测绘综合能力第10章地理信息工程

测绘综合能力第10章地理信息工程第1节地理信息工程概要地理信息系统的概要（p317）一个典型的地理信息系统应该包括三个基本部分：计算机系统(硬件、软件)，地理信息数据库系统，系统开发、管理与应用人员。地理信息系统的分类（p318）一个典型的地理信息系统应该包括三个基本部分：计算机系统(硬件、软件)，地理信息数据库系统，系统开发、管理与应用人员。GIS与地图学（p318GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，地图学与GIS是一脉相承的，它们都是空间信息处理的科学，只不过地图学强调图形信息传输，而GIS则强调空间数据处理与分析。GIS与数据库系统（p318）GIS离不开数据库技术。数据库技术的优点是数据存储和管理有效，查询和检索方便，但数据表示不直观，不能描述图形的拓扑关系，一般没有空间概念，即使存储了图形，也只是以文件形式管理，图形要素不能分解查询。GIS能处理空间数据，其工作过程主要是处理空间实体的位置、空间关系及空间实体的属性。地理信息系统的主要功能（p318）1、数据采集与输入数据采集与输入是将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感影像数据、文本资料等转换成GIS可以接收的数字形式。2、数据编辑与更新数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。图形编辑主要包括拓扑关系的建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能;属性编辑主要与数据库管理结合在～起的。数据更新是指以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录，它是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。3、数据存储与管理空间数据存储与管理是GIS数据管理的核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放于空间数据库中;属性数据的管理一般直接利用商用关系数据库软件，如0racle、SQLServer等。4、空间查询与分析一般定义为从数据库中找出所有满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象，主要包括图形查询、属性查询、图形和属性互查、地址匹配等。空间分析是对空间数据的分析技术，可以实现缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间插值、统计分析等功能。5、数据显示与输出三维GIS(P320)主要研究的方向有：①三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化;②三维数据的处理、管理与空间分析;③地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格图像、全息图像显示，层次处理等。第2节地理信息工程设计地理信息的工程框架（p320）主要研究的方向有：①三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化;②三维数据的处理、管理与空间分析;③地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格图像、全息图像显示，层次处理等。系统功能获取及分析（p321）常用的方法有如下三种：(1)结构化分析方法。结构化分析方法采用自顶向下、逐层分解的系统分析方法来定义GIS系统的需求。(2)面向对象分析方法。面向对象分析方法通过自底向上提取对象并进行对象的抽象组合来实现系统功能和性能分析。(3)快速原型化分析方法。快速原型化分析方法是在系统分析员和系统用户之间交流的一种工具方法，用来明确用户对系统功能和性能的要求。可行性与系统分析方法（p322）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：包括结构化语言、判定表和判定树。体系结构设计（p322）地理信息系统体系结构设计内容包括系统构建的关键技术、数据及数据库体系结构设计、接口设计、模块体系设计、工程建设的软硬件环境设计、系统组网及安全性设计等。地理信息工程设计阶段还应该选择合适的软硬件配置，要充分考虑每个GIS工程提出的海量数据存储、系统的伸缩性、系统的开放性、多用户并发访问、网络环境等需求C/S结构（p324）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。C/S系统是第四代计算机系统，其核心是服务器集中管理数据资源，接收客户机请求，并将查询结果发送给客户机;同时客户机具有自主的控制能力和计算能力，向服务器发送请求，接收结果。由于网络上流动的仅仅是请求信息和结果信息，所以流量大大地降低了，这就是C/S系统的目的。B/S结构（p324）B/S结构是将C/S模式的结构与Web技术密切结合而形成的三层体系结构。第一层客户机是用户与整个系统的接口。客户的应用程序精简到一个通用的浏览器软件，如微软公司的IE等。浏览器将HTML。代码转化成图文并茂的网页。网页还具备一定的交互功能，允许用户在网页提供的申请表上输入信息提交给后台并提出处理请求。这个后台就是第二层的Web服务器。第二层Web服务器将启动相应的进程来响应这一请求，态生成一串HTML代码，其中嵌入处理的结果，返回给客户机的浏览器：如果客户机提请求包括数据的存取，Web服务器还需与数据库服务器协同完成这一处理工作。第三层库服务器的任务类似于C/S模式，负责协调不同的web服务器发出的SQL。两种结构体系的比较（p324）管理计算机组的主要工作是查询和决策，数据录人工作比较少，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数据录入，交互性比较强，可采用C/S模式。软件配置（p324）基础平台的选择一般应满足以下几个方面的要求：①图像、图形与DEM三库一体化及面向对象的数据模型;②海量、无缝、多尺度空间数据库管理;③动态、多维与空间数据可视化：④基于网络的C/S、B/S系统(WebGIS);⑤数据融合与信息融合;⑥空间数据挖掘与知识发现;⑦地理信息公共服务与互操作。系统功能的配置（p325）地理信息工程除具有软件应用系统的基础功能外，还具有其特有功能。一般具有如下功能：(1)数据输入模块：具有图形图像输入、属性数据输入、数据导人等功能;(2)数据编辑模块：具有数字化坐标修改、属性文件修改、结点检错、多边形内点检错、结点匹配和元数据修改等功能;(3)数据处理模块：具有拓扑关系生成、属性文件建立(含扩充、拆分和合并)、坐标系统转换、地图投影变换和矢量与栅数据转换等功能;(4)数据查询模块：具有按空间范围检索、按图形查属性和按属性查图形(单一条件或组合条件)等功能;(5)空间分析模块：具有叠置分析、缓冲区分析、邻近分析、拓扑分析、统计分析、回归分析、聚类分析、地形因子分析、网络分析与资源分配等功能;(6)数据输出与制图模块：具有矢量绘图、栅格绘图、报表输出、数据导出、统计制图、专题制图及三维动态模拟和显示等功能系统安全设计（p325）1、网络的安全与保密2、应用系统的安全措施应用系统的安全与系统设计和实现关系密切。应用系统通过应用平台的安全服务来保证基本安全，如信息内容安全、信息使用的认证、审计等。3.数据备份和恢复机制地理信息系统的数据备份是数据安全的一个重要方面。为了能够恢复修改前的状态，数据库的操作要具有：①恢复功能：在出错时可回到修改前状态;②备份功能：数据库修改后，原数据应有备份，这种备份又分为完全备份和增量式备份。原则上，数据应至少有一套备份数据，即同时应至少保存两套数据，并异地存放。针对不同的业务需要，资料复制有两种方式：同步复制和异步复制。备份管理包括备份的可计划性、备份设备的自动化操作、历史记录的保存以及日志记录等。事实上，备份管理是一个全面的概念，它不仅包含制度的制定和存储介质的管理，而且还能决定引进备份技术，如备份技术的选择、备份设备的选择、介质的选择乃至软件技术的选择等。备份管理是备份过程中非常重要的一个环节，是数据备份的一个重要组成部分。4、用户管理包括权限设置和管理。权限设置包括权限对象的维护和权限对象的分配。权限对象是用来从不同的方面对系统的安全做维护的对象，它包括以下两个部分：功能权限和数据权限。系统权限对象的种类和数目比较多，如果把数据库中的每一种权限对象都对一个指定的用户或角色进行授权，会增加管理员的工作量。所以数据库的权限管理分为两个部分：权限的提取和用户授权。概念模型设计步骤（p327）1、通过用户需求调查与分析，提取和抽象出空间数据库中所有的实体。2、确定各个实体的属性。要求尽可能减少数据冗余，方便数据存取和操作，并能实现正确无歧义地表达实体。3、根据系统数据流图及实体的特征正确定义实体间的关系。4、根据提取、抽象和概括出的系统实体、实体属性以及实体关系绘制空间E—R图。5、根据划分的标准和原则对这些单元的E—R图进行综合，并对其进行调整和优化，使其能够无缝地形成为一个整体。数据库逻辑机构设计（p328）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。从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确定并实体内部属性之间的数据关系表达式;③把经过消冗处理的数据关系表达式中的实体作为相应的主关键字;④根据②和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：混合数据模型、全关系型空间数据模型、对象一关系型空间数据模型、面向对象空间数据模型。GIS数据字典的主要内容（p329）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(含中英文)、别名或编号、分类、描述、定义、位置等。元数据库设计（331）元数据是指描述空间数据的数据，元数据库设计的内容主要包括：空间数据集的内容、质量、精度、表示方式、空间参考、管理方式以及数据集的其他特征等，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。数据更新设计（p331）通过地理信息更新可保证地理信息的现势性，其手段主要包括5种：实测更新法、编绘更新法、计算机地图制图更新法、遥感信息更新法和GPS信息更新法等详细设计的任务（p331）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。用户界面设计（p331）用户界面设计的三大原则是：置界面于用户的控制之下;减少用户的记忆负担;保持界面的一致性。界面设计从流程上分为结构设计、交互设计和视觉设计三部分。结构设计也称概念设计，是界面设计的骨架。交互设计的目的是使产品让用户能简单使用。交互设计的原则如下：(1)有清楚的错误提示：误操作后，系统提供有针对性的提示。(2)让用户控制界面：“下一步”、“完成”，面对不同层次提供多种选择，给不同层次的用户提供多种可能性。(3)允许兼用鼠标和键盘：同一种功能，同时可以用鼠标和键盘，提供多种可能性。视觉设计要达到用户愉悦使用的目的。视觉设计的原则如下：(1)界面清晰明了：允许用户定制界面。(2)减少短期记忆的负担：让计算机帮助记忆，例：用户名(username)、密码(pas。word)、进入界面地址可以让机器记住。(3)依赖认知而非记忆：如打印图标的记忆、下拉菜单列表中的选择。(4)提供视觉线索：图形符号的视觉的刺激;图形界面设计(GUI)：位置(whe，e)、主题内容(what)、下一步操作(nextstep)。(5)提供默认(default)、撤销(undo)、恢复(redo)的功能。用户界面遵循以下规范：标准化设计（p331）采用标准设计的优点是：①设计质量有保证，有利于提高工程质量;②可以减少重复劳动，加快设计速度;③有利于采用和推广新技术;④有利于加快开发与建设进度;⑤有利于节约成本，降低造价，提高经济效益。第3节地理信息数据基础地理信息数据更新（p335）基础