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GIS設計與實現(第三版) 版權信息
- ISBN：9787030638724
- 條形碼：9787030638724 ; 978-7-03-063872-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
GIS設計與實現(第三版) 內容簡介
本書在充分研究和分析GIS發展現狀的基礎上，詳細論述了GIS設計的理論基礎、設計內容、相關規范與標準以及GIS設計的各種方法，并系統介紹了GIS設計與開發的各個階段，即GIS系統定義、系統總體設計、系統詳細設計、系統實施、系統測試及維護等的方法、步驟、工具以及GIS設計項目管理與質量保證的相關理論方法。此外，本書還對GIS空間數據庫和分布式GIS的設計與實現進行了探討。*后，本書以建設完成的縣(市)級土地利用規劃管理信息系統為例，具體實踐了GIS設計各階段的方法和內容。
GIS設計與實現(第三版) 目錄
目錄
第三版序
第三版前言
第二版前言
**版序
**版前言
**章 引論 1
**節 什么是GIS 1
第二節 GIS的規范化和標準化 6
第三節 GIS設計的目標與任務 11
思考題 14
第二章 GIS設計思想與方法 15
**節 GIS設計的理論基礎——GIS工程學思想 15
第二節 面向對象設計方法 19
第三節 原型法 24
第四節 結構化生命周期法 26
第五節 GIS基本設計方法比較與選擇 29
思考題 30
第三章 系統定義 32
**節 系統定義的任務 32
第二節 系統需求調查 32
第三節 系統定義工具 34
第四節 系統可行性研究 45
第五節 GIS系統定義報告 46
思考題 47
第四章 系統總體設計 48
**節 系統總體設計的任務 48
第二節 GIS硬軟件配置方案設計 48
第三節 GIS軟件架構設計 49
第四節 系統總體設計工具 51
第五節 GIS功能模塊設計 57
第六節 GIS用戶界面的設計原則 60
第七節 GIS總體設計報告 60
思考題 61
第五章 系統詳細設計 62
**節 系統詳細設計任務 62
第二節 系統詳細設計工具 62
第三節 GIS接口設計 72
第四節 GIS用戶界面詳細設計 73
第五節 GIS詳細設計報告 75
思考題 76
第六章 地理數據庫設計 77
**節 地理數據庫設計任務 77
第二節 概念模型：空間實體-關系模型設計 77
第三節 邏輯設計：地理數據模型設計 80
第四節 存儲設計：數據存儲結構設計 87
第五節 功能設計：數據存取、檢索與共享設計 89
第六節 地理數據采集與建庫設計 91
第七節 地理數據庫設計報告 94
思考題 95
第七章 地理模型庫設計 96
**節 地理模型 97
第二節 地理建模過程 100
第三節 GIS與地理模型的集成 105
第四節 地理模型庫 108
第五節 地理模型庫設計報告 114
思考題 115
第八章 前沿GIS設計 116
**節 地理大數據與GIS設計 116
第二節 云計算與GIS設計 120
第三節 人工智能與GIS設計 126
第四節 虛擬仿真與GIS設計 130
思考題 139
第九章 GIS實施 140
**節 GIS設計的再評價 140
第二節 系統實施計劃的制訂 140
第三節 系統開發的組織管理 141
第四節 GIS實現 142
第五節 系統的調試與部署 147
第六節 GIS開發文檔 147
思考題 149
第十章 GIS測試與評價 150
**節 GIS軟件測試 150
第二節 GIS軟件評價 153
第三節 GIS測評報告 155
思考題 156
第十一章 GIS維護 157
**節 GIS維護內容及組織保障 157
第二節 GIS軟件維護 161
第三節 地理數據維護與更新 163
第四節 GIS安全與保密 167
第五節 GIS維護日志 170
思考題 171
第十二章 GIS項目管理與質量保證 172
**節 GIS項目估算 172
第二節 GIS項目進度安排 174
第三節 GIS項目追蹤與風險管控 175
第四節 GIS軟件度量與質量保證體系 176
第五節 GIS項目管理與質量保證報告 179
思考題 180
第十三章 國土空間規劃信息系統設計與實現 181
**節 系統建設背景 181
第二節 系統定義 181
第三節 系統總體設計 187
第四節 系統詳細設計 194
第五節 系統實現 204
思考題 209
主要參考文獻 211
第三版序
第三版前言
第二版前言
**版序
**版前言
**章 引論 1
**節 什么是GIS 1
第二節 GIS的規范化和標準化 6
第三節 GIS設計的目標與任務 11
思考題 14
第二章 GIS設計思想與方法 15
**節 GIS設計的理論基礎——GIS工程學思想 15
第二節 面向對象設計方法 19
第三節 原型法 24
第四節 結構化生命周期法 26
第五節 GIS基本設計方法比較與選擇 29
思考題 30
第三章 系統定義 32
**節 系統定義的任務 32
第二節 系統需求調查 32
第三節 系統定義工具 34
第四節 系統可行性研究 45
第五節 GIS系統定義報告 46
思考題 47
第四章 系統總體設計 48
**節 系統總體設計的任務 48
第二節 GIS硬軟件配置方案設計 48
第三節 GIS軟件架構設計 49
第四節 系統總體設計工具 51
第五節 GIS功能模塊設計 57
第六節 GIS用戶界面的設計原則 60
第七節 GIS總體設計報告 60
思考題 61
第五章 系統詳細設計 62
**節 系統詳細設計任務 62
第二節 系統詳細設計工具 62
第三節 GIS接口設計 72
第四節 GIS用戶界面詳細設計 73
第五節 GIS詳細設計報告 75
思考題 76
第六章 地理數據庫設計 77
**節 地理數據庫設計任務 77
第二節 概念模型：空間實體-關系模型設計 77
第三節 邏輯設計：地理數據模型設計 80
第四節 存儲設計：數據存儲結構設計 87
第五節 功能設計：數據存取、檢索與共享設計 89
第六節 地理數據采集與建庫設計 91
第七節 地理數據庫設計報告 94
思考題 95
第七章 地理模型庫設計 96
**節 地理模型 97
第二節 地理建模過程 100
第三節 GIS與地理模型的集成 105
第四節 地理模型庫 108
第五節 地理模型庫設計報告 114
思考題 115
第八章 前沿GIS設計 116
**節 地理大數據與GIS設計 116
第二節 云計算與GIS設計 120
第三節 人工智能與GIS設計 126
第四節 虛擬仿真與GIS設計 130
思考題 139
第九章 GIS實施 140
**節 GIS設計的再評價 140
第二節 系統實施計劃的制訂 140
第三節 系統開發的組織管理 141
第四節 GIS實現 142
第五節 系統的調試與部署 147
第六節 GIS開發文檔 147
思考題 149
第十章 GIS測試與評價 150
**節 GIS軟件測試 150
第二節 GIS軟件評價 153
第三節 GIS測評報告 155
思考題 156
第十一章 GIS維護 157
**節 GIS維護內容及組織保障 157
第二節 GIS軟件維護 161
第三節 地理數據維護與更新 163
第四節 GIS安全與保密 167
第五節 GIS維護日志 170
思考題 171
第十二章 GIS項目管理與質量保證 172
**節 GIS項目估算 172
第二節 GIS項目進度安排 174
第三節 GIS項目追蹤與風險管控 175
第四節 GIS軟件度量與質量保證體系 176
第五節 GIS項目管理與質量保證報告 179
思考題 180
第十三章 國土空間規劃信息系統設計與實現 181
**節 系統建設背景 181
第二節 系統定義 181
第三節 系統總體設計 187
第四節 系統詳細設計 194
第五節 系統實現 204
思考題 209
主要參考文獻 211
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GIS設計與實現(第三版) 節選
**章 引論 **節 什么是GIS 隨著計算機的出現和發展，以計算機技術為核心的信息處理技術作為當代科技革命的主要標志之一，已廣泛滲入生產和生活的方方面面，影響著社會經濟的發展，并成為衡量一個國家科技發展水平的重要標準之一。人類的生存環境是一個三維地理空間，涉及的信息相當一部分與地理空間位置相關。地理信息系統（GIS）作為信息處理技術的一種，是以計算機技術為依托，以具有空間內涵的地理數據為處理對象，運用系統工程和信息科學的理論和方法，集采集、存儲、顯示、處理、分析、地理信息輸出于一體的計算機系統。簡單地說，GIS研究如何利用計算機技術來管理和應用地球表面的空間信息，它是由網絡、硬件、軟件、地理數據庫、地理模型庫和人員組成的有機體，用于高效地采集、存儲、更新、處理、分析和顯示各種類型的地理信息，為規劃、管理和輔助決策提供信息來源和技術支持。理論方法的發展、技術的進步和應用需求的提升等因素，深深地影響著GIS的發展，而信息技術日新月異的飛速發展更是大大加速了GIS普及應用的進程，*終將幫助人類實現建立“智慧地球”的夢想。 1.1.1 GIS概述 1.GIS主要功能 GIS是對人類的生存環境進行描述和建模的計算機系統，主要功能包括以下四點。 1）數據采集 紙質地圖的數字化是GIS數據采集的傳統方法，它具有使用方便、技術成熟、精度高、容易控制等特點，同時也存在低效率和高代價等問題。目前，GIS數據采集越來越多地借助于遙感（remote sensing，RS）和全球導航衛星系統（global navigation satellite system，GNSS）。遙感數據已經成為GIS的重要數據來源，但是它必須進行一系列的影像處理和格式轉換。GNSS可以準確、快速地定位地球表面的任何地點，它在動態監測、智能決策等方面發揮著巨大的作用。另外，智能可穿戴設備的出現使得GNSS可以詳細地記錄人的行為軌跡，在社會學研究方面具有重大的潛力。 2）數據存儲 地理數據存儲是GIS中*底層和*基本的技術，龐大的數據量要求地理數據庫能夠進行高效存取。地理數據存儲包括空間數據的存儲和屬性數據的存儲。其中，空間數據存儲受到計算機處理速度和數據量的限制，通常采取分層或是分“要素”存儲的模式以提高數據存取的速度。隨著GIS向動態、多維等方向發展，二維空間數據存儲方式已不能適應GIS在某些領域進一步發展的需求，故而動態、多維的空間數據存儲已成為目前GIS研究的熱點。 3）數據處理和分析 數據處理和分析是GIS提供的對地理數據的一系列操作，以獲取信息和知識。強大的地理數據處理和分析能力是GIS被廣泛應用的主要原因之一。通過GIS提供的地理數據處理和空間分析功能，用戶可以從已知的海量地理數據中挖掘出隱含的重要知識，這在許多應用領域中是至關重要的。 4）數據輸出 將查詢統計的結果或是數據處理和分析的結果以指定的形式輸出是GIS問題求解過程的*后一道工序。輸出形式通常有兩種：在計算機屏幕上顯示或通過繪圖儀輸出。其中，計算機屏幕顯示既可以展示靜態地理數據、數據處理和分析結果，也可以生動地呈現各種地理信息的時空變化過程。 2.GIS特點 GIS是橫跨地理學、測繪科學、計算機科學和軟件工程等學科的一門重要交叉學科，與其他信息系統相比，GIS具有以下特點。 1）GIS的處理對象是地理數據 地理數據包括屬性數據和空間數據，利用空間坐標來表達實體的空間位置是GIS數據管理的基本思想。GIS將數據庫的一些基本技術（如數據模型、數據存儲、數據檢索等）與地理數據的特征相結合，發展形成地理數據庫技術，用來實現地理數據的管理和存儲。 2）GIS提供了一系列地理數據處理和分析的工具 基于地理數據庫技術，GIS提供了地理數據采集、存儲、顯示、操作、分析、建模、輸出等工具，利用這些工具可以實現一些其他信息系統無法實現的功能（如空間優化、路徑規劃、選址分析等）。 3）GIS實現了地理實體與屬性數據的關聯 通過建立地理實體與屬性數據的關聯關系，可以實現圖形數據與屬性數據的同步查詢、統計和分析，這是GIS與其他制圖系統或管理信息系統的主要區別之一。 1.1.2 GIS構成 GIS作為處理地理數據的一種方法和技術，由六部分構成：網絡、硬件、軟件、地理數據庫、地理模型庫和人員配置（圖1.1）。 1.網絡 網絡是用通信線路和通信設備將多臺計算機及其外部設備互相連接起來，按照共同的網絡協議，共享硬件、軟件、數據等資源，*終實現資源共享的系統。 常用的網絡類型包括廣域網、局域網、專線網。其中，廣域網是跨地區的數據通信網絡，如互聯網（Internet）；局域網是指某一區域內由多臺計算機互聯成的計算機組，如一棟辦公大樓里的工作網絡；專線網是為某個機構或企業建立的內部信息資源共享和網絡協同辦公的專用網絡，如政務專網。 2.硬件 GIS硬件包括從地理數據采集、處理、輸出所涉及的所有硬件設備。其中，計算機是硬件系統的核心，用作地理數據的處理、分析和管理。 1）數據采集和輸入設備 數據采集設備包括衛星、航空、地面、物聯網等平臺上搭載的對地觀測傳感器和測量儀器，它們負責采集GIS所需的地理數據。數據輸入設備包括掃描儀及鼠標、鍵盤等輸入設備，它們負責對地理數據進行處理并輸入到計算機系統中去。 2）數據存儲和處理設備 數據存儲設備包括磁盤、移動硬盤、磁盤陣列、云存儲等存儲介質及光盤等光存儲介質。處理設備包括中央處理器（central processing unit，CPU）、圖像處理器（graphics processing unit，GPU）、高性能計算集群、云計算平臺等，它們共同承擔對輸入數據進行存儲、分析、處理等操作，實現對空間數據的管理和有用信息的提取。 3）輸出設備 輸出設備通常是能夠輸出地理信息產品的設備，包括激光打印機、繪圖儀、3D打印機等。除此之外，可以通過計算機顯示器或外接的高分辨率顯示設備（如投影儀等）顯示地理信息，也可通過虛擬現實與增強現實技術實現三維仿真顯示，提高人機交互效率。 3.軟件 GIS軟件提供了一系列功能模塊用來存儲、分析和顯示空間數據。GIS軟件有以下要求： ① 供顯示、操作地理數據（如位置、邊界）的常用工具；②提供地理數據庫管理系統；③提供空間數據與屬性數據同步查詢、統計分析功能；④簡單易用的圖形用戶界面。經過50多年的發展，GIS應用不斷深入，GIS軟件種類日益增多，從低層次的制圖軟件到高層次的管理分析和輔助決策GIS軟件，從簡單的地理數據庫到柵格、矢量和不規則三角網（triangulated irregular network，TIN）數據一體化管理的大型GIS軟件。總體上，GIS軟件可以分為兩大類：工具型軟件和應用型軟件（圖1.2）。 4.地理數據庫 地理數據實質上就是指以地球表面空間位置為參照，描述自然、社會和人文景觀等的數據，其主要內容包括空間位置與專題信息。數據來源可以是地理平臺觀測、遙感對地觀測、測量、地圖、文獻、經濟社會統計、時空大數據等，也可以是其他圖形軟件的輸出數據或其他相關的數據資料。地理數據作為GIS的操作對象，其現勢性和精確性直接關系到GIS分析處理結果的準確性；數據存儲模式、管理方法則直接影響GIS運行效率和系統安全等。 地理數據分為空間數據和屬性數據兩大類。屬性數據是反映空間位置上的特征信息，如高程、觀測值、評價值等數據，一般用關系型數據庫進行管理。空間數據是反映地球表面空間位置的數據，一般采用兩種數據結構進行管理和存儲：一是柵格數據結構，它使用網格單元的行和列作為位置標識符來描述地理實體的位置信息，常用于描述地質、氣候和地形等具有連續分布和變化趨勢的地理要素；二是矢量數據結構，它使用一系列（X，Y，Z）坐標作為位置標識符來描述地理實體的位置信息，常用于描述邊界清晰、不連續空間分布的地理要素，如土地利用、河流、道路等。 地理數據庫是對地理數據進行存儲、管理和維護的數據管理軟件，其目的是實現地理數據有序、合理和高效的管理。地理數據庫可以直接在商業化的關系型數據庫或對象-關系型數據庫的基礎上實現，從而汲取它們某些成熟的功能，包括數據備份、表定義、事務管理和系統管理工具等，而且基于關系型數據庫的地理數據庫管理系統可以高效地存儲和檢索地理數據。 5.地理模型庫 地理模型是對地學要素及其變化規律的一種概括或抽象表示。它是基于一定的研究目的，采用適當的抽象化手段，對地理實體的特定特征進行概括，并采用適當的表示規則進行簡潔描述的定量化模型。地理模型庫是對地理模型進行分類和維護并支持模型的生成、存儲、查詢、運行和分析應用的軟件系統，主要包括基礎模型庫（basic model base，BMB）、應用模型庫（application model base，AMB）、模型庫管理系統（model base management system，MBMS）、模型字典（model dictionary，MD）四部分（圖1.3）。 6.人員配置 人員是GIS的重要構成因素。GIS需要人進行系統的組織、管理和維護，進行數據更新、應用程序開發，以及利用地理模型提取有用信息等。人員在GIS中的作用主要表現在以下方面：①對GIS軟件進行開發、維護和升級；②對地理數據進行搜集、入庫和管理；③應用GIS進行生產生活實踐，實現GIS的價值。針對GIS設計不同階段的任務和要求，確定需要參與的人員，例如，系統策劃階段需要系統策劃師，系統定義階段需要系統定義/分析師等，系統設計階段需要系統架構師/總體設計師、數據庫設計師、軟硬件配置員、用戶界面設計師、網絡規劃設計師等，系統實施階段需要項目經理、系統開發員、數據采集/建庫員、硬件工程師等，系統測試階段需要測試工程師，系統維護階段則需要系統管理員、數據庫更新員、文檔管理員、系統評估師等。 1.1.3 GIS應用自20世紀60年代世界上**個地理信息系統——加拿大地理信息系統（Canadian geographic information system，CGIS）誕生以來，GIS以研究如何采集和使用地球表面的空間數據而迅速發展起來。 地理空間數據的計算機表達及以此為基礎的一系列空間分析方法的應用極大促進了地理學的定量化發展研究，也極大促進了社會經濟信息化發展的進程。近年來，GIS理論和技術日益成熟和完善，在社會、經濟、生活中應用的深度和廣度不斷加強：從*初的簡單繪制靜態電子地圖到進行動態監測和分析；從單純的地理數據管理到輔助決策；從GIS信息孤島到網絡化GIS及云GIS；從政府GIS、企業GIS到公眾GIS等。目前，GIS已經被成功應用于國防、資源、環境、交通、教育、衛生、電信、商業等領域。 1）地圖制圖 GIS的發展是從地圖制圖開始的，GIS的主要功能之一就是地圖制圖。與周期長、更新慢的手工制圖方式相比，利用GIS建立地圖數據庫，可以達到一次投入、多次產出的效果。它可以根據用戶需要輸出全要素圖或是各種專題圖（如行政區劃圖、國土空間利用現狀圖、道路交通圖等），還可以利用GIS的三維功能進行立體顯示與制圖。 2）資源管理 GIS廣泛應用于自然資源、水利、礦產、林業等領域，成為資源調查和管理的重要手段。日益豐富的遙感數據為資源調查提供了高時空分辨率的數據源，為大區域快速資源調查提供了可能。GIS可以進行海量資源調查數據管理和應用分析，基于GIS的各類資源管理信息系統在資源管理、變化監測等方面發揮著重要作用，為資源的科學規劃和合理利用提供決策支持。
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