GIS设计与开发(修订)

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1、第一章GIS及其设计与开发概述作为一门由测量学、地理学、计算机科学、信息科学等多学科交叉而成的综合性学科，地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）在过去的几十年中得到了飞速的发展，并建立了完整的理论与技术体系，已经成为当今信息产业中不可或缺的重要组成部分。由于GIS在空间数据采集上具有灵活、快速、图形化显示等优点，而且可以对空间数据进行有效的处理和分析，所以GIS已经在城市规划、环境管理、灾害评估、土地利用等诸多领域中得到了广泛的应用。GIS按照其内容可以分为工具型和应用型两类。前者是一种通用的操作平台或软件包，具有空间数据输入、处理

2、、存储、分析、输出等GIS的一般功能；后者是在工具型GIS基础上，根据用户需求和目的而开发的用以解决实际问题的地理信息系统。GIS的设计与开发主要针对的应用型GIS，本章首先概述GIS的定义、组成要素和发展历史，然后阐述GIS软件工程一般的GIS设计与开发方法，最后介绍常用的以及在本文中所采用的开发环境和工具。1.1GIS及其发展历史1.1.1GIS的定义随着现代社会的飞速发展，信息的作用显得越来越重要，而作为信息管理与决策工作中的一种主要手段，信息系统是以计算机技术为支撑，对信息进行采集、管理、加工、处理和输出，并根据应用目的而建立的技术与组织体系。很多时候，人们在规划

3、与决策中需要使用到地理信息，如我们所熟知的地图等，这就促使了“地理信息系统”这一信息系统类型的产生。迄今为止，不同的学者和机构对地理信息系统给予了不同的定义：1）国际标准化组织地理信息标准化技术委员会ISO/TC211（InternationalStandardsOrganization/TechnicalCommittee211）认为地理信息系统是获取地理空间数据的合成、分析和解释等结果的计算机系统。2）美国地质勘探局USGS（UnitedStatesGeologicalSurvey）认为地理信息系统是关于地理信息的收集、存储、处理和显示等操作的平台。3）美国联邦数字地

4、图协调委员会FICCDC（FederalInteragencyCoordinatingCommitteeonDigitalCartography）关于地理信息系统的定义为：“由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。”4）加拿大著名学者RogerF.Tomlinson认为地理信息系统是支持对多种地理数据进行查询和分析的数字信息处理系统。5）北京大学的邬伦等综合了国内外众多学者的观点，提出了较为综合性的定义：“153以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息

5、，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。”6）我国著名学者陈述彭等则认为地理信息系统是由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。然而，上述的不同定义却反映了一些地理信息系统所具有的基本特点：1）地理信息系统表现为计算机技术系统，对计算机软硬件有着很高的要求；2）地理信息系统的操作对象是地理空间数据，这也是地理信息系统所独具的丰富和复杂的数据类型；3）由于处理的是地理空间数据，所

6、以地理信息系统往往具有庞大的数据量；4）地理信息系统以地理学、测绘学、地图制图学、计算机科学等诸多学科交叉而形成的综合学科为技术依托；5）在功能上，地理信息系统的技术优势是其对空间数据的查询和分析能力。1.1.2GIS的组成要素GIS的组成要素由内到外主要有数据即地理空间数据、计算机软件、计算机硬件和用户等四部分，如图1-1所示。图1-1GIS的组成要素1）地理空间数据位于GIS的最内层，包括图形数据、属性数据和时间数据。图形数据有矢量数据和栅格数据两类，前者以坐标点的方式记录以点、线、面等形式表现的抽象地理实体，并根据拓扑关系模型构建地理实体间的邻接、包含等拓扑关系；后

7、者是用数字表示的像元阵列。属性数据描述的是地理实体所具有的位置、分布、形状等属性信息，而针对矢量数据和栅格数据，属性数据分别表现为向量模型和专题模型。此外，GIS需要将空间数据和属性数据连接起来，建立相同的内部标识，以便查询和分析。1532）计算机软件是按照一定的制度、法规和作业方针所建立的软件环境，包括系统软件（操作系统）、基础软件（空间数据管理软件）和GIS专业软件，而GIS专业软件用以实现数据输入、编辑、管理、分析和输出等GIS基本功能以及特定的应用目的。3）计算机硬件是地理空间数据和计算机软件的载体，包括处理设备（计算