【文档资料】【】 注册测绘师考试地理信息系统精讲

,大家论坛 ,大家论坛 ,大家论坛 ,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,注册测绘师资格考试培训之五,二一二年四月二日,地理信息系统工程,陈 孝,2012注册测绘师考生必看：,【2012年测绘师报考复习指南】,链接地址：,【2012年测绘师教材+大纲解析】,链接地址：,【测绘师综合能力2012考试重点】,链接地址：,【2012年测绘师-免费网校课件】,链接地址：,【2012测绘(综合能力)要点精讲30课】,链接地址：,【2012年测绘师考试大纲下载】,链接地址：,目 录,地理信息系统基础,数据库建库与系统测评评价,基础地理信息共享与服务,案例分析,基础地理信息系统功能与组成,基础地理信息系统设计与实现,第,1,章 地理信息系统基础,1.1 GIS,的基本概念,1.1.1 GIS,的定义,地理信息系统是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是 在计算机软件、硬件及网络支持下，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。,是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层和人类生活涉及的地下环境在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。,从学科角度定义，,GIS,属于技术学科，主要涉及地理学、测量学、制图学、摄影测量与遥感、计算机科学。特别是计算机制图、数据库管理、遥感和地理学构成了,GIS,的理论和技术基础。,1.1.2 GIS,的构成,硬件系统,计算机、输入、存储、输出、网络,软件系统,系统软件、,GIS,专业软件、数据库软件,地理信息数据,具有空间、属性和时间特性,系统开发、管理及应用人员,设计、开发到管理维护，应用,专题地理信息系统,按内容,区域地理信息系统,按范围,地理信息系统工具,按软件功能,1.1.3 GIS,的分类,基础地理信息系统,专业应用地理信息系统,专项应用地理信息系统,1.1.4 GIS,与其他学科的关系,GIS,与地图学,地图是,GIS,的数据基础，也是,GIS,的表现方式之一。地图学强调空间信息的表达与传输；,GIS,强调空间数据的处理与分析。,GIS,与一般事务数据库系统,数据库技术是,GIS,的技术基础之一，解决数据存储、管理、查询检索等问题。一般的数据库没有空间概念，没有拓扑关系，,GIS,的数据库特点是处理空间实体的位置、空间关系和属性。,GIS,与,CAD,共同特点：都有空间坐标，能处理和表现空间数据；,区别：,CAD,擅长处理规则几何图形，侧重图形的表达表现，拓扑关系简单，属性库功能较弱；,GIS,处理更为复杂的自然实体数据，有复杂的拓扑关系，图形数据库与属性数据库关系密切，侧重空间分析功能。,1.2 GIS,的主要功能,1.2.1,数据采集与输入,（测量方法获取、转换成系统格式）,1.2.2,数据编辑与更新,图形编辑：图形的编辑、整饰、变换、图幅拼接、拓扑关系、投影变换等；,属性编辑：属性的定义、添加、修改等,数据更新：以新的数据项或记录替换旧的，包括删除、修改、增加等,1.2.3,数据存储与管理,将数据以某种格式记录在计算机内部或外部的存储设备上，空间数据由空间数据库管理；属性数据一般直接利用商用关系型数据库系统。,1.2.4,空间查询与分析,空间查询：,图形的查询、属性查询、图形与属性交互查询、地址匹配等,空间分析：,缓冲区分析、叠加分析、网络分析、空间插值、统计分析等。,是,GIS,最,专业、最高级的功能,GIS,的空间分析功能简介,缓冲区分析,根据数据库的点、线、面实体,自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形,它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一,.,叠加分析,将同一地区,同一比例尺的两组或更多的多边形进行叠置,建立新的具有多重属性的多边形或做相应的统计分析。,网络分析,对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如电信线、电力线、给水线等）进行地理分析和模型化，用于研究、筹划一项网络工程如何安排、并使其运行效果最好，包括最短（最佳）路径分析。,空间插值,空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。,DEM,的生成是主要应用之一。,空间统计分析,统计分析是指运用统计方法及与分析对象有关的知识，从定量与定性的结合上进行的研究活动。与其他分析功能结合，可以做诸如坡度、坡向、土方量等计算与统计。,1.2.5,数据显示与输出,空间数据以可视化的方式显示在屏幕上或打印出来。,1.3 GIS,的发展,上世纪,60,年代，第一个,GIS,诞生于加拿大。此后,GIS,一直与计算机技术、网络技术、空间信息技术、数据库技术和通讯技术的发展密切结合。目前的发展趋势包括：,1.3.1,分布式,GIS,利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台的空间服务、构建一个物理上分布、逻辑上统一的,GIS,。,1.3.2,智能,GIS,与空间数据挖掘,在,GIS,系统中引入空间数据挖掘和知识发现机制，从而解决,GIS,的智能化问题和空间决策支持问题,。,1.3.3 GIS,、,RS,、,GPS,的集成,GPS,获取精准位置，,RS,空间数据的获取或更新，,GIS,分析与表现,1.3.4,时空系统,时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。,1.3.5,三维,GIS,三维数据结构的研究,三维数据的生成和管理,地理信息数据的三维显示,1.3.6,移动,GIS,狭义：运行于移动终端（如,PDA,）并具有桌面,GIS,功能的,GIS,系统，是一种离线运行模式。,广义：是,GIS,、,GPS,、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。,本章要点,1,、,GIS,的基本概念,2,、,GIS,的主要功能,3,、了解,GIS,的缓冲区分析和网络分析功能在环境污染、拆迁或出行路线设计中的应用原理。,第,2,章 基础地理信息系统功能与组成,2.1,概述,2.1.1,基础地理信息系统的概念,以基础地理信息数据为管理对象，实现对基础地理系数据的采集、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。,2.1.2,建设目标,建立基础地理信息数据库,建立信息网络基础设施,输出符合标准或符合用户要求的各种数据,实现面向政府、企事业单位、社会公众的网上基础地理数据服务,为其他专题信息提供公共的基础地理平台,实现基础地理信息的动态或实时更新,2.1.3,与,NSDI,的关系,基础地理信息系统是国家空间数据基础设施（,NSDI,）的核心组成部分。以基础地理数据与现代网络为主体的技术相结合，可构建空间数据基础设施（,SDI,）。,空间数据框架集,空间数据协调、管理与分发体系和机构,空间数据交换标准,空间数据交换网站,（一站式门户）,NSDINational Spatial Data Infrastructure,美国于,1994,年提出。,2.2,基础地理信息系统功能,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,用户管理、数据目录查询、元数据管理、数据查询、浏览与下载,元数据管理,元数据是描述数据的数据,建设原则,实用性,先进性,开放性,标准化,安全性,现势性,网络化,技术要求,2.3,系统建设总体要求与工作流程,空间参考系,时间参考,数据内容,数据格式,数据质量要求,位置精度要求,属性精度要求,现势性要求,入库数据质量控制,安全与保密,系统基本功能要求,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,2.4,基础地理数据的内容与特点,2.4.1,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以及人文特征和属性的总称。,基础地理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、数字正射影像、地籍,等有关自然和社会要素的位置、形态和属性信息。是统一的空间定位框架和空间分析的基础。,基础地理信息标准数据基本规定,GB21139-2007,，从,数学基础、数据内容、生产过程、数据认定,四个方面对标准的基础地理信息数据进行了界定。,2.4.2,基础地理数据分类,按数据模型和数据结构：矢量数据和栅格数据,按数据表达（产品）形式：数字线划图,(GLG),、数字正射影像图,(DOM),、数字高程模型,(DEM),、数字栅格图,(DRG),。,按其他分类方式：电子数据和非电子数据；大、中、小比例尺数据；野外采集数据、航测数据、卫星数据、,GPS,数据；历史数据和现势数据；全要素数据和多要素数据等。,2.4.3,基础地理数据的特点,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,矢量数据和栅格数据,矢量数据,以几何中的点、线、面及其组合来表示地理实体的空间分布的一种数据组织方式。具有数据精度高、存储量小、与属性数据关联紧密、便于网络分析等优点，但数据结构复杂，数据处理工作量大。,栅格数据,又称网格或像元结构，是以规则的阵列来表示空间地物或现象的空间分布，每个网格是一个单元，位置由行、列号定义，栅格单元的数值代表属性。优点是结构简单，空间叠加运算方便；缺点：数据量大，不能表现复杂的属性特征,2.5,基础地理数据的采集,2.5.1,基础地理数据采集方法,2.5.2,基础地理数据库,基础地理信息数据库的组成,控制测量成果库,数字正射影像图数据库,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,基础地理信息数据库建设的方式,2.6,基础地理数据更新,2.6.1,数据更新步骤,确定更新策略,确定数据更新的目标、任务，包括更新范围、内容、周期、组织与实施方案等,变化信息获取,调查、卫星遥感影像比较、其他渠道,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,现势数据生产,关键问题包括：数据模型的演变、比例尺与数据质量标准、元数据跟踪、匹配方法、历史数据的组织与管理,现势数据提供：,批量提供或只提供变化部分数据,2.6.2,数据库更新,数据库更新方法,根据现势性最强的资料，对照已有的数据，将局部范围内变化了的主要地形要素进行修改（增、删、改），,数据更新的一致性,主要包括基础地形数据库与地名数据之间的一致性，基础地形数据与,DOM,、,DOM,之间的一致性，基础地形数据与专题信息数据的一致性。,2.7,基础地理信息系统标准,基础标准：,空间参考系、分幅与编号、图式、要素分类编码、数据字典、元数据、数据交换格式等,产品标准：,4D,产品的技术指标，产品的分类、标记、技术指标、包装、检测与评价、分发格式等,技术标准：,对生产技术方法、工艺流程、技术指标、检查等相应的技术规定,管理标准：,生产、建库和系统建设中的技术管理、质量监督等方面的标准,本章要点：,1,、基础地理数据包括哪些内容？有什么特点？,2,、基础地理数据库由哪些内容组成？,3,、基础地理数据的基本产品形式,?,4,、基础地理信息数据的采集方式有哪些？,5,、基础地理信息系统的主要功能有哪些？,6,、国家、省、市三级的基础地理信息数据在空间,尺度上有什么区别？,7,、,基础地理信息标准数据基本规定,GB21139-2007,，从哪几个方面对标准基础地理信息数据进行了界定？,8,、矢量数据与栅格数据的区别,第,3,章 基础地理信息系统设计与实现,3.1,需求调查与分析,3.1.1,系统目标获取及分析,进行用户类型分析,对现行系统进行调查分析,明确系统服务对象,用户研究领域现状调查,3.1.2,系统功能获取及分析,结构化分析方法,自上而下，逐步分解,面向对象分析方法,自底而上，逐步综合,快速原型化分析方法,建立原型、逐步修正,3.1.3,可行性分析与系统分析方法,可行性研究：,数据源调查与评估；技术可行性评估；系统的支持状况；经济和社会效益分析,系统分析方法：,数据流模型；数据字典；加工逻辑说明,3.1.4,需求规格说明书,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,3.2,系统设计,3.2.1,系统总体设计,软件体系结构设计,C/S,结构（,Client/Server,）：,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。通过下载客户端软件访问。,B/S,结构（,Browser/Server),：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。（,WEBGIS),通过,IE,浏览器即可以访问,软件配置与硬件网络架构,软件配置：,操作系统：,跨平台、安全、稳定、便于开发,基础,GIS,平台：,满足,GIS,海量、多源数据存储和管理，空间数据可视化程度高，与其他数据库互操作简便等。,商业数据库：,通用性、标准性,硬件及网络,计算机、服务器等的运行速度；,存储容量,网络传输速度、安全、保密等,升级与维护,3.2.2,系统功能设计,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,3.2.3,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,3.3,数据库设计,数据库设计就是把现实世界中一定范围内存在应用处理和数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。总体分为,概念设计、逻辑设计、物理设计和数据字典设计,。,3.3.1,需求分析,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,：信息需求、信息加工处理要求、完整性 与安全性要求,编制用户需求说明书：,目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能、运行环境等,数据源的选择,地图、航空航天影像、野外测量数据等,对各种数据集的评价：数据的一般评价、空间特性、属性数据特征的评价,3.3.2,结构设计,空间数据结构设计是得到一个合理的空间数据模型，是空间数据库设计的关键。,数据概念设计,分析现实世界，抽象出空间数据库和系统所需要的模型。确定地理实体、属性及其关系。,数据逻辑结构设计,将概念模型转换为数据库可以处理的逻辑结构，确定数据项、记录及记录间的联系，安全性、完整性、一致性约束。,数据库一般逻辑结构有三种：传统数据模型、面向对象数据模型、空间数据模型,数据物理结构设计,将逻辑结构在物理存储器上实现，包括存储结构和路径设计,数据字典设计,对所有数据流中出现的要素进行严格的定义，包括名字、编号、分类、描述、定义、位置等,3.3.3,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设计和地物要素符号样例设计。,3.3.4,元数据库设计,元数据设计的内容主要包括：空间数据集的内容、质量、表示方法、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。,3.3.5,数据更新设计,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,GPS,信息更新法,3.4,详细设计,3.4.1,详细设计的任务,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；,为每个功能模块选定算法；,确定模块使用的数据组织；,确定模块的结构细节及模块间的调度关系；,描述每个模块的流程逻辑；,编写详细设计文档,3.4.2,详细设计说明书,1.,引言,1.1,背景,1.2,参考资料,2.,程序模块的组织结构,用图表列出本程序系统内每个模块（或子程序）的名称,3.,模块（或子程序）,1,（标识符）设计说明,3.1,模块（子程序）描述,3.2,功能,4.,模块（或子程序）,2,（标识符）设计说明,用类似,3,的方式，说明第二个模块乃至第,N,个模块的设计考虑。,3.5,系统实现,3.5.1,平台选择,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,3.5.2,系统功能开发,程序语言的选择,程序设计,代码编写、调试和单元测试,系统代码文档编写,3.5.3,系统功能集成,在功能开发完成后，根据系统的模块划分和接口设计进行功能的集成。关键是做好接口的调试工作。,3.5.4,样例数据试验运行,在模块开发完成后，采用部分数据加载到系统中，进行试运行检验。,3.5.5,系统功能测试,根据需求说明书和测试用例，检验系统功能运行的正确性及与需求文档的符合程度。,本章要点：,1,、通过什么方式来确定系统的建设目标和任务？,2,、数据库结构设计主要包括哪几个步骤？,3,、系统功能分析常用的方法有几种？,4,、,C/S,和,B/S,结构的含义是什么？,5,、基础地理信息系统的主要功能设计包括哪些？,6,、基础地理信息的符号类型包括哪些？,第,4,章 数据建库与系统测试评价,4.1,数据建库,4.1.1,空间数据的三大特征,空间特征,空间数据独有的特征,属性特征,时间特征,4.1.2,数据库建构,矢量数据,采用适当的数据模型进行存储，按比例尺、类型、图层存储,栅格数据,以目录文件方式进行存储，也可以利用关系型数据库，通过压缩建立影像金字塔,数据的组织管理方式直接影响和决定了系统构架的设计，在数据库的逻辑设计时，采用基础库加专题库的的模式，构建现状库和历史库。物理建库，分别构建,4D,产品数据库。,4.1.3,数据准备,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,4.1.4,数据库模式的创建,收集和分析用户要求,分析用户活动；确定系统范围；分析用户活动所涉及的数据；分析系统数据,建立,E-R,模型,局部模型设计,总体模型设计,数据库模式设计,初步：把,E-R,图转换为关系模型,优化：对模式进行调整和改善,4.1.5,数据入库,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,原始数据分析,制定工作方案,数据加工整理,数据质量检查,数据入库落地,编制数据说明,4.1.6,数据质量检验与程序监理,数据质量标准制定原则,凡已有的国家质量标准应优先采用，目前尚无国家质量标准的数据，可采用权威专业部门的或地方拟定的质量标准。,数据质量检查依据,鉴定和验收数据质量的依据,数据质量检查与程序监理内容,数据整理检查的内容基本按照数据标准规范的规定和数据验收标准执行，数据的检查主要是针对入库的数据进行空间和属性的检查，排除数据逻辑上的错误。,4.1.7,基础地理数据标准与质量控制,数据标准化,数据标准的统一是实现信息共享的前提条件,空间数据质量控制,基础地理数据的质量控制具体表现在检测数据可靠性和分析数据的不确定性，从定位精度、属性精度、逻辑一致性、数据完整性等多方面对数据进行过程控制、检查与评价。,数据质量控制内容,空间位置精度：,数学基础、平面精度和高程精度,属性数据：,属性项定义、属性值和单位异常、标识码的唯一性等,空间关系：,拓扑关系的相邻性、连续性、闭合性、包含性、一致性,质量控制技术方法,过程控制和结果控制，贯穿整个数据采集过程,基于拓扑关系规则的数据检查,建立空间数据要素间拓扑关系约束的规则，相邻、连接、覆盖、相交、重叠等。,4.2,系统部署,4.2.1,系统部署,狭义：,GIS,软件被安装到计算机的硬盘上,广义：系统硬件的安装、调试，软件安装、测试,4.2.2,整体测试：,软、硬件、数据协调性，能否正常运转,4.2.3,系统验收与交付,验收：依据主要是项目合同、需求说明书及相关标准规范,交付：培训和成果移交,4.2.4,系统运行、管理与维护,运行与管理：微机资源管理，机房管理以及安全管理,维护更新：数据；应用系统；网络维护与安全管理。,4.3,系统测试与评价,4.3.1,系统测试的目的,4.3.2,系统评价指标及内容,系统技术评价指标及内容：,可靠性与安全性，可扩展性，可移植性、系统效率,系统经济评价指标及内容,：系统产生的效益，商品化程度，技术服务支持能力，软件维护和运行能力,4.3.3,系统测试评价方法与内容,测评方法：文档审查、模拟运行测试、模拟开发测试,测试内容：系统运行环境；软硬件体系支撑结构；系统各项功能指标；系统综合性能指标,本章要点：,1,、空间数据的三大特征,2,、栅格数据的存储方式,3,、空间数据建库流程,4,、空间数据的质量控制内容,5,、系统部署分几个步骤,6,、系统技术评价指标,7,、系统测评方法和测试内容,第,5,章 基础地理信息共享与服务,5.1,地理信息共享,5.1.1,面向文件的地理信息共享,简单易用，效率低,5.1.2,面向数据库的地理信息共享,支持海量、支持并发访问，是局域网共享的主要方式,5.1.3,面向服务的地理信息共享,基于,SOA,架构，采用,WebService,技术，构建地理信息服务共享平台，支持数据共享和功能共享，支持异构,GIS,平台集成应用,5.2,服务式,GIS,的模式,5.2.1,服务式,GIS,的“政务一套图,”,模式,传统的地理信息共享存在：协调个各部门数据难度大、各部门数据格式不统一、缺乏后期维护更新机制等诸多问题。,服务式,GIS,：统一采用公共的、基础地理信息数据；构建共享服务平台，各部门可以通过网络调用基础地理信息服务，实现自己的业务系统；数据标准和软件接口标准一致，可以满足异构系统的协同运行。,5.2.2,服务式,GIS,的普通服务模式,基于元数据：,提供服务内容的发现,（存储位置、名称、类别、服务器地址等）,基于,WebGIS,：,通过互联网浏览器来实现地理信息服务,基于,Web Service,：,基于网络服务标准，各种系统可以无缝集成。,本章要点：,1,、地理信息共享方式有哪几种？,2,、地理信息公共服务平台（共享服务平台）采用的是哪种地理信息共享方式？有什么优点？,3,、目前常用的地理信息服务方式有哪些？,案例分析,应用系统设计与开发案例,1.,背景材料,“,某河套灌区可视化信息管理系统,”,项目设计书简述如下：,任务概况,目标与任务,数据源情况,成果主要技术指标与规格,系统总体技术方案,质量管理与控制,2.,分析要点,数据库概念设计分析,数据库库体内容,数据库逻辑设计分析,目前，在,GIS,应用中多采用二维表的关系模型，将数据按照数据集、数据区、与数据层三个逻辑单元进行组织与存储。,总之，本项目数据库中的矢量数据间既可以通过建立特征码建立一对一、一对多或多对多的关联，也可以通过空间位置建立要素间的拓扑关系；矢量数据与栅格数据通过统一的地理坐标框架产生关联；栅格数据只能通过统一的地理坐标框架关联，或是实现,DEM,与正射影像的叠合，或是实现不同波段、不同分辨率影像的融合；多媒体数据与基础地理数据或专题数据利用超媒体或超文本技术实现相互的关联。,数据库存储设计分析,空间元数据设计分析,空间元数据管理设计,空间元数据格式设计,空间元数据管理设计图,应用平台设计分析,系统功能体系结构图,3.,样题,找错并改正设计书中的,5,处错误,经费计算,简述应用系统设计与开发总体思路,简述数据处理与建库技术流程,简述系统运行的网络体系结构,根据该项目的实际特点和目前计算机技术发展趋势，设计分析系统开发与运行的软硬件环境。,GIS,应用系统的数据处理与建库技术流程,谢谢！,