《GIS设计与开发》复习提纲
第一章
1.GIS经过四十多年的发展，作为信息技术的重要组成部分已经应用到诸多领域，试说明其各个发展阶段的主要特征。
答：从发展历程看，GIS软件技术经历了五个阶段：集成式GIS、模块式GIS、核心式GIS、组件式GIS和万维网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。
集成化GIS结构过于复杂、成本较高。基于该问题，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。此过程即模块式GIS发展阶段。模块化GIS不同于集成式GIS从下而上的开发思路，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的出现在很大程度上解决了这个问题。它综合了模块式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。 集成化GIS 在一个系统中集成了特点 GIS的各项功能 模块化GIS 系统分成许多相对独立的功能模块 满足了GIS综合应用功能 的需要 用户根据需求选择功能模块 易于集成其它系统 核心式GIS 从底层提供GIS功能，通过API访问 组件式GIS 通过标准通信接口实现模块间通信及GIS与其它系统集成 开发成本低、难度小，可以在通用语言环境中实现GIS功能 系统过于复杂，软件成本高；难与其它系统集成 难于与其它系统集成 开发难度高，不能进行可视化程序设计 有待于进一步发展 目前还不成熟 社会化的GIS，可扩展性好，跨平台 WebGIS 结合Internet，实现GIS的共享和互操作 存在问题 2.随着GIS应用领域的不断扩展，出现了大量的GIS产品，简要说明GIS各类产品模式及其主要特征。 答：
1. 数字地图
数字地图是GIS最简单、最基本的产品之一。通过GIS的地图数据库，可以实现地图的数字化存储，即数字地图。
2. 桌面制图
很多GIS产品具有桌面制图的功能（如MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ArcView，ArcEditor和ArcInfo等产品）。桌面制图提供的产品不仅可以对数字地图进行显示、漫游、缩放，还可以对地图进行实时的编辑。桌面制图是GIS传统的市场领域，也是份额最大的一块。
3. 桌面GIS
桌面GIS与桌面制图软件最大的区别是不仅存储图形信息，而且存储属性信息。它把
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与地理特征相关的属性数据存储在一个数据库中，通过指针实现图形数据与属性数据的互连。属性数据库可以方便地表达所有与地理特征相关的数据信息；同时，桌面GIS在对地理要素显示时，既可以基于单个属性，还可以将多个属性组合进行复杂显示，以提高提取信息的速度，丰富图形的种类；此外，图形与属性之间的连接是动态的，用户可以方便地对数据进行实时更新。桌面GIS不仅可以快捷方便地对地图进行基于属性的显示，还可以对地图要素进行空间分析操作，比如缓冲区分析、叠加分析、邻近分析等，这是桌面GIS不同于桌面制图的又一项特点。
4. 专业化GIS
专业化GIS的主要特点是具有相对较强的分析功能。地理数据的基本组成要素包括空间数据、属性数据和拓扑数据。其中，拓扑数据指的是地理要素间的空间位置关系。专业化GIS不仅存储地理要素的空间数据和属性数据，而且还对其拓扑数据进行存储，极大增强了GIS的空间分析功能。专业化GIS的杰出代表是ESRI 公司的ArcGIS系列产品，其它的类似产品有Intergraph 公司的GeoMedia Professional、Autodesk公司的Autodesk World以及SmallWorld公司的SmallWorld等。
第二章
1.GIS作为一个特殊的软件领域，其设计过程有哪些区别于其它软件设计的独有特点？
答：⑴ GIS处理的是空间数据，具有数据量庞大、实体种类繁多、实体间的关联复杂等特点。因此，在GIS设计过程中，不仅需要对系统的业务流进行分析，更重要的是必须对系统所涉及的地理实体类型以及实体间的各种关系进行分析和描述，并采用相关的地理数据模型进行科学的表达。这些地理数据模型包括传统的层次模型、网状模型、关系模型以及最近的面向对象模型。基于地理数据的特点，采用面向对象模型对地理数据进行描述具有很大的优势。面向对象模型以接近人类通常思维方式的方法，将客观世界的一切实体模型化为对象。每一种对象都有各自的内部状态和运动规律，不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了各种不同的系统。
⑵ GIS设计以空间数据为驱动。GIS从某种意义上说就是一种空间数据库，GIS的功能是为空间数据库提供服务的，其主要任务是空间数据分析统计处理并辅助决策。因此，与一般软件的以业务为导向建设系统的思想不同，GIS设计以数据为导向进行系统建设，系统的功能设计以提高数据的存储、分析和处理效率为原则。
⑶ GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。因此，在GIS设计中，项目计划管理是一个十分重要的部分。在项目计划管理中，需要完成以下工作：估计系统建设的投资效益，评估系统建设的风险性和必要性；制定系统的建设进度安排，保证系统建设的高效性；建立系统建设的组织机构和进行人员协调等。
2.试从设计重心、数据库建设和设计方法等三个方面，比较GIS设计与一般信息系统设计的区别。 答：
设计重心 GIS设计 处理的是海量空间数据，数据库设计在GIS设计中尤其重要 不仅要进行属性数据库的设计，更要进行空间数据库的设计，包括空间数据结构、存储方式、管理机制等 一般信息系统设计 软件功能实现是其设计重心 数据库建设 只需要建立属性数据库 设计方法 以业务需求为导向、以空间数据为驱动进行系统设计 以业务需求为导向，以功能为驱动进行系统设计 3.GIS数据标准包含哪些方面？各个方面的主要内容是什么？
答：数据标准大致可分为数据交换、数据质量、元数据、数据产品等几类。 ⑴ 数据交换
空间数据交换并不是一个简单的过程，它的标准必须具备以下特征：① 除能转换空间
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要素的图形数据外，还能交换与要素相关的属性、质量信息以及特征元数据；② 数据转换过程中，既不能丢失任何与空间目标相关的信息，更不能添加任何错误数据，数据转换必须绝对安全、可靠；③ 数据转换独立于计算机系统、数据存储和传输介质；④ 能兼容现有的各种相关标准，所使用的数据模型能包含所有用户数据。
在进行GIS设计时，最主要的数据交换方法有两种：直接交换和间接交换。直接交换是设计系统与每一种常用数据结构的接口，两两实现交换，这种方法虽然转换效率较高，但实现代价大、灵活性差，很难适应GIS技术发展的需要。间接交换一般是制订或采用公认的标准数据格式作为中间公共交换格式，系统应设计与这种中间格式的转换接口来达到数据共享的目的。目前的数据交换方法可能带来信息损失，如数据丢失、精度降低、符号丢失、空间数据表达方式改变、拓扑关系丢失、属性丢失等。国际上，美国与欧洲已分别制订了空间数据转换标准(SDTS)和地理数据文件(GDF)，在我国也已出台了空间数据交换格式(NSDTF)标准。
⑵ 空间元数据标准
传统的地理信息系统从体系结构到数据格式都有着封闭的特点，表现在不同GIS的数据格式难以转换和数据语义不能被解读等方面，数据的用户甚至不能准确获知数据集的内容，另外，数据的质量特征、来源、可用性等信息也很难得知。我们需要类似于图例那样描述数字空间信息的描述集，并且把它以规范化的格式组织起来，使用公共的术语来描述。元数据就是对数据集现势性、精度、内容、组织形式、属性、来源、适用性等多种信息的表述。
空间数据是一种结构比较复杂的数据类型，它既涉及到对于空间特征的描述，又涉及到对于属性特征以及它们之间关系的描述。因而，描述这样一个复杂空间数据集的数据（空间元数据）对地理信息的定位、存储和共享都很重要。空间数据元数据标准的建立是空间数据标准化的前提和保证，只有建立起规范的空间元数据才能有效地利用空间数据。
⑶ 数据质量
数据质量是对空间数据在表达空间位置、空间关系、专题特征以及时间等要素时，所能达到的准确性、一致性、完整性以及它们之间统一性的度量，一般描述为空间数据的可靠性和精度，用误差来表示。由于现实世界的复杂性和模糊性，以及我们认识、测量和表达能力的局限性，这种抽象数据表达总是在一定的精度范围内趋近而不可能完全达到真值的，因而数据误差总是不可避免的。
⑷ GIS数据产品标准
GIS的空间数据产品包括数字形式（电子地图、标准数据集）和非数字形式（如纸质专题地图）。作为产品，它应具备独立性、易用性、安全性及一定的外包装形式。一般，GIS数据产品标准有如下三类。① 标准的数据格式：主要指通用数据格式，方便使用和交换；② 标准的概念模式：同一领域的空间数据产品应该基于相同的概念模型，以利于在数据产品应用中的准确性；③ 标准的外包装：包括数据安装、使用界面、浏览界面等标准的用户界面。
第三章
1.常用的GIS设计方法主要有结构化生命周期法、原型法和面向对象的设计方法。试简要说明使用结构化生命周期法进行GIS设计需要完成的六个阶段内容。
答：⑴ 系统开发准备阶段
当现行系统不能适应新形势的要求时，用户将提出开发新系统的要求。有关人员进行初步调查，然后组成专门的新系统开发领导小组，制定新系统开发的进度和计划，负责新系统开发中的一切工作。
⑵ 调查研究及可行性研究阶段
系统分析员采用各种方式进行调查研究，了解现行系统的界限、组织分工、业务流程、资源及薄弱环节等，绘制现行系统的相关图表。在此基础上，与用户协商方案，提出初步的新系统目标，并进行系统开发的可行性研究，提交可行性报告。
⑶ 系统分析阶段
系统分析阶段是新系统的逻辑设计阶段。系统分析旨在对现行系统进行调查研究的基础上，使用一系列的图表工具进行系统的目标分析，划分子系统以及功能模块，构造出新系统
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的逻辑模型，确定其逻辑功能需求，交付新系统的逻辑功能说明书。系统分析也是新系统方案的优化过程，数据流程图是新系统逻辑模型的主要组成部分，它在逻辑上描述了新系统的功能、输入、输出和数据存储等，而摆脱了所有的物理内容。
⑷ 系统设计阶段
系统设计阶段又称新系统的物理设计阶段。系统分析员根据新系统的逻辑模型进行物理模型的设计，并具体选择一个物理的计算机信息处理系统。这个阶段还要进行人-机过程的设计、代码设计、输入、输出、文件数据库设计及程序模块、通讯网络设计等。系统设计的关键是模块化。
⑸ 系统实施阶段
系统实施是新系统付诸实现的实践阶段，主要是实现系统设计阶段所完成的新系统物理模型。为了保证程序和系统调试正常进行，首先要进行计算机系统设备的安装和调试工作，然后程序员根据程序模块进行程序的设计、代码编写和调试工作。为了帮助用户熟悉、使用新系统，系统分析人员还要对用户及操作人员进行培训，编制操作、使用手册和有关文档。
⑹ 维护和评价阶段
系统的维护和评价是系统生命周期的最后一个阶段，也是很重要的阶段，新系统是否有持久的生命力取决于此阶段的工作。
2.原型法是应软件设计新情况和新要求的出现而产生的，其特点主要体现为鼓励用户不断修改和完善需求，并根据新的需求不断修改和完善原型。请说明应用原型法开发信息系统各个阶段的内容。
答：⑴ 确定用户的基本需求 在这一阶段中，用户根据系统的特点清楚地表达自己的基本需求，即应该具备的一些基本功能，用户界面的基本形式等。系统分析开发人员据此来确定系统的规模及基本框架，判断系统需要的数据能否得到，同时应估算出开发原型的成本。
⑵ 开发初始原型
开发初始原型仅仅反映用户的基本需求，并不要求完善。开发初始原型的目的是快速建立一个满足用户基本需求的交互式系统，并且能够按照用户的要求不断修改。系统分析设计人员应使用一些可视化开发工具和高层次的开发语言来建立系统原型，帮助修正系统设计的内容。
⑶ 利用原型来提炼用户需求
系统原型是开发人员和用户就系统设计的构思进行对话的桥梁。利用原型来提炼用户需求的阶段是整个开发过程的关键，用户通过亲自使用原型，从而了解其需求得到的满足程度以及存在的问题。开发人员一方面记录下用户提出的该系统的缺点和不足之处；另一方面也要借助原型系统引导、启发用户表达对系统的最终要求，在用户和开发人员共同反复讨论过程中进一步提炼用户需求以及需要修改和变动之处。
⑷ 修正和改进原型
开发人员根据第三阶段中用户提出的修改意见或发现的问题，对初始原型系统进行修改、扩充和完善。这是一个多次反复的过程，直到用户满意为止。如果用户满意，则修改过的原型成为一个运行原型，运行原型可能成为一个新的应用系统，也可能作为应用系统开发的基础。如果用户不满意，则进一步修改增强原型，直至用户满意为止。
3.面向对象的方法在GIS设计中得到了越来越多的重视，它主要有面向对象建模技术（OMT）和统一建模语言（UML）两种方法。试对两种方法的特点和建模步骤进行说明。 答：OMT建模步骤 步骤 系统分析 内容 从问题陈述入手，与需求一起工作，以理解问题要求， 主要包括对象建模、动态建模、功能建模等内容 系统设计是问题求解及建立解答的高级策略，其内容包括将系统分解为子系统的策略、子系统的软硬件配置、详细目标 简洁明确地抽象出目标系统必须做的事情，对真实世界建模 决定系统的整体风格；使多个设计者能独立地进行子系统设计；确定需优化的性能，选系统设计 4
的设计框架等 详细设计强调数据结构和实现类所需的算法。在分析模型系统详细设计 的类中增加计算机化的数据结构和算法，并使用统一的面向对象的概念和符号表示法来表达 软件编程 使用具体的程序设计语言、数据库或硬件来实现对象设计中的对象和关联 择问题处理的策略和初步配置资源 在分析的基础上，对设计模型加入一些实现上的考虑，将系统设计中的一些实现细节加入到设计模型中 实现系统 UML建模步骤：在需求分析阶段，通过用例来捕获用户需求，并采用用例建模，来描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。在系统分析阶段，主要关心问题域中的主要概念(如抽象、类和对象等)和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用UML类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用UML动态模型来描述。但是，在分析阶段，只对问题域的对象（现实世界的概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类），这些技术细节将在设计阶段引入。在设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。编程（构造）是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计阶段的类转换成实际的代码。
4.本章所述的三种GIS设计方法有各自的特点，试从开发思想、开发模式、优缺点和适用性等方面对三种设计方法进行比较。 答： 设计方法 特性 结构化生命周期法 划分六个阶段，并规定它们开发思想 自上而下，相互衔接的固定次序 开发过程 线性、固定次序 整体开发模式。下一阶段开开发模式 始前完成上一阶段所有细节 简单到复杂、部分到全面 非整体开发模式。推迟某些阶段的细节工作，从而较早产生工作软件 驱动机制 可见性 文档驱动 开发过程系统不可见 是一种较为成熟和完善的管优 点 理模式，整体性好 需求的可变性和模糊性 通过试用原型进行沟通 具有一定灵活性和可修改性；增进了开发人员和用户对系统需求的理解 缺乏灵活性；难修改和维护；整体性差；由于不断地对原型进缺 点 模块重用性差；开发周期长 行修改完善，工作的重复率高，工作量大 适用性 功能和性能明确完整、无重大变化的软件开发 需求不明确，设计方案有一定风险的中小型软件开发 以对象作为驱动 开发过程系统不可见 与人类思维方法一致，便于描述客观世界；开发的软件性能稳定、易于重用和维护 对象和实体设计存在盲目性；对象间的消息传递不能完整体现系统总体功能；系统结构性较差 数据结构复杂、事物联系密切的软件开发 线性、迭代性和无间隙性 非整体开发模式，分析阶段由底向上提取对象，实现阶段自顶向下建立对象 原型法 借助原型（它反映了最终系统的部分重要特性）来辅助软件开发 面向对象开发的方法 将客观世界看成相互联系的事物（即对象）组成，以对象为单元进行设计开发
第四章
1.系统定义又称为系统分析，该阶段所要完成的任务是什么？ 答：系统定义时期的主要任务是确定软件开发工程必须完成的总目标以及工程的可行性；导出实现工程目标应该采用的策略即系统必须完成的功能；估计完成该项工程需要的资源和成本；并且制定工程进度表；最后编写系统需求分析报告。
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