESD 1.0的应用中我们发现MapInfo在二次开发功能上有很多缺点。
首先，MapInfo没有拓扑分析功能，不能对图形对象的拓扑关系进行分析。而且它的空间分析功能也很有限。
MapInfo的二次开发接口功能不完善。虽然MapInfo拥有MapBasic语言，但描述能力较弱，而且用户界面不友好，不是可视化开发工具. MapInfo本身可以作为OLE Automation服务器嵌入应用程序，但它提供的功能有限，使用它开发应用程序受很大限制。比如，它没有鼠标双击图形对象事件。
而且MapInfo的价格十分昂贵. MapInfo Professional的价格为2.4万元人民币左右，MapBasic为1.5万元人民币，每个运行许可为1万元人民币。运行许可是每个应用程序的用户必须购买的。这样的价格使得很多基于GIS的应用系统的推广和商品化受到很大的限制。
MapInfo的最新版本是MapInfo Professional 5.0，它的功能有所加强，并且由4.0的16位升级到32位。但体系结构和开发框架仍保留以前的风格。虽然MapInfo是一个功能比较强大、比较成熟的地理信息系统平台，但基于以上的分析可以了解到MapInfo作为GIS的基础平台的有诸多不便，因此，需要开发一个小巧灵活、功能紧凑、使用方便的组件式GIS平台，以推进与SESD 类似的GIS应用系统的商品化。下面将介绍开发中的具有版权的组件式地理信息系统CGIS .
§2.3设计概述
CGIS的设计目标是用于开发基于知识的GIS应用软件的GIS支持平台。它的一个重要应用是作为SESD 2.0版的GIS平台，当然它也可以做其他应用例如汽车导航、资源评估等。
CGIS是一个通用的地理信息系统应用软件开发平台，它具有地理信息系统的一般功能。使用这个开发平台，可以利用Visual C++，Viaual Basic，Delphi 和C++ Builder等工具开发出具有GIS功能的应用软件。
它不局限于某一特定领域，而是提供GIS基本功能和一些空间分析、拓扑分析等通用高级GIS功能支持，以及针对一些特定领域，如汽车导航、GPS定位、地质勘探、农业信息化等的支持。
CGIS采用组件式的体系结构。按功能把CGIS划分为若干组件，如基本功能组件、高级功能组件、汽车导航组件等等。把这些组件以OCX控件形式提供给用户。根据不同用户的需求提供的组件也有所不同，提供标准版和专业版控件。标准版提供基本的GIS功能，专业版提供面向特定领域的GIS支持。还可以根据用户的特殊需求定制控件，使得提供给用户的控件只包含用户所用到的功能，实现最小冗余。这样不但可以节约系统资源，还能降低GIS开发平台的价格，达到最佳的性能价格比。
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根据目前对GIS维数的一般需求，CGIS处理的是2维或2.5维空间数据（带高程值的2维数据）。如果有特定领域的需求，也可以在此基础上开发进行3维空间数据分析的专用组件。
CGIS的设计是面向单机用户的，但由于它采用了组件式结构，可以很容易过度到网络版，应用在局域网以及Internet/Intranet环境中。网络中的GIS又叫做万维网GIS（WebGIS）。随着组件式GIS的发展和分布式对象Web(Distributed Object Web)技术的逐渐成熟，未来的万维网GIS将是基于COM/ActiveX或COBRA/Java开发的分布式对象万维网GIS . 从基础软件的角度来看，组件式GIS和万维网GIS之间的界限将会变得模糊不清，而只是应用方式上的区别。
§2.4 基本结构和功能
系统体系结构图
整个系统由GIS基本组件、扩展组件集构成（如上图）. GIS基本组件实现基本GIS功能；专业组件集是在基本组件的基础上，根据不同的应用需求提供的组件集。
以下为GIS基本组件的总体结构图。
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基本组件结构图
基本组件实现最小GIS 所必须的功能，作为整个GIS 开发系统的核心，它必须设计精巧，算法高效，具有良好的可嵌入性，易于实现与系统其它组件的藕合。
基本组件从开发角度看，向外提供几种面向应用的对象：最顶层的对象是“工程”，它代表系统集中处理的地理信息集合，如：中国地图，一个工程由多个图层组成。“图层”，代表某一类地理信息的集合，如：中国河流图层，中国城市图层，多个图层联合起来表示一幅特定应用的电子地图，一个图层由多种地理图元的集合组成。“地理图元”，一般系统定义成“弧段”，“节点”，“多边形”等各种能表示不同地理实体的对象。
基本组件从功能角度看，主要可分为：空间查询语言，空间查询，空间分析，拓扑分析，模糊操作，空间数据结构，空间索引，属性管理，数据转换，
图元显示，图元拾取，地图编辑处理，图层管理，图符库管理，图符编辑等模块。
下面简要阐述各个功能模块的具体内容：
??空间查询语言：
负责检查，报错，解释，执行用户输入的宏语句。宏语句的定义采用类Basic 语言的结构，方便二次开发用户的学习掌握和应用，系统自定义的GQL(地理查询语言)语句可嵌入在宏语句中应用。
??空间查询：
对于每个图形目标（包括折线、节点、弧段、区域）都可以指定一个地理码，地理码是一个无符号长整数，可以由用户随意指定。具有同一个地理码的图形目标组成一个逻辑目标，逻辑目标代表着地图上具有地理意义的一个地物。属性表的第一个字段必须是地理码时，才可以与地图进行双向查询。
地理码可以分类，每类可以与一个文档相连，文档类型应是本系统所支持的，目前包括地图文档和查询文档，如果连接的是地图文档，则根据地理码的值在查询文档中查找其对应的表记录，由表记录的地理码也可查出其在图中所对应的各个图形目标。
??空间分析：
空间分析是GIS的重要功能之一，是GIS与计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析的对象是一系列跟空间位置有关的数据，这些数据包括空间坐标和专业属性两部分。其中空间坐标用于描述实体的空间位置和几何形态，专业属性则是实体某一方面的性质。
空间分析子系统提供了一系列数据操作功能，如空间叠加，数据检索等功能，空间叠加具体包括：求两个区域相并的部分，求两个区域相交的部分等，数据检索具体包括判断标注点是否在区域内，判断两个区域是否相互包含等。??拓扑分析：
拓扑分析主要有以下几个主要功能：
●BUILD
对选取的折线求交，并建立拓扑关系。
●去除悬挂线
悬挂线指那些至少有一个端点的度数是1的弧段。这些弧段往往由数据的误差产生，必须剔除。
●合并节点
在求交时，往往由于两条线的误差而不能产生交点，此时可用此操作将两个弧段连在一起。
●去除多余的节点
多余的节点指的是只有两度的节点，可以删除此节点而使与之相连的两个弧段合而为一。
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??空间数据结构
包括空间数据结构、存储机制、图层项目管理。是系统的核心，复杂空间数据对象的存储和管理。需要用到空间索引管理，属性管理。图元显示拾取等都需要在其上操作。
??空间索引：
主要功能是对GIS数据（即电子地图）的空间位置实施索引，以便更有效的实现对GIS数据的存取。通常应用在显示模块中，对GIS数据（即电子地图）的空间位置实施索引后，当用户只想显示电子地图的一小部分时，系统就不必处理全部地图数据而只需处理需要的部分，这可以加快系统的反应时间，提高系统性能。空间索引的实现方法有多种，常用的有：四叉树方法，R树方法等。??属性管理：
属性管理是GIS 的一个重要组成部分，GIS的属性数据一般存放在关系数据库中，为了查询编辑GIS各个地理对象的属性，基本组件必须通过外部数据库接口实现与数据库的连接，命令的传送，以及结果集的返回处理。由于大多数用户在使用GIS系统之前，已经积累了一些数据，可能存放在各种数据库中，在应用GIS时，只须对原有数据库稍加修改（添加地理码字段）即可通过外部数据库接口传送给GIS使用。属性管理模块的底层暂时采用DAO机制来实现，提供给上层（如空间数据管理模块及图元显示模块）调用属性管理模块的接口，采用完全与数据库机制无关的形式，这样可以保证程序具有良好的灵活性和扩展性，当底层的机制需要改变时，该模块对上层的接口无需任何改变，可最大限度的方便用户。
属性管理模块不仅支持查询编辑属性表的功能，还提供了属性表的建立，删除，与GIS空间数据库的连接等功能，它最大限度的支持灵活的查询条件，并且与系统自定义的GQL(地理查询语言)实现无缝结合。
??数据转换:
数据转换是GIS 的一个重要功能，对基于GIS平台开发的应用软件在不
同GIS平台间的转换，具有重要的意义。
每个地理信息系统平台都有自己的地图格式和相应的文件格式。比如MapInfo有自己的地图格式和公开的交换文件格式MIF，主要用来存储空间数据。MapInfo还有另外一种交换文件格式MID，它主要用来存储地图中的非空间数据，也就是属性数据。ARC/INFO的交换文件格式采用的是ASCII文件的形式。功能比较完善的GIS还支持AutoCAD的DXF文件格式。
以上提到的几种GIS平台在国内外使用较为普遍，因此做它们的数据转换具有重要意义。为最大限度的方便用户，本系统支持自身数据与流行的GIS数据之间的格式转换。
由于不同的GIS内部的实现不同，数据转换模块只能读取外部的基本数据，象一些填充模式，填充颜色等细节属性不被支持。
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??图元显示和拾取：
图元显示和拾取功能是所有GIS必须支持的功能, 由于此部分是GIS使用最多的功能，实现时要求高效处理。编制此模块时，要采用优化的算法。
图元显示和拾取功能面向GIS的基本图元，对于不同的GIS，其定义的基本图元也不同。本系统定义的基本图元包括弧段、节点、标注点、多边形、标注、图例。对本系统基本图元的设计采用面向对象的思想，各个对象管理各自的显示和编辑功能，实现对象的封装性。其中显示功能实现坐标系的确定，GIS 基本图元的显示，比例缩放，全图漫游等功能。
??地图编辑处理:
编辑功能实现对GIS基本图元的编辑操作，包括大小，移动，旋转，属性数据库的显示与修改（通过外部数据库接口）。
§2.5 应用接口
一般的非组件式GIS平台和其他系统的接口分以下几种：
(1) 提供专门的开发语言
如MapInfo的MapBasic,ArcInfo的AML . 这些语言虽然有一些描述能力，但较现在流行的可视化开发工具VC、VB等无法相比。用
户界面差，外部数据库支持能力差。总之专门的开发语言的灵活性差，
难以建立很好的GIS应用软件。
(2) 提供API接口
如天威地理信息系统(TWGIS)。相对(1)比较灵活，但对用户的要求很高，用户必须非常熟悉C/C++编程而且对地理信息系统平台本身有非
常深入的了解。这种方式一般适合在VC、BCB等较专业的开发环境中
使用，而且多为开发地理信息系统本身的单位开发使用，很难推广。
(3) 以工具包的形式提供
如MAPGIS。这种GIS只能作为独立的应用程序工具包使用，没提供二次开发接口。
CGIS的应用接口是利用当今流行的软构件技术(COM/ActiveX),把GIS 组件封装在OCX控件中，最终提供给用户一个OCX物理控件。其中根据需要包含一个或多个逻辑控件，如基本组件，汽车导航专用组件等。GIS 控件和应用程序的接口如下图：
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各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。
传统GIS软件与用户或者二次开发者之间的交互，一般通过菜单或工具条按钮、命令以及GIS二次开发语言进行。组件式GIS与用户和客户程序之间则主要通过属性、方法和事件进行交互。
属性（Properties）指描述控件或对象性质（Attributes）的数据，如：BackColor (地图背景颜色)、GPSIcon (用于GPS动态目标跟踪显示的图标)等。可以通过重新指定这些属性的值来改变控件和对象性质。在控件内部，属性通常对应于变量（Variables）。
方法（Methods）指对象的动作（Actions），如：Show(显示)、AddLayer （增加图层）、Open（打开）、Close（关闭）等。通过调用这些方法可以让控件执行诸如打开地图文件、显示地图之类的动作。在控件内部。方法通常对应于函数（Functions）。
事件（Events）指对象的响应（Responses）。当对象进行某些动作时（可以是执行动作之前、动作进行过程中或者动作完成后）激发一个事件，以便客户程序介入并响应这个事件。比如用鼠标在地图窗口内单击并选择一个地图要素，控件产生选中事件（如ItemPicked）通知客户程序有地图要素被选中，并传回描述选中对象的个数、所属图层等等有关选择集信息的参数。
属性、方法和事件是控件的通用标准接口，适用于任何可以作为ActiveX 包容器的开发语言，具有很强的通用性。目前，可以嵌入组件式GIS控件集成GIS应用的可视化开发环境很多，根据GIS应用项目的特点和用户对不同编程语言的熟悉程度，可以比较自由地选择合适的开发环境。其中，Microsoft公司的Visual Basic和Borland公司的Delphi功能强大、易于使用，适合大多数GIS应用；而Visual FoxPro等开发环境适合建立数据库管理功能强大的GIS应用。
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第三章数据转换子系统总体设计
(Data Conversion Sub-System)
§3.1 功能概述
每个地理信息系统平台都有自己的地图格式和相应的文件格式。比如MapInfo有自己的地图格式和公开的交换文件格式MIF，主要用来存储空间数据。MapInfo还有另外一种交换文件格式MID，它主要用来存储地图中的非空间数据，也就是属性数据。ARC/INFO的交换文件格式采用的是ASCII文件的形式。功能比较完善的GIS还支持AutoCAD的DXF文件格式。
以上提到的几种GIS平台在国内外使用较为普遍，因此针对它们做数据转换具有重要意义。为最大限度的方便用户，CGIS中的数据转换子系统（以下简称DCSS）提供自身数据与流行的GIS数据之间的格式转换的支持。
下面我们以MapInfo中的公共交换文件格式MIF和MID的转换为例阐述DCSS如何实现数据转换功能，其他GIS平台的文件的转换与此类似。 MapInfo数据存在两个文件中，图形保存在.MIF文件中而文本数据包含在.MID文件中。文本数据是分界数据，每行一个记录以及行间的回车，或者回车加换行，或者换行。MIF文件有两个区域：文件头区域和数据节。有关如何创建MapInfo表的信息保存在文件头中；图形对象定义保存在数据节中。
1． MIF文件头
这是一个MIF文件头的说明，方括号内是可选信息。
Version n
Charset "characterSetName"
[ DELIMITER "
[ UNIQUE n,n.. ]
[ INDEX n,n.. ]
[ COORDSYS... ]
[ TRANSFORM... ]
COLUMNS n
…
DATA
Version(版本)
Version子句说明你所使用的是VERSION 1、VERSION 2还是VERSION 300格式。MapInfo 3.0引入的VERSION 300允许使用多节折线对象。
Charset(字符集)
Charset子句指定在表中创建文本时使用的字符集。例如：指定“WindowsLatin1”指出文件是用Windows美国和西欧字符集创建的；
指定“MacRoman”指出文件是用Macintosh美国和西欧字符集.如果你没有使用以上字符集，可以通过转出一张表并用文本编辑器检查，MIF文件的方法判定你的字符集的正确语法。
Delimiter(分隔符)
在引号中指定分隔符，例如：
DELIMITER ”;”
缺省情况下，分隔符是TAB键；如果使用缺省值，则无需DELIMITER 行。
Unique(唯一)
指定一个号码。这个号码指定数据库的一列；3是第三列，7是第七列，依此类推。
Index(索引)
要指出表中的所有索引，可以在Index 子句中引入一个号码（或一系列用逗号分隔的号码）。每个号码代表数据库的一列；3是第三列，7是第七列，依此类推。INDEX列表中的列将有为它们制作的索引。
CoordSys(坐标系统)子句
指定COORDSYS子句以注明数据不是以经度/纬度形式保存的。未指定COORDSYS子句时，假定数据是以经度/纬度形式保存的。
所有坐标都是以相对与东北象限的值保存的。在美国的点其X坐标为负，而在欧洲（格林威治以东）的点其X坐标为正；在北半球的点其Y坐标为正，而在南半球的点其Y坐标为负。
Transform(子句)
如果MIF文件中的坐标是以相对于西北象限（第二象限）的值保存的，那么可以用 transform子句把它们转换成相对于东北象限（第一象限）的值。
第一象限西北象限第一象限东北象限
第一象限西南象限第一象限东南象限
指定列数。然后为每列创建一行，它包含列名、列类型、对于字符列和小数列，还包含一个指示字段宽度的数。有效的列类型是：
.char(宽度)
.integer(4个字节)
.smallint(2个字节，因此只能存储从-32767到+32767的数)
.decimal(宽度，小数位数)
.float
.date
.logical
以下是一个文件头的columns节的例子：
COLUMNS 3
STATE char(15)
POPULATION integer
AREA decimal(8,4)
对于该文件头指定的数据库，MID文件有三列：
一个15个字符的字段表示STATE列，
一个整数字段表示POPULATION列，
AREA列是一个小数字段，共8位，小数点后取4位。
2．MIF数据节
MIF文件的数据节在文件头之后，且必须由DATA以单独的一行引入：DATA
MIF文件的数据节可以有任意多个图形初值，每个初值代表一个图形对象。MapInfo使MIF和MID文件中的条目相互匹配，MIF文件中的第一个对象与MID文件中的第一行关联，MIF文件中的第二个对象与MID文件中的第二行关联，依此类推。
如果MID文件中特定的一行没有对应的图形对象，那么必须在MIF 文件中的相应位置上写一个“空白”对象（NONE）以保留该位置。
NONE
可以指定的图形对象为：
点（point）
直线（line）
折线（polyline）
区域（region）
圆弧（arc）
文本（text）
矩形（rectangle）
圆角矩形（rounded rectangle）
椭圆（ellipse）
为一个选项，可以设定代表该点的symbol（符号）。Symbol是用数字标明的。如果忽略了SYMBOL子句，则使用当前symbol。
POINT x y
[SYMBOL (shape,color,size)]
MapInfo 4.0还支持SYMBOL子句的两个变例；参见本章稍后有关symbol的讨论。
一个直线(line)对象需要四个参数；每个端点各一个X坐标和Y坐标。作为一个选项，可以指定pen类型。如果没有指定pen类型，则使用当前pen类型。
LINE x1 y1 x2 y2
[PEN (width,pattern,color)]
一个折线（polyline）对象由一节或多节构成。如果该折线不止一节，则应包含MULTIPLE关键字，并在其后写明节数。为每节设定一个numpts参数（该参数指出该节中节点的数量），其后为每个节点的x/y坐标对。用可选的PEN子句来指定线样式。如果包含了可选的SMOOTH关键字，则折线被平滑。
PLINE[MULTIPLE numsections]
numpts1
x1 y1
x2 y2
:
[ numpts2
x1 y1
x2 y2]
:
[PEN (width,pattern,color)]
[SMOOTH]
一个区域(region)对象由一个或多个多边形构成。用numpolygons 参数设定多边形数量（紧限在REGION关键字后面）。为每个多边形设定一个numpts参数（该参数指出该多边形中节点的数量），其后为每个节点的x/y坐标对。用可选的PEN和BRUSH子句指定该对象的样式。用可选的CENTER子句来精确定义该对象的中心位置。
REGION numpolygons
numpts1
x1 y1
x2 y2
:
[ numpts2
GIS软件应用（MapInfo）（书） 一.填空题 1. MapInfo软件具备的GIS基本功能有、、、 和等。 1. GIS基本功能有、、、、和 等 地理信息输入、编辑、查询、显示、分析和输出 P8 2. GIS（mapInfo）中空间数据可用和数据结构表示。 2. GIS中目前主要采用和数据结构表示空间数据。 矢量和栅格 P9 3. 根据代码符号的表示形式可将代码分为、和三种类型。 数字型、字母型、数字和字母混合型 P10 3. 根据代码符号的作用可将代码分为和两种类型。 P10 分类码和标识码 4. MapInfo中提供的坐标系统有、和三种类型。 经纬度表示的地理坐标系统、多种投影坐标系统和非投影（Non-Earth）坐标系 P13 4. MapInfo系统默认的坐标系统是，并用表示坐标值。 经纬度表示的地理坐标系统，用十进制弧度值表示坐标值。 5. MapInfo中提供的选取地理目标方法可分为、和三种类型。 定位区域属性 P25 6.地理数据采用的表示方法有、、和等。 文字、报表、图表、地图和数字地图等 7. MapInfo中地图标注可采用和两种方法实现。 自动标注或交互式标注 8. 通常一个MapInfo表包含、、、 和等五个文件。 属性数据的表结构文件（.TAB）、属性数据文件（.DAT）、交叉索引文件（.ID）、图形数据文件（.MAP）、索引文件（.IND）。 9. MapInfo中，除了一般操作的图层外，还有和两个特殊图层。 装饰图层、无缝图层 9. MapInfo中的图层控制工具可以控制、、和属性。 图层可见、可编辑、可选和可标注 10. MapInfo中，输入线的工具有、和 直线、折线、曲线
gis设计与开发 Gis设计与开发思路 现实需求、GIS概念模型、机理过程、人机交互系统、现实需求 开发方式：独立开发，扩展式二次开发，集成式二次开发 第一章GIS设计思想内容，标准 （一）GIS设计目标 通过改进系统设计方法，严格执行开发的内容划分，进行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。 （二）GIS设计的特点 1、数据：数据量大，实体种类繁多、实体间关联复杂的特点 2、功能：GIS设计以空间数据为驱动 3、工程：GIS工程投资大，周期长，风险大，涉及部门繁多 二gis设计的理论基础 Gis工程学：GIS本身发展和将系统工程学思想引入GIS设计的产物 （一）GIS工程学体系 1、任务：寻求系统总体最优化 2、基础理论：（1）系统学思想（整体性，层次性，相关性，功能性，动态性），（2）系统工程学（3）软件工程学（4）地理信息科学三层次（理论，技术，应用） 3、方法论：根据GIS工程学的基础理论而形成的一系列程序化的基本操作技术与方法（二）GIS工程学的特点 1、以空间信息系统工程优化为目的 2、横跨多学科 3、直接面向决策，为可持续发展提供决策支持 4、与GIS产业化密切相关 三GIS设计的内容 （一）设计原则：标准化，先进性，兼容性，高效性，可靠性通用性 （二）设计内容 软件设计和数据库设计 第二章gis设计的方法 一、结构化生命周期法 1、结构化生命周期法又称结构化分析和设计方法，又称结构化系统开发方法 结构化生命周期法是系统分析员，软件工程师，程序员以及最终用户按照用户至上的原则，自顶向下分析与设计和自底向上逐步实施建立计算机系统的一个过程，是组织，管理和控制信息系统的开发过程的一种基本框架。 2、基本思想：（1）要求设计过程必须严格按照阶段进行 （2）在系统建立之前就必须严格的定义和描述用户的需求。 3、阶段划分：（1）系统开发的准备阶段 （2）调查研究及可行性研究阶段
简答题 1．何为GIS设计？ GIS设计就是在GIS开发的整体过程中，遵循一般软件工程的原理和方法，结合GIS开发的特点、特殊规律和要求，对GIS软件从系统定义、系统总体设计、系统详细设计、空间数据库和地理模型库设计、GIS实施、GIS软件测试与评价、直到GIS维护的各个阶段进行工程化规范的方法体系。 2．GIS设计的目标和主要内容是什么？ 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设计包括软件设计和数据库设计两部分的内容。 3．GIS有哪些特点？ GIS作为一个特殊的软件领域，其主要特点是海量数据存储及空间数据与属性数据一体化管理，基于GIS本身的特殊性，GIS设计也有其自身的特点：⑴ GIS处理的是空间数据，具有数据量庞大、实体种类繁多、实体间的关联复杂等特点。⑵ GIS设计以空间数据为驱动。⑶ GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。 4．简要说明GIS有哪些产品模式及其主要特征。 GIS产品可归结为以下几种模式。 数字地图 数字地图是GIS最简单、最基本的产品之一。通过GIS的地图数据库，可以实现地图的数字化存储，即数字地图。 b）桌面制图 很多GIS产品具有桌面制图的功能（如MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ArcView，ArcEditor和ArcInfo等产品）。桌面制图提供的产品不仅可以对数字地图进行显示、漫游、缩放，还可以对地图进行实时的编辑。桌面制图是GIS传统的市场领域，也是份额最大的一块。 c）桌面GIS 桌面GIS同时管理空间信息与属性信息，可以进行简单的空间分析操作，还可以在此基础上进行二次开发。由于它们具有界面友好、操作简单等优点，所以广泛应用于城市规划、土地管理、市政管理等部门。 d）专业化GIS 专业化GIS的主要特点是具有相对较强的分析功能。地理数据的基本组成要素包括空间数据、属性数据和拓扑数据。其中，拓扑数据指的是地理要素间的空间位置关系。专业化GIS不仅存储地理要素的空间数据和属性数据，而且还对其拓扑数据进行存储，极大增强了GIS的空间分析功能。 5．为实现地理信息资源共享，必须具备哪些基本条件？ 要实现地理信息资源共享，必须具备三个基本条件：一是数据资源的贮备；二是要有技术支撑系统的保障，例如通讯技术、网络技术、数据库技术等现代化技术手段；三是共享规则的制订、被广泛采纳和遵循，主要包含标准、规范、政策和相关法律。 6．简要说明使用结构化生命周期法进行GIS设计需要完成的六个阶段内容。 ⑴系统开发准备阶段。针对用户提出开发系统的要求，有关人员进行初步调查，组成开发领导小组，制定开发的进度和计划。如果新系统开发采取外包方式，本阶段还要包括招投标过程。⑵调查研究及可行性研究阶段。采用各种方式进行调查研究，了解现行系统的界限、组织分工、业务流程、资源及薄弱环节等，绘制现行系统的相关图表。在此基础上，与用户协商方案，提出初步的新系统目标，并进行系统开发的可行性研究，提交可行性报告。⑶系统分析阶段。在对现行系统进行调查研究的基础上，使用一系列的图表工具进行系统的目标分析，划分子系统以及功能模块，构造出新系统的逻辑模型，确定其逻辑功能需求，交付新系统的逻辑功能说明书。⑷系统设计阶段。根据逻辑模型进行物理模型的设计，并具体选择一个物理的计算机信息处理系统。这个阶段还要进行人-机过程的设计、代码设计、输入、输出、文件数据库设计及程序模块、通讯网络设计等。⑸系统实施阶段。系统实施是新系统付诸实现的实践阶段，主要是实现系统设计阶段所完成的新系统物理模型。包括软硬件设备的安装和调试、程序设计、代码编写、调试。还包括对用户及操作人员进行培训，编制操作、使用手册和有关文档。⑹维护和评价阶段。对系统的修改和完善进行维护，如针对系统处理过程、程序、文件、数据库甚至某些设备和组织的变动进行相应的维护。系统的评价，广义上贯穿于系统开发过程的始终，这里主要指系统开发后期的评价。旨在将建成的新系统与预期的目标做一一比较，不同的指标综合体现为用户的满意程度——可接受性。、原型法是应软件设计新情况和新要求的出现而产生的，其特点主要体现为鼓励用户不断修改和完善需求，并根据新的需求不断修改和完善原型。请说明应用原型法开发信息系统各个阶段的内容。 7．原型法开发信息系统包括哪几个阶段？ ⑴确定用户的基本需求。在这一阶段中，用户根据系统的特点清楚地表达自己的基本需求，系统分析开发人员据此来确定系统的规模及基本框架，判断系统需要的数据能否得到，同时应估算出开发原型的成本。⑵开发初始原型。开发初始原型仅仅反映用户的基本需求，并不要求完善。⑶利用原型来提炼用户需求。用户通过亲自使用原型，从而了解其需求得到的满足程度以及存在的问题。开发人员一方面记录下用户提出的该系统的缺点和不足之处；另一方面也要借助原型系统引导、启发用户表达对系统的最终要求，在用户和开发人员共同反复讨论过程中进一步提炼用户需求以及需要修改和变动之处。⑷修正和改进原型。开发人员根据第三阶段中用户提出的修改意见或发现的问题，对初始原型系统进行修改、扩充和完善。这是一个多次反复的过程，直到用户满意为止。 8．用UML模型进行系统的分析和设计有什么优点？ 采用UML模型进行系统的分析和设计具有以下优点：①在面向对象设计领域，存在数十种面向对象的建模语言，都是相互独立的，而UML可以消除一些潜在的不必要的差异，以免用户混淆；②通过统一语义和符号表示，能够稳定面向对象技术市场，使项目根植于一个成熟的标准建模语言，从而可以大大拓宽所研制与开发的软件系统的适用范围，并大大提高其灵活程度。 9．系统定义时期的主要任务是什么？ 系统定义时期的主要任务是确定软件开发工程必须完成的总目标以及工程的可行性；导出实现工程目标应该采用的策略即系统必须完成的功能；估计完成该项工程需要的资源和成本；并且制定工程进度表；最后编写系统需求分析报告。这个时期的工作通常又称为系统分析，由系统分析员负责完成。10．简述GIS数据字典的任务？ 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。 11．简述GIS成本有哪些部分组成？ GIS的成本由五个部分组成：①购置并安装软硬件及其相关设备的费用；②生产系统所需数据的费用；③软件开发费用；④系统安装、运行和维护费用； ⑤人员培训费用。 12．总体设计的主要任务是什么？ 总体设计的主要任务是确定系统总体架构与软、硬件配置，根据系统分析成果进行系统功能模块的划分，建立模块的层次结构及调用关系，确定模块间的接口及人机界面，并设计数据库总体结构。 13．试述详细设计与总体设计阶段工作的差别？ 详细设计以总体设计阶段的工作为基础，但又不同于总体设计阶段，这主要表现为以下两个方面：⑴在总体设计阶段，数据项和数据结构以比较抽象的方式描述，例如，总体设计阶段可以声明矩阵在概念上可以表示一幅遥感图像，详细设计就要确定用什么数据结构来表示这样的遥感影像。⑵详细设计要提供关于算法的更多细节，例如，总体设计可以声明一个模块的作用是对一个表进行排序，详细设计则要确定使用哪种排序算法。总之，在详细设计阶段为每个模块增加足够的细节，使得程序员能够以相当直接的方式对每个模块编码。 14．结构化方法详细设计的主要表达工具有哪些？ 结构化方法详细设计的主要表达工具有：程序流程图、N-S盒式图、问题分析图、类程序设计语言、序列图和活动图。 15．试说明关系型数据库建库三个范式的内涵。 第一范式（first normal form，简称1st NF）要求同一张表中没有重复项出现，如果有则应将重复项删除。这个删除重复项的过程就称为规范化处理。第二范式（sencond normal form，简称2nd NF）要求每个表必须有一个（而且仅一个）数据元素为主关键词（primary key），其它数据元素与主关键词一一对应。主关键词在表中必须具有唯一性，作为主关键词的数据项中不能出现重复的记录。第三范式（third normal form，简称3rd NF）是指表格中的所有数据元素不但要能够唯一地被主关键词所标识，而且他们之间还必须相互独立，不存在其它的函数关系。也就是说对于一个满足2nd NF的关系表来说，表中有可能存在某些数据元素的函数还依赖于其它非关键词数据元素的现象。 16．程序编写的组织管理包括哪些内容？ 程序编写的组织管理包括：1)对程序员组织训练；2)购进软件消化利用；3)程序编写；4)程序模块的调试；5)程序模块的验收。 17．组件式GIS具有哪些特点？ 1)小巧灵活、价格便宜；2)无须专门GIS开发语言，直接嵌入可视化开发工具；3)不逊色于传统GIS软件的强大GIS功能；4)直接嵌入各种开发工具，开发简捷；5)更加大众化，使非专业的普通用户也能够开发和集成GIS应用系统。 18．简述述组件式GIS应用系统的开发过程。 用户调研、可行性研究、用户需求分析、系统总体设计、系统详细设计、基础平台选择、熟悉基础平台、进行二次开发、系统测试、系统维护和系统使用。 19．简述程序代码编写过程中应注意的问题？ 1)程序语言的选择；2)程序设计风格的确定；3)系统代码文档的编写。20．简述程序调试过程中发现的错误有哪些排除方法？ 方法有：1)硬性排错：采用试验的方法，比如设置临时变量、增加调试语句、设置断点、单步执行等。2)归纳法排错：准备几组有代表性的输入数据，反复执行，对得出的错误结果进行整理、分析、归纳，提出错误原因及位置假想，再用新的一组测试数据去验证这些假想。3)演绎法排错：针对各组测试数据所得出的结果，列举出所有可能引起出错的原因，然后逐一排除不可能发生的原因与假设，将余下的原因作为主攻方向，最终确定错误位置4)跟踪法排错：在错误征兆附近进行跟踪找错；错误诊断出来以后，需要进行修改；修改完后，应立即利用先前的测试用例，重复先前的测试过程，进一步验证排错的正确性。 21.系统文档主要包括哪些内容？ 系统文档主要包括系统实施方案、系统架构方案、系统分析报告、系统总体设计、数据库设计报告、系统详细设计、系统测试报告、用户手册等。22.如何有效地维护和管理系统文档？ 1)软件开发小组应由一位文档保管员负责集中保管本项目的已生成文档（主 文档）。2)开发小组成员可根据工作需要自己保留一些个人文档，但这些文档 一般都应是主文本的复制件，应与主文本保持一致，在做必要修改时，也应 同步修改主文档。3)开发人员个人只保存主文档中与本人工作有关的部分文 档。4)在新文档取代旧文档时，管理人员应及时注销旧文档。在文档的内容 有更改时，管理人员应随时修订主文档，使其及时保持最新。5)在软件开发 过程中，可能需要修改已完成的文档。修改主文档前应充分估计修改可能带 来的影响，并且按照提议—评议—审核—批准—实施的步骤加以严格控制。 6)开发过程结束时，文档管理人员应收回开发人员的个人文档，并同时检查 个人文档与主文档的一致性，当发现两者有差别时，应立即着手解决。 23.简答系统实施阶段的任务？ 系统实施阶段的任务可概括为以下五个方面： ①硬件和软件的购置及安装。包括计算机、绘图机、数字化仪、扫描仪等输 入输出和分析处理设备以及各种支撑软件如操作系统、数据库系统、编译系 统的购置安装。②程序的编写与调试。由于各模块的详细设计已经形成，只 需要编写相关程序。一般的处理办法是自编程序，但对于一些比较特殊的成 熟的算法可购买，程序编写后要进行调试，以减少程序的错误。③系统的安 装与调试。即对系统硬软件的安装及调试。④培训。在购买硬件、编写软件 的同时，应对用户进行培训。同时，这也是考验及检查系统结构、硬件设备 和应用程序的过程。⑤系统中有关数据的录入或转换。指的是各种地图数据 及属性数据的输入或从其它系统转化过来的过程，这个工作量是相当大的， 需要耗费大量人力、物力及时间。 24.在系统实施阶段，如何选择程序语言？ 程序语言的选择应作如下考虑：①考虑编程的效率及代码的可读性。一般应 选择高级语言作为主要的编程工具。②考虑要符合详细设计的思想。一般应 选择结构化的语言，如C、Pascal等，这些语言的特点是直接支持结构化的 控制结构，具有完备的过程结构和数据结构。③程序设计语言应是一种通用 语言。因为GIS软件既包括数据、图形处理及分析，还包括对各种软硬件的 控制等，任何一种专用型的高级语言都无法完全胜任。④考虑到程序的执行 效率以及对某些特殊硬件的控制和操作要求。可以针对特定的模块采用混合 编程，达到程序的特别目的。⑤考虑编码和维护成本。选择合适的高级语言 以降低编码量及日常维护工作中的困难程度。⑥根据系统开发的不同规模， 选择合适的高级语言。比如对于一个大型的GIS，用Turbo C就可能不完全 适用，而应选择Visual C++等易于项目管理的高级语言。⑦根据不同的开发 平台和使用平台，选择不同的语言。⑧系统的兼容性、移植性等。 25.简单述GIS软件评价的含义以及评价的内容。 GIS评价是在GIS测试的基础上，通过对技术因子、经济因子和社会因子（如 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。软件评价的内容包括：1)技术评价：可靠性、可扩展性、可移植性、 系统效率。2)经济评价：系统产生的效益、软件商品化程度、技术服务支持 能力、软件维护与运行管理。3)社会评价：系统的科学价值、系统的政治与 军事意义、系统决策能力、管理工作改革。 26.试简述GIS维护流程？ 1）提交GIS维护申请；2）评估维护请求；3）维护过程；①确定维护的类型。 ②改正性维护。③适应性和完善性维护。④实施维护工作。⑤编写详细的维 护报告。 简述GIS可行性研究工作的主要内容？ 简述系统详细设计阶段的目标与任务？ 简述地理建模的一般过程？ 简述GIS软件维护工作的影响因素？ 论述题 1．论述系统可行性研究的主要内容是什么？ 2．论述GIS工程学的主要任务、理论基础和内容分别是什么？ 3．GIS规范化和标准化在GIS产业化和社会化过程中的作用是什么？其具体 内容主要体现在哪些方面？ 4．论述GIS详细设计阶段的表达工具有哪几种？各有什么特点？ 5．简要论述GIS软件评价的基本方法，评价类型及评价指标？ 6．论述空间数据库建库流程？ 7．试简述结构化生命周期法包括哪几个阶段？每个阶段的基本任务是什么？ 8．简述在GIS系统实施时有哪些系统实施人员参与及他们各自的任务？ 9．论述地理信息管理与更新的主要技术手段及各自的特点？ 1
1绪论 1.1 研究背景 作为朝阳型的世界第一大产业，旅游业越来越受到人们的亲睐，数十年来全球旅游业实现了持续发展。来自世贸组织的预测，在21世纪初中国将成为世界上最大的旅游国。而到2020年，中国入境旅游的人数就将达1.37亿人次，对如此巨大的旅游流的研究也显得具有极大的紧迫性和必要性。其实科技的不断发展，也使得地理学研究的各个方面都需要有新技术融入，尤其是如此蓬勃的旅游业。旅游流研究中海量的数据反映出的丰富信息以及各景区景点间的联系和动态变化资料需要GIS技术的支撑和协调。建立一个专门研究中国旅游景区整体规划的地理信息系统能从定量、动态等方面进行综合分析处理，把各种地理信息数据转换成支持决策的科学根据。 人类用来纪录各种空间现象的主要工具之一，地图对于人类的生产生活实在是不可忽视。经过长时间的经验累积，人类都是按照惯用的使用方法及使用型态来使用地图；不再是用纸张来而是电子讯号来传递信息的电子地图，有着许多传统地图无法达到的优势，例如：查询分析，路径规划等。再次基础上结合计算机的发展，地理信息系统（GIS）即应运而生。 虽然早在50年前加拿大地理信息系统（CGIS）就已经开始运作，但在早期，其主要的工作平台也都是价钱昂贵的工作站计算机，极高的软硬件价位也使得小老百姓望而却步，只有政府或大型研究机构才能负担，这使得多年来GIS始终定位在专业用途上；就连操作人员，也必须经过多年训练的专业人才才能胜任各项工作。可叹的是近十年来的发展，使用者计算机接口及软硬件功能的进步使得地理信息系统已经可以很方便地在个人计算机上安装，经过短期训练的人员也可以加以操作。 1.2 国内外研究现状 信息技术在第一届信息技术与旅游国际会议上被认为是现代旅游业发展与提高竞争力的一个决定性的因素。例如分布式旅游目的地数据库会对
第一章 一．地理信息系统基本概念 1．地理信息系统：GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。2．GIS使用的工具：计算机软、硬件系统； 3．GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性 4．GIS数据建立过程：采集、存储、管理、查询、分析和显示。 5．GIS是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。 二．GIS软件技术经历以下五个阶段：集成式GIS，模块式GIS，核心式GIS，组件式GIS，万维网GIS 三．GIS发展的各阶段特点 1集成式GIS 特点在一个系统中集成了GIS的各项功能 存在问题系统过于复杂，软件成本高；难与其它系统集成 2模块式GIS 特点：系统分成许多相对独立的功能模块 存在问题：难于与其它系统集成 3核心式GIS 特点：从底层提供GIS功能，通过API访问 存在问题：开发难度高，不能进行可视化程序设计 4组件式GIS 特点：通过标准通信接口实现模块间通信及GIS与其它系统集成 存在问题：有待于进一步发展 5万维网GIS 特点：结合Internet，实现GIS的共享和互操作 存在问题：目前还不成熟 四．GIS构成：硬件软件数据人员 五．GIS软件的分类:工具型软件应用型软件 地理信息系统的类型: 工具型地理信息系统，应用型地理信息系统(专题地理信息系统,区域地理信息系统),大众地理信息系统 第二章 一．GIS软件的主要特点 （1）在存储技术上，传统的GIS采用两库结构，即空间数据库和属性数据库的分离。 （2）在数据组织与处理模式上，传统的GIS仍然沿袭地图处理的模式。在实现上，将空间数据组织成物理实体（点、线、面等）、图层、地图和图库几个层次。 （3）在网络和分布式环境下系统组成方面，传统的GIS支持树型的系统结构和主－从工作模式，上下级数据交换基本上以图层为单位进行。 （4）在空间数据管理范围方面，目前的GIS可以比较有效地处理二维空间数据，并能较好地处理DEM数据、实现三维实体的表面显示。 （5）在数据共享和功能共享方面，虽然目前开始注意元数据问题，已经解决了不同格式空间数据之间转换问题，可以实现有缝的数据共享。但是GIS功能共享和互操作问题尚未得到解决。以系统为中心的问题没有得到根本克服。 因此，传统的GIS软件的特点可以简要地归纳为：以系统为中心，以地图为基础，二维处理，静态管理，尺度割裂，数据集中。 二、GIS软件开发过程中的问题 （1）经费预算经常突破，完成时间一再拖延。 （2）开发的软件不能满足用户的要求。 （3）开发的软件可维护性差。 （4）开发的软件可靠性差。 （5）数据工程量特别大，特别是数据采集工作量十分大。 （6）软件需求与软件生产的矛盾日益加剧，突出表现在软件生产率低。 （7）软件可重用性差。
目录 1．设计背景：................................................................................................................ 2．设计目标.................................................................................................................... 设计原则与设计方法...................................................................................................... 1．设计原则：................................................................................................................ 设计方法.......................................................................................................................... 三、需求分析（系统定义）.......................................................................................... 1．系统设计的方法........................................................................................................ 2．系统定义：................................................................................................................ 四、系统设计（系统结构体系、模块设计）.............................................................. 结构体系设计：.............................................................................................................. 2．系统模块设计：........................................................................................................ 五、数据库设计.............................................................................................................. 1．概述............................................................................................................................ 2．需求分析.................................................................................................................... 3．概念设计.................................................................................................................... 4．逻辑模型.................................................................................................................... 5．物理设计.................................................................................................................... 6．数据字典设计............................................................................................................ 六、系统实施计划.......................................................................................................... 七、总结.......................................................................................................................... 设计背景与目标 1．设计背景： 随着现代社会的发展，大学校园的规模日益扩展，传统的管理方法显得力不从心，为了提高效率，节省物力人力资源，大学校园的管理也将逐步实现现代信息化管理。而地理信息系统（一种基于空间数据库的空间信息处理与分析技术，已被广泛应用于市政、交通、电信、军事和旅游等领域，具有极其广泛的应用前景，从地理关系的角度分析和解决与地理信息有关的问题往往会得到意想不到的效果。）技术的发展恰好迎合了这个需求，可以为大学校园的数字化、信息化管理提供相应的技术支持，大学校园多媒体管理系统应运而生。我校虽然已经有了较完善的校园多媒体管理系统，但是身为我校地理信息系统专业的学生，专业相关的课程设计选择这个题目显得更有意义，特建立我校的空间管理GIS系统。 2．设计目标 要求包括道路及道路基本信息、建筑基本信息、校园特殊标记的空间数
姓名：函授站：年级： 专业：学号： 测验作业一： 1、何为GIS？GIS的主要研究内容是什么？ 答：地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）作为信息处理技术的一种，是以计算机技术为依托，以具有空间内涵的地理数据为处理对象，运用系统工程和信息科学的理论和方法，集采集、存储、显示、处理、分析、输出地理信息于一体的计算机系统。 地理信息系统主要研究内容包括：数据采集、数据存储、数据处理和分析、数据输出等。 2、常用的GIS设计方法主要有结构化生命周期法、原型法和面向对象的设计方法。试简要说明使用结构化生命周期法进行GIS设计需要完成的六个阶段内容。答：（1）系统开发准备阶段 现行系统无法满足需求时，用户提出开发新系统的要求。有关人员进行初步调查，成立专门负责新系统开发的领导小组，制定新系统开发的进度和计划，负责新系统开发的一切工作。 （2）调查研究及可行性研究阶段 了解现行系统的界限、组织分工、业务流程、资源及薄弱环节等，绘制现行系统的相关图表。与用户协商方案，提出初步的新系统目标，并进行系统开发的可行性研究，提交可行性报告。 （3）系统分析阶段 在上一阶段的基础上，进行系统的目标分析，划分子系统以及功能模块，构造出新系统的逻辑模型及其逻辑功能需求，交付逻辑功能说明书。 （4）系统设计阶段 根据新系统的逻辑模型进行物理模型的设计，并具体选择一个物理的计算机信息处理系统。这个阶段还要进行人—机过程的设计、代码设计、输入、输出、文件数据库设计及程序模块、通讯网络设计等。 （5）系统实施阶段 实现系统设计阶段所完成的新系统物理模型。首先进行计算机系统设备的安装和调试工作，然后程序员根据程序模块进行程序的设计、代码编写和调试工作。对用户和操作人员进行培训，编制操作、使用手册和有关文档。 （6）维护和评价阶段 在新系统使用期间，需要对系统进行不断的修改完善。并将新建成的系统与预期的目标做一比较。 3、系统总体设计报告是系统总体设计阶段的最终成果，说明GIS总体设计报告的构成和内容。 答：表：GIS系统总体设计报告的构成和内容 1 引言 编写目的（阐明编写需求说明的目的，指明用户对象） 1.1 GIS项目背景（应包括：a.GIS项目的委托单位、开发单位和主管部门；b.该GIS软件系统与其它系统的关系）
课程编号：08054216 《GIS设计与应用》课程教学大纲 （The Design and Application of Geographic Information System） 适用专业：城乡规划 总学时：32 学分：2 制定单位：建筑系执笔者：胡晓红审核人：高树峰编写日期：2017年3月20日 一、课程性质、目的和任务 《GIS设计与应用》是城乡规划专业本科开设的一门专业必修课。 通过本课程的学习，使学生了解多种GIS软件的使用、数据结构和数据组织关系，加深对地理信息的认识和空间数据的可视化表达方法，并了解各种软件的空间数据转换关系，了解空间数据的采集、编辑和空间数据的分层处理方法、空间数据的分析功能等。可以熟练地使用相关GIS软件，为学习后续课程及从事规划专业工作打好必要的基础。 二、课程教学的基本要求 第一章ARC/INFO数据模型 基本要求： 了解： 1、地图如何描述空间数据 2、空间信息如何在计算机中表示 掌握：ARC/INFO的表达模型 重点、难点： 1、ARC/INFO支持的特征类型 2、ARC/INFO中拓扑结构的表示； 第二章ARC数字化及建立拓扑关系 基本要求： 了解： 1、数字化工具和命令 2、使空间数据可用 掌握：对地图特征指定正确的属性
重点、难点： 1、ARC/INFO中的Coverage的重要容限值 2、利用Coverage的叠置进行更新和维护 第三章ARCEDIT地图编辑 基本要求 了解： 1、建立工作站的环境 2、编辑和结合（SNAPPING）环境 3、特征的绘制和符号表示 掌握： 1、加入COVERAGE特征 2、选择要编辑的要素 3、编辑坐标 4、编辑属性 重点、难点：编辑坐标、属性、注记 第四章INFO数据库管理系统 基本要求： 了解：INFO的数据文件结构、INFO目录、INFO的启动和退出、INFO外部数据文件 掌握：主要的INFO命令 第五章M APINFO的基本概念和基本操作 基本要求： 了解： 1、表的基本概念、地图图层 2、MAPINFO的窗口类型 掌握：地图对象 重点、难点： 1、打开数据表和工作空间 2、浏览地图
第一章 1.GIS发展的各阶段特点 答：①集成式GIS，在一个系统中集成了GIS的各项功能，满足啦GIS综合应用的需求，但是系统过于复杂，软件成本高，难与其他系统集成。②模块式GIS,系统分为许多相对独立的功能模块，用户根据需求选择功能模块，难与其他系统集成。③核心式GIS，从底层提供GIS功能，通过API访问，易于集成其它系统，开发难度高。④组件式GIS，通过标准通线接口实现模块间通信及GIS与其它系统集成，开发成本低，难度小，可以在通用语言环境中实现GIS功能，系统开发依赖开发环境，难以实现移植。⑤WebGIS，结合Internet,实现GIS的共享和互操作，社会化的GIS，可扩展性好，跨平台，用户参与程度不足，分析功能较简单。 2.GIS规范标准化的原因！ 答：GIS规范标准化是体现在GIS的软件开发，系统建立与运行质量的重要要素。从技术的角度看，GIS是建立在计算机，网络以及信息处理等多种技术标准之上的，离开了这些标准就无法开发哪怕是最基本的系统。从应用的角度看，标准是实现信息共享，推进GIS 发展最基本的保障。 3.GIS数据标准化的主要内容：GIS相关的名词或术语标准化；与空间数据库建设有关的标准化活动；与GIS数据共享有关的标准化工作。 4.地理信息标准：统一的地理坐标系统、空间信息分类和编码系统、数据模型的标准。 5.数据标准：数据交换、空间元数据标准、数据质量、GIS数据产品标准。 元数据就是对数据集现势性，精度，内容，组织形式，属性，来源，适用性等多种信息的表述。空间数据元数据标准的建立是空间数据标准化的前提和保证，只有建立起规范的空间元数据才能有效地利用空间数据。数据质量;它对空间数据在表达空间位置，空间关系，专题特征以及时间等要素时，所能表达的准确性，一致性，完整性以及它们之间统一性的度量，一般描述为空间数据的可靠性和精度，用误差来表示。 6.GIS设计概念：在GIS开发的整体过程中，遵循一般软件工程的原理和方法，结合GIS 开发的特点、特殊规律和要求，对GIS软件从系统定义、系统总体设计、系统详细设计、空间数据库和地理模型库设计、GIS实施、GIS软件测试与评价、直到GIS维护的各个阶段进行工程化规范的方法体系。 7.GIS设计目标: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以及延长系统生命周期的目的。 8.软件危机：一是如何开发软件以满足对软件日益增长的需要；二是如何维护数量不断膨胀的已有软件。
第一章 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设计含义：遵循软件工程的原理和方法，结合GIS开发的特点要求，对GIS软件从定义、设计、 地理模型库设计、GIS实施、GIS测试维护各个阶段进行工程化规范的体系。 3.GIS设计目标：通过改进设计方法，做好项目组织管理，增强实用性，降低成本，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：首先，进行系统的工程管理，保证了系统建设的进度和软件质量；其次，针对GIS软件设计特点，采用最适合的软件生存周期模型，确保了系统的用户接受度和系统功能设置的合理 性；最后，对系统技术实现方案进行设计，确保软件开发风格的同意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处理的是空间数据，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工程学结构体系主要由任务，基础理论和方法论三方面组成。 GIS工程三维结构图P27 2.系统定义：由相互作用、相互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、相互影响、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缘学科。 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：它要求设计过程必须严格的按阶段进行，只有前一阶段完成之后，才能开始下一 阶段的工作，同时，它要求在系统建立之前就必须严格地定义和描述用户的需求。 5.系统开发过程六个主要阶段： （1）系统开发准备阶段 （2）调查研究及可行性研究阶段 （3）系统分析阶段 （4）系统设计阶段 （5）系统实施阶段 （6）维护和评价阶段 6.面向对象的概念： 7.面向对象分析与设计方法的特点： ①分析与设计能自然转换，设计变得简单，分析阶段成为重点。 ②面向对象的分析是分析系统中的对象和这些对象之间相互作用时出现的时间。 ③实现映射的工具可以使面向过程的，也可以是面向对象的，当实现工具是面向对象时，映射关系有 着比较一一对应的关系。 ④面向对象的开发方法促使软件开发按应用域的观点来工作和思考。 ⑤分析和设计中使用差异很大的工具。 8.面向对象设计方法： （1）OMT：采用对象模型、动态模型和功能模型等来描述一个系统。（34-35） （2）UML：是一个通用的标准建模语言。一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。其支持模型化和软件系统开发的图形化语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到构造和配置。 9.原型法概念：其主要思想是借助原型来辅助软件开发。开发人员根据自己对用户需求的理解，利用开 发工具快速构造出原型软件，用户及开发人员通过对原型软件的试运行、评价、修正和改进，逐步明
目录 设计背景与目标 1．设计背景： 随着现代社会的发展，大学校园的规模日益扩展，传统的管理方法显得力不从心，为了提高效率，节省物力人力资源，大学校园的管理也将逐步实现现代信息化管理。而地理信息系统（一种基于空间数据库的空间信息处理与分析技术，已被广泛应用于市政、交通、电信、军事和旅游等领域，具有极其广泛的应用前景，从地理关系的角度分析和解决与地理信息有关的问题往往会得到意想不到的效果。）技术的发展恰好迎合了这个需求，可以为大学校园的数字化、信息化管理提供相应的技术支持，大学校园多媒体管理系统应运而生。我校虽然已经有了较完善的校园多媒体管理系统，但是身为我校地理信息系统专业的学生，专业相关的课程设计选择这个题目显得更有意义，特建立我校的空间管理GIS系统。
2．设计目标 要求包括道路及道路基本信息、建筑基本信息、校园特殊标记的空间数据组织方案 1、要求满足以下功能要求： （1）空间查询基本功能包括： a)目标定位； b)根据起始点和目标定位信息，给出导航路线； c)能够介绍所查询的目标信息； （2）查询学生、教师、专业、院系等相关的基本信息；能实现图文互查；设计原则与设计方法 1．设计原则： 1．满足GIS设计的基本原则，合理的组织开发该管理系统。 a) 标准化：基本符合GIS的基本要求和标准，符合现有的国家标准和行业规范； b) 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 c) 兼容性：实现与不同数据库之间的数据共享 d) 高效率：具有高效率的学生及教师，道路及道路基本情况，主要建筑物基本属性等信息的查询； e) 可靠性：保证各数据及系统正常运行以及系统运行结果的正确性 f) 通用性：系统数据组织灵活，可以满足不同分析及查询的需求2．根据实际情况，考虑经济、项目可行性、降低软件系统开发的风险。
地理信息系统及其应用教学设计 信息概述：1、了解地理信息系统（GIS）的基本构成。2、了解GIS主要功能，理解GIS在城市管理中的应用。3、学会使用常见的GIS产品，能应用电子地图查询所需信息。 【教学目标】 ??? （一）知识与技能 ??? 1、了解地理信息系统（GIS）的基本构成。 ??? 2、了解GIS主要功能，理解GIS在城市管理中的应用。 ??? 3、学会使用常见的GIS产品，能应用电子地图查询所需信息。 ??? （二）过程与方法 ??? 培养学生利用GIS产品解决实际问题的能力，同时提高学生探索信息科学的兴趣。 ??? （三）情感态度和价值观 ??? 培养和激发学生学习地理信息科学的兴趣，培养科学严谨的学习态度。 【教学重点】 ??? 了解地理信息系统在城市管理中的应用。 【教学难点】 ??? 了解地理信息系统的基本原理。
【课型】??? ??? 新授课 【教学方法】 ??? 1、指导学生自学与启发式讲述相结合； ??? 2、多媒体课件展示与讲解相结合； 【板书设计】 ??? 第三章? 地理信息技术应用 ??? 第一节?? 地理信息系统及其应用 ??? 地理信息技术：RS （遥感）：Remote sensing ??? GPS（全球定位系统）：Global positioning system ??? GIS(地理信息系统)：Geographical information system ??? 一、基本概念：地理信息系统是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。 ??? 二、地理信息系统的发展： ??? 三、地理信息系统的组成： ??? 四、GIS能干什么？ ??? 五、地理信息系统具体在城市中的应用： 【教学过程】