注冊測繪師培訓-地理信息系統精講

1、注冊測繪師資格考試培訓之五,二一二年四月二日,地理信息系統工程,陳 孝,2012注冊測繪師考生必看： 【2012年測繪師報考復習指南】 鏈接地址 【2012年測繪師教材+大綱解析】 鏈接地址 【測繪師綜合能力2012考試重點】 鏈接地址 【2012年測繪師-網校課件】 鏈接地址 【2012測繪(綜合能力)要點精講30課】 鏈接地址 【2012年測繪師考試大綱下載】 鏈接地址鏈接地址：只有在幻燈片播放模式才能點擊,目 錄,地理信息系統基礎,數據庫建庫與系統測評評價,基礎地理信息共享與服務,案例分析,基礎地理信息系統功能與組成,基礎地理信息系統設計與實現,第1章 地理信息系統基礎,1.1 GIS的

2、基本概念 1.1.1 GIS的定義 地理信息系統是為特定的應用目標而建立的空間信息系統，是 在計算機軟件、硬件及網絡支持下，對有關空間數據進行預處理、輸入、存儲、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應用的技術系統。 是以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面（包括大氣層和人類生活涉及的地下環(huán)境在內）與空間和地理分布有關的數據的空間信息系統。 從學科角度定義，GIS屬于技術學科，主要涉及地理學、測量學、制圖學、攝影測量與遙感、計算機科學。特別是計算機制圖、數據庫管理、遙感和地理學構成了GIS的理論和技術基礎。,1.1.2 GIS的構成,硬件系統計算機、輸入、存儲、輸出、網絡 軟件系統系

3、統軟件、GIS專業(yè)軟件、數據庫軟件 地理信息數據具有空間、屬性和時間特性 系統開發(fā)、管理及應用人員設計、開發(fā)到管理維護，應用,專題地理信息系統按內容 區(qū)域地理信息系統按范圍 地理信息系統工具按軟件功能,1.1.3 GIS的分類,基礎地理信息系統 專業(yè)應用地理信息系統 專項應用地理信息系統,1.1.4 GIS與其他學科的關系,GIS與地圖學 地圖是GIS的數據基礎，也是GIS的表現方式之一。地圖學強調空間信息的表達與傳輸；GIS強調空間數據的處理與分析。 GIS與一般事務數據庫系統 數據庫技術是GIS的技術基礎之一，解決數據存儲、管理、查詢檢索等問題。一般的數據庫沒有空間概念，沒有拓撲關系，GI

4、S的數據庫特點是處理空間實體的位置、空間關系和屬性。 GIS與CAD 共同特點：都有空間坐標，能處理和表現空間數據； 區(qū)別：CAD擅長處理規(guī)則幾何圖形，側重圖形的表達表現，拓撲關系簡單，屬性庫功能較弱；GIS處理更為復雜的自然實體數據，有復雜的拓撲關系，圖形數據庫與屬性數據庫關系密切，側重空間分析功能。,1.2 GIS的主要功能 1.2.1 數據采集與輸入（測量方法獲取、轉換成系統格式） 1.2.2 數據編輯與更新 圖形編輯：圖形的編輯、整飾、變換、圖幅拼接、拓撲關系、投影變換等； 屬性編輯：屬性的定義、添加、修改等 數據更新：以新的數據項或記錄替換舊的，包括刪除、修改、增加等,1.2.3 數

5、據存儲與管理 將數據以某種格式記錄在計算機內部或外部的存儲設備上，空間數據由空間數據庫管理；屬性數據一般直接利用商用關系型數據庫系統。 1.2.4 空間查詢與分析 空間查詢：圖形的查詢、屬性查詢、圖形與屬性交互查詢、地址匹配等 空間分析：緩沖區(qū)分析、疊加分析、網絡分析、空間插值、統計分析等。 是GIS最專業(yè)、最高級的功能,GIS的空間分析功能簡介,緩沖區(qū)分析 根據數據庫的點、線、面實體,自動建立其周圍一定寬度范圍的緩沖區(qū)多邊形,它是地理信息系統重要的和基本的空間分析功能之一. 疊加分析 將同一地區(qū),同一比例尺的兩組或更多的多邊形進行疊置,建立新的具有多重屬性的多邊形或做相應的統計分析。 網絡分

6、析 對地理網絡（如交通網絡）、城市基礎設施網絡（如電信線、電力線、給水線等）進行地理分析和模型化，用于研究、籌劃一項網絡工程如何安排、并使其運行效果最好，包括最短（最佳）路徑分析。 空間插值 空間插值常用于將離散點的測量數據轉換為連續(xù)的數據曲面，以便與其它空間現象的分布模式進行比較，它包括了空間內插和外推兩種算法。DEM的生成是主要應用之一。 空間統計分析 統計分析是指運用統計方法及與分析對象有關的知識，從定量與定性的結合上進行的研究活動。與其他分析功能結合，可以做諸如坡度、坡向、土方量等計算與統計。,1.2.5 數據顯示與輸出 空間數據以可視化的方式顯示在屏幕上或打印出來。,1.3 GIS的

7、發(fā)展 上世紀60年代，第一個GIS誕生于加拿大。此后GIS一直與計算機技術、網絡技術、空間信息技術、數據庫技術和通訊技術的發(fā)展密切結合。目前的發(fā)展趨勢包括： 1.3.1 分布式GIS 利用最先進的分布式計算技術來處理分布在網絡上的異構多源的地理信息，集成網絡上不同平臺的空間服務、構建一個物理上分布、邏輯上統一的GIS。 1.3.2 智能GIS與空間數據挖掘 在GIS系統中引入空間數據挖掘和知識發(fā)現機制，從而解決GIS的智能化問題和空間決策支持問題。 1.3.3 GIS、RS、GPS的集成 GPS獲取精準位置，RS空間數據的獲取或更新，GIS分析與表現,1.3.4 時空系統 時空系統主要研究時空

8、模型，時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析。 1.3.5 三維GIS 三維數據結構的研究 三維數據的生成和管理 地理信息數據的三維顯示 1.3.6 移動GIS 狹義：運行于移動終端（如PDA）并具有桌面GIS功能的GIS系統，是一種離線運行模式。 廣義：是GIS、GPS、移動通信、互聯網服務、多媒體技術等的集成。,本章要點 1、GIS的基本概念 2、GIS的主要功能 3、了解GIS的緩沖區(qū)分析和網絡分析功能在環(huán)境污染、拆遷或出行路線設計中的應用原理。,第2章 基礎地理信息系統功能與組成,2.1 概述 2.1.1 基礎地理信息系統的概念 以基礎地理信息數據為管理對象，實現對基礎地理系數據的

9、采集、錄入、處理、存儲、查詢、分析、顯示、輸出、更新、共享的信息系統，它具有完善的基礎地理數據管理體系和數據服務體系。,2.1.2 建設目標,建立基礎地理信息數據庫 建立信息網絡基礎設施 輸出符合標準或符合用戶要求的各種數據 實現面向政府、企事業(yè)單位、社會公眾的網上基礎地理數據服務 為其他專題信息提供公共的基礎地理平臺 實現基礎地理信息的動態(tài)或實時更新,2.1.3 與NSDI的關系,基礎地理信息系統是國家空間數據基礎設施（NSDI）的核心組成部分。以基礎地理數據與現代網絡為主體的技術相結合，可構建空間數據基礎設施（SDI）。,空間數據框架集 空間數據協調、管理與分發(fā)體系和機構 空間數據交換標準

10、 空間數據交換網站（一站式門戶）,NSDINational Spatial Data Infrastructure 美國于1994年提出。,2.2 基礎地理信息系統功能,數據采集與加工 數據檢查與入庫 數據更新與維護 數據查詢與瀏覽 數據輸出與轉換 數據發(fā)布與共享 用戶管理、數據目錄查詢、元數據管理、數據查詢、瀏覽與下載 元數據管理 元數據是描述數據的數據,建設原則,實用性 先進性 開放性 標準化 安全性 現勢性 網絡化,技術要求,2.3 系統建設總體要求與工作流程,空間參考系 時間參考 數據內容 數據格式 數據質量要求 位置精度要求 屬性精度要求 現勢性要求 入庫數據質量控制 安全與保密 系

11、統基本功能要求,工作流程,數據庫系統設計 數據建庫 系統開發(fā)與集成 系統測試驗收 用戶培訓 運行維護,2.4 基礎地理數據的內容與特點 2.4.1 基礎地理數據的內容 基礎地理數據是描述地表形態(tài)及其所附屬的自然以及人文特征和屬性的總稱。 基礎地理數據反映和描述地球表面測量控制點、水系數據、居民點及設施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質、地名、數字正射影像、地籍等有關自然和社會要素的位置、形態(tài)和屬性信息。是統一的空間定位框架和空間分析的基礎。 基礎地理信息標準數據基本規(guī)定GB21139-2007，從數學基礎、數據內容、生產過程、數據認定四個方面對標準的基礎地理信息數據進行了界定。,2.4

12、.2 基礎地理數據分類 按數據模型和數據結構：矢量數據和柵格數據 按數據表達（產品）形式：數字線劃圖(GLG)、數字正射影像圖(DOM)、數字高程模型(DEM)、數字柵格圖(DRG)。 按其他分類方式：電子數據和非電子數據；大、中、小比例尺數據；野外采集數據、航測數據、衛(wèi)星數據、GPS數據；歷史數據和現勢數據；全要素數據和多要素數據等。,2.4.3 基礎地理數據的特點,基礎性 權威性 現勢性與動態(tài)性,抽象性 多尺度性 多樣性 復雜性,矢量數據和柵格數據,矢量數據 以幾何中的點、線、面及其組合來表示地理實體的空間分布的一種數據組織方式。具有數據精度高、存儲量小、與屬性數據關聯緊密、便于網絡分析等

13、優(yōu)點，但數據結構復雜，數據處理工作量大。 柵格數據 又稱網格或像元結構，是以規(guī)則的陣列來表示空間地物或現象的空間分布，每個網格是一個單元，位置由行、列號定義，柵格單元的數值代表屬性。優(yōu)點是結構簡單，空間疊加運算方便；缺點：數據量大，不能表現復雜的屬性特征,2.5 基礎地理數據的采集 2.5.1 基礎地理數據采集方法,2.5.2 基礎地理數據庫 基礎地理信息數據庫的組成,控制測量成果庫,數字正射影像圖數據庫,數字高程模型數據庫,數字柵格圖數據庫,數字線劃圖數據庫,地名數據庫,元數據庫,基礎地理信息數據庫建設的方式,2.6 基礎地理數據更新 2.6.1 數據更新步驟,確定更新策略 確定數據更新的目

14、標、任務，包括更新范圍、內容、周期、組織與實施方案等 變化信息獲取 調查、衛(wèi)星遙感影像比較、其他渠道 變化數據采集 人工數據采集、交互式數據采集、自動數據采集 現勢數據生產 關鍵問題包括：數據模型的演變、比例尺與數據質量標準、元數據跟蹤、匹配方法、歷史數據的組織與管理 現勢數據提供：批量提供或只提供變化部分數據,2.6.2 數據庫更新,數據庫更新方法 根據現勢性最強的資料，對照已有的數據，將局部范圍內變化了的主要地形要素進行修改（增、刪、改）， 數據更新的一致性 主要包括基礎地形數據庫與地名數據之間的一致性，基礎地形數據與DOM、DOM之間的一致性，基礎地形數據與專題信息數據的一致性。,2.7

15、 基礎地理信息系統標準,基礎標準： 空間參考系、分幅與編號、圖式、要素分類編碼、數據字典、元數據、數據交換格式等 產品標準： 4D產品的技術指標，產品的分類、標記、技術指標、包裝、檢測與評價、分發(fā)格式等 技術標準： 對生產技術方法、工藝流程、技術指標、檢查等相應的技術規(guī)定 管理標準： 生產、建庫和系統建設中的技術管理、質量監(jiān)督等方面的標準,本章要點： 1、基礎地理數據包括哪些內容？有什么特點？ 2、基礎地理數據庫由哪些內容組成？ 3、基礎地理數據的基本產品形式? 4、基礎地理信息數據的采集方式有哪些？ 5、基礎地理信息系統的主要功能有哪些？ 6、國家、省、市三級的基礎地理信息數據在空間 尺度上

16、有什么區(qū)別？ 7、 基礎地理信息標準數據基本規(guī)定GB21139-2007，從哪幾個方面對標準基礎地理信息數據進行了界定？ 8、矢量數據與柵格數據的區(qū)別,第3章 基礎地理信息系統設計與實現,3.1 需求調查與分析 3.1.1 系統目標獲取及分析 進行用戶類型分析 對現行系統進行調查分析 明確系統服務對象 用戶研究領域現狀調查 3.1.2 系統功能獲取及分析 結構化分析方法自上而下，逐步分解 面向對象分析方法自底而上，逐步綜合 快速原型化分析方法建立原型、逐步修正,3.1.3 可行性分析與系統分析方法 可行性研究：數據源調查與評估；技術可行性評估；系統的支持狀況；經濟和社會效益分析 系統分析方法：

17、數據流模型；數據字典；加工邏輯說明 3.1.4 需求規(guī)格說明書,1.引言 2.項目概述 3.系統數據描述 4.系統功能需求 5.系統性能需求 6.系統運行需求 7.質量保證 8.其他需求,3.2 系統設計 3.2.1 系統總體設計,軟件體系結構設計 C/S結構（Client/Server）：C/S模式的應用系統基本運行關系體現為“請求/響應”的應答模式。通過下載客戶端軟件訪問。,B/S結構（Browser/Server)：將C/S模式的結構與Web技術密切結合而形成的三層體系結構。（WEBGIS) 通過IE瀏覽器即可以訪問,軟件配置與硬件網絡架構 軟件配置： 操作系統：跨平臺、安全、穩(wěn)定、便于

18、開發(fā) 基礎GIS平臺：滿足GIS海量、多源數據存儲和管理，空間數據可視化程度高，與其他數據庫互操作簡便等。 商業(yè)數據庫：通用性、標準性 硬件及網絡 計算機、服務器等的運行速度； 存儲容量 網絡傳輸速度、安全、保密等 升級與維護,3.2.2 系統功能設計 數據采集與加工 數據檢查與入庫 數據更新與維護 數據查詢與瀏覽 數據輸出與轉換 數據發(fā)布與共享 元數據管理,3.2.3 系統安全設計 網絡的安全與保密 應用系統的安全措施 數據備份和恢復機制 用戶管理,3.3 數據庫設計 數據庫設計就是把現實世界中一定范圍內存在應用處理和數據抽象成一個數據庫的具體結構的過程?？傮w分為概念設計、邏輯設計、物理設計

19、和數據字典設計。 3.3.1 需求分析 調查用戶需求：了解用戶特點和要求 需求數據的收集和分析：信息需求、信息加工處理要求、完整性 與安全性要求 編制用戶需求說明書：目標、任務、具體需求說明、系統功能與性能、運行環(huán)境等 數據源的選擇地圖、航空航天影像、野外測量數據等 對各種數據集的評價：數據的一般評價、空間特性、屬性數據特征的評價,3.3.2 結構設計 空間數據結構設計是得到一個合理的空間數據模型，是空間數據庫設計的關鍵。,數據概念設計 分析現實世界，抽象出空間數據庫和系統所需要的模型。確定地理實體、屬性及其關系。 數據邏輯結構設計 將概念模型轉換為數據庫可以處理的邏輯結構，確定數據項、記錄及

20、記錄間的聯系，安全性、完整性、一致性約束。 數據庫一般邏輯結構有三種：傳統數據模型、面向對象數據模型、空間數據模型 數據物理結構設計 將邏輯結構在物理存儲器上實現，包括存儲結構和路徑設計 數據字典設計 對所有數據流中出現的要素進行嚴格的定義，包括名字、編號、分類、描述、定義、位置等,3.3.3 符號庫設計 從空間地物的圖式符號來看，地物要素的符號庫設計包括了符號類型設計和地物要素符號樣例設計。 3.3.4 元數據庫設計 元數據設計的內容主要包括：空間數據集的內容、質量、表示方法、空間參考、管理方式以及數據集的其他特征等。是空間數據交換的基礎，也是空間數據標準化與規(guī)范化的保證，在一定程度上為空間

21、數據的質量提供了保障。 3.3.5 數據更新設計,實測更新法 編繪更新法 計算機地圖制圖更新法 遙感信息更新法 GPS信息更新法,3.4 詳細設計 3.4.1 詳細設計的任務 細化總體設計的體系流程圖，繪出程序結構圖，直到每個模塊的編寫難度可被單個程序員所掌握為止； 為每個功能模塊選定算法； 確定模塊使用的數據組織； 確定模塊的結構細節(jié)及模塊間的調度關系； 描述每個模塊的流程邏輯； 編寫詳細設計文檔,3.4.2 詳細設計說明書,1.引言 1.1 背景 1.2 參考資料 2.程序模塊的組織結構 用圖表列出本程序系統內每個模塊（或子程序）的名稱 3.模塊（或子程序）1（標識符）設計說明 3.1 模

22、塊（子程序）描述 3.2 功能 4.模塊（或子程序）2（標識符）設計說明 用類似3的方式，說明第二個模塊乃至第N個模塊的設計考慮。,3.5 系統實現 3.5.1 平臺選擇 GIS基礎平臺選擇 開發(fā)語言環(huán)境選擇 運行操作系統、中間件、數據的選擇 網絡、硬件平臺配置等 3.5.2 系統功能開發(fā) 程序語言的選擇 程序設計 代碼編寫、調試和單元測試 系統代碼文檔編寫,3.5.3 系統功能集成 在功能開發(fā)完成后，根據系統的模塊劃分和接口設計進行功能的集成。關鍵是做好接口的調試工作。 3.5.4 樣例數據試驗運行 在模塊開發(fā)完成后，采用部分數據加載到系統中，進行試運行檢驗。 3.5.5 系統功能測試 根據

23、需求說明書和測試用例，檢驗系統功能運行的正確性及與需求文檔的符合程度。,本章要點： 1、通過什么方式來確定系統的建設目標和任務？ 2、數據庫結構設計主要包括哪幾個步驟？ 3、系統功能分析常用的方法有幾種？ 4、C/S和B/S結構的含義是什么？ 5、基礎地理信息系統的主要功能設計包括哪些？ 6、基礎地理信息的符號類型包括哪些？,第4章 數據建庫與系統測試評價,4.1 數據建庫 4.1.1 空間數據的三大特征 空間特征空間數據獨有的特征 屬性特征 時間特征 4.1.2 數據庫建構 矢量數據 采用適當的數據模型進行存儲，按比例尺、類型、圖層存儲 柵格數據 以目錄文件方式進行存儲，也可以利用關系型數據

24、庫，通過壓縮建立影像金字塔 數據的組織管理方式直接影響和決定了系統構架的設計，在數據庫的邏輯設計時，采用基礎庫加專題庫的的模式，構建現狀庫和歷史庫。物理建庫，分別構建4D產品數據庫。,4.1.3 數據準備 數據源的選擇 數據采集存儲原則 建庫的數據準備 數據庫入庫的組織管理 4.1.4 數據庫模式的創(chuàng)建 收集和分析用戶要求 分析用戶活動；確定系統范圍；分析用戶活動所涉及的數據；分析系統數據 建立E-R模型 局部模型設計 總體模型設計 數據庫模式設計 初步：把E-R圖轉換為關系模型 優(yōu)化：對模式進行調整和改善,4.1.5 數據入庫 數據庫入庫的組織管理 在空間數據庫建庫工作中，應建立相應的數據管

25、理組來負責入庫數據的鑒定、審批和管理入庫工作。 空間數據庫建庫流程,原始數據分析 制定工作方案 數據加工整理 數據質量檢查 數據入庫落地 編制數據說明,4.1.6 數據質量檢驗與程序監(jiān)理 數據質量標準制定原則 凡已有的國家質量標準應優(yōu)先采用，目前尚無國家質量標準的數據，可采用權威專業(yè)部門的或地方擬定的質量標準。 數據質量檢查依據 鑒定和驗收數據質量的依據 數據質量檢查與程序監(jiān)理內容 數據整理檢查的內容基本按照數據標準規(guī)范的規(guī)定和數據驗收標準執(zhí)行，數據的檢查主要是針對入庫的數據進行空間和屬性的檢查，排除數據邏輯上的錯誤。,4.1.7 基礎地理數據標準與質量控制 數據標準化 數據標準的統一是實現信

26、息共享的前提條件 空間數據質量控制 基礎地理數據的質量控制具體表現在檢測數據可靠性和分析數據的不確定性，從定位精度、屬性精度、邏輯一致性、數據完整性等多方面對數據進行過程控制、檢查與評價。,數據質量控制內容 空間位置精度：數學基礎、平面精度和高程精度 屬性數據：屬性項定義、屬性值和單位異常、標識碼的唯一性等 空間關系：拓撲關系的相鄰性、連續(xù)性、閉合性、包含性、一致性 質量控制技術方法 過程控制和結果控制，貫穿整個數據采集過程 基于拓撲關系規(guī)則的數據檢查 建立空間數據要素間拓撲關系約束的規(guī)則，相鄰、連接、覆蓋、相交、重疊等。,4.2 系統部署 4.2.1 系統部署 狹義：GIS軟件被安裝到計算機

27、的硬盤上 廣義：系統硬件的安裝、調試，軟件安裝、測試 4.2.2 整體測試：軟、硬件、數據協調性，能否正常運轉 4.2.3 系統驗收與交付 驗收：依據主要是項目合同、需求說明書及相關標準規(guī)范 交付：培訓和成果移交 4.2.4 系統運行、管理與維護 運行與管理：微機資源管理，機房管理以及安全管理 維護更新：數據；應用系統；網絡維護與安全管理。,4.3 系統測試與評價 4.3.1 系統測試的目的 4.3.2 系統評價指標及內容 系統技術評價指標及內容：可靠性與安全性，可擴展性，可移植性、系統效率 系統經濟評價指標及內容：系統產生的效益，商品化程度，技術服務支持能力，軟件維護和運行能力 4.3.3

28、系統測試評價方法與內容 測評方法：文檔審查、模擬運行測試、模擬開發(fā)測試 測試內容：系統運行環(huán)境；軟硬件體系支撐結構；系統各項功能指標；系統綜合性能指標,本章要點： 1、空間數據的三大特征 2、柵格數據的存儲方式 3、空間數據建庫流程 4、空間數據的質量控制內容 5、系統部署分幾個步驟 6、系統技術評價指標 7、系統測評方法和測試內容,第5章 基礎地理信息共享與服務,5.1 地理信息共享 5.1.1 面向文件的地理信息共享 簡單易用，效率低 5.1.2 面向數據庫的地理信息共享 支持海量、支持并發(fā)訪問，是局域網共享的主要方式 5.1.3 面向服務的地理信息共享 基于SOA架構，采用WebService技術，構建地理信息服務共享平臺，支持數據共享和功能共享，支持異構GIS平臺集成應用,5.2 服務式GIS的模式 5.2