2020/10/14,1,GIS软件工程,教师：万 波 E-mail: ,2,2020/10/14,课程基本内容,GIS概况、发展和相关技术 软件工程及其在应用GIS开发中的应用 软件项目管理及CMM介绍 重要GIS平台及其二次开发介绍 样本平台：MAPGIS二次开发的详细介绍 项目实例,3,2020/10/14,考核办法,平时成绩10% （平时作业+考勤） 考 试60% 实 习30%（完成项目程度）,4,2020/10/14,实习安排,时间安排： 以MAPGIS平台二次开发为基本内容， 上机内容： 1.开发语言：Visual C+ 6.0、VB、.NET等 2.熟悉MAPGIS二次开发过程。（API函数、MFC类库、控件、组件）,5,2020/10/14,第一章 GIS概论,1、GIS的概念，发展及其应用 2、基于GIS平台的GIS应用软件开发,6,2020/10/14,1.1 GIS的概念与发展,据统计，80的信息与空间有关 Geographic Information System 1963 Roger F.Tomlinson 提出GIS GIS：用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统。 Nature杂志：空间信息技术是当今最有发展前途和潜力的三大技术之一,7,2020/10/14,7,2020/10/14,1.1 GIS的概念与发展,8,2020/10/14,GIS发展现状,按系统体系结构分： 1、CAD阶段（萌芽期） 2、单机或集中式阶段（第一代） 3、C/S结构的局部网阶段（第二代） 4、B/S、C/S混合结构的互连网阶段（第三代） 5、分布式多层结构共享阶段（第四代）,9,2020/10/14,CAD阶段（萌芽期）,60年代 80年代初期 在这个阶段， GIS概念提出、 主要功能是图示化编辑和显示，有一些简单的GIS分析功能。 发展到后期,GIS软件提供了管理局部、区域的空间数据和属性数据的能力。 大型机 （集成电路，大规集成电路） 小型机、超级小型机（VAX 、MV系列） 图示（图形设备的局限性、增量式绘图仪、单显） 没有商品化的GIS平台 局部、区域数据，应用型软件，算法发展与完善,10,2020/10/14,单机阶段（第一代 ）,80年代中期9 0年代初期 在这个阶段，GIS软件平台基本具备了理论上应该具备的功能，属性管理和空间分析功能齐全。但没有管理网络数据的能力，多个用户只能通过文件形式实现数据共享。开始大量GIS应用研究，国内外技术交流活跃。 图示（彩显、高分辨率彩显、 笔绘仪、激光绘图仪） PC计算机、图形工作站（SUN、SGI） 软件技术向面向对象技术发展。 出现GIS基础平台商品化软件 国外：ARC/INFO、GENAMAP 、SMALLWORD 、SPANS 国内：SPANSMAN、MAPCAD,11,2020/10/14,C/S结构的网络版阶段（第二代 ）,90年代中期90年代末期 由于网络技术的发展，特别是局域网的发展，促进了客户/服务器结构的GIS平台的发展。在这个阶段，GIS软件平台具有管理网络空间数据和属性数据的能力，具备多用户并发访问数据的能力，包括并发查询、并发修改。所有数据集中在一台数据库服务器上，所有客户直接连接到该服务器。 微机（Windows 95、 Windows 98） 服务器（Unix、 Windows NT） 图示（高分辨率彩显、喷墨绘图仪） 网络环境（局域网发展、承担大型GIS工程） 成熟的面向对象技术向组件技术发展 国内软件：MapGis、GoeStart、CityStart 从大专院校科研所走向生产应用，从单纯应用研究走向自主开发,12,2020/10/14,C/S结构的网络版阶段（第二代 ）,客户机,DB,服务器,数据库访问协议,实现数据管理,实现用户界面、业务管理 、图形可视化、空间分析。,Client/Server结构,13,2020/10/14,第二代GIS存在问题,（1）数据集中，脱离了数据的生产和维护部门具有地理分布的现实，不利于数据的及时更新和维护。 （2）所有客户连接到一台服务器上，极容易形成网络阻塞和服务器事务阻塞。对物理网络的通讯能力和服务器的性能要求很高，且系统性能跟随访问量的变化而变化，性能很不稳定。 （3）只能在局域网上、不能适应Internet环境，不具备基于Web的集成能力。不能通过Web把用户的各种业务和办公自动化等与GIS进行有效集成。,14,2020/10/14,B/S、C/S混合结构（第三代 ）,90年代末期-00年代初 网络技术的进一步发展，特别是广域网的发展，促进了B/S结构的GIS平台的发展。 互连网上使用B/S结构 用于数据发布,公众信息查询,大众地理信息系统、少量空间数据变更 B/S结构体系解决了空间数据的远程应用问题 B/S结构实现两种形式(位图、矢量) 局部网上使用C/S结构 用于数据建库,数据维护,空间数据可视化交互编缉、大量数据更新 优缺点,15,2020/10/14,B/S、C/S混合结构（第三代 ）,浏览器,服务器访问协议,实现数据管理,实现用户界面、数据处理、图形可视化、空间分析。,数据处理 空间分析。,Client/Server结构,Internet,16,2020/10/14,分布式多层结构（第四代),随着计算机网络技术的发展， J2EE 和 .net技术的日趋成熟.单一系统或网络为核心向全球信息栅格(GIG)体系发展,GIS的横向也相应向空间信息栅格(SIG)体系发展。 随着计算机组件技术的发展，特别是分布式服务组件技术日趋成熟，在纵向上,GIS朝着三层、多层结构体系发展。 “多层结构、空间信息栅格(SIG)” 的核心是：“面向服务”。 “面向服务”提出，使以往的“共享”、“异构数据互操作”渐渐得以解决。同时解决了“海量空间数据在互联网上调用速度问题”、“不同系统之间数据不通问题”，因为从用户角度来说，它不考虑数据只要服务。因此，管理数据的软件必须提供数据服务， “谁管数据谁提供服务”；“应用端请求服务而不是直接操作数据”；“服务端提供服务而不是提供数据内部结构”。各个站点管理数的软件、提供应用服务功能的软件都可以不同的厂商。,17,2020/10/14,多层结构,18,2020/10/14,GIS发展现状,按应用分：,第二阶段,19,2020/10/14,GIS发展趋势,数据标准化（Interoperable ） 空间多维化（3D&4D) 结构部件化（Component GIS） 民用微型化（WapGIS） 系统智能化（CyberGIS) 平台网络化（WebGIS）-网格化（GRIDGIS） 应用大众化,20,2020/10/14,互操作（Interoperable）GIS,解决地理信息系统的相互独立和封闭的问题。 满足地理数据的继承与共享、地理操作的分布与共享、GIS的社会化和大众化等的客观需求。 技术： 数据转换，互操作中间件，FME，XML，GML，KML OGC 互操作标准：WFS，WMS，WCS，WCTS,21,2020/10/14,3D and 4D GIS,用二维系统来描述三维空间的方法，必然存在不能精确地反映、分析和显示三维信息的问题。 目前大多数地理信息系统多不能很好地支持地理对象和组合事件时间维的处理。 空间维： 3维建模，构建3维真实体，可视化，剖切，分析 时间维：时空数据库 多维空间索引技术,22,2020/10/14,组件式GIS（ ComGIS ）构件式，插件式,ComGIS是面向对象技术和构件式软件技术在GIS软件开发中的应用。 ComGIS的基本思想是把GIS的功能模块划分为多个组件，每个组件完成不同的功能。各个组件之间可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。 ComGIS为系统开发商提供有效的系统维护方法，为GIS最终用户提供了方便的二次开发手段，也是一种WebGIS的解决方案。,23,2020/10/14,移动电话GIS（WapGIS）,随着通信技术的发展，人们已经能够使用移动电话在网上查询与空间位置有关的信息（如旅游地图、交通线路等）。 很多厂商已在能运行Windows CE的掌上电脑上开始研制GIS，可以预计不久将来移动电话GIS （WapGIS）年代即将到来。,24,2020/10/14,智能GIS（CyberGIS）,赛博空间（Cyber Space）：是指计算机技术、现代通信、网络技术和虚拟现实技术综合应用为基础，构造出一种人们进行交往和交流的新型空间。 电脑化、网络化、虚拟化的特点。,25,2020/10/14,互联网GIS（WebGIS）GRIDGIS,利用Internet技术在Web上发布空间数据供用户浏览和使用是GIS发展的必然趋势。 国外ARC/INFO、MapInfo、AutoDesk等公司已经提供了他们各自的WebGIS解决方案；国内的地大的MAPGIS、武测的 GeoStar都推出了WebGIS产品 。 WebGIS是GIS走向社会化和大众化的有效途径，也是GIS的必由之路。 Google Earth ，Google Map 中科院，国家“织女星”计划 国防科技大学，网格资源管理，UDDI ， 中国地址调查局，SIG,26,2020/10/14,1.2 GIS的构成,计算机硬件系统：通用设备（显示器、打印机），专业设备（绘图仪、GPS接收系统，卫星图形接收系统、胶片） 计算机软件系统：计算机系统软件、GIS平台软件、GIS应用软件 地理空间数据库：数据库实体（图形+属性）、地理数据库管理系统-GIS中心价值之所在 应用人员和组织机构：系统开发、管理、使用、维护人员,人是地理信息系统中的重要构成因素，通过人进行系统组织、管理和维护以及数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息,27,2020/10/14,1.3 GIS数据模型,数据模型：用来反映现实世界的理论信息 空间信息模型： 场模型和对象模型 基底数据类型：点、线、面 复合数据类型 面向空间实体的数据组织 模型：网络模型，线性系统（动态分段）,28,2020/10/14,矢量表达示意图,28,2020/10/14,0维矢量,1维矢量,2维矢量,3维矢量,29,2020/10/14,栅格表达法示意图,29,2020/10/14,30,2020/10/14,1.3 GIS数据模型-空间认知与空间构模过程,GIS空间认知与空间建模过程包括：建立概念模型、形成逻辑模型、建立物理模型以及实现对象重构，进而进行空间查询、分析与应用，回答空间认知提出的4WHR问题。,31,2020/10/14,1.3 GIS数据模型-OpenGIS要素模型的九层,32,2020/10/14,1.3 GIS数据模型-OGC定义的抽象要素模型,33,2020/10/14,1.4 GIS数据范畴,按表达形式划分为空间数据和属性数据 按内容特性及主导功能划分： 地理基础（背景）信息 数字地型（DTM）信息 资源与环境信息 社会经济信息,34,2020/10/14,1.5 GIS的应用（举例）,城市规划：规划选址，设计方案辅助决策 市政设施管理：电力、煤气、电信、自来水、污水 ,城管通,紧急事故处理 交通管理：路网分析 环境保护： 国土资源：详查，地籍 ，地价评估 地质矿产资源：找矿，探矿 大众化应用：手机定位，车载导航，号码百事通 航天：,35,2020/10/14,1.6 GIS的功能（1）,数据采集与输入（图形数据、栅格数据、测量数据、属性数据） 数据编辑与更新 图形编辑（拓扑关系建立，图形编辑、整饰，图幅拼接，图形变换，投影变换，误差校正） 属性编辑（插入、删除、修改） 数据存储与管理 存储方式与数据文件的组织密度相关，关键在于建立记录的逻辑顺序。 空间数据/属性数据一体化管理； 空间数据管理是GIS数据管理的