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1、地理信息系统设计与应用,主讲： 华 丽 mail： ,地理信息系统设计与开发,一、课程意义,二、课程安排,三、可选教材,2、当前时代特点要求,开始学习,1、GIS发展势头迅速,3、学习目的和要求,四、学习和考评方法,前 言,Proposal of New Geographic Information Age,Since the concept of GIS was proposed by Roger. Tomlinson in the 1960s at the first time, it has gone through a long process of development and h
2、as acquired remarkable achievement during the passed fore decades. Its applied fields include land use, resources management, environmental observation, transportation, urban planning and so on.,返回,地理信息系统发展趋势前所未有,Nature, 2004 Jan 22，427(6972):376-377,当今世界三大新兴技术：生物技术Biotechnology，纳米技术Nanotechnology和地
3、球空间信息技术Geotechnology。 空间信息技术的发展正面临前所未有的良好机遇与挑战！,Next Generation of Internet,Web2.0,Sensor Network,Virtual Earth,Google Earth,Opportunities and challenges faced by traditional Geo-Information Age,Proposal of new geographic information age,Google Earth,Virtual Earth from Microsoft,GeoGlobe with Measur
4、able Images,（四） 人员,Dr. Vincent Tao, York Univ GeoICT Lab,Sensor Recources,各种传感器需要在Web上进行描述、注册、在线处理与服务。,天基互联网与天地通信网络的耦合,Intelligent Transport System based on sensor network,Typical characteristics of the New Geo-Information Age,十一五成果,在“863”计划等国家科技计划的持续支持下，我国已经确立了结构优化、布局合理、市场有序的空间信息软件体系，研发出以MapGIS、Sup
5、erMap、BeyonDB、GeoBean、GeoGlobe、Titan、Geoway、DPGRID等为代表的国产自主品牌软件，形成了与国际品牌软件竞争的新态势。 产业增幅超过300%，产值突破1000亿元，建立了60个省市级产业基地，造就了一批具有国际竞争力的空间信息软件企业和集团，显著提高了我国空间信息软件产业的创新服务能力。 http:/ 在对GIS知识有更深入的理解和体会的基础上了解并掌握GIS系统一系列设计和实现的方法与过程。 掌握地理信息系统项目组织和管理的特殊性和相关理论。 熟练运用一种语言和地理信息系统基础平台进行二次开发。 掌握如何将地理信息系统与应用模型及其他系统集成综合解
6、决和处理问题的基本方法，达到会设计与应用的目的。,返回,课时安排,理论：32学时 实验：12学时,返回,回顾GIS相关知识？,GIS设计什么？,如何进行GIS设计与实现？,GIS设计实例？,第一至二章 GIS用户、产品模式，GIS设计思想、内容及方法,第三至十章：GIS设计与开发步骤，如何进行二次开发和系统集成，分布式GIS设计、GIS项目组织与管理等,第十一章：应用型GIS设计实例,返回,课程安排,参考教材,吴信才等.地理信息系统设计与实现. 第二版. 北京：电子工业出版社. 2009 李满春等.GIS设计与实现. 第一版. 北京：科学出版社. 2003 闾国年，张书亮等，地理信息系统集成原
7、理与方法，科学出版社.2003 毕硕本.地理信息系统软件工程的原理与方法. 第一版. 北京：科学出版社. 2003 邬伦等.地理信息系统原理、方法和应用. 第一版. 北京：科学出版社. 2002 刘光.地理信息系统二次开发教程. 第一版. 北京：电子工业出版社. 2002 韩鹏.地理信息系统开发MapObjects方法. 第一版. 武汉大学出版社. 2004 薛伟.MapObjects地理信息系统程序设计. 第一版. 国防工业出版社. 2004,返回,吴信才等.地理信息系统设计与实现. 第一版. 北京：电子工业出版社. 2009 李满春等.GIS设计与实现. 第一版. 北京：科学出版社. 20
8、03 闾国年，张书亮等，地理信息系统集成原理与方法，科学出版社.2003 毕硕本.地理信息系统软件工程的原理与方法. 第一版. 北京：科学出版社. 2003 邬伦等.地理信息系统原理、方法和应用. 第一版. 北京：科学出版社. 2002 刘光.地理信息系统二次开发教程. 第一版. 北京：电子工业出版社. 2002 韩鹏.地理信息系统开发MapObjects方法. 第一版. 武汉大学出版社. 2004 薛伟.MapObjects地理信息系统程序设计. 第一版. 国防工业出版社. 2004,学习采用形式,课堂授课 小组讨论 师生问答 实验实习 设计开发,返回,考评方法,平时表现：出勤、讨论、作业和
9、回答问题 ，占10 实验：实验报告、实验结果、实验表现，占20 实习：实习报告、实习结果和实习表现，占20% 考试：50,返回,第一章 概 论,本章主要知识点,GIS的基本概念(回顾理解) GIS的类型 GIS应用 GIS用户和产品模式 GIS开发方式 GIS软件发展阶段 GIS设计的内容与过程(应该掌握的重点),基本概念,GIS定义定义类型 面向数据处理过程定义 面向专题应用定义 面向工具箱定义 面向数据库定义 GIS定义作用与地位 地图观点：地图数据处理与显示 数据库观点：计算机角度 分析工具观点：空间分析与空间建模,GIS是横断计算机科学、信息学、遥感科学、测量学、地图学、地理学、资源学
10、、环境学等学科的一门新兴边缘学科。 GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、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。 美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）,GIS定义概念框架,GIS定义对GIS的理解,GIS的物理外壳是计算机化的技术系统 GIS的操作对象是空间数据 GIS的技术优势在于它的空间分析能力 GIS与地理学、测绘学联系紧密 GIS引入地学界，如同Fortran语言引入计算机科学界一样重要。 美国学者 K. I.兰菲尔,GIS定义GIS在信息系统中的位置,信息系统,非空间信息系统,专题地理 信息系统,地理信息系统,非地
11、理信息系统,管理信息系统,综合地理 信息系统,CAD/CAM,空间信息系统,地籍GIS 交通GIS,资源与环境GIS 规划与管理GIS,数据模型,矢量GIS,栅格GIS,矢-栅GIS,研究范围,全球GIS,区域GIS,研究内容,（一） 硬件 （二） 软件 （三） 数据 （四） 人员 （五） 模型,硬 件,基本配置,单机模式： 由基本外设、处理 设备和输出设备构成 适用于小型GIS建设 数据传输与资源共享不方便,硬件应用模式,硬件应用模式,局域网模式： 部门或单位内部GIS建设 专线连接 资源共享较方便,硬件应用模式,广域网模式： 用户分布地域广泛，不适合专线连接 公共通讯连接 资源共享方便 局
12、部范围为局域网，通过若干通道与广域网连接,软 件,组成结构,软件,GIS软件提供了一系列功能模块用来存储、分析和显示空间数据 对GIS软件有以下要求 提供显示、操作地理数据的常用工具 提供空间数据库管理系统 提供图形与属性数据同步查询统计分析功能 简单易用的图形用户界面,GIS软件构成,数 据,地理数据是以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文景观的数据 GIS的数据来源 普通地图 影像 其它图形软件的结果数据或相关的数据资料 遥感数据 GPS 测量,GIS的操作对象为空间数据 空间数据特征：几何、属性、时间数据； 空间数据组织：矢量结构、栅格结构； 空间数据管理： 几何数据：文件 属性
13、数据：关系数据库,数据,GIS的开发是以人为本的系统工程。 业务素质与专业知识是GIS工程及应用成功的关键。 不但对GIS的技术和功能有足够的了解，而且要具备组织管理的能力。 技术培训、硬件维护与更新、系统升级、数据更新、文档管理、数据共享建设等。,人 员,人员是GIS的重要构成因素 人员在GIS中 对GIS软件进行开发、维护和升级 对GIS数据进行搜集、入库和管理 应用GIS进行生产生活实践，实现GIS的价值,人员,GIS类型,应用型地理信息系统 与特定的地理区域相联系的、具有明确应用目的的地理信息系统 特点： 区域性特点 应用目的性特点 核心应用模型 专业的用户界面 又可分为： 专题地理信
14、息系统 区域型地理信息系统,工具型地理信息系统 也称地理信息系统开发平台,是具有GIS基本功能,供其他系统调用或进行二次开发的操作平台。 是可以对各种地理空间数据进行输入、编辑、显示、管理、查询和处理分析，并能用以建立应用型地理信息系统的软件包。,GIS功能与应用,GIS能作什么？,一、GIS 功能,二、GIS 应用,二、GIS 主要 应用领域,领域广泛 研究分析深入 社会化应用 应用全球化 网络化集成化 模型多样化,城镇土地利用系统,电信地理信息系统,铁路地理信息系统,警用地理信息系统,属性查询,查询,专题图,作战指挥,地图切换,地理信息系统医疗机构查询,地理信息系统三维虚拟,地理信息系统电
15、子沙盘,地理信息系统WEBGIS,GIS用户和产品模式,GIS用户,GIS最终用户 他们可能不是GIS专家，不一定需要了解系统的运行机制或是技术内涵，而只需对系统进行简单的操作 交付最终用户使用的GIS软件必须操作简单、界面友好 需要对最终用户进行简单的软件使用培训,GIS专业人士 指的是指具有一定GIS理论和实践基础，并从事GIS行业研究的技术人员 GIS专业人士又可以分为：GIS项目经理、程序员、数据库管理员、系统管理员、地图制作人员等,GIS开发商/系统集成商 GIS开发商主要有ESRI，Intergraph，ERDAS，MapInfo等公司 GIS系统集成商是指利用GIS软件开发平台，
16、针对应用领域的具体应用进行产品开发的公司和机构,GIS产品模式可归结为以下几种 数字地图 数字地图是GIS最简单、最基本的产品之一 桌面制图 对数字地图进行显示、漫游、缩放 对地图进行实时的编辑 桌面GIS 同时管理空间信息与属性信息 快捷方便地对地图进行基于属性的显示 对地图要素进行空间分析操作 提供二次开发语言供用户定制开发 专业化GIS 存储了拓扑数据，增强了GIS的空间分析功能 大众化GIS,国外GIS软件开发商及其主要产品情况表,国内GIS软件开发商及其主要产品情况表,GRASS（综合 ） PostgreSQL/PostGIS 空间数据库 GeoTools GIS中间件 Map Se
17、rver Web Map Server World Wind 三维,ArcGIS 是目前功能最为完善、性能最为稳定的专业地理信息系统软件平台之一，也是最庞大的GIS软件。 SuperMap 具有完全自主知识产权的大型地理信息系统软件平台。包括组件式GIS开发平台（SuperMap Objects）、服务式GIS开发平台（SuperMap IS ，SuperMap iServer ）、嵌入式GIS开发平台、桌面GIS平台（SuperMap Viewer、SuperMap Express、SuperMap Deskpro）、导航应用开发平台以及相关的空间数据生产、加工和管理工具。,ArcGIS产品
18、家族,五大飞跃,协同GIS：Web2.0时代GIS由共享到协同的飞跃 三维GIS：真正3D建模、编辑、分析能力的飞跃 一体化GIS：影像和GIS双剑合璧，RS+GIS价值整合的飞跃 时空GIS：由三维空间向四维空间的飞跃 云GIS：全球唯一支持云架构的平台，GIS向云端的飞跃,协同GIS,三维GIS,一体化GIS,时空GIS,15 Ways to Tell Its Not Cloud Computing,假如它提到“网格计算”和“开放式网格计算服务”。它不是一个真的云 假如你需要发送40页需求文档给服务器提供商才能获取服务。它不是一个真的云 假如你不能用自己的信用卡购买。它不是一个真的云 假如
19、他们尝试卖你硬件。它不是一个真的云 假如没有一个API可供调用。它不是一个真的云 假如你需要为了它重新设计你的系统。它不是一个真的云 假如它需要超过10分钟才能提供服务。它不是一个真的云 假如你不能在10分钟之内终止服务。它不是一个真的云 假如你知道机器在哪。它不是一个真的云 假如房子里还有个顾问。它不是一个真的云 假如你需要预先支付你需要的机器数量。它不是一个真的云 假如它只能在一个操作系统中运行。它不是一个真的云 假如你不能从你自己的机器上连接上它。它不是一个真的云 假如你需要为使用它而安装软件。它不是一个真的云 假如你拥有所有的硬件。它不是一个真的云 假如它需要花费20页幻灯片来解释。它
20、不是一个真的云,If you peel back the label and its says “Grid” or “OGSA” underneath its not a cloud. If you need to send a 40 page requirements document to the vendor then it is not cloud. If you cant buy it on your personal credit card it is not a cloud If they are trying to sell you hardware its not a clo
21、ud. If there is no API its not a cloud. If you need to rearchitect your systems for it Its not a cloud. If it takes more than ten minutes to provision its not a cloud. If you cant deprovision in less than ten minutes its not a cloud. If you know where the machines are its not a cloud. If there is a
22、consultant in the room its not a cloud. If you need to specify the number of machines you want upfront its not a cloud. If it only runs one operating system its not a cloud. If you cant connect to it from your own machine its not a cloud. If you need to install software to use it its not a cloud. If
23、 you own all the hardware its not a cloud. If it takes 20 slides to explain. its not a cloud,GIS开发方式,独立开发方式 宿主型开发方式 集成开发方式,指不依赖于任何GIS工具软件，利用专业程序设计语言开发应用模型，直接访问GIS软件的内部数据结构。 从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如Visual C+ 、Delphi、Java、C#等，在一定的操作系统平台上编程实现。 缺点很明显，GIS平台层开发工作量大，技术难度高，开发周期
24、长，维护工作艰难，没有足够的资金和技术力量很难开发出成功的应用系统。,基于GIS平台软件，进行应用系统开发。 有的GIS平台提供了可供用户进行二次开发的宏语言（脚本语言），它是一种专门用于该GIS平台的一种开发语言，如ArcInfo提供的Arc Macro Language（AML）语言、ArcView提供的Avenue语言和MapInfo提供的MapBasic语言。用户以原GIS软件为开发平台，利用这些脚本语言，开发出自己的针对不同应用领域的应用程序。 开发较为容易; 二次开发的脚本语言，功能较弱;所开发的系统不能脱离GIS平台;是解释执行的，运行效率低;用户界面受平台软件的限制。,二次开发
25、宏语言AML,AML是ArcInfo的ARC环境下的一种编程语言。AML提供了完整的编程能力和具有以下功能的一组工具集： 1）方便处理经常执行的动作； 2）创建自己的界面； 3）为新用户或无经验的用户提供启动实用程序； 4）开发一个菜单驱动用户界面来满足最终用户的要求； 有两类AML文件即宏命令文件和菜单文件。宏命令文件将ARC/INFO命令组建起来，从而使许多复杂的地理操作更容易执行。菜单文件提供了一种易于使用的图形界面，用户只要学会简单的鼠标操作，就可以方便地选取和执行需要的操作。但AML是ArcInfo自定义的一种二次开发语言，它的语言风格和开发方式自成一体，一般用户难以掌握。,二次开发
26、宏语言MapBasic,MapBasic是Mapinfo自带的二次开发语言，它是一种类似Basic的解释性语言，利用MapBasic编程生成的*.mbx文件能在Mapinfo软件平台上运行，早期的Mapinfo二次开发都是基于MapBasic进行的。MapBasic学起来容易，用起来却束缚较多，无法实现较复杂的自定义功能，用它来建立用户界面也很麻烦。MapBasic比较适合用于扩展Mapinfo功能。,利用API函数开发 利用控件开发 利用组件开发,API函数,API（Application Programming Interface）， 即： “应用程序接口”，是一些用C语言编写、由系统自身
27、调用的函数。API函数由许多“动态链接库”（DLL）组成。 API函数的二次开发必须在C语言的环境下进行，并且开发难度大、复杂、周期长。,控件,控件或称为OLE控件、ActiveX控件，控件是一种实现若干标准接口的COM对象。二十世纪九十年代末各个GIS厂商也相应开发出了各自的GIS控件，如ESRI的MapObjects，武汉吉奥公司的GeoMap等，它们是一个功能复杂的控件和自动化对象的集合体。 利用控件进行二次开发，用户可以根据开发的需要，选择一种自己熟悉的二次开发语言来进行开发，开发周期短、难度小。但控件一般封装得比较简单，开放性和可扩展性有所欠缺，不适于大型的工程应用开发。,组件,利用
28、组件进行二次开发是目前最主流的GIS二次开发方式，代表性软件有ArcObjects、GeoSar4.0等。通过把GIS功能分别封装成一个个组件，使得系统有很好的灵活性、开放性和可扩展性。,独立开发难度太大 宿主型二次开发受GIS平台所提供的脚本语言的限制 GIS组件开发模式结合了GIS平台软件与可视化开发平台的组件开发模式的优点。利用GIS组件实现对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发平台提供的丰富的、功能强大的编程组件和环境，不仅能大大提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的用户界面，更强大的数据库功能。可靠性好、易于移植、便于维护，学习
29、周期较短，容易上手。成为GIS应用开发的主要方向。,GIS软件发展阶段,从第一个地理信息系统（CGIS）诞生至今，GIS已有四十多年的发展历史。软件是GIS核心内容之一 ，GIS软件技术经历以下五个阶段,集成式GIS 模块式GIS 核心式GIS 组件式GIS 万维网GIS,在GIS发展早期，为满足某些特定需求，产生了许多的GIS功能模块。随着需求不断升级，研究人员开始将这些分散的功能模块集成为具有多种功能的综合性GIS。该时期即GIS发展的集成化阶段,结构过于复杂、成本较高。,研究人员着眼于系统整体结构，按功能的关联度，将GIS划分为不同的功能模块。模块化GIS不同于集成式GIS从下而上的开发
30、思路，采用从上往下的方法进行开发，功能模块内聚性更强、划分更为合理,集成式GIS和模块式GIS都没有解决与其它系统的集成问题，核心式GIS正是基于该背景提出来的,它将GIS功能封装成动态链接库（DLL），通过应用程序接口（API）访问，以此来实现与其它系统的集成。,核心式GIS开发难度大，不易被开发人员掌握，不利于GIS社会化和大众化的发展,组件式GIS综合了模块式GIS、核心式GIS的优点，将GIS功能划分为不同的功能模块，这些模块之间以及与其它系统之间通过标准的通信接口实现交互，不仅解决了异构系统的交互问题，而且开发成本低、易于掌握。,Internet技术的发展使得网络化成为GIS发展的必然趋势，因此WebGIS应运而生WebGIS的发展使得Internet用户可以通过万维网浏览空间数据、制作专题图以及进行各种空间检索和空间分析。,空间数据发布 空间查询检索和联机处理 空间数据可视化 空间模型分析服务 Web资源的共享,GIS趋于综合性发展 GIS数据模型研究 GIS数据共享和互操作促进GIS社会化发展 GIS产业化发展 GIS软件向服务式GIS发展 网络化方向发展,本章结束,