《GIS设计》课程设计指导书

《GIS设计》课程设计指导书理学院GIS教研室20010年8月一、课程设计大纲第一部分概述课程设计是对地理信息系统专业学生的一种全面综合训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的、必不可少的一个教学环节。课程设计的重点在于将前3年所学的专业理论与技术综合应用，使学生学会如何从总体上把握地理信息系统项目，以及地理信息系统各阶段的主要任务和实现的方法，从而将一个地理信息系统项目作为一个整体来设计和实现。另外在实现课程设计任务的过程中，协调小组成员的工作，初步养成相互帮助、互相交流、齐心协力完成共同任务的习惯，对于学生日后进入社会参加实际工作也有重要意义。本课程是实践性很强的课程，不仅要求学生掌握理论知识，更重要的是将理论知识应用到系统设计的实践中。因此，本课程用全部课时的1/3进行课程设计，对地理信息系统工程的全过程进行实践，以加深对理论学习的认识，提高学生的动手能力，以全面的实现本课程的学习要求。需要强调的是，程序设计并不是地理信息系统工程的全部。传统上的程序设计在一定程度上是偏重于计算机科学的领域，属于较抽象一些的范畴，而软件工程则是要实实在在地做出一个满足用户要求的系统出来，这是一个很具体的实践过程，因此作为一个软件开发者来讲，就必须具备从事工程实践的技能，包括软件项目的系统分析、编写文档、源码设计与控制、使用工具等等基本技能，这就是本课程设计要实现的一个目标。另外，软件开发设计者还需要另一个技能，就是对软件的具体应用领域知识的掌握。一个应用软件系统总是会应用于某一具体领域，因此，开发人员首先应该对应用领域的背景知识有一定的掌握，而这个要求常常被忽略，开发人员常常仅仅把自己定位于纯粹软件开发技术领域，没有自己主动去了解相关背景知识的意识或需求，而事实上产业界最需要的恰恰是对它技术和行业知识都精通的软件开发人员。所以说，软件开发人员应该从心理上作好积极的准备去学习软件行业应用领域的知识，帮助学生建立这样的意识，这也是本课程设计要实现另一个目标。实际操作方法就是，在自己的需求文档中能够站在一定的高度来阐述自己开发工作的必要性和可能性。二、设备及环境要求1，计算机及其外部设备2，一种集成开发环境（如：C++BUILDER、JBUILDER）3，一种地理信息系统开发平台（如：MAPOBJECT、ARCGIS）4，文字编辑器（如：MSWORD）三、总体要求针对不同学生的特点，课程设计分三种类型：软件设计开发工程、空间数据设计与开发工程、GIS应用工程。不同类型的课程设计要求有所差异：（一）软件设计开发工程1，设计一个具有实用性的GIS项目，实际进行用户需求调查，使用一种变成语言和GIS平台软件开发出系统原型。可使用模拟数据进行系统验证。2，编写完整的用户需求、系统总体设计、功能设计、详细设计报告、建立应用模型，并对系统进行测试，写出测试报告。3，有能力的学生可以进一步对原型进行开发，使之成为具有实用性能的应用GIS系统，这一部分是评定学生较高成绩的重要参考。（二）空间数据设计与开发工程1，设计一个空间数据开发项目，要求实际进行用户需求调查，使用一种空间数据库软件，建立能够与主流GIS软件兼容的空间数据库，并具备空间数据库的主要应用功能。2，综合运用RS、GIS、GPS、地面测量等技术与方法，完成数据采集、整理、加工、建库的全过程。技术运用的完整性是评定学生成绩的重要参考。3，编写完整的用户需求报告及系统设计、网络设计、安全设计报告。四、题目与要求不同的设计类型，题目有所区别，要求基本相同。1，题目：软件设计开发工程：总的题目例如“基于GIS的校园管理信息系统”或“校园GIS”，系统的总体内容及子系统的划分由全组学生讨论确定，学生可以根据自己的兴趣和偏好选择适合自己的内容或子系统的开发研究，但实施之前应交指导教师批准。空间数据设计与开发工程：总的题目例如“集美大学空间数据库建设”或其他学生感兴趣、且有能力把握、完成的题目。实施之前应交指导教师批准。GIS应用工程：以地理学为主要研究领域，具体题目学生自定，但前提是对所研究的项目了解清晰、数据易获取，难易程度及项目大小合适。实施之前应交指导教师批准。2，学习至少一种流行的GIS平台软件或数据库软件的使用。根据我校与社会力量共建的情况及实验室资源，可能选择的软件有ARCGIS、MAPGIS、KINGMAP、MAPOBJECTS、ORACLE、SQLSEVER等。3，收集部分空间和属性数据，建立可运行的数据库，以便进行系统的实验。4，对系统建立的模型要实际运行，评价运行效果。5，建立系统的输入、输出并运行。6，图形界面设计美观，方便、实用。五、组织与实施GIS工程设计与实现要求多人协作，所以全班学生需分组完成课程设计任务。由于课程设计类型不同，设计任务也有所区别，每组所需人数不尽相同。软件设计开发工程每组4人，需求调查、原型设计与开发、系统测试与数据准备各1人；空间数据设计与开发工程每组3人，需求调查、数据库设计与完成、数据采集与准备各1人；GIS应用工程每组1人。各小组指定一名组长，负责组织协调本小组课程设计相关工作，以及与指导教师的联系；各小组中每位学生负责一项工程任务，在实际工作中，各部分工作以相应的学生为主，其他学生配合，共同完成任务。负责各部分工作的学生负责提交该部分的报告，作为本课程设计考核的依据之一。六、考核本课程设计的成绩由小组成绩和个人成绩加权计算构成。小组成绩从完成的工程质量、工作量、课堂演示情况综合评定。个人成绩根据个人的报告评定。课程设计的成绩=个人成绩*0.7+小组成绩*0.3（一）软件设计开发工程1，原型部分主要考察学生对系统总体结构的掌握程度、系统主要功能的实现程度，同时鼓励学生探索GIS原型开发的新技术、方法。遵守纪律：10%；完成原型：50%；系统结构（包括功能度，运行可靠性，开发工具的适用和先进性，界面的人性化及美观程度，适用的便利性）：30%；工作量：10%。2，文档部分从文档编写的规范性、内容的完整性方面进行考核，并适当考虑设计过程中的技术水平。文档编写规范、内容完整：60%；文档中内容真实、原创性强：30%；采用新技术、方法：10%。（二）空间数据设计与开发工程1，数据采集、整理与建库主要从技术运用的完整性评定学生成绩，综合运用RS、GIS、GPS、数字摄影测量、地面测量等技术，完成数据的采集、整理、加工、建库。遵守纪律：10%；完成数据采集、建库(包括技术路线)：45%；综合运用数据采集技术（包括数据源的多源性，处理流程的正确性；数据库应用功能（界面的美观、适用性，输出图件的美观实用型）的实现）：30%；工作量：15%。2，文档部分从文档编写的规范性、内容的完整性方面进行考核，并适当考虑设计过程中的技术水平。文档编写规范、内容完整：60%；文档中内容真实、原创性强：30%；采用新技术、方法：10%。七、说明由于课程设计工作的复杂性，本课程设计不可能完全在实验室进行，除使用本专业的实验室设备外，需要学生动用个人计算机及课余时间进行课程设计工作。部分工作可能需要在校外进行，需要注意交通安全，各小组组长是该小组课程设计期间安全的负责人。第二部分设计指导一、软件设计开发工程《GIS工程》课程设计主要分为需求调查与分析工程、系统设计工程、系统实现工程、系统测试工程和数据库设计与建设工程等五部分。以下对各部分具体内容进行简要说明：1，需求调查与分析工程本阶段需要明确的关键问题是：GIS系统要解决的问题是什么？其前提是要搞清楚用户需要用GIS系统解决什么问题，即用户的需求。本阶段的工作分两部分：用户需求调查和用户需求调查结果的分析。前者主要是和用户进行广泛的接触，对用户、用户的工作类型、性质、信息化现状、数据拥有情况等进行调查；后者则需要对调查的资料进行分析，消除歧义和二义性，必要时还需要进行系统建设的可行性分析。最终要提交用户需求说明书（或软件规格说明书）。2，系统设计工程在系统调查分析的基础上，进行系统设计，包括总体设计和详细设计。总体设计的目的是将系统的需求转换为数据结构和软件体系结构，设计系统的总体框架和模块，以及各模块的主要功能，协调各模块之间的关系，其主要成果是总体设计报告。详细设计是在总体设计的基础上，对总体设计提出的任务进行细化，并给出解决方法。3，系统实现工程系统实现是在系统设计的基础上，用特定的开发工具和软件平台，实现系统设计任务的过程，主要通过计算机编程实现。作为本课程设计，只要求开发一个系统原型，体现系统的主要功能。对本部分的要求是，程序的编写要规范，编写的程序要简明、易读，需要提交程序源代码。4，系统测试工程系统测试是贯穿于整个计算机软件工程过程中的一项活动，包括模块测试、子系统测试、集成测试、软件测试等，要进行系统测试设计，对系统的功能、性能等关键指标给出定量的测试结果。要提交系统测试报告。5，数据库设计与建设工程数据是GIS工程的核心，包括空间数据库的设计，数据的采集、整理、输入，具有工作量大、工作复杂、数据获得不易等特点，需要付出大量劳动和高度的耐心和责任心。本课程设计对数据精度和准确性的要求以能满足课程设计需要为标准，不过分要求数据的高精度和准确性，若采用低精度数据，需要事先说明，但数据要能够支持系统原型的运行。二、空间数据设计与开发工程空间数据库设计主要包括：空间数据库的概念设计，空间数据库逻辑设计和空间数据库物理设计，以及空间数据输入设计，空间数据检索设计，空间数据输出设计，空间数据更新设计和空间数据共享设计五部分。1，空间数据输入设计图形数据的输入主要采用两种形式：手扶跟踪（屏幕跟踪）数字化和扫描数字化，它们各有优缺点，此外，还有几何坐标输入（如COGO）和现有数据转换输入。属性数据输入一般采用表格形式输入，也可以通过外部数据库（数据表）导入。以ID码实现与图形数据的连接。空间数据输入设计要求系统具备良好的交互性。如设计为用户提供反馈信息和帮助信息的确认输入、确认删除、确认取消等；允许用户进行简单的数据编辑；提供恢复功能，允许恢复到错误输入前的正确状态；对于表格数据的输入，要提供缺省值、输入格式、有效性检验等功能，使用户快速而准确地输入数据。数据的组织和存放。整个目录结构要十分清晰。设计并建立完整的符号库，包括点状符号、线状符号、面状符号和特殊的符号。设计良好的输入界面和数据接口。2，空间数据查询设计根据GIS应用的实际要求，用SQL语言、扩展SQL语言和具有检索功能的GIS命令来实现。常见空间数据检索是基于拓扑关系（包括邻接、关联、包含等）的空间查询。当空间检索在多幅地图的数据文件之间进行时，需要应用边缘匹配处理技术，建立跨越图幅边界的多边形，提取与查询相关联的图幅数据，然后将这些数据自动地组织到连续的窗口范围内。技术上，需进行图库的管理和图幅之间数据的无缝处理。此时，图库必须建立在统一的坐标体系、统一的坐标原点、统一的投影类型下，每个图幅至少要有四个控制点，并建立空间索引。3，空间数据输出设计从美学原则出发，布局图中各个内容的位置，调配大小和色彩，设计优美的地图整饰等。空间数据的输出应带有很大的灵活性，允许用户对输出内容进行动态（如按给定区域输出、按任意区域输出等）组合。为常用的输出格式设计模板以方便用户。输出数据的表达形式尽可能多样化，如采用多媒体技术等。4，空间数据更新设计主要的空间数据更新模型：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。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。5，空间数据共享设计数据转换：是主要的共享途径，在不同的系统之间通过数据转换（导入/导出）来达到空间数据共享。包括有语义约束的数据格式转换和没有语义约束的数据格式转换。由于存在数据损失，在数据转换前后需进行手工编