31第三章环境GIS的设计与开发

环境地理信息系统第二章环境GIS的设计与开发环境地理信息系统第三章环境GIS的设计与开发§3.1环境GIS设计的目标和任务§3.2环境GIS设计的原则§3.3环境GIS设计实施§3.4环境GIS总体框架设计§3.5环境GIS数据库建设§3.6环境GIS开发技术路线§3.7环境GIS开发模式……环境地理信息系统设计是指人们对所掌握的内容在具体实施之前进行规划和制订实施方案的过程。如果说分析是人们按照某种方法来了解和优化实际业务的过程，那么设计则是考虑进一步整理、规范和具体如何实施的过程。系统设计的主要任务是在系统分析的基础上，对系统进行总体布局、结构安排、制定方案和实施细则。在设计阶段要重点考察环境空间信息处理、查询、统计和分析功能的设计，注意环境质量（水、气、声）和污染排放、治理、达标现状的空间表达，充分发挥环境GIS直观形象的优势；环境地理信息系统§3.1环境GIS设计的目标和任务环境GIS总体设计环境GIS的总体设计是在需求分析的基础上，寻找能够实现环境管理和决策支持特定功能的最佳软件结构，解决如何把一个软件系统划分成多个功能模块，形成优化的、完整的系统构图，并回答各模块间调用关系如何，传送什么数据，如何实现等一系列具体设计问题。环境地理信息系统§3.1环境GIS设计的目标和任务环境GIS总体设计环境GIS总体设计目标充分利用先进的GIS技术、数据库技术、网络技术、分布式计算等技术，建成一个科学、高效的环境GIS。总体目标环境地理信息系统§3.1环境GIS设计的目标和任务环境GIS总体设计环境GIS总体设计的根本任务将系统分阶段提出的逻辑模型转化成相应的物理模型。根本任务环境地理信息系统§3.1环境GIS设计的目标和任务环境GIS总体设计根据系统研制目标，确定系统必须具备的空间操作功能。步骤在进行数据分类和编码处理的基础上，进行数据采集设计、数据结构设计、数据存储和检索设计等，确定空间数据的存储和管理模式。制定系统开发和系统集成方案，建立系统的应用模型和产品的输出I.功能设计：II.数据库设计：III.应用设计：环境地理信息系统环境GIS设计系统功能重点在于环境质量空间信息、环境污染源空间信息和自然生态环境空间信息的查询、处理、分析、制图和信息发布。系统功能设计我国现阶段环境GIS设计重点：系统应用设计系统首先满足环境监测、环境统计、环境质量控制（总量控制）、建设项目管理、排污收费及管理、环境自动监控、自然生态保护等方面的业务需求。§3.1环境GIS设计的目标和任务环境地理信息系统环境GIS设计§3.1环境GIS设计的目标和任务系统设计是环境GIS开发中质量得以保障的关键，它把系统需求变换成系统表达。从管理的角度，可以把它分为：概要设计和详细设计。环境地理信息系统确定系统的文件结构、数据库模式和子模式；数据的完整性和安全性设计。确定需求优先顺序；选择最合适的设计方法；规范设计文档标准；规定编码、接口、命名等的规则。确定和评估算法的性能；算法和模块之间的控制方法；外部信号的接收和发送形式。功能模块的划分；模块之间的调用关系和接口；评价模块划分的质量。§3.1环境GIS设计的目标和任务概要设计的具体工作：1)制定规范：6)编写概要设计阶段的文档2)系统结构总体设计：3)处理方法设计：4)数据结构设计：5)可靠性设计：确定软件的可靠性指标和相应措施。环境地理信息系统确定软件各个组成部分内的算法以及各部分的内部数据组织；进行详细设计的评审。选择某种过程的表达形式来描述各种算法；。§3.1环境GIS设计的目标和任务详细设计的具体工作：环境地理信息系统§3.1环境GIS设计的目标和任务包括系统的结构、布局、实施计划、机器设备（计算机系统的硬件及通信设备）的配置等系统总体结构框架设计对系统的各项人、财、物、设备等进行科学的分类与编码。这是系统实施前必须做的工作之一。代码设计进一步整理和规范分析阶段结果，制定出详细的系统处理模型和系统实施方案。系统处理模型和实施方案制订系统设计的主要内容：文件或数据库设计对将要处理的信息（或数据)按科学管理的要求和统计指标进行分析，并在此基础上确定文件或数据库的结构、特征、组织管理方式等。环境地理信息系统第三章环境GIS的设计与开发§3.1环境GIS设计的目标和任务§3.2环境GIS设计的原则§3.3环境GIS设计实施§3.4环境GIS总体框架设计§3.5环境GIS数据库建设§3.6环境GIS开发技术路线§3.7环境GIS开发模式……环境地理信息系统§3.2环境GIS设计的原则环境GIS设计原则环境GIS的具体设计中应注意系统的当前需求和中、远期目标相结合；考虑到环保工作的扩展和环保机构职能的调整；注意系统的专用性和通用性；考虑到系统各模块的组合搭配以及各环保职能部门灵活的配置功能；考虑到先进技术的应用以及环境保护业务工作的实际需要。环境地理信息系统具体原则：实用性标准性先进性动态性开放性经济性安全性设计原则§3.2环境GIS设计的原则环境地理信息系统具体原则：§3.2环境GIS设计的原则最大程度满足环保管理部门的业务需求，为环境管理人员及其技术人员提供有效的技术工具。1、实用性:遵循标准化、统一化的原则，以支持系统的推广应用。2、标准性:将现有的先进技术尽可能应用到系统中，包括软、硬件、网络环境的先进性。3、先进性:根据环境数据、业务、结构等各种变化，动态的调整、优化和扩展有关的功能。4、动态性:环境地理信息系统具体原则：§3.2环境GIS设计的原则采用开放式设计，可以在应用中不断由用户补充和更新功能，具备良好的与其他系统的数据交换和功能兼容能力。5、开放性:在实用的基础上，以最小的投入获得最大的产出。6、经济性:完善的网络运行环境的安全防护机制，同时要有足够的容错能力以保证数据的逻辑准确性和系统的可靠性。7、安全性:环境地理信息系统第三章环境GIS的设计与开发§3.1环境GIS设计的目标和任务§3.2环境GIS设计的原则§3.3环境GIS总体框架设计§3.4环境GIS数据库建设§3.5环境GIS开发技术路线§3.6环境GIS开发模式……环境地理信息系统第三章环境GIS的设计与开发§3.1环境GIS设计的目标和任务§3.2环境GIS设计的原则§3.3环境GIS总体框架设计§3.5环境GIS数据库建设§3.6环境GIS开发技术路线§3.7环境GIS开发模式……环境地理信息系统§3.3环境GIS总体框架设计环境GIS总体框架环境地理信息系统§3.3环境GIS总体框架设计环保数据的采集方式手扶跟踪数字化输入、扫描数字化输入、GPS接收机、航空摄影测量、卫星遥感影像数据、其他类型数据输入。在环保部门，大量环境要素为点状要素，各地环境监测站一般通过手持式GPS对其测定经纬度。采集功能通过外部数据转换借口进入GIS，航空摄影测量和卫星遥感影像数据直接进入GIS并和其他矢量数据在地理空间上配准。其他类型数据通过相应的转换接口进入GIS。环境地理信息系统§3.3环境GIS总体框架设计环境GIS数据处理一般而言，环境GIS数据分图层内在数据和外部属性数据两种情况。内在属性数据主要存放描述图层本质特征或重要属性的数据，一般在环境GIS中较少被修改，其中的某个或部分字段具有关键字作用；外部数据存储在大型关系数据库中，与图层通过一定的关键字段相关联，支持数据录入、逻辑校验审核、中间结果生成、汇总数据表生成、系统维护等功能的实现以及各种图形操作。包括数据结构定义、数据的增加、删除、修改等。环境地理信息系统§3.3环境GIS总体框架设计环境GIS总体框架工作状况举例环境地理信息系统第三章环境GIS的设计与开发§3.1环境GIS设计的目标和任务§3.2环境GIS设计的原则§3.3环境GIS总体框架设计§3.4环境GIS数据库建设§3.5环境GIS开发技术路线§3.6环境GIS开发模式……环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.1环境GIS数据库建设流程一般可分为：数据库设计、数据入库和数据整理三部分工作。【数据库(database,DB）】是指长期保存在计算机的存储设备上，并按照某种模型组织起来，可以被各种特定的用户或应用所共享的数据集合。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.1环境GIS数据库建设流程包括：数据字典设计（数据项、数据结构、数据流、数据存储）、数据库逻辑结构设计(概念结构设计阶段设计好的基本E一R图转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构)、数据库物理结构设计（数据存储结构、存储路径分配等），其中最重要的工作是根据环境空间数据分类编码和应用需要定义数据图层结构和相关属性表结构、数据库表结构、元数据库表结构和数据字典结构。数据库设计环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.1环境GIS数据库建设流程数据入库包括空间数据入库和属性数据入库，数据入库应按规定统一的空间数据入库标准；空间数据入库要注意明确环境图元的编号ID；属性数据录入时要确保属性数据库记录内容与相应图形上标注的编码一一对应；数据入库过程中要通过图形要素的目标标识码实现环境业务属性记录与环境空间图形库中对应图形实体的关联。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.1环境GIS数据库建设流程数据整理和检验主要是对入库数据进行自动化检查，并对空间数据质量、属性数据质量和数据精度进行控制：自动化检查包括对环境空间数据的错误进行改正如自动处理交叉点、悬挂点、冗余点、删除多余线，自动处理岛、环、面域以及批量属性表示和修改等；空间数据质量控制包括：空间地理特征的完整性、空间特征表达的完整性、空间数据的拓扑关系、空间数据的地理参考系统正确性、空间数据使用的大地控制点的正确性；环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.1环境GIS数据库建设流程数据整理和检验数据精度控制主要包括：平面投影坐标系统参数、空间定位精度等。属性数据质量控制主要包括属性表的定义是否符合数据库设计、主关键项定义和唯一性、各属性表的外部关键项的正确性、关系表之间的关系的正确性；环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型混合模型扩展模型面向对象模型环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型环境空间信息管理，一般采用混合模型方法，即图形数据由文件管理系统管理，属性数据则由关系数据库管理，典型的代表有ARC/INFO、MGE。混合模型最大优点是：属性数据的管理可以充分利用商业数据库管理系统的功能，且图形的处理与检索效率较高。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型存在的问题：混合模型（1）不利于空间查询，主要是因为降低了查询的效率；（2）数据的整体一致性遭到破坏；（3）不利于分布式管理；图形数据独立于属性数据之外存在，自成一体，无法利用标准的数据库管理系统提供的分布式数据管理功能，因此在分布式数据库中，图形和属性的协调性差。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型解决的办法：混合模型（1）扩展的关系模型，使其容纳图形数据并可进行空间运算和查询；（2）用新的数据模型如面向对象的数据模型来取代关系模型。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型解决的办法：混合模型（1）扩展的关系模型：在原有关系模型的基础上增加几何数据类型和空间操作算子，其中几何数据类型包括点、线、面等；空间算子包括距离、面积、相交和包含等。优点：可以对数据进行集中控制，提高了系统的开放性，便于用户使用和二次开发缺点：仍然摆脱不了关系模式的束缚，如属性不可再分，也不能处理复杂对象；环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4.2环境GIS模型解决的办法：混合模型(2)面向对象模型:以面向对象概念为基础，支持复杂对象表示和操作的高层次抽象模型；面向对象的核心是抽象对象及操作，思想是将图形和属性封装在一起，并由一个面向对象的数据库管理系统进行管理。环境地理信息系统§3.4环境GIS数据库建设3.4