第四章GIS設計的主要內容本章內容4.1GIS設計的主要內容4.2系統定義/需求分析4.3系統總體設計4.4系統詳細設計4.5系統實施4.1GIS軟件設計的內容1、系統定義：GIS系統要解決的問題是什么？2、系統總體設計：確定怎樣具體地實現所定義的系統；3、系統詳細設計：包括功能設計、空間數據庫設計、模型方法設計和用戶界面設計

；4、系統實施。4.2系統定義/需求分析4.2.1系統需求調查和分析4.2.2系統可行性研究4.2.3系統分析工具4.2.4軟件需求規格說明系統定義時期的主要任務:確定軟件開發工程必須完成的總目標以及工程的可行性；導出實現工程目標應該采用的策略即系統必須完成的功能；估計完成該項工程需要的資源和成本；并且制定工程進度表；最后編寫系統需求分析報告。 這個時期的工作通常又稱為系統分析或需求分析時期，由系統分析員負責完成。4.2.1系統需求調查和分析

根據GIS特點，明確GIS系統的建設目標和任務必須從以下方面著手：進行用戶類型分析對現行系統進行調查分析明確系統服務對象用戶研究領域現狀調查用戶需求調查方式訪談簡易應用規格說明技術軟件原型途徑語言交流會議討論建立原型工作方法系統分析員提出問題請用戶答復，以了解用戶需求與會人員提前對系統的需求進行認真思考，在開發者和用戶雙方出席的會議上進行討論快速建立軟件原型，通過該原型進行開發者和用戶之間的溝通優點簡單、便捷，是較常用的用戶需求調查方法使用簡單，系統整體性把握較好便于用戶與開發者的溝通，需求分析準確、有效缺點后期整理工作較繁瑣，需求準確度不高準備工作復雜，需要反復討論才能確定需求，需求準確度不高工作量大為了開發出用戶滿意的GIS軟件產品，必須首先調查用戶的需求，制定系統開發目標。了解和明確用戶需求的具體方式有多種。用戶類型分析通常，GIS用戶可以分為以下幾種：具有明確而固定任務的用戶。他們希望用GIS來實現現有工作業務的現代化，改善數據收集、分析、表示方法及過程，例如測量調查和制圖部門第二類用戶部分工作任務明確、固定，且有大量業務有待開拓與發展，因而需要建立GIS來開拓他們的工作，例如行政或生產管理部門，也包括進行系列專題調查的單位工作任務完全不定的用戶，例如高校研究室或研究所等，他們以GIS作為教學科研工具或用于開發新的GIS技術現行系統進行調查分析

進行GIS建設的目的之一是解決現行系統存在的問題和提高工作的效率。通過對現行系統組織機構、工作任務、職能范圍、日常工作流程、信息來源及處理方式、資料使用狀況、人員配置、設備裝置和費用開支等各方面的調查研究，指出現行工作狀況在工作效率、費用支付、人力配置等方面存在的主要問題和薄弱環節，作為待建GIS的突破口。

明確系統服務對象

系統的服務對象不同，那么系統的目標也不相同。以土地管理信息系統為例，用戶對象是政府領導層，則系統的目標應當是可以進行評價、分析和輔助決策；用戶對象是辦公職員，則系統的目標是辦公自動化和圖文一體化辦公；用戶對象是科研人員，則系統的目標是進行空間分析、評價和建模，如土地地價定級、評估等。4.2.2系統可行性研究在對系統進行初步調查之后，開發者應該根據實際情況對下述問題做出選擇：該項目是否具有立項的必要性？如果立項建設，應該按何種方式和規模組織開發？這些方案的可行性如何？等等。可行性研究主要工作內容包括數據源調查與評估、技術可行性評估、系統的支持狀況以及經濟和社會效益分析四部分。數據源調查與評估

數據是GIS運行的基礎，而系統建設中數據的準備工作繁雜，工作量巨大，因此在立項之前要對系統數據源、數據結構和數據模型等進行全面分析，調查已有數據情況，確定它們的可用性，對所缺乏數據要確定其收集方法，測算數據采集與數據庫建庫的工作量。技術可行性評估（一）技術可行性是指使用目前可用的開發方法和工具能否支持系統需求的實現。技術可行性研究過程包括以下幾個方面：分析實現系統功能和性能所需的各種設備、技術、方法和過程，以此預測分析項目開發在技術方面可能承擔的風險以及系統建成后的實用性、可靠性、可維護性等；在軟硬件配置方面，應分析硬件更新速度和GIS軟件使用周期是否匹配，開發軟件和技術以及制定開發方案是否符合用戶需求；技術可行性評估（二）在項目管理方面，應考慮GIS設計技術人員的數量、結構和技術水平等因素，判斷設計開發工作能否順利開展。如有可能，應充分研究現有類似系統的功能與性能，采用的技術、工具、設備，吸取開發過程中的經驗和教訓，作為現行系統開發的參考依據。必要時，技術分析還包括某些研究和試驗性設計活動。經濟和社會效益分析（一）GIS應用迅速普及的根本原因在于GIS應用促進了社會經濟的發展，給用戶乃至社會帶來了經濟效益和社會效益。因此GIS的成本-效益分析是可行性研究的重要內容，它用于評估GIS的經濟合理性，給出系統開發的成本論證，并將估算的成本與預期的利潤進行對比。經濟和社會效益分析（二）一般說來，GIS的成本由五個部分組成：購置并安裝軟硬件及其相關設備的費用；生產系統所需數據的費用；軟件開發費用；系統安裝、運行和維護費用；人員培訓費用。在系統分析和設計階段只能得到上述費用的預算，即估算成本。經濟和社會效益分析（三）GIS的效益包括經濟效益和社會效益兩部分。經濟效益指應用系統為用戶增加的收入，它可以通過直接的和統計的方法估算。社會效益大多只能用定性的方法估算。系統開發與運行環境評價

由于GIS開發工作是在社會環境下運作的，除了技術因素與經濟因素之外，還有許多社會因素對項目的開展起著制約的作用。例如與項目直接相關的管理人員、工作人員是否對項目持支持態度；有多少人力可用于GIS系統，其中有多少人員需要培訓；項目財力支持情況，包括組織部門所能給予的當前的投資額及將來維護GIS的逐年投資額等。

可行性分析報告的目錄

引言1.1問題1.2實現環境1.3約束條件管理2.1重要的發現2.2注解2.3建議2.4效果方案選擇3.1選擇系統配置3.2選擇方案的標準系統描述4.1縮寫詞4.2各子系統的可行性數據源評估技術風險評估成本-效益分析系統開發與運行環境評價有關法律問題其他4.2.3系統分析工具GIS數據流模型

GIS數據字典加工邏輯說明GIS數據流模型

GIS數據流模型是GIS軟件系統邏輯模型的一種圖形表示，它描述了GIS數據流動、存儲、處理等邏輯關系，一般采用數據流圖（DataFlowDiagram，簡稱DFD）來表示。GIS數據流圖的基本成分

基本成分名稱備注加工輸入數據在此進行變換產生輸出數據，要注明加工的名字外部實體數據輸入的源點或數據輸出的匯點，要注明源點和匯點的名字數據流被加工的數據與流向，應給出數據流名字，可用名詞或動詞性短語命名

或標識名字數據存儲文件需用名詞或名詞性短語命名

數據流圖的層次關系圖

S1321.21.11.32.12.42.22.33.13.23.3FFFFFF頂層中間層底層GIS數據流圖繪制流程

找出外部實體，由它們確定系統與外界的接口找出GIS的數據源點和匯點從各加工出發畫出所需的子圖檢查和修改數據流圖從GIS外部實體的輸出數據流出發，畫出邏輯加工，直到找到輸入數據流，形成封閉數據流畫出GIS的外部實體找出GIS外部實體的輸入數據與輸入數據流數據字典的概念

數據字典（DataDictionary，簡稱DD）是關于數據信息的集合。它是數據流圖中所有要素嚴格定義的場所，這些要素包括數據流、數據流的組成、文件、加工小說明及其它應進入字典的一切數據，其中，每個要素對應數據字典中的一個條目。數據字典的用途

數據字典最重要的用途是作為分析階段的工具。在數據字典中建立嚴格一致的定義有助于增進分析員和用戶之間的交流，從而避免許多誤解的發生。數據字典也有助于增進不同開發人員或不同開發小組之間的交流。同樣，將數據流圖和對數據流圖中的每個要素的精確定義放在一起，就構成了系統的、完整的系統規格說明。數據字典和數據流圖一起構成信息系統的邏輯模型。沒有數據字典，數據流圖就不嚴格；沒有數據流圖，數據字典也沒有作用。GIS數據字典GIS數據字典的任務是對GIS數據流圖中出現的所有被命名的圖形要素在數據字典中作為一個詞條加以定義，使得每一個圖形要素的名字都有一個確切的解釋GIS數據字典中所有的定義必須是嚴密的、精確的，不可有半點含糊，不可有二義性GIS數據字典的主要內容包括數據流圖中每個圖形要素的名字、別名或編號、分類、描述、定義、位置等GIS數據字典中詞條的定義及其內容

描述詞條內容注釋數據流是GIS數據結構在系統內傳播的途徑數據流名；說明；數據流來源；數據流去向；數據流組成；每個數據流的流通量“說明”用來簡要介紹數據流產生的原因和結果；“數據流組成”是介紹數據結構數據要素構成數據流圖的數據結構，是數據處理的最小單位數據要素名；類型；長度；取值范圍；相關的數據要素及數據結構“類型”可以分為數字（離散值，連續值），文字（編碼類型）等數據文件保存數據結構數據文件名；簡述；輸入數據；輸出數據；數據文件組成；存儲方式；存取頻率“簡述”介紹文件中存放的是什么數據；“存儲方式”包括順序、隨機、索引等幾種加工邏輯加工比較復雜，到后來就是一段程序加工名；加工編號；簡要描述；輸入數據流；輸出數據流；加工邏輯“加工編號”反映該加工的層次；“簡要描述”是對加工邏輯及功能簡述；“加工邏輯”介紹加工程序和加工順序GIS數據字典的作用

通過建立GIS數據字典，在GIS分析過程中，就可以通過名字方便地查閱數據的定義；也可以按各種要求，列出各種表格供分析員使用；還可按描述內容或定義來查詢數據的名字；甚至可以通過檢查各個加工的邏輯功能，實現和檢查數據與程序之間的一致性和完整性。從以后的設計、實現到維護階段，都需要參考數據字典進行設計、修改和查詢。為什么需要加工邏輯說明

在分層的GIS數據流圖中，子圖及數據流、文件等都說明了父圖的加工，實際上就是給出了定義。但最底層的數據流圖中的加工不能通過子圖做進一步的描述，所以必須有一個加工小說明來定義底層數據流圖中的加工。

4.2.4軟件需求規格說明GIS的軟件需求規格說明是在GIS結構化分析的基礎上建立的自頂向下的任務分析模型。規格說明描述了系統的需求，是聯系GIS需求分析與GIS設計的重要橋梁。同時，GIS軟件需求規格說明書作為系統分析階段的技術文檔，是提交審議的一份必要的工作文件。需求規格說明書一旦審議通過，則成為有約束力的指導性文件，成為用戶與技術人員之間的技術合同，成為下一階段GIS設計的依據。GIS軟件需求規格說明的主要內容

引言1.1編寫目的（闡明編寫需求說明的目的，指明用戶對象）1.2GIS項目背景（應包括：a.GIS項目的委托單位、開發單位和主管部門；b.該GIS軟件系統與其它系統的關系）1.3定義（列出文檔中所用到的專門術語的定義和縮寫詞的原文）1.4參考資料（可包括：a.項目經核準的計劃任務書、合同或上級機關的批文；b.項目開發計劃；c.文檔所引用的資料、標準和規范。列出這些資料的作者、標題、編號、發表日期、出版單位或資料來源）2.GIS項目概述

2.1GIS項目目標、內容、現行系統的調查情況

2.2GIS運行環境

2.3條件與限制3.GIS數據描述

3.1GIS靜態數據

3.2GIS動態數據（包括輸入數據和輸出數據）

3.3GIS數據流圖

3.4GIS數據庫描述（給出所使用數據庫的名稱和類型）

3.5GIS數據字典

3.6GIS加工邏輯小說明

3.7數據采集4.GIS功能需求

4.1功能劃分

4.2功能描述5.GIS性能需求

5.1數據精確度

5.2時間特性（如響應時間、更新處理時間、數據轉換與傳輸時間、運行時間等）

5.3適應性（在操作方式、運行環境、與其它軟件的接口以及開發計劃等發生變化時，應具有的適應能力）6.GIS運行需求

6.1用戶界面（如屏幕格式、報表格式、菜單格式、輸入輸出時間等）

6.2硬件接口

6.3軟件接口

6.4故障處理7．質量保證8．其它需求（如可使用性、安全保密、可維護性、可移植性等）4.3系統總體設計4.3.1系統總體設計的任務和方法4.3.2系統總體設計準則4.3.3系統總體設計工具

總體設計的任務是要求系統設計人員遵循統一的準則和采用標準的工具來確定系統應包含哪些模塊、用什么方法聯結在一起，以構成一個最優的系統結構。總體設計一般采用結構化設計方法進行實現。結構化設計強調軟件總體結構的設計，是一種自頂向下、逐步求精和分階段實現的設計策略。4.3.1總體設計的任務和方法結構化設計的基本特點由問題結構導出系統結構，即問題結構到系統結構的映射。問題結構主要用數據流圖（DFD）來描述系統的邏輯模型，而系統結構是指用系統的模塊結構圖來描述軟件結構通過自頂向下分解和層次組織的方法來簡化系統，產生模塊結構運用一系列的圖表工具。為使系統設計流程易于理解，結構化設計使用了兩種主要的圖表工具：偽碼和結構圖。偽碼描述的是模塊的處理邏輯，用來表達程序的設計思路；結構圖用于描述軟件的總體結構，采用自頂向下、層次組織的方法提供一系列的系統設計策略。結構化設計提供了兩種設計策略，它們分別是面向過程的數據流方法與面向數據結構的Jackson方法和Warnier-Orr方法。提供一組評價系統設計質量的準則。結構化設計方法提供了一系列評估準則，如耦合、內聚、扇入和扇出、信息隱蔽以及模塊化等。結構化設計方法一般設計方法設計工具數據流圖，模塊結構圖，圖表工具系統流程圖設計思想自頂向下，逐層分解自底向上，統一組裝設計重心強調軟件總體結構，其次才考慮軟件模塊的內部處理邏輯(程序結構)采用系統流程圖描述源程序的處理邏輯，強調的是系統實現設計過程分為總體設計和詳細設計沒有明確的階段劃分性能系統具有較好靈活性和可維護性，系統整體性好，易于把握用戶需求目標系統結構性差，缺乏靈活性和可維護性，并且可靠性和效率不高結構化設計方法與一般設計方法的比較設計方法和策略問題——如何構造（導出）軟件的總體結構軟件評估準則問題——什么樣的軟件結構是“最優”的軟件設計工具問題——如何表述軟件的結構采用結構化設計方法需解決的問題在結構化設計過程中，模塊是一個重要的概念。模塊指的是具有輸入和輸出、邏輯功能、運行程序、內部數據四種屬性的一組程序語句。其中，輸入、輸出和邏輯功能是其外部屬性，反映功能，是可見的；運行程序、內部數據是其內部屬性，反映具體實現途徑，是不可見的。除了上述四個主要屬性外，模塊還有其它的屬性。例如，它有一個名稱，可以使用別的模塊，也可以被別的模塊使用，即“調用”和“被調用”。在結構化系統總體設計中，主要關心的是模塊的外部屬性，即它的功能，而不是它的內部屬性，即如何去實現。結構化設計中的模塊4.3.2系統總體設計的準則采用結構化設計方法進行系統總體設計的最大優勢是它提供了一種便于衡量軟件設計質量的廣泛的評價準則。這些評價軟件設計質量的主要準則包括：模塊化抽象和信息隱蔽模塊獨立性軟件可以簡單地理解為模塊的集成。目前，幾乎所有的軟件體系結構都體現為模塊化。模塊化是軟件設計的一個基本準則，它使得一個程序易于為人們所理解、設計、測試和維護。高層模塊可使我們從整體上把握問題，隱蔽細節以免分散我們的注意力，在需要時，又可以深入到較低的層次以了解進一步的細節。模塊化往往將較復雜的問題轉化為一些簡單問題的集合，使我們可以將工作量分散到各個工作組以集中力量解決各個問題。模塊化抽象和信息隱蔽抽象是抽出事物的本質特性而暫時不考慮它們的細節，它反映在數據和過程兩方面。信息隱蔽是模塊的另一重要特征。“信息隱蔽”意味著有效的模塊化可以通過定義一組獨立的模塊來實現，這些獨立的模塊彼此之間僅僅交換那些為了完成系統功能所必須交換的信息。一個模塊內部所包含的信息（數據或過程），如果它不允許外部的模塊訪問的話，其它模塊是不能對它們訪問的。抽象和信息隱蔽從兩個不同方面說明了模塊化設計的特征。“抽象”幫助定義構成軟件的過程實體，而“信息隱蔽”實施對過程細節的存取約束。模塊獨立性模塊獨立性的概念是模塊抽象和信息隱蔽的直接結果，是保證軟件質量的關鍵性因素。采用結構化設計方法進行系統總體設計強調把系統設計成具有層次式的模塊化結構。模塊獨立性程度較高的軟件，其功能易于劃分，接口簡單，因此開發、測試和維護都較容易，修改引起的副作用也較小。4.3.3系統總體設計工具-層次圖

層次圖（hierarchicalchart）是在軟件總體設計階段最常用的工具之一，用來描繪軟件的層次結構。下圖為某土地定級信息系統的局部層次圖，圖中的每個方框代表一個模塊，方框間的連線表示模塊的調用關系。層次圖適合于在自頂而下設計軟件的過程中使用。層次圖層次圖（hierarchicalchart）是在軟件總體設計階段最常用的工具之一，用來描繪軟件的層次結構。下圖為某土地定級信息系統的局部層次圖，圖中的每個方框代表一個模塊，方框間的連線表示模塊的調用關系。層次圖適合于在自頂而下設計軟件的過程中使用。某土地定級信息系統數據輸入數據編輯因子分析因素復合級別劃定面積量算專題制圖成果輸出空間內插分析地形坡度分析平均高程分析曲面分級引力模型空間擴散分析分值頻率分析分值分級樣點級別提取級差收益測算4.4系統詳細設計4.4.1GIS功能設計;4.4.2空間數據庫設計；4.4.3接口設計；4.4.4用戶界面設計；4.4.5系統總體設計報告。4.4.1GIS功能設計空間處理與分析；地理建模。GIS空間處理與分析設計主要內容GIS空間數據處理編輯處理：圖形數據和屬性數據的編輯，圖形數據的拼接和分割等；變換處理：投影變換、坐標變換、比例尺變換、幾何校正等；編碼和壓縮處理：數據編碼、多余節點去除以及柵格數據壓縮等；數據的插值：點的內插、區域的內插等；數據類型轉換：矢量與柵格數據轉換、系統間數據格式的轉換等GIS空間分析設計查詢分析：如拓撲查詢、條件查詢等；幾何分析：如面積周長距離量算、開窗分析、多邊形合并等；地形分析：如空間內插分析、等值線分析、坡度和坡向分析、分水嶺分析、淹沒分析流域分析：如地形剖面分析、三維地形顯示與分析等；疊置分析：如多邊形疊置分析、視覺信息復合分析、條件與非條件疊置分析等。鄰域分析：如緩沖帶分析、走廊分析、泰森多邊形分析、擬合分析等；網絡分析：如最佳路徑分析、時空規劃分析、網絡流量模擬分析等；圖像分析：如圖像增強、圖像分割、圖像細化、空間濾波、高程影像疊置分析等；多元分析：如聚類分析、主成分分析、判別因子分析、趨勢面分析、回歸分析等；應用模型分析：與本GIS應用密切相關的各種應用模型分析GIS地理建模（一）地理模型是對地理實體的特性及其變化規律的一種表示或者抽象，同時也是對地理實體的那些所要研究的特定特征進行定量的抽象。可以說，地理模型是地理實體通過適當的過濾，用適當的表示規則簡潔描述的模仿品。通過這個模仿品，我們可以了解到所研究地理實體的本質，從而便于對地理實體進行分析和處理。地理建模主要是運用數學語言、地理知識和程序設計工具，對地理信息（如地理現象、地理數據等）加以翻譯和歸納。地理模型經過演繹、求解及推斷過程，給出數學上和地理上的分析、預報、決策或控制，再經過翻譯和解釋回到現實世界中，完成實踐-理論-實踐的循環。如果檢驗結果是正確或可行的，即可用于GIS分析和操作，否則，就要重新考慮翻譯、歸納過程，重新修改地理模型。GIS地理建模（二）地理建模過程地理建模是一項復雜而具有創造性的活動（改造已有模型或創造新模型），建立地理模型沒有固定的模式，下圖大致歸納了地理建模的一般過程。建模準備模型假設建立模型模型求解模型分析模型檢驗建模準備模型應用模型分析與檢驗建模假設建立模型模型求解地理建模流程圖建模準備建模準備包括了解地理問題的實際背景、明確地理建模的目的、掌握地理對象的各種信息（如數據資料等）以及搞清對象的特征。為了做好準備，有時建模者需進行深入細致的調查研究，碰到問題要虛心向有關方面的專家請教，按模型的需要有目的地收集所需資料。本階段的重點是進行模型的因子分析。模型假設模型假設是根據地理對象的特性和建模的目的，對問題進行必要的簡化，并且用精確的語言作出假設。這是地理建模的第二步，也是關鍵的一步。有時，假設過于詳細，試圖把復雜的實際現象的各個因素都考慮進去，可能使得建模者很難繼續下一步的工作。因此要善于辨別問題的主要和次要方面，盡量將問題均勻化、線性化。建立模型建立模型是指根據所做的假設，利用適當的數學工具，確定各因子之間的聯系，通過表格、圖形或是其它數學結構建立地理模型。這是地理建模的第三步。為了完成這項地理建模的主體工作，建模者需要掌握較為廣泛的數學知識，有時還要用到規劃論、排隊論、圖論、對策論等知識，但并不要求建模者對數學的每個分支都精通。事實上，建模的一個原則就是盡量采用簡單明了的數學工具，供更多的人了解和使用。模型求解對以上建立的模型進行數學上的求解，包括解方程、畫圖形、邏輯推理、穩定性討論等。模型求解不僅要求建模者掌握相應的數學知識，還要掌握一些常用數據分析軟件，如集計算和可視化于一體的Matlab軟件及用于統計分析的SPSS軟件等。模型分析對模型求解的結果進行數學和地理上的分析。這一階段有時需根據地理問題的性質，分析各變量之間的依賴關系；有時要求對結果進行預測、最優決策或控制等。

模型檢驗將模型分析的結果“翻譯”到地理對象中，用實際現象或數據檢驗模型的合理性和適用性，即檢驗模型的正確性。若檢驗結果正確，模型即可用；若檢驗結果有誤，則需修改或重新建模。經驗表明，模型假設是最易導致結果有誤的環節。GIS應用模型庫的設計GIS有著強大的空間分析功能，如緩沖區分析、鄰近分析、疊加分析等。只有建立與之相應的GIS應用模型，GIS才真正有用武之地。下表反映了GIS應用模型的分類情況。空間模型非空間模型適宜性分析模型預測模型模擬模型最優化模型影響模型……計量經濟模型經濟控制論模型投入產出模型系統動力學模型……GIS應用模型分類4.4.2空間數據庫設計空間數據庫系統是GIS軟件設計的核心內容，進行空間數據庫系統設計的主要任務是確定空間數據庫的數據模型以及數據結構，并提出空間數據庫相關功能的實現方案；空間數據庫系統實現的主要任務是將設計的空間數據庫系統的結構體系進行編碼實現，并將收集來的空間數據入庫，建立空間數據庫管理信息系統。內容一、空間數據;二、空間數據的邏輯預處理;三、空間數據庫的概念設計; 四、空間數據庫的邏輯設計;五、空間數據庫的功能設計;六、空間數據采集建庫.一、空間數據空間特征：包括比例尺、坐標系和投影類型等時間特征屬性特征其中，時間特征和屬性特征是一般信息系統中的數據都具有的，而空間特征是空間數據獨有的，是空間數據庫的宏觀定義，建立空間數據庫時必須著重考慮。比例尺含義：指空間數據庫入庫前原始圖件的比例尺。數字化后的地圖可在一定范圍內按任意比例尺顯示。如何確定？空間數據庫的比例尺通常取決于用戶對空間數據的精度要求及所研究區域的大小。精度要求越高，地圖比例尺就越大，內容愈詳細，數字化工作量和存儲量也就越大。空間數據有三大基本特征空間特征：包括比例尺、坐標系和投影類型等時間特征屬性特征其中，時間特征和屬性特征是一般信息系統中的數據都具有的，而空間特征是空間數據獨有的，是空間數據庫的宏觀定義，建立空間數據庫時必須著重考慮。比例尺含義：指空間數據庫入庫前原始圖件的比例尺。數字化后的地圖可在一定范圍內按任意比例尺顯示。如何確定？空間數據庫的比例尺通常取決于用戶對空間數據的精度要求及所研究區域的大小。精度要求越高，地圖比例尺就越大，內容愈詳細，數字化工作量和存儲量也就越大。坐標系

空間數據庫中常用的坐標系有地理坐標系和平面直角坐標系。地理坐標系描述：采用經緯度（φ,λ）來確定地球表面上任意一點的位置。從通過格林威治天文臺的子午面向東為東經（0°~180°），向西為西經（0°~180°）；從赤道面算起，向北為北緯（0°~90°），向南為南緯（0°~90°）。應用領域：一般應用于空間位置要求很明確的GIS中。因為經緯度不僅能標示空間對象在地球表面上的位置，還能顯示其地理方位以及所處的時區、兩地間的時差等。平面直角坐標系描述：首先定義一個原點（0,0）及x，y軸方向，然后通過（x,y）值確定某個地理實體的位置。應用領域：適用于大比例尺小區域的GIS應用。因為在該坐標系中，統計面積、距離量算等較為方便，在測繪中應用較廣，如房產測繪等。投影含義：不同的坐標系可以通過地圖投影來建立聯系，即地球表面任一由地理坐標（φ,λ）確定的點，在平面上必然有一個由平面直角坐標（x,y）確定的點與它相對應。如何選擇地圖投影類型？首先是經緯線形狀和變形性質能否滿足GIS對數據的要求；其次是投影的變形要小且分布均勻，使等變形線大致與區域輪廓一致；再次就是經緯網形狀不復雜，便于識別和投影計算、轉換等。不同投影類型的比較

投影類型特點適用領域等角投影方位準確，小區域的圖形能與實地相似航空、航海、氣象、洋流和軍事等方面等積投影面積正確，方便分析信息間的對比關系行政區劃、自然或經濟區劃、人口密度、土地利用、農業、經濟和某種自然現象分布等方面等距方位投影距離準確，方便對一定半徑范圍進行控制城市防空、地震臺、雷達站等方面分層(縱方向)

tile1tile2

分幅（水平方向）

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tile1tile2植被層(Layer1)

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tile1tile2水系層(Layer2)

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tile1tile2居民地層(Layer3)

tile3tile4

……

……

二、空間數據分幅和分層示意圖

分幅

當GIS空間數據庫的比例尺較大時，圖幅的范圍也就較大，為了便于數據的存儲、檢索、顯示與分析，有必要對整個地圖進行分幅。若不進行分幅處理，一個地圖幅面將大得驚人，計算機存儲和檢索的速度將受到很大影響。分幅的方式可以是按矩形，也可以是按行政區劃。還可按城市管理分幅（如電信分幅、污水系統分幅、消防分幅等）、交通管理分幅、郵政分幅、環保分幅等。矩形分幅示意圖

圖中所示為在規劃國土樣區系統中（修文群等，1999年），采用的按矩形分幅方法分別按格網大小分幅：一是按原有1:1000的圖幅分幅，另一種按1平方公里分幅。118500,21000121500,21000MAP1MAP2MAP3720721722723724725MAP4MAP5MAP6648649650651652653MAP7MAP8MAP95765775785795805811180500,18000MAP10336337121500,175001平方公里分幅圖

1：1000圖幅分幅圖分幅處理應注意問題

分幅可能會帶來數據無縫處理的問題，即相鄰兩幅圖之間數據的完整性與一致性問題。在數據分幅處理過程中，應注意以下問題：確定典型用戶常用的查詢范圍；選擇適當的數據量，每幅中的數據量應適度；需要經過典型試驗以確定最佳方案。分層描述：分層是在分幅的基礎之上進行的，它按地圖內容進行劃分，不同的內容屬于不同的層。目的：更有效地組織和管理空間數據依據：國家相關信息分類標準原則：宜細不宜粗，盡量減少層與層之間的關聯分層處理應注意問題

按要素類型分層，性質相同或相近的要素應放在同一層。數據與數據之間的關系。如數據的公共邊，數據之間的隸屬關系等。基礎信息數據的分層較細，各種專題信息數據一般放在單獨的一層或較少的幾層中。考慮用戶視圖的多樣性。分層處理應注意問題（續）分層時應考慮數據與功能的關系，如數據使用頻率，起主導作用的功能等。分層時應考慮更新的問題，應考慮將變更頻繁的數據分離出來。分層時應顧及數據量的大小，各層數據的數據量最好比較均衡。盡量減少冗余數據。分層示例

表中所示為江陰市土地利用規劃管理信息系統空間數據分類表，它是江蘇省江陰市土地利用規劃管理信息系統中對空間數據（土地利用規劃圖）分類的初步結果。裝飾圖層背景圖層規劃圖層規劃_餅圖圖框規劃_注記規劃_圖例玫瑰圖市界鎮界村界耕地林地園地未利用地城鎮村工礦河流道路特殊用地規劃_林地規劃_園地規劃_農村居民點規劃_道路規劃_鐵路規劃_鎮區規劃_獨立工礦用地規劃_河流規劃_一般農田規劃_基本農田分專題要素

空間數據的另一種組織方式是按專題要素來組織，即根據某部門所感興趣的對象，如商店、銀行、有污染的工廠等來組織地理實體集合的幾何與屬性數據，同一層中可能會有不同種類的地理對象。三、空間數據庫的概念設計

（一）空間數據需求分析（二）E-R模型（三）空間數據庫的概念模型設計

空間數據需求分析步驟用戶需求調查分析空間數據現狀系統分析各步驟具體工作內容

其中，用戶需求調查在空間數據需求分析中具有重要地位。調查方法以與GIS用戶面對面討論的形式為主，調研的最終結果是提交一份全面和完整的書面報告。報告完成后，應送交用戶評議以證實報告的準確性和完整性，用戶對報告的討論及修改建議必須在最終報告中反映出來。用戶需求調查系統分析分析數據現狀現行業務處理流程；數據性質、獲取途徑與應用范圍；數據間的關系；數據使用頻率；用戶的數據要求、處理方式與處理要求數據內容是否符合要求；數據的有效性；數據的完整性；數據的現勢性；數據的表示方法；數據加工的難易程度；數據的標準化；數據的數量與質量；數據的來源分析系統環境和條件；確定系統邊界；確定計算機實現的功能；抽象出系統模型E-R模型

描述：E-R模型是構建信息系統或數據庫概念模型的一種有效工具或有效方法（也稱為E-R方法）。組成：實體類（簡稱實體）、關系類（簡稱關系）和屬性分類：基本E-R方法、擴展E-R方法、空間E-R方法基本E-R方法

由PeterChen于1976年提出特點：強調實體間的關系，而非實體的屬性目的：試圖建立一個統一的數據模型，以概括層次、網狀和關系三個傳統的數據模型；作為三種傳統數據模型相互轉換的中間數據模型；作為超脫數據庫管理信息系統的一種概念模型，以比較自然的方式描述現實世界。表示方法：E-R圖。其中，實體用方框表示，屬性用橢圓表示，關系用菱形表示。實體描述：它是所關心的客觀事物的抽象，并且可以被唯一地標識。識別原則：如果數據類相對獨立，并可唯一標識，且具有自己的屬性，則該數據類可能是一類實體，如果它僅是某類實體的特征，則它是一類屬性如果數據類與已識別的實體間存在關系/聯系，則該數據類（已是一類實體的屬性除外）可能是一類實體屬性描述：它是實體的特征。一個實體總是通過其屬性來描述的，對實體的管理和分析的操作是通過對屬性的操作來實現的。關系/聯系

描述：它指的是實體之間的聯結，可以有自己的屬性。一般地，實體和屬性是數據庫的存儲對象，而關系是數據庫所要進行的查詢操作。種類：擁有/屬于關系、集/子集關系、父/子關系、實體的組成關系等。又可分為一對一、一對多、多對一、多對多等關系類型。E-R圖示例(大學數據庫)教師年齡姓名性別職稱工資地址

所屬教研室講授課程郵編市單位學校信箱教師教室課程名學時數內容T_S_C教研室地點名稱編號所屬系系地點名稱編號系主任學生性別姓名年齡年級B_DN1S_D1NT_DN1空間E-R方法

E-R方法在GIS中的應用分為兩類：直接應用。如屬性數據庫概念模型設計空間E-R方法。根據空間數據的空間特性對基本E-R方法和擴展E-R方法進行改進，它最初由Calkins提出，在GIS中具有較成功的應用空間實體及其表達

空間實體與一般實體區別：它具有空間特性。即它除了作為一般實體的普通屬性外，還具有不同于一般實體的空間屬性。空間實體的關系及其表達

關系分類（Calkins）：度量關系（一般數據庫都具有）；拓撲關系（相鄰、聯結、包含）；方向關系。基本E-R方法和空間E-R方法比較

基本E-R方法空間E-R方法實體構成例子學生（姓名、性別、年齡、入學時間、住址）宗地（產權人姓名、地址）多邊形（坐標、拓撲關系）實體表達屬性實體一般實體及其屬性地理實體一般實體及其屬性空間實體及其屬性學生宗地PolygonGT坐標標識拓撲標識實體名稱空間實體類型姓名、性別、……產權人姓名、地址、……E-R方法比較（續表）基本E-R方法空間E-R方法實體類型一種：一般實體（無空間實體對應）三種：一般實體（與空間實體對應）

多空間尺度/類型表達的空間實體

多時段表達的空間實體關系類型一種：三種：一般關系（擁有、參加）拓撲關系（連通、相鄰、包含等）由空間操作導出的關系（鄰近、交疊、跨越、空間一致性）空間E-R方法示例（據邵全琴等，1998）

1

漁船

pointGTM

共管區

polygonGT包含于漁業公司漁政局

漁船

pointGT管理

管理

共管區

polygonGT

漁政船

pointGT……

包含于NNN11111NNNMMMMN

中心漁場

polygonGT

禁漁區

polygonGT

圍網漁船

pointGT

拖網漁船

pointGTM

海底障礙物

pointGT交疊臨近違規處罰O重疊注：1、M、N表示地理實體間的聯系。如：

它的含義為一個共管區內可以包含M艘漁船，即1：M的關系。

數據庫概念模型設計

數據庫概念模型：它是數據庫的全局邏輯數據視圖，是數據庫管理員所看到的實體、實體屬性和實體間的聯系。概念模型設計任務：概念數據庫模式設計。以需求分析階段所提出的數據要求為基礎，對用戶需求描述的現實世界通過對其中信息的分類、聚集和概括，建立抽象的高級數據模型(如E-R模型)，形成概念數據庫模式事務設計。是考察需求分析階段提出的數據庫操作任務，形成數據庫事務的高級說明數據庫概念設計流程圖

數據分析用戶視圖的設計用戶視圖的集成視圖的分析和修改返回用戶、征求意見數據流程圖數據字典的形成單用戶的概念結構(分E-R圖)總體概念結構(初步E-R圖)概念結構,(基本E-R圖)空間數據庫的概念模型設計流程

確定系統所有的一般實體和地理實體確定各個實體的屬性確定實體間的所有聯系繪制表示一個單元的空間E-R圖將空間E-R圖轉化為GIS軟件和RDBMS可接受的數據模型將各個單元的空間E-R圖組合起來，并優化概念模型設計步驟通過用戶需求調查與分析，提取和抽象出空間數據庫中所有的實體確定各個實體的屬性。要求盡可能減少數據冗余，方便數據存取和操作，并能實現正確無歧義地表達實體根據系統數據流圖及實體的特征正確定義實體間的關系根據提取、抽象和概括出的系統實體、實體屬性以及實體關系繪制空間E-R圖根據劃分的標準和原則對這些單元的E-R圖進行綜合，并對其進行調整和優化，使其能夠無縫地形成為一個整體將空間E-R圖轉化為適合GIS軟件和數據庫管理信息系統的數據模型。空間E-R模型是面向現實世界的，要將其在空間數據庫中進行實現，必須轉化成相關的GIS軟件和數據庫支持的模型四、空間數據庫的邏輯設計（一）傳統數據模型（二）面向對象數據模型（三）空間數據模型傳統數據模型的類型層次模型網絡模型關系模型層次模型

它是以記錄類型為結點的有向樹或者森林。如果把層次模型中的記錄按照先上后下、先左后右的次序排列就得到了一個記錄序列，稱為層次序列，層次序列碼能指出層次路徑。按照層次路徑查找記錄是層次模型的實現方法之一。根結點二級結點1二級結點2……………………三級結點1…………圖中每個方框代表一個結點記錄，附有該結點的屬性值，結點間的連線反映了它們之間的從屬關系網絡模型

它主要用于網絡數據庫的設計，是以記錄類型為結點的網絡結構。網絡模型中通常用循環指針來聯接網絡中的結點。根結點二級結點1二級結點2……三級結點1三級結點2三級結點3……………………圖中每個方框是一個結點，代表一個實體，每個實體用一個記錄表示，不同實體之間的聯系用網絡聯接。

關系模型

描述：它將數據的邏輯結構歸結為滿足一定條件的二維表，亦稱為關系，一個實體由若干關系組成，而關系表的集合就構成了關系模型。關系表示例：用地項目信息表和地塊信息表用地項目編號用地單位地塊編號……1地塊12地塊2…………地塊編號面積用地類型……地塊1地塊2……三種模型的比較

層次模型網絡模型關系模型結構特征父結點與子結點的關系必須是一對一或一對多一個子結點可以有兩個或多個父結點，兩個結點之間可以有兩種或多種聯系實體間的聯系通過公共值隱含地表達，并用關系代數和關系運算來操作優點結構清晰，較容易實現可以表示多對多的關系，冗余度較小結構簡單靈活，數據修改和更新方便，容易維護和理解缺點不能表示多對多的聯系，難以顧及數據共享和實體間的拓撲關系，數據冗余度大采用循環指針來聯系結點，結構復雜，難以修改和維護，更新較為困難難以處理復雜的目標，效率、數據語義和目標標識等方面還有不足面向對象數據模型的框架

傳統數據庫系統

.

持久性

.共享

.查詢語言

.并發控制

.事務管理

面向對象編程

.復雜對象

.對象確認

.類和方法

.封裝

.繼承語義數據模型

.聚合

.概括

.派生

.聯合確立對象數據模型面向對象數據模型的特點

支持復雜對象。具有對簡單對象運用各種構造符組成復雜對象的能力具有對象標識。對象獨立于它的值存在具有封裝性。數據庫對象中既封裝數據又封裝程序，從而達到信息隱蔽，同時也實現邏輯數據的獨立性支持類型和類的概念，類型概括了具有相同特性的一組對象的共同特性支持類或類型的層次結構，具有繼承關系允許重載，即將同一名字用于不同類型的數據操作通過與現有程序設計語言的合理連接達到計算完備性具有擴充性面向對象數據模型的特征

封裝性：在面向對象的系統中，所有的實體都可以模型化為對象。對象是由描述該目標狀態的一組數據和表達它的行為的一組操作（方法）組成，即某種相關的數據和行為的組合，這種行為就是對象的封裝性。類：它是同類對象的集合，即具有相同屬性和操作的目標的組合。類描述了該類對象的共同屬性和共同的操作（方法），避免了對象的重復定義工作。超類和繼承：超類的概念是為了減輕類的重復定義問題，方便類的管理。繼承的概念是為了在超類和子類之間，使子類能夠獲得超類的屬性項和操作。空間數據模型類型

混合數據模型全關系型空間數據模型對象-關系型空間數據模型面向對象空間數據模型混合數據模型

混合數據模型指在空間數據庫建設中，采用將空間圖形數據和相關聯的屬性數據分離開來管理的模式，空間數據與屬性數據通過關鍵字連接。該模型使用方便、實現起來較為簡單，是目前使用較為廣泛的一種空間數據模型。混合型空間數據庫模型示意圖空間數據庫屬性數據管理圖形數據管理分層設計分區設計關聯設計關系表設計混合數據模型設計圖形數據：由于GIS采用高級語言編程，可以通過打開/關閉直接操縱數據文件，圖形用戶界面和圖形文件處理是一體的。屬性數據：通過關系數據庫管理系統進行管理。以Arc/Info8.0以前版本為例，“INFO”是一個完整的簡單關系數據庫系統，它的屬性表設計包括一般屬性表(用戶定義的屬性表)與標準屬性表(系統定義的屬性表)。

圖形數據和屬性數據的交互方式:通過屬性數據庫提供的高級編程語言接口，使得GIS在高級編程語言環境下，直接操縱屬性數據，并顯示屬性數據；通過接口調用SQL語句，查詢屬性數據庫，并在GIS用戶界面下，顯示查詢結果。屬性數據庫管理系統的調用在后臺執行，圖形數據和屬性數據的查詢與維護在同一界面下實現。空間要素一般屬性表設計方法

方法一：把描述某一空間要素的所有屬性放在一張屬性表中。該方法簡單省事，但它是非規范化的，會帶來數據冗余、更新異常等問題。故而，需要根據屬性項之間的依賴關系進行分解，使之成為邏輯上有聯系的，但物理上分離的多個屬性表。方法二：把描述某一空間要素的屬性分別放在若干個邏輯上相互聯系、符合第三范式的屬性表中。返回全關系型空間數據模型

描述：指空間數據和屬性數據都采用關系模型進行設計，建立全關系型空間數據庫管理系統。思路：由GIS廠商在關系型數據庫管理系統的基礎上進行開發，使該系統不僅能管理結構化的屬性數據，而且能管理非結構化的圖形數據。圖形數據管理方式方法一：將空間實體的空間特征用關系模型來表達，制作關系表。由于關系連接運算相當費時，該方法在空間對象處理顯示方面效率很低。由于空間特征由點、線、面組成，因此可以制作三種表單：多邊形的關系表；線段的關系表；結點的關系表。方法二：將圖形數據的變長部分處理成Binary二進制塊Block字段，交由關系數據庫管理系統進行存儲和管理。該方法雖然省去了方法一的大量關系連接操作，但是二進制塊的讀寫效率要比定長的屬性字段低的多，特別是牽涉對象的嵌套，速度更慢。

三種表單示例多邊形編號名稱線段編號屬性項Polygon1Line1、2、3、……Polygon2Line5、6、7、………………線段編號名稱結點編號屬性項Line1Node1、2、3、……Line2Node3、4、5、………………結點編號X坐標Y坐標屬性項Node1Line1、2、3、……Node2Line5、6、7、………………多邊形線段結點對象-關系型空間數據模型

描述：在關系型數據庫中擴展，通過定義一系列操作空間對象（如點、線、面等）的API函數，來直接存儲和管理非結構化的空間數據的空間數據庫管理模式。實現途徑：從關系數據庫管理系統擴展，增加面向對象特性，主要是對基類進行擴充，增加復雜對象繼承性和規則系統的支持等。特點：融合關系數據庫技術與面向對象技術，支持查詢語言SQL的超集，具備關系數據庫系統的基本功能，同時又支持面向對象特性。適于復雜數據、復雜查詢的應用，其不足在于用戶不能自定義空間對象，對象的嵌套問題仍沒有解決，而且它的空間處理效率是以用戶的使用受限為代價的。面向對象空間數據模型

依據：面向對象數據模型不僅支持變長記錄，而且支持對象的嵌套、信息的繼承等，面向對象的空間數據庫管理系統還允許用戶定義對象和對象的數據結構以及它的操作。實現途徑：以面向對象程序設計語言為基礎，增加數據庫功能，主要是持久對象和數據共享。優勢：與面向對象的程序設計語言緊密結合，容易被熟悉面向對象語言的開發設計人員所接受，具有較高的執行效率。劣勢：缺乏數據庫基本特性，尤其是缺乏與SQL兼容的查詢功能，在安全性、完整性、并發控制、開發工具等方面也比關系數據庫產品差。五、空間數據庫的功能設計

（一）空間數據輸入設計（二）空間數據查詢設計（三）空間數據輸出設計（四）空間數據更新設計空間數據輸入內容圖形數據：地圖、遙感圖象、實測數據等。輸入主要是完成數字化工作，主要采用兩種形式：手扶跟蹤數字化和掃描數字化（屏幕跟蹤），它們各有優缺點，此外，還有幾何坐標輸入（如COGO）和現有數據轉換輸入。屬性數據：有關空間實體的屬性信息。輸入一般采用表格形式，以ID碼實現與圖形數據的連接。空間數據輸入設計原則良好的交互性。如確認輸入、確認刪除、確認取消等都為用戶提供反饋信息和幫助信息允許用戶進行簡單的數據編輯提供恢復功能。允許恢復到錯誤輸入前的正確狀態對于表格數據的輸入，要提供缺省值、輸入格式、有效性檢驗等功能，使用戶快速而準確地輸入數據數據組織存放目錄結構示意圖

GIS數據庫要素N要素P要素1分幅A分幅D分幅J圖層1圖層K圖層M圖形數據屬性數據總目錄第一級子目錄第二級子目錄第三級子目錄………

…

…

…

空間數據查詢設計目的：從空間數據庫中快速高效地檢索出所需要的數據實質：按一定條件對空間實體的圖形數據和屬性數據進行查詢檢索，形成一個新的空間數據子集方法：根據GIS應用的實際要求，用SQL語言、擴展SQL語言和具有檢索功能的GIS命令（如Arc/Info中的#Merge、#Overlay、#select、#Polygon、#Assess等）來實現注：空間檢索是目前空間數據檢索研究的熱點，最常見空間數據檢索是基于拓撲關系（包括鄰接、關聯、包含等）的空間檢索GIS中數據檢索類型及其特點

檢索類型檢索方法特點鼠標定位檢索鼠標定位于圖形區域得到相應屬性數據；鼠標指向屬性數據則高亮顯示相應圖形數據實現了圖形數據和屬性數據的雙向查詢檢索分層檢索在分層組織和存儲的GIS數據中，檢索某一特定圖層的圖形數據和屬性數據提高了檢索速度開窗檢索在屏幕上任意開一個窗口，檢索窗口內的圖形數據和屬性數據對于GIS疊置分析大有好處，也可進行緩沖區檢索條件檢索根據屬性條件來檢索圖形數據，常用的地址匹配檢索屬于條件檢索之一用屬性數據的數據項與運算符來構建條件表達式空間檢索是基于空間關系的檢索，包括拓撲關系、順序關系（如左、右、上、下、前、后等）、度量關系（如距離）目前還不是很成熟基于拓撲關系的主要空間查詢面-面關系：面-面的關系有8種，面-面關系檢索主要是查詢并判斷多個面實體之間是否相鄰、包含、相交以及方向距離關系等線-線關系檢索：線-線關系有33種，它的檢索主要是查詢并判斷線與線之間是否有鄰接、相交、平行、重疊以及方向距離關系等點-點關系檢索：主要是查詢并判斷點與點之間距離、方向以及重疊等關系線-面關系檢索：主要是查詢并判斷線與面之間距離、方向、相交及重疊等關系空間查詢（續）點-線關系：主要是查詢并判斷點與線之間距離、方向、相交及重疊等關系點-面關系查詢：主要是查詢并判斷點與面之間距離、方向及包含等關系邊緣匹配查詢：指空間檢索在多幅地圖的數據文件之間進行時，需要應用邊緣匹配處理技術，建立跨越圖幅邊界的多邊形，提取與查詢相關聯的圖幅數據，然后將這些數據自動地組織到連續的窗口范圍內注：當空間數據庫的圖幅很多時，需進行圖庫的管理和圖幅之間數據的無縫處理。此時，圖庫必須建立在統一的坐標體系、統一的坐標原點、統一的投影類型下，每個圖幅至少要有四個控制點，并建立空間查詢。空間數據輸出設計描述：指按實際應用的要求和可視化原則，將GIS操作和分析的結果展示在屏幕上或打印到圖紙上的過程原則：應從美學原則出發，布局圖中各個內容的位置，調配大小和色彩，設計優美的地圖整飾等空間數據的輸出應帶有很大的靈活性，允許用戶對輸出內容進行動態組合為常用的輸出格式設計模板以方便用戶輸出數據的表達形式盡可能多樣化，如采用多媒體技術等空間數據更新設計空間數據更新設計是GIS空間數據庫設計的重要內容，因為數據更新是GIS活力源泉之一。隨著GIS應用的深入，數據成為制約GIS發展的瓶頸，因此，迫切要求數據獲取手段和數據更新手段不斷得到完善。空間數據包括幾何數據、屬性數據和拓撲數據三種，根據空間數據發生變化的數據類型，可以將空間數據的變更分為三種類型:幾何數據屬性數據宗地數據舉例第一種不變改變一塊宗地形狀未變，權屬變第二種改變不變一塊宗地形狀變，權屬不變第三種改變改變一塊宗地形狀變，權屬也變空間數據共享空間數據共享是GIS界一直關心的問題，目前尚未完全解決。影響空間數據共享的有技術因素，也有非技術因素。其中，非技術因素涉及到政策與社會問題，根據誰投資誰受益的原則，可以考慮讓空間數據商品化來解決該問題。而此處著重考慮空間數據共享的技術因素，即數據的規范化與標準化。空間數據共享途徑數據轉換：是主要的共享途徑，在不同的系統之間通過數據轉換（導入/導出）來達到空間數據共享。包括有語義約束的數據格式轉換和沒有語義約束的數據格式轉換。由于存在數據損失，在數據轉換前后需進行手工編輯基于元數據的空間數據網絡查詢和應用：指在網絡環境下通過元數據的支持對空間數據的查詢、下載和應用GIS互操作：以消息機制為基礎實現空間數據共享。采用該方式不僅能實現空間數據共享，還可以實現功能的互操作六、空間數據采集建庫

（一）建庫前期準備工作（二）數字化方案的制定（三）空間數據庫建庫流程（四）地理編碼建庫前期準備工作內容數據源的選擇數據采集存儲原則建庫的數據準備數據庫入庫的組織管理數據源的選擇GIS的數據源，一是要求可靠；二是具備更新能力。因此，GIS和空間數據庫的建立，首先應考慮數據源的科學基礎及更新的技術保證。就全國范圍來看，部門、地區之間數據源及其質量是很不平衡的。主管部門應充分考慮本行業和本地區的具體條件，因勢利導，在數據源和更新條件有保障的部門和地區逐步試建數據庫。在設計系統數據源的時候要根據應用要求保證數據的精度和獲取途徑。數據源種類

實測數據。如野外實地勘測、量算數據；臺站的觀測記錄數據；遙測數據等分析數據。利用物理和化學方法分析，從而獲取的數據圖形數據。各種類型的專題地圖以及地形圖的圖形記錄資料等統計調查數據。各種類型的統計報告，社會調查數據等遙感/GPS數據。利用遙感/GPS技術獲得的大量模擬或數字資料等數據預處理所選擇的數據源資料，一般要經過預處理才能借助數字化或其它途徑轉換成空間數據庫可用的數據。數據預處理的內容及其目的：主要內容目的現勢更新在預處理前對數據進行現勢更新，使之盡可能好地反映現勢情況專題地圖轉繪調整專題地圖在坐標系統、精度等方面與背景基礎地形圖的差異以方便配準圖面處理標繪不清晰或遺漏的圖廓角點，將模糊不清或因模擬形式的局限而中斷的線狀圖形進行加工，以減少數字化和數據編輯的工作量統計報表整理進行規范化和標準化處理數據轉換根據系統設計的要求，對現有數據(庫)進行調整和處理，轉換數據記錄格式等。對于圖形數據有時可能還需要做投影轉換。遙感數據還需要進行幾何校正和分類處理，以滿足系統設計的要求制作預處理圖對于地形圖或專題地圖上需采集的要素，按規定的分類編碼進行選取和描繪，制作預處理圖，以便于數字化作業數據庫入庫的組織管理在空間數據庫建庫工作中，應建立相應的數據管理組來負責入庫數據（包括新數據和更新數據）的鑒定、審批和管理入庫工作。注意事項：凡入庫的數據應同時提交數據說明書，數據管理組根據該類數據的質量標準，對數據說明書的內容逐項進行檢查和鑒定，鑒定合格的數據方可批準入庫數據入庫時，應有數據的鑒定意見和鑒定小組的簽名，并注明入庫日期數據入庫后，還應建立相應的數據安全和保密體系常用數字化方法

方法項目掃描數字化手扶跟蹤數字化屏幕數字化設備要求需要一定的掃描設備和配套的柵格編輯和矢量化軟件要求特定的手扶跟蹤數字化儀器掃描數字化設備以及屏幕數字化軟件使用特點速度快、精度高、勞動強度低處理簡單圖形要素效率較高；適用于更新和補充少量內容精度較高，勞動強度較低注意事項需規定最低分辨率和采點密度。掃描影像時，應考慮軟硬件的承受能力和查詢顯示速度分為點方式和流方式，應結合圖形特點分別選用，一般多采用點方式選擇適當比例數字化，在精度要求下盡量減少數字化的工作量數字化原則

采集精度符合質量控制的要求；采點密度應合理。密度過大會增加不必要的數據量，密度過小會使圖形幾何失真，或經數學變換后變形誤差增大點狀要素應采集符號的幾何中心點或定位點；線狀要素應沿中軸線采集；面狀要素應采集多邊形邊界和標識點，邊線應嚴格閉合。避免按圖形符號的圖案進行采集，因為這種數據只適應于數字制圖，而不適應于空間分析圖上漢字應作為屬性采集，一般不要處理為圖面注記數字化具體要求（以Arc/Info中Coverage的生成為例）

所有需要的要素特征都被數字化，沒有遺漏數據減少冗余數據特征位置正確，弧有正確形狀應該連接的特征保證確實連接所有多邊形有且僅有一個標號點所有要素都保證在外部邊界之內空間數據可用消除坐標錯誤同時保證拓撲關系正確，可以通過構建已有的空間關系（構造拓撲關系）、標識錯誤、改正錯誤、重構拓撲關系等工作來完成空間數據庫建庫流程首先必須確定數字化的方法及工具是準備數字化原圖，并掌握該圖的投影、比例尺、格網等空間信息按照分層要求進行一個Coverage的數字化，數字化的過程包括選擇控制點、數字化控制點、確定投影信息、采集數據、編輯和修改數據等對收集來的空間數據進行拓撲關系的建立，并給空間實體賦屬性值進行坐標變換和地圖接邊處理就建成了分層管理的空間數據庫選擇數字化方式及數字化軟件為數字化準備地圖原圖掌握地圖投影、比例尺、地理格網等基本情況數字化一個Coverage建立要素的拓撲關系為Coverage內的要素賦屬性值以點、線和數據流模式采集數據數字化控制點并確定投影坐標參數選取控制參考點建立Tile/Layer空間數據管理模式的空間數據庫坐標變換與地圖接邊處理識別并改正屬性編碼錯誤矢量圖形的編輯、識別和錯誤修正GIS數字化建庫流程圖地理編碼

（一）地理編碼定義及分類（二）擬定分類體系地理編碼定義任一種地理實體在平面上都可以用點、線、面（或多邊形）三種基本圖形要素來描述，而每一種圖形要素又可以通過不同的方法進行編碼和量化，以便存入數據庫，提供應用。地理編碼定義：是為識別點、線、面的位置和屬性而設置的編碼，它將全部實體按照預先擬定的分類系統，選擇最適宜的量化方法，按實體的屬性特征和幾何坐標的數據結構記錄在計算機的存儲設備上意義：地理編碼可以反映空間實體的幾何特征和屬性特征（類型、等級和數量特征等），是現實世界和信息世界之間的轉換接口現實世界與信息世界聯接示意圖

點特征碼11坐標x1y1

線特征碼21坐標x1y1…xnyn

面特征碼31坐標x1y1…x1y1

311121空間數據的地理編碼現實世界轉換接口信息世界通用地理編碼的基本要求

要素識別：即地方名稱、實體類型、地址等要素位置：用于唯一地識別實體在地球表面上的位置要素特征（屬性）：每一要素可具有與它有聯系的大量屬性，這種屬性可用于表示其主要特征；作用范圍描述提供地理定義：在某些情況下，地理代碼可以表示某種多個實體的聚合，聚合中的每一個實體也各有自身的代碼中國1:100萬地形數據庫分類體系

采用三級結構，即歸屬碼、分類碼和標識碼三段碼組成。歸屬碼：說明數據來源，包括提供數據的單位、系統名稱和數據庫名稱等。它除在不同系統之間交換或轉換數據外，一般不使用分類碼：說明實體所屬的類別，完全按照《國土基礎信息數據分類與代碼》（GB13923-92）國家標準標識碼（也稱識別碼）：用于標識主要的要素實體，如縣級以上居民地及其行政區界線、鐵路、主要公路、主要河流和湖泊等，對這些實體進行檢索，由6位字符和數字混合構成4.4.3接口設計(自己讀書)空間處理與分析；地理建模。4.4.4用戶界面設計 GIS用戶界面是GIS用戶與GIS系統之間傳遞、交換信息的媒介，是用戶使用系統的綜合操作環境和與系統交互的唯一通道。在GIS設計中，作為處理空間信息和可視化表達的GIS要真正融入IT信息世界就必須考慮用戶界面問題。所以，用戶界面設計在GIS設計中占有非常重要的地位。GIS的用戶分析

GIS已經從學術研究逐步走進了政府、企業及大眾，開始在城市規劃、土地利用、環境保護、商業選址分析、在線旅游等眾多應用領域發揮愈來愈重要的作用。用戶的多樣化和他們的知識背景、計算機應用水平都使GIS的設計具有面向大眾的多層次目標，GIS的發展從實驗技術驅動向市場應用驅動轉變已是大勢所趨。從人機界面學的角度來看，必須了解各種用戶的習性、技能、知識和經驗，并預測他們對人機界面的不同需求和反應，為用戶界面系統的分析設計提供科學依據。考慮到GIS應用的特殊性（具有地學應用特性的空間信息處理），GIS用戶分類如圖所示。

專業人員：來自傳統測繪、地圖學、遙感等按專業程度領域，具有堅實的地理學和測繪學基礎非專業人員