GIS应用开发-1

GIS应用开发中科院研究生院2008.1芮小平深刻理解地理信息系统开发设计的基本概念和基本理论，掌握地理信息系统设计的特点、方法、过程和实现技术，重点掌握利用VB.NET和常用GIS开发工具进行地理信息系统二次开发、自行设计应用地理信息系统的技巧和方法。学时:60学习目的和要求关于上课：课堂授课40学时课堂上机实习20学时关于考试：平时成绩50%期末考试50%（开卷）课程安排教学内容VB.NETArcGISArcEngineMapObject(MO)MapinfoMapX前修课程地理信息系统原理一门编程语言(VB)1薛伟.MapObjects:地理信息系统程序设计.北京：国防工业出版社,20042刘光.地理信息系统——组件开发篇.北京:中国电力出版社,20033ExploringArcObjects.ESRIInc.4李连营,李清泉,李汉武,等.基于MapX的GIS应用开发.武汉:武汉大学出版社,20035齐锐,屈韶琳,阳琳赟.用MapX开发地理信息系统.北京：清华大学出版社,20036://参考教材大作业分别用ArcEngine、MO、MapX自己制作小型GIS系统，功能可以根据需要自己确定。必备模块包括：GIS基本操作GIS双向查询基于TIN的等值线的绘制注意：数据尽量采用数据库方式管理;程序规范，要有注释；提交作业形式：学号_姓名.rar；发送到[e-mail]。第1章设计地理信息系统应用软件的基本流程和方法GIS基本概念地理信息系统的组成GIS的数据结构空间数据的存储管理GIS的类型应用型GIS设计的内容与过程GIS总体设计与功能设计GIS的开发模式地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）是采集、存储、管理、组织、表达和分析处理空间信息的软件工具，它以实体的空间位置信息为主线，集成经济、社会、环境、科技、文化等各类信息，为各种应用服务。它一方面可以形成自己的产业，另一方面又可以推进空间信息应用与产业的发展，是空间技术应用领域的主要软件基础，具有广阔应用前景。1GIS基本概念PublicTools&TechnologyTools&TechnologyEnablingCitizensandCommunitiesEnablingCitizensandCommunitiesInteroperabilityInteroperabilityCollectingDataCollectingDataEARTHEARTHPrivateDigitalResourcesDigitalResources2地理信息系统的组成数据输入数据存储信息输入系统操作系统支持地理分析硬件系统地理数据软件系统输入设备存储设备输出设备计算机系统软件GIS软件应用分析程序地理数据库用户3GIS的数据结构矢量结构是通过记录坐标的方式来表示点、线、面等地理实体。特点：定位明显，属性隐含。获取方法：(1)手工数字化法；(2)GPS测量；(3)数据结构转换法。矢量数据结构栅格结构是以规则的网格来表示空间地物或现象分布的数据组织，网格上给出表示地理要素的属性特征值。特点：属性明显，定位隐含。获取方法：(1)手工网格法；(2)扫描数字化法；(3)分类影像输入法；(4)数据结构转换法。栅格数据结构矢量结构与栅格结构的比较栅格模式矢量模式优点：1、数据结构简单2、叠加操作更易实现、更有效3、能有效表达空间可变性4、便于做图像的有效增强优点：1、数据结构更严密。2、提供有效的拓扑编码，便于拓扑操作。3、图形输出美观。缺点：1、数据量大，需要压缩。2、难以表达拓扑关系。3、图形输出不美观，有锯齿。缺点：1、数据结构复杂。2、叠加操作不方便。3、表达空间变化性能力差。4、不能做增强处理。4空间数据的存储管理用“层”的概念来分别存储不同专题的空间信息，即每一层存放一种专题或一类信息，并有一组对应的数据文件。一幅地图分层的多少，应根据应用上的要求、计算机硬件的存储量、处理速度，以及软件的限制来决定。按专题分层按时间序列分层以地面垂直高度分层早先的GIS系统，空间数据都是以文件的形式存储的。比较著名的有ArcView的shape文件，ArcInfo的E00格式的文件，mapinfo的MIF文件，AutoCAD的DXF文件等。文件存储方式的缺点不利于实现数据共享数据冗余度高数据缺乏独立性数据难以实现集中控制数据一致性及可维护性差从发展的历史看，数据库是数据管理的高级阶段，它是由文件管理系统发展起来的。计算机对数据的管理经过了三个阶段：程序管理阶段、文件管理阶段、数据库管理阶段地理空间数据库软件产品OracleSpatialIntergraph的GeoMedia系列ESRI的SpatialDatabaseEngine(SDE)MapInfo的SpatialWarePostGreSQL的postGIS！！大都采用面向对象的思想不同的研究方向，不同的应用领域，不同的GIS专家，对它的理解是不一样的。5GIS的类型共识：①GIS使用的工具：计算机软、硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS建立过程：采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示。地理信息系统的主要特征是存储、管理、分析与位置有关的信息。工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。地理信息系统按内容、功能和作用可分为三类：工具型地理信息系统、应用型地理信息系统和大众型地理信息系统。1.工具型地理信息系统地理信息系统是一个复杂庞大的空间管理信息系统。用地理信息系统技术解决实际问题时，有大量软件开发任务，如各用户重复开发对人力、财力是很大的浪费。工具型地理信息系统为地理信息系统的使用者提供一种技术支持，使用户能借助地理信息系统工具中的功能直接完成应用任务，或者利用工具型地理信息系统加上专题模型完成应用任务。国外商品化的工具型地理信息系统，如ESRI公司的ARCGIS，MapInfo公司的MAPINFO，AutoDesk公司的MapGuide,Genasys公司的GENAMAP，Intergraph公司的MGE等。国内开发的工具型地理信息系统，也取得了很大的成绩，已开发出MAPGIS，SuperMap,Geostar等。应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。2.应用型地理信息系统它可以在比较成熟的工具型地理信息系统基础上进行二次开发完成，工具型地理信息系统是建立应用型地理信息系统的一条捷径。应用型地理信息系统也可以是为某专业部门专门设计研制的，系统针对性明确，专业性强，系统开销小。应用型地理信息系统按研究对象性质和内容又可分为专题地理信息系统和区域地理信息系统。专题地理信息系统是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定专门目的服务。如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、水土流失信息系统、地籍管理地理信息系统、土地利用信息系统、环境保护和监测系统、城市管网系统、通信网络管理系统、配电网管理系统、城市规划系统、供水管网系统等。(1)专题地理信息系统(ThematicGIS)区域地理信息系统主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同的规模，如国家级、地区或省级、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以是以自然分区或流域为单位的区域信息系统。如加拿大国家地理信息系统、日本国土信息系统等面向全国，属于国家级的系统；黄河流域地理信息系统、黄土高原重点产沙区信息系统等面向一个地区或一个流域，属于区域级的系统；北京水土流失信息系统属于地方一级的系统。(2)区域地理息系统(RegionalGIS)大众地理信息系统既不同于工具型地理信息系统，也不同于应用型地理信息系统，它是一种面向大众、不涉及具体专业的信息系统，使用者只需要有一般的计算机常识就可以了。例如：为了普及和加强国民的环境意识而开发出的环境教育信息系统就属于这种类型，它既不要求受教育对象有专业的环境知识，也不要求有专业的计算机知识，只需熟悉一般的计算机操作即可。3.大众地理信息系统6应用型GIS设计的内容与过程(1)系统总体设计系统总体设计包括系统目标和任务、模块子系统设计、计算机系统选择、软件设计、代码设计及界面设计等。(2)数据库详细设计数据库详细设计包括概念设计、逻辑设计、物理设计和数据模型选择等。(3)系统功能设计系统功能设计包括总体模块功能设计、属性数据库管理系统结构与功能设计、图形数据库管理系统结构与功能设计。(4)应用模型和方法设计应用模型和方法设计包括常用应用模型设计、方法设计等。(5)输入、输出设计数据库结构操作属性数据输入数据库操作属性查询统计报表图表输出属性数据库管理子系统有以下功能:图形数据库管理子系统系统的核心工具，主要有以下功能:图形输入图形转换图形操作图形编辑图形计算图像处理空间分析图形整饰输出3.图形数据库管理子系统的结构与功能设计应用型GIS系统功能设计一般应遵循以下原则(1)功能结构的合理性：即系统功能模块的划分要以系统论的设计思想为指导，合理地进行集成和区分，功能特点清楚、逻辑清晰、设计合理。(2)功能结构的完备性：根据系统的应用目的要求功能齐全,适合各种应用目的和范围。(3)系统各功能的独立性：各功能模块应相互独立，各自具备一套完整的处理功能，且功能相对独立，重复度最小。(4)功能模块的可靠性：模块的稳定性好，操作可靠，数据处理方法科学、实用。(5)功能模块操作的简便性：各子功能模块应操作方便，简单明了，宜于掌握。4.功能设计的原则GIS的开发通常有3种模式：8GIS的开发模式独立开发模式单纯二次开发（宿主型开发模式）集成二次开发（GIS组件开发模式）(一)独立开发独立开发是指不依赖于任何GIS工具软件，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VC++、VB、Delphi、C++Builder等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无需依赖任何商业GIS工具软件，减少了开发成本；同时由于程序员可以对程序的各个方面进行总体控制，因此系统各组成部分之间的联系最为紧密，综合程度和操作效率最高。但由于地理信息系统的复杂性，工作量是十分庞大的，开发周期长，对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比，而且在购买GIS工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。在GIS发展初期一般采用这种方式，目前GIS开发已很少采用这种方案。单纯二次开发指完全借助于地理信息系统工具软件提供的二次开发语言进行应用系统开发。目前，商业化的地理信息系统工具软件已经相当成熟，它们大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如ESRI的ArcView提供了Avenue语言，MapInfo公司研制的MapInfoProfessional提供了MapBasic语言等。用户可以利用这些宏语言，以原GIS工具软件为开发平台，针对不同应用对象，开发出自己的应用程序。(二)单纯二次开发（宿主型二次开发）具体开发时，可首先采用可视化开发平台开发动态链接库(DLL)，以实现地理信息系统工具软件未提供或难以实现的功能，然后在二次开发宏语言中调用此动态链接库，从而充分利用二次开发语言操纵地图对象的强大功能，又避免了二次开发语言功能上的不足。这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序的界面不美观，仍然不尽如人意。同时二次开发语言对用