2017年注册测绘师考试知识点整理：测绘案例分析--地理信息工程

2017-02-14 勘测联合网

测绘案例分析--地理信息工程

第1节10.1 基础地理信息数据库建设
知识点一、目标与任务[掌握]:数字线划图(dlg)数据库的建库目标
　　对数据采集生产的成果进行检查和处理，对生产数据进行转换处理，形成规范统一的数据集;
　　设计dlg数据库组织结构和系统功能，基于网络环境开发数据库管理系统，实现对dlg数据的有效管理与分发应用，并与其他数据库进行数据集成。
　　任务：
　　1.生产数据入库检查
　　注重检查和处理各单位生产的数据之间、不同区域的数据之间、不同图幅数据之间的不完整、不一致等问题以及要素之间的关系协调等。
　　2.数据组织结构设计
　　dlg数据包含七大类要素：水系数据、居民地数据、交通数据、境界数据、地形地貌数据、定位数据、其他数据等;
　　数据库设计时应将数据进行合理的分类布局，并进行数据存储。
　　3.数据规范化处理
　　1:5万数据生产采用的是高斯6°分带投影，建库时需要转换为地理坐标;部分数据层的属性字段项的名称为中文，为统一需要转换为字符串;
　　数据生产过程中，为了区分要素的更新与否，在国标码前增加了一位，数据入库时须将要素的更新信息提取出来放在单独字段中，保持标准国标码的位数不变;
　　把因图幅而分割的重要要素目标进行合并处理。
　　4.系统结构及功能设计
　　针对dlg数据库数据管理和数据服务的业务要求，考虑与其他数据库集成，设计并制定符合多源数据集成管理和数据服务的技术架构、符合数据库集成的统一数据库平台，规范dlg数据库的数据组织方式和管理模式，设计满足业务工作需要的系统功能，为数据库集成奠定基础。
　　5.开发数据库管理系统
　　针对数据库的数据集成管理和数据服务的需要，进行dlg数据库集成管理系统的设计、开发和调试工作，以实现对dlg数据库安全管理、数据检索查询、数据输出、数据分析、元数据管理、专题图制作和数据信息服务等业务功能，并编写与开发工作配套的技术设计文档和操作使用手册。
　　知识点二、数据库建设需求分析[了解]:1.系统用户分析
　　dlg数据库主要用于dlg数据的维护、管理、数据服务等业务以及其他相关业务对数据库的查询浏览。用户类型主要包括以下三类：
　　(1)数据库维护管理人员。数据库维护管理人员的工作主要包含对dlg数据库日常系统运行的维护管理、数据库的更新、数据库的备份、数据库用户管理、用户权限管理等操作。
　　(2)数据加工与提供人员。数据加工与提供人员的工作主要是根据数据服务订单对dlg数据库进行数据提取、加工，提供数据服务。
　　(3)授权用户。其他内部用户是在数据库授权的情况下可以对dlg数据库进行浏览、查询等操作的人员。
　　2.系统功能需求分析
　　面对巨大的矢量空间数据集，如何对数据进行有效的管理，并能够及时向用户提供数据查询、数据检索、数据提取、数据加工等服务，这是数据库设计应该考虑的关键所在。
　　由于dlg数据很多都属于国家涉密数据，因此数据库的安全性尤为重要，数据库应根据不同的用户设置不同的用户权限，以保证数据的安全使用。
　　数据库系统不仅要提供多种检索方式对数据内容进行实时浏览，从而能够准确迅速地确定所需数据的种类、内容及范围;而且还要提供对数据库中各种数据进行的基本操作，如数据裁切、数据拼接、数据格式转换、专题图制作等。
　　dlg数据库建设的最终目的是向用户提供数据产品和信息服务。
　　用户对数据的需求主要体现在：对空间数据各种内容要素的需求、数据格式的转换需求以及相应的技术支持。
　　3.数据库集成需求分析
　　数据库建设采用的是分散建库的原则，由于多个数据库的建成时间不一致，形成了多个独立的数据库。
　　dlg数据库的建设将按照数据库集成的统一技术框架，建成数据相对独立的数据库，同时预留与其他数据库集成的接口。
　　知识点三、数据库建库技术路线[掌握]:dlg数据库系统结构示意图如图10.1.1所示。
　　图10.1.1 dlg数据库系统结构示意图
　　在dlg数据库系统结构中，系统c/s结构部分主要是核心业务模块：
　　包括数据入库检查、安全管理、视图管理、查询检索、元数据管理、数据输出、数据分析、专题图制作、数据库维护等模块。
　　系统b/s结构部分主要是系统的数据服务模块，
　　用户可以通过浏览器浏览数据的一些基本情况，如数据类型、数据范围、元数据信息等，确定数据订单，并通过中心内网传递到数据库，产生数据服务请求信息;
　　用户可以通过浏览器查询到订单的状态，如正在处理、已经处理完毕等。
　　应用服务层主要是解译应用层发出的请求，通过空间数据引擎arcsde对数据库进行相应的操作，并将结果通过中间件arcgisengineruntime或arcims反馈到应用端。
　　应用层主要指系统的应用模块，包括浏览查询、数据服务、数据库安全管理等业务应用。
　　知识点四、数据库建库流程[掌握]:dlg数据建库流程如图10.1.2所示。
　　1.数据整理
　　由数据生产单位提交的1:5万矢量数据是6°高斯分带投影数据，入库时需要将数据投影转换到地理坐标。另外，生产数据部分层中属性项的名称为中文，为了统一，入库前需要将中文名称更改为英文名称。
　　2.数据预入库
　　按照数据库整体结构的设计，按百万图幅范围将生产数据按照数据的存储要求入库到相应的数据层，这期间数据不做任何处理。产生的临时数据库供下一步的数据处理。
　　3.数据处理与修改
　　对于线要素，要将要素在图幅分割处进行连接使其连续;
　　对于面要素，要将由于图幅分割而生成的多个目标进行合并，生成一个目标。
　　对于公路网、铁路网、行政区划等，要将对应的原始数据进行重新整合生成。
　　4.元数据整理
　　dlg数据的元数据是按图幅为单位以文件方式进行组织的，该流程需要将元数据进行汇总整理，并将文本格式转换为关系表形式，以利于元数据的入库。
　　5.数据正式入库
　　把经过处理、符合数据库设计要求的数据进行正式入库，形成正式的数据库成果。
　　6.数据库功能开发
　　根据数据库功能设计，开发出一套方便对dlg数据库进行管理的功能模块。
　　知识点五、数据库结构设计[了解]:数据组织是数据管理的基础
　　数据组织结构设计是指按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程。
　　数据库结构设计主要包括：
　　概念结构设计
　　逻辑结构设计
　　物理结构设计
　　知识点六、数据整理与入库[了解]:由于不同格式的矢量数据存在差异性，且表达方式与gis所要求的数据描述方式之间存在很大的差异。
　　据入库之前需要做大量的准备工作：实体元素的错误纠正、多边形封闭性检测、重复地形要素的清理、道路和河流等某些特殊地形要素的处理、地形要素扩展属性的设置等。
　　矢量数据的加工与处理：主要是为了使输出的地理数据更加符合gis软件要求，以便能充分利用gis软件的各种功能，让转换后的数据可以发挥更大的效益，体现出gis软件的优越性。
　　入库前数据处理的主要工作如下：
　　(1)面状实体必须是封闭的，如房屋、池塘等。
　　(2)各图元注记必须是一个整体，如单位名称，如果是逐字注记，在导入时将生成多个点要素。
　　(3)线型与图元的检查。
　　(4)各个图元层属性的匹配。
　　(5)道路、河流等面要素的线性化处理。
　　(6)地形要素编码和扩展属性设置。
　　(7)重复地形要素的清理。
　　知识点七、数据库管理系统设计[了解]:数据库管理系统(dbms)是用于建立、使用和维护数据库的软件系统。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。数据库系统设计一般包括网络环境、软硬件环境、存储环境、系统构架等;而管理系统功能设计，一般应包括数据入库检查、视图管理、查询检索、输入输出、数据分析、制图、分发服务、数据库维护、安全管理等。空间数据库管理系统主要设计原则包括灵活性、易操作性、高效性。
　　1.灵活性 2.易操作性 3.高效性
　　1.灵活性
　　系统能提供灵活的检索方式，可以进行任意空间范围、任意地理内容及其任意组合的检索;在空间范围上能实现任意区域的检索，可以实现标准分幅比例尺的检索，满足不同专业、不同应用目的对数据库应用的要求。
　　2.易操作性
　　系统应操作简单、界面友好、响应时间短，非gis软件操作的人员也能很容易地使用数据库，检索查询所需要的数据资料。
　　3.高效性
　　系统效率包括三个方面：
　　一是计算机系统内部资源的使用效率，能充分利用资源(包括存储空间、设备、cpu等)，并注意使各种资源负载均衡以提高整个系统的效率;
　　二是空间数据库管理系统(sdbms)本身的运行效率;
　　三是用户的生产率，这是指用户学习、使用sdbms和在sdbms基础上开发的应用系统的效率。
　　案例样题
　　第一题
　　国家测绘地理信息局某部门负责建立的“×××核心地形要素数据(dlg)库”(以下简称“dlg数据库”)
　　[问题]
　　1.简述空间数据库管理技术现状。
　　2.简述数据库管理系统的主要功能需求与设计。
　　3.结合案例，描述dlg数据建库的技术流程。
　　[参考答案]
　　1.随着数据库技术的发展，空间数据库技术逐渐代替了传统的文件数据管理模式，对象—关系数据库管理系统是较为流行的解决方法，它是将复杂的数据类型作为对象放入关系数据库中，并提供索引机制和简单的操作，即在空间数据源之上增加一层软件(空间数据引擎)——空间数据管理系统，实现对空间数据和属性数据的一体化管理。
　　2.管理系统功能设计，一般应包括数据入库检查、视图管理、查询检索、输入输出、数据分析、制图、分发服务、数据库维护、安全管理等。视数据库不同及应用需求不同，管理系统功能可做适当增删调整。
　　3.数据建库实施流程一般包括入库前的数据整理、数据预入库、数据处理与修改、元数据整理、数据正式入库及数据库功能开发几个步骤。
　　(1)数据整理。由数据生产单位提交的1:5万矢量数据是6°高斯分带投影数据，入库时需要将数据投影转换到地理坐标;另外，生产数据中部分层中属性项的名称为中文，为了统一，入库前需要将中文名称更改为英文名称。
　　(2)数据预入库。按照数据库整体结构的设计，按百万图幅范围将生产数据按照数据的存储要求入库到相应的数据层，这期间数据不做任何处理;产生的临时数据库供下一步的数据处理。
　　(3)数据处理与修改。由于在产生临时数据库时矢量数据是按照图幅为单元存放的，在临时数据库中虽然同一类要素存放在同一个数据集中，但是在图幅接边处可能会存在要素目标的断线，因此，在这个过程中，对于线要素要将要素在图幅分割处进行连接使其连续;对于面要素要将由于图幅分割而生成的多个目标进行合并生成一个目标。另外，对于公路网、铁路网、行政区划等，要将对应的原始数据进行重新整合生成。
　　(4)元数据整理。dlg数据的元数据是按图幅为单位以文件方式进行组织的，该流程需要将元数据进行汇总整理，并将文本格式转换为关系表形式，以利于元数据的入库。
　　(5)数据正式入库。把经过处理、符合数据库设计要求的数据进行正式入库，形成正式的数据库成果。
　　(6)数据库功能开发。根据数据库功能设计，开发出一套方便对dlg数据库进行管理的功能模块。
　　第二题
　　地理国情普查是一项重大的国情国力调查。开展全国地理国情普查，系统掌握权威、客观、准确的地理国情信息，是制定和实施国家发展战略与规划、优化国土空间开发格局和各类资源配置的重要依据，是推进生态环境保护、建设资源节约型和环境友好型社会的重要支撑，是做好防灾减灾工作和应急保障服务的重要保障，也是相关行业开展调查统计工作的重要数据基础。
　　某测绘单位承担了该市的地理国情数据建库的任务，并对采集的地理国情数据建立基础空间数据管理与应用系统。
　　[问题]
　　1.基础空间数据管理与应用系统的基本功能框架包括哪些?
　　2.数据库的结构设计包括哪些内容?
　　3.数据库的系统设计包括哪些内容?
　　4.管理系统功能设计与开发包括哪些内容?
　　[参考答案]
　　1.基础空间数据管理
　　与应用系统的基本功能
　　框架如图所示
　　2.结构设计主要包括：概念结构设计，逻辑结构设计和物理结构设计。
　　概念结构设计是将分析得到的用户需求抽象为概念模型的过程，即在需求分析的基础上，设计出能够满足用户需求的各种实体以及它们之间的相互关系概念结构设计模型。
　　逻辑结构设计的任务就是把概念结构设计阶段设计好的基本e-r图转换为与选用dbms产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。
　　数据库在物理设备上的存储结构与存储方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的计算机系统。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结果的过程，就是数据库的物理设计。
　　3.数据库的系统设计一般包括网络环境、软硬件环境、存储环境和系统架构等的设计。
　　4.管理系统功能设计与开发主要包括基础数据管理、通用数据查询、桌面业务处理、机助专题制图、辅助分析决策、动态数据交换、网络信息发布、运行维护管理共八大功能模块。

第2节 10.2 专题地理信息数据库建设
知识点一、专题地理信息数据库建设需求[熟悉]:以城乡土地管理信息数据库的设计和建立为例。
　　1.用户基本情况
　　(1)数据库使用者及权限。
　　土地科：主要完成土地利用调查、确认等工作。
　　信息中心：系统管理维护、权限分配。
　　测量队：完成外业变更图形数据的采集和输入并出图。
　　其他部门：浏览、查询数据。
　　(2)其他。
　　最大并发访问量：略。
　　安全性要求：系统登录、日志管理、数据库密码控制、数据备份。
　　2.运行环境情况
　　(1)硬件环境。
　　局域网：是否具备。
　　内外网是否隔离：是否隔离。
　　服务器：是否双机备份。
　　web服务器：是否具备。
　　(2)软件环境：包括操作系统、数据库系统等。
　　3.数据需求
　　(1)数据来源。
　　现有数据、新测数据
　　(2)成果数据。
　　分层：、组织单元、编码。
　　坐标系：
　　输出图件成果：
　　输出表格成果：
　　数据其他说明：
　　(3)发布数据(土地利用现状公开查询中规定可发布的数据)。
　　使用者：
　　发布数据比例尺：
　　发布数据内容
　　发布数据如何过滤
　　(4)元数据。
　　使用者：
　　知识点二、专题地理信息数据库构成[熟悉]:根据城市各种土地基础图件和数据更新的现状，数据库由基础地理信息数据库、土地信息专题数据库、备份数据库、共享数据库和元数据库构成。这几种数据库的关系如图10.2.1所示。
图10.2.1
　　其中，从逻辑上划分的基础地理信息数据库和土地信息专题数据库，都采用统一的oracle 9i数据库进行管理，存储在同一台数据库服务器上，实现基础地理数据和土地信息专题数据的一体化管理。
　　1.基础地理信息数据库
　　基础地理信息数据建库内容。
　　2.土地信息专题数据库
　　土地专题信息是根据实际应用的需要在基础地理数据图层上叠加应用专题层，如土地利用规划、建设用地红线、土地交易地块等，基础地理数据与专题数据的划分有利于数据的管理和扩充。一般按层划分有行政区域、行政界线、宗地、权属界线拐点、面状地类、线状地类、地类界线、符号、注记等。
　　如果按现势性划分，土地信息专题数据库又可以分为现状数据库、历史数据库和操作数据库。
　　现状数据库和历史数据库的划分有利于将来的历史数据回溯。随着时间的推移，现势要素不断产生进入现状数据库，旧的土地信息要素不断被更新成为历史要素而进入历史数据库。
　　现状数据库和历史数 38 41078 38 15756 0 0 3221 0 0:00:12 0:00:04 0:00:08 3221库之间的划分是逻辑上的，其库结构是一致的，包括了相应的图形数据和属性数据。
　　3.共享数据库
　　由于gis数据，特别是矢量数据是以坐标的形式存储真实世界信息的，一些重要数据是与国家安全相关的，同时也为满足类似“数字城市”建设需要实现数据共享的要求，建立了共享数据库，不仅可实现与其他单位或部门、其他市县或省一级的数据共享，还可以从基础库中提取出那些不涉及国家安全的数据，将它们存入共享库，用于信息发布和广域网查询。
　　4.元数据库
　　元数据是用来描述数据的数据，根据元数据描述的对象可以把空间元数据分为三类，即数据元素级元数据、数据集级元数据和数据库级元数据。通过元数据可以检索访问数据库，可以有效地利用计算机的系统资源，提高系统的效率。因此，建立有效的元数据储存体系在整个数据库建设中占有重要的位置。
　　知识点三、土地专题数据的组织[掌握]:建立多种数据类型的专题数据库，用于空间数据和属性数据的存储与管理。图10.2.2表示土地专题数据存储的逻辑结构。
图10.2.2
　　1.空间数据组织
　　空间数据库主要存储与地理要素密切相关的数据，如用地规划、土地类型、地物等。
　　它不但要存储与实体紧密相关的属性数据，而且要存储图形，即各种实体的图形表示。可以采用地理信息可视化平台来建立空间数据层，在可视化环境下可以方便地修改、编辑图形对象。
　　空间数据类型包括点、线、面，有矢量数据和栅格数据两种结构格式。
　　矢量数据是输入与输出的主要数据类型，其组织是首先生成以坐标点为基本单元的坐标实体文件，再产生链段索引、面域索引以及坐标集成文件。
　　土地专题空间数据包括如下内容：
　　(1)地籍数据：由电子地籍图转化而来。
　　(2)规划数据：通过扫描矢量化得来。
　　(3)土地利用现状数据：通过扫描矢量化及影像解译得来。
　　(4)房地产库：通过扫描矢量化及实地调查得来。
　　(5)行政区划数据：通过地籍图及扫描矢量化得来。
　　2.属性数据组织
　　土地专题属性数据库用于存放依附图形的属性数据和统计数据，既可以是独立于专题地图的统计数据，也可以是与专题地图相关的表示地物类别、数量、等级的字符串或数字。另外，反映地物某一方面特征指标的数据也是属性数据。现在一般的gis软件具有同时管理空间数据和属性数据的功能，但其属性数据的类型及对属性数据的处理能力仍有一定的限制。
　　，属性数据管理可以采用excel或access软件预处理，再与空间数据库结合来实现属性数据的管理。设计时应该在保证精度的前提下，本着尽量减少存储容量的原则，合理设置字段宽度及小数位。
　　3.对象关系图设计
　　考虑城乡土地利用对象的差别、空间实体对象之间的关联关系、空间实体对象和其属性之间的关联关系以及属性之间的关联关系较为复杂，因此需要采用面向对象的设计理念。根据土地类型对象所描述内容的不同和在土地利用管理工作中所起的作用不同，基于“性质对应属性，行为对应方法”的原则，建立了如图10.2.3所示的地类对象类模型关系图。
如图10.2.3
　　其中，地籍调查区与地类、行政界线和宗地之间是一对多的关系，宗地与权属界线拐点、权属界线和土地产权证之间是一对多的关系，权属界线与权属界线拐点之间是一对多的关系，土地登记项目与宗地、地籍调查表、土地产权证之间是一对多的关系，宗地与地籍调查表之间是一对一的关系，地籍调查区、行政界线、权属界线拐点、权属界线、宗地和地类及注记之间是一对一的关系。
　　4.要素编码
　　某些空间操作是面向要素(如符号化)的，需要唯一标识每一个要素，为此要对所有的土地利用现状数据的所有要素进行统一编码。
　　在具体编码时，根据分类编码通用原则，将所有数据分为七大类，分别为基础地理要素类、地籍要素类、地形要素类、地类要素类、注记要素类、影像要素类和其他要素类。使用7位编码表示，依次分为大类码、小类码、一级类码、二级类码、三级类码、扩展码和类型码，如图10.2.4所示。
　　图10.2.4 要素编码(原图10-3-4)
　　其中，第三至六位在地类中表示地类(其中第六位表示可调整地类);第六位用于区分当大类码是地形时，要素属于gis主要素层还是辅助层，取0表示需要转入gis的主要素a层，取1表示其为辅助层用于输出地图。
　　类型码表示要素类型，其意义如下：
　　1表示简单点(sp)。
　　2表示简单有向点(dp)。
　　3表示简单元向线(sl)，仅在同一要素存在多种线型，避免冲突时使用。
　　4表示简单无向线(sl)。
　　5表示复合有向线(dl)，向左。
　　6表示复合有向线(dl)，向右。
　　7表示面(pg)。
　　8表示注记(tx)。
　　知识点四、数据库的物理设计[熟悉]:1.确定存储结构
　　确定数据库存储结构时要综合考虑存取时间、存储空间利用率和维护代价共三个方面的因素。这三个方面常常是相互矛盾的，如消除一切冗余数据虽然能够节约存储空间，但往往会导致检索代价的增加。
　　2.设计存储路径
　　在关系数据库中，选择存取路径主要是指如何建立索引。不同的表格建立索引的方法是不同的，要在充分考虑各表对于系统的作用和表间的相互作用之后，才能确定最终的存储路径。
　　3.确定数据的存放位置
　　oracle数据库系统虽然方便了安装过程，但不一定能达到预期的性能。在oracle系统中，磁盘输入输出冲突导致了绝大多数明显的性能瓶颈。为了平衡文件系统中的磁盘输入输出，减少进程间输入输出等待发生的可能性，在存放文件时按照活动性强弱来放置，将使用频繁的数据文件隔离在单独的磁盘上，同时重做日志文件，将系统表空间数据文件和其他活动性强的数据文件放置在一起。
　　4.确定系统配置
　　oracle一般都提供了一些存储分配参数，供设计人员和数据库管理系统对数据库进行物理优化。初始情况下，系统都为这些变量赋予了合理的缺省值。但是这些值不一定适合每一种应用环境，在进行物理设计时，为了改善系统的性能，需要对其中部分变量重新进行赋值。
　　案例样题
　　以某市城乡土地管理信息数据库的设计和建立为例说明专题地理信息数据库的建设过程，包括数据库建设需求分析、数据库构成、专题数据的组织、数据库的物理设计共四个部分。
　　[问题]
　　1.土地专题空间数据主要包括哪些内容?这些数据如何获取?
　　2.土地信息专题数据库设计要遵照哪些原则?
　　3.简述建立共享数据库的基本流程。
　　4.元数据的作用是什么?建立元数据库的基本原则有哪些?
　　[参考答案]
　　1.土地专题空间数据主要有如下几类：
　　(1)地籍数据，一般由电子地籍图转化而来。
　　(2)规划数据，通过对规划图纸扫描矢量化获得。
　　(3)土地利用现状数据，通过扫描矢量化或影像解译获得。
　　(4)房地产数据，通过扫描矢量化或实地调查获得。
　　(5)行政区划数据，通过地籍图或扫描矢量化获得。
　　2.土地信息专题数据库设计原则如下：
　　(1)要符合数据库的设计标准，用词准确、逻辑严谨，做到逻辑性强，用词禁忌模棱两可，防止不同的人从不同角度对标准内容产生不同的理解。
　　(2)应与现有的国家土地信息标准、土地信息行业标准等保持一致，应与有关行业法规与文件相协调，避免矛盾，同时，不同部分之间应相互协调一致，专业名词和术语应保持唯一。
　　(3)应遵循现有的国家测绘行业相关空间信息标准。
　　(4)考虑实用性和可操作性，且易于被其他标准所引用。
　　(5)应考虑更新、扩展和延伸的要求，为将来技术发展提供框架和发展余地，随着信息技术发展和相关国家标准、行业标准的不断完善而进行充实和修订。
　　3.建立共享数据库要解决以下问题：
　　(1)共享数据库需求调查和分析。
　　(2)数据库的逻辑结构设计，数据库设计实际分为需求分析、概念设计、数据库物理设计、数据库实施、数据库运行和维护。
　　(3)确定共享数据库的分步建设策略。
　　(4)共享数据库的管理组织、使用连接服务的管理体制。
　　(5)解决数据库内容的异质性，包括模式层的异质性和数据层的异质性。
　　4.元数据是用于建立、管理、维护和使用数据的仓库。元数据库是用于存储元数据的地方，元数据库最好选用主流的关系数据库管理系统，支持cwm标准。一个元数据库还包含那些用于操作和查询元数据的机制。建立元数据库的主要好处是提供了统一的关键数据结构和业务规则，易于将企业内部的多个数据集有机地结合起来。
　　在整个数据仓库环境中，元数据管理工具可以从各个数据仓库组件中收集元数据，存储到元数据库中，然后向业务用户传递和展示正确的信息。元数据库保证了数据仓库数据的一致性和准确性，为企业进行数据质量管理提供了数据依据。
　　建立元数据库的主要原则如下：
　　(1)以现有标准为基础。
　　(2)对现有标准进行扩展。
　　(3)将数据库中含有的多种资源分解细化。
　　(4)对现有标准中存在而数据库中没有的字段，按现有标准进行增补。
　　(5)对于现有标准中未曾提及的资源自定义其元数据。

第3节 10.3 应用系统开发
知识点一、需求分析[掌握]:1.数据需求分析
　　按照相关部门规定和需求，需要将以下数据纳入数据库统一管理：
　　(1)全市范围1:10万、1:5万、1:5000、1:2000、1:1000、1:500比例尺的地形图。
　　(2)覆盖全市约1000km2卫星遥感影像数据、高清晰数码航片影像数据。
　　(3)控制测量成果包括二等水准网、三等水准网、沉降观测网、三等gps网、四等gps网及点之记坐标和远景近景信息。
　　(4)约4.8 km2范围10类管线数据，累计长度达到115km，管段约8600段。
　　(5)市域范围内行政区划、绿地、水系、政府机关、科研教育、大专院校等约62类电子地图数据。
　　(6)城区50个社区，约21000个门牌地名数据。
　　(7)其他专题数据(国土、城建、规划、文保、控保、古井、古牌坊、古树名木等)。
　　2.业务需求分析
　　根据应用需求，系统需具备如下功能：
　　(1)数据入库、出库操作。
　　(2)地图查阅基本操作，包括浏览、平移、放大、缩小等图形基本操作功能。
　　(3)查询、统计与分析，包括坐标查询、距离查询、面积查询、图号查询、条件查询、模糊查询、条件查询、缓冲区分析、自定义条件统计、空间分析等功能。
　　(4)地图编辑功能，包括点、线、面、文字等图形要素编辑功能，类似计算机辅助设计(cad)的地图编辑功能。
　　(5)地图输出功能，包括屏幕拷贝、打印机输出、绘图仪输出等功能。
　　3.数据成果基本要求
　　(1)数学基础要求。平面坐标系采用1980西安坐标系;投影采用高斯-克吕格投影，按3°分带;高程基准采用1985国家高程基准。
　　(2)数据内容要求。
　　基础地理数据，是整个系统的空间定位框架，由数字线划图(dlg)数据、数字栅格地图(drg)数据、数字正射影像图(dom)数据、数字高程模型(dem)数据和地名数据库(pn)共五部分内容构成。
　　专题地理数据，包括土地利用数据、规划管理数据、土木建设数据等。
　　多媒体数据，包括管理过程中产生的文本和图像数据以及可能产生的录音、录像等数据。
　　4.质量管理与控制要求
　　质量是系统建设成败的关键，质量控制是项目管理的重要内容。为保证最终数据和应用平台软件的质量，需要建立全程质量监督制度，即从项目组织实施、设计、技术实现等方面采取一系列措施，进行严格控制。
　　(1)数据库质量管理要求。
　　数据生产和建库参照iso9000标准体系，结合本项目的特点，实行统一设计、统一组织、分工明确、全程监控的项目管理体制。
　　采取多级检查和验收方式，所完成数据上交前要经过生产单位作业人员的自检和质量监督组的验收，完成一级检查验收;上交后再由项目技术监督组组织人员对上交的数据统一进行二级检查和验收。
　　一、二级检查时所有图幅必须100%全面检查。验收时抽取的样本不少于10%，并对样本进行详查，对样本外的产品进行概查。
　　(2)软件质量管理要求。
　　在项目设计过程中，应遵循计算机软件工程规范，采用软件工程的方法设计和开发软件;与用户必须充分接触，开展需求调研工作，建立明确的软件需求;充分重视系统软件的正确性、可靠性、可维护性、效率、安全性、灵活性、可实用性。
　　知识点二、总体设计[熟悉]:1.空间数据存储方式
　　关系数据库是目前数据库发展的主流。利用关系数据库实现空间数据的全关系化存储已经成为许多gis软件开发商和构建应用系统的一个主要趋势，它不仅可以保证几何与属性信息的无缝接合，而且可以方便创建与维护各类空间数据之间关联关系，也可以实现数据的并发操作，更好地维护数据的安全。
　　采用空间数据库引擎(如arcsde)实现对空间数据的高效访问。
　　2.系统开发方法
　　组件技术在gis中的应用已经非常广泛，主要的gis厂商都推出了自己的组件产品，如esri公司的arcobjects、mapinfo公司的mapx、supermap公司的supermap等。vb、vc、delphi等支持组件标准的可视化集成开发环境都支持组件式系统开发。
　　本系统采用c/s系统架构，图形操作功能只能通过客户端实现，而系统配置和空间数据库管理模块可以同时位于服务器端或客户端。
　　系统采用模块化开发方式，每个模块以dll或exe形式存在，利用面向对象的方法集成各个模块。
　　3.多尺度空间数据入库
　　多尺度空间数据包括影像数据、栅格数据和矢量数据，入库时存在格式读取复杂、投影变换等问题，
　　因此可以借助第三方软件(如arcgis的toolbox)实现。
　　知识点三、功能设计[了解]:空间数据管理与应用子系统是为保证空间数据库的正常运转和基于空间数据库的应用而开发的系统平台。
　　为实现这一功能，该子系统细化为系统管理、数据质检入库、图形操作、数据管理、信息查询、数据更新等模块。系统的功能框架如图10.3.1所示。
　　知识点四、空间数据库设计[了解]:基础地理信息数据库设计：
　　基础地理信息数据库是以狭义gis空间数据为主要对象，具体设aaa计方法参考§10.1的相关内容，此处不再赘述。
　　专题地理信息数据库设计：
　　专题地理信息数据库是指面向业务专用、部门所属的空间数据，其具体设计方法参考§10.2的相关内容，此处不再赘述。
　　知识点五、模块设计[熟悉]:以“用户管理”和“数据库备份与恢复”两个模块为例，详细讲述模块设计。
　　1.系统功能模块设计
　　“系统管理”的子功能模块设计见表10.3.1。
　　表10.3.1 “系统管理”的子功能模块设计(原表10-4-1)
　　

　　2.用户管理设计
　　如表10.3.1所示，用户管理模块的功能标识号为smm10，下面详述该模块的设计思路。
　　(1)用户管理模块流程设计。
　　用户管理模块流程如图10.3.2所示。
　　

　　(2)用户管理模块类图设计。用户管理模块类图如图10.3.3所示
　　

　　3.数据库备份与恢复设计
　　如表10-3-1所示，数据库备份与恢复模块的功能标识号为smm40，下面详述该模块的设计思路。
　　(1)数据库备份与恢复模块流程设计。数据库备份与恢复模块流程如图10.3.4所示。
　　
　　(2)数据库备份与恢复模块类图设计。数据库备份与恢复主要指对数据库的备份和恢复操作，通过选择数据库备份表中项，对于备份将信息导入到选择的一个目标文件中，对于恢复则选择恢复。
　　知识点六、网络结构设计[了解]:基础空间数据管理与应用系统以处理图形数据为主，数据量大、网络传输量大、安全性要求高。针对这些特点及网络的基本要求，在进行网络设计时重点考虑了以下原则：
　　(1)网络系统应符合国际规范和标准，具有开放性，便于以后的扩充。
　　(2)合理进行网络层次划分和网络分段，针对不同的网络层次和网段，采用不同的网络技术，以提高系统的整体性能。
　　(3)提高网络的吞吐量，选择良好的硬件和外部设备。
　　(4)保证可靠性与安全性。
　　(5)网络中尽量避免出现通道瓶颈。
　　基础空间数据管理与应用系统将网络设计分为两个层次：
　　一是连接外部用户的外部网，
　　二是管理部门内部的局域网。
　　内部网与外部网在物理上完全隔离;内部网实现数据共享和传递，构成“客户机—服务器”的工作模式，外部网建立地理信息发布服务的途径。
　　网络结构如图10.3.5所示，内部局域网选择百兆以太网，通过物理布线和配置相应级别的交换机连接各前端机，采用三层网络结构，
　　即数据库服务器端、应用服务器端和局域网客户端。
　　数据库采用双机备份机制，当其中一台数据库出现故障，另外一台能立即进入服务状态。
　　知识点七、运行环境设计[了解]:系统的安全设计包括网络安全设计与软件功能稳定性安全设计。网络安全设计主要依赖于涉密专网及防火墙等硬件设施;软件功能稳定性设计，可以从软件设计、编码规范、软件测试等环节加强监管，实现防范与监督的管理模式。
　　依据前期调研的用户现有软硬件平台以及系统建设对软硬件的需求，推荐如表10.3.2至表10.3.5所示的系统软硬件平台。　　
　　
　　知识点八、系统安全设计[了解]:系统的安全设计包括网络安全设计与软件功能稳定性安全设计。
　　网络安全设计主要依赖于涉密专网及防火墙等硬件设施;软件功能稳定性设计，可以从软件设计、编码规范、软件测试等环节加强监管，实现防范与监督的管理模式。
　　案例样题
　　第一题
　　以“某市基础空间数据管理与应用系统”开发设计为例。
　　基础空间数据管理与应用系统是数字城市建设的基础内容，实现基础地理空间数据(包括4d数据以及其他专题数据)的统一管理，为数字城市其他业务系统模块实现数据准备与提取，既提供了一个统一的数据来源和基础，又能方便实现空间数据管理的一致性。
　　1.系统建设目标
　　基础空间数据管理与应用系统是数字城市建设中的基础内容，实现基础地理空间数据(包括4d数据以及其他专题数据)的统一管理，主要包括空间数据的输入、格式输出、编辑更新、查询统计、空间分析、制图输出、专题图、历史库管理、3d分析等应用。系统具有海量数据管理、高效智能无缝拼接处理、多源数据融合、动态更新维护等特点。
　　2.系统建设任务
　　为完成系统建设目标，需完成以下任务。
　　(1)多尺度空间数据库的建立。
　　制定数据格式标准与数据转换技术方案：对基础地理数据、专题地理空间数据和多媒体数据按照一定的技术标准和要求进行集成，实现各种数据的整合与一体化管理;统一数学基础为1980西安坐标系、1985国家高程基准、地理坐标。
　　收集并处理各种数据：包括数字线划图(dlg)数据、数字栅格地图(drg)数据、数字正射影像图(dom)数据、数字高程模型(dem)数据、地名数据库(pn)。
　　数据转换与入库：根据数据转换与入库技术方案完成空间数据的转换与入库工作。
　　(2)系统应用软件平台的研制。在4d基础数据基础上，实现多尺度(多分辨率)空间数据入库功能;基于多尺度空间数据库实现空间数据管理功能和地图浏览、地图编辑、查询分析、地图输出等地图操作功能。
　　3.提交成果
　　(1)多尺度数据库及入库技术方案。
　　(2)全套技术文档。
　　(3)空间数据管理软件系统一套。
　　[问题]
　　简述应用系统设计与开发总体思路。
　　简述c/s网络结构下的gis开发方法。
　　简述本系统运行的网络体系结构。
　　根据该项目的实际特点和目前计算机技术发展趋势，设计分析系统开发与运行的软硬件环境。
　　[参考答案]
　　1.按照一般性原则，gis应用系统的设计与开发基本上从数据库与专业应用功能两方面来考虑。
　　数据库设计主要包括概念设计、逻辑设计、存储设计、元数据设计等。
　　从概念上讲数据库由基础地理数据、专题空间数据、多媒体数据共三部分构成，它们的数据源、类型、格式都是多样的，需要一个能够有力管理这些复杂数据的数据库逻辑模型。
　　目前，在gis应用中多采用二维表的关系模型，将数据按照数据集、数据区与数据层这三个逻辑单元进行组织与存储。
　　专业应用功能的设计和实现，要紧紧围绕用户需求，针对实际管理的业务要求和工作流程，开展应用功能设计，同时包括系统运行的网络体系结构的设计。
　　在统一标准体系、数据规则的前提下，将所有业务和问题集成到gis平台上，进行统一存储、管理、关联，提供符合用户管理实际要求的专业化业务模块和各类业务综合分析功能。
　　一般应包括基础数据管理、通用数据查询、桌面业务处理、机助专题制图、辅助分析决策、动态数据交换、网络信息发布、运行维护管理共八大功能模块。
　　2.c/s网络结构下的gis应用系统一般都要求具有较强的gis分析和查询功能。在c/s网络结构下gis的开发主要采用组件技术实现。
　　组件技术在gis中的应用已经非常广泛，主要的gis厂商都推出了自己的组件产品，如esri公司的arcobjects、arcengine、mapinfo公司的mapx等。vb、vc、delphi等支持组件标准的可视化集成开发环境的都支持组件式gis开发方式。目前，常用的组件gis开发以arcengine较多。
　　arcengine的开发主要依赖于arcgis产品体系中所提供的若干类和接口，这些类和接口分别封装在20多个arcgis库文件中。在开发时只需要找到对应接口，并熟悉接口调用，即能实现所需gis功能。
　　3.为适应分布在不同区域的多用户使用系统的特点，并考虑系统中部分数据属于保密信息的情况，系统应分别采用c/s和b/s两种分布式模式，以适应并支持局域网和城域网(或互联网)两种网络环境。
　　系统管理工作在内部的局域网采用c/s架构完成，具备数据入库、操作与查询功能的客户端层构成客户端，空间数据引擎与数据库构成服务器端;在全用户范围的城域网内采用b/s架构，仅能浏览、查询、检索空间数据库的客户端层构成浏览器端;空间数据引擎、webgis服务器与数据库服务器构成服务器端。
　　4.系统开发与运行的软硬件环境如下：
　　(1)软件环境。
　　Ÿ操作系统采用windows 2000系列或windows xp操作系统，其中服务器可采用windows server2000或unix操作系统。
　　Ÿ数据库可采用sqlserver或oracle数据库。
　　Ÿgis平台可在arcgis或国产优秀gis软件任选一种。
　　Ÿ系统开发语言可选vc、delphi、vb或.net。
　　Ÿ办公软件采用office 2003或office 2010。
　　(2)硬件环境。
　　Ÿ数据存储设备可以采用光通道磁盘阵列，通过光纤交换机与数据服务器相连。
　　Ÿ数据备份设备可采用磁带机(20g或40g容量磁带)。
　　Ÿ服务器采用1台4cpu以上的服务器，兼作数据服务器和gis服务器。
　　Ÿ客户端不用特别要求，选用一般主流微机即可。
　　Ÿ其他外设可以配置a0幅面绘图仪、a0幅面扫描仪、打印机等。
　　案例样题
　　第二题
　　将webgis技术引入“数字社区”，实现社区基础地理空间数据与各种专题业务数据的高效管理，实现gis与业务oa的紧密结合，实现社区的精细化管理和高效的便民服务是“数字社区”发展的普遍趋势。在此背景下，某城市街道拟开展“数字社区信息平台”建设。
　　[问题]
　　1.简述c/s、b/s结构各自的特点及优缺点。
　　2.简述一般webgis系统的基本功能。
　　3.简述该平台数据库建设的技术流程。
　　[参考答案]
　　1.client/server是建立在局域网的基础上的。browser/server是建立在广域网的基础上的。c/s客户端的计算机电脑配置要求较高。b/s客户端的计算机电脑配置要求较低。
　　c/s模式的优点：由于客户端实现与服务器的直接连接，没有中间环节，因此响应速度快;操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求;管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。
　　c/s模式的缺点：
　　需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置;兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性;若采用不同工具，需要重新改写程序;开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。
　　b/s模式的优点：
　　具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理;业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能;维护简单方便，只需要改变网页，既可实现所有用户的同步更新;开发简单，共享性强。
　　b/s模式的缺点：
　　个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求;操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求;页面动态刷新，响应速度明显降低;无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力;功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。
　　2.主要包括以下几个方面：
　　(1)地理信息的空间分布式获取。
　　webgis可以在全球范围内通过各种手段获取各种地理信息。将已存在图形数据语言通过数字化转化为 webgis的基础数据，使数据的共享和传输更加方便。
　　(2)地理信息的空间查询、检索和联机处理。
　　利用浏览器的交互能力， webgis 可以实现图形及属性数据的查询检索，并通过与浏览器的交互使不同地区的客户端来操作这些数据。
　　(3)空间模型的分析服务。
　　在高性能的服务器端提供各种应用模型的分析与方法，通过接收用户提供的模型参数，进行快速的计算与分析，即时将计算结果以图形或文字等方式返回至浏览器端。
　　(4)互联网上资源的共享。
　　互联网上大量的信息资源多数都具有空间分布的特征，利用webgis对这些信息进行组织管理，为用户提供基于空间分布的多种信息服务，提高资源的利用率和共享程度。
　　3.数据库建库实施流程一般包括
　　入库前的数据整理、
　　数据预入库、
　　数据处理与修改、
　　元数据整理、
　　数据正式入库及数据库功能开发

第4节 10.4 系统部署与集成
知识点一、系统部署[掌握]:1.部署结构
　　混合式部署模式的系统部署拓扑结构图。
　　服务器端在逻辑上管理底层数据资源和功能模块，在物理上管理底层汇集而来的数据，监控并做出决策。
　　底层的巡查员独立采集和管理自己的数据资源和功能模块，并对数据进行实时上传。
　　2.部署规范
　　遵照交通信息中心和项目组的规范要求，制定了系统部署方案，
　　其中对个人数字助理(pda)端、应用服务器端、数据库服务器端的各种设备分别提出了要求，具体的软硬件部署规范要求如图10-4-1所示。
　　系统部署验收规范：
　　①pda和中心服务器连通;
　　②中心服务器之间互联互通;
　　③将程序部署在服务器上以后，通过输入地址，可以访问到系统主界面。
　　3.部署单元
　　系统部署的基本单位是数据中心的基础单元，一个数据中心基础单元主要由以下部分构成：
　　(1)功能仓库(集中管理功能中间件、流程库)。
　　(2)数据仓库(集中管理文件、数据库、空间数据库)。
　　(3)资源目录服务器。
　　(4)数据交换服务器。
　　(5)gis应用服务器。
　　(6)web服务器。
　　(7)负载均衡调度服务器。
　　(8)用户。
　　4.部署模式
　　部署主要模式：集中式、分布式和混合式三种：
　　(1)集中式部署模式。在每一层资源管理部门或组织中建立多个完整的数据中心基础单元，层与层之间通过数据交换机制实现数据的更新。
　　(2)分布式部署模式。
　　分布式数据中心是在资源管理或组织的基础层上，建立多个完整的数据中心基础单元，上层数据中心在逻辑上管理基础层的资源，实现分布式管理。
　　(3)混合式部署模式。
　　上层在逻辑上管理下层数据资源、功能模块，在物理上管理下层汇集而来的数据，而下层独立管理自己的数据资源和功能模块。
　　5.部署清单
　　应用软件和系统软件部署清单见表10.4.1和表10.4.2。
　　表10.4.1 应用软件部署清单
　　6.运行环境部署
　　系统运行环境分别针对以下几点提出了具体的部署方案：
　　(1)pda端(即巡查员使用的)软件。
　　(2)pda软件gnss定位程序更新。
　　(3)中心端(即市交通委机房应用服务器)软件。
　　(4)移动数据接收软件安装。
　　(5)gnss数据接收软件安装。
　　(6)其他系统软件(见表10.4.2)安装和配置。
　　另外，运行环境部署方案中的系统软件和应用软件都有各自详细的安装、配置、使用以及问题处理的操作步骤和指南，实际使用系统时请查阅相关技术文档，这里不再赘述。
　　知识点二、系统集成[掌握]:1.集成的标准与规范
　　应用系统集成遵循的标准和规范主要包括如下内容：
　　(1)元数据仓库规范。
　　(2)目录规则驱动规范。
　　(3)工作流应用规范。
　　(4)插件和组件规范。在实现功能集成管理与应用时需要遵循的规范，主要包括功能和组件接口规范、数据中心功能协议等。
　　(5)功能插件注册规范。
　　(6)数据中心统一资源定位器(url)定义规范。
　　(7)数据中心中间件规范。
　　2.集成内容
　　本系统的总体结构自下而上分为五层：基础层、数据层、支撑层、业务应用层、表现层。其中每一层都含有若干功能模块、数据、核心技术及系统表示的内容，尽管各有侧重，但它们合在一起涵盖了应用系统集成的主要内容，如图所示。
　　3.集成方式
　　c/s模式(即客户端与服务器端模式)的系统集成，
　　b/s模式(浏览器端与服务器端模式)的系统集成。
　　4.集成步骤
　　根据应用系统的集成步骤，先进行系统的需求分析，从而确定系统集成的综合需求，包括性能需求、可靠性需求、出错处理需求、接口需求、约束条件、逆向需求以及扩展需求等。然后，在概要设计阶段主要确定系统集成架构，使各子系统能够从如图10-4-2所示的基础层、数据层、支撑层、业务应用层和表现层之间进行快速集成，并制订应用系统集成规范以及系统集成进度计划。
　　系统的详细设计是系统集成的主要内容，即根据前两个阶段的需求分析和概要设计，主要从系统集成内容上进行系统集成的详细设计。
　　首先，需要明确系统的所有功能和数据信息以及功能和数据信息所服务的对象，详细内容见表10.4.3。
　　其次，明确了功能模块和数据信息的集成内容后，就需要将相应的子功能模块和数据划分到系统表示层的各个部分，分别进行设计和开发。
　　(1)pda端功能结构。系统pda端主要功能划分如图10.4.3所示。表示层的pda端界面功能如图10.4.4所示。
　　图10.4.3 pda端主要功能
　　系统pda功能通过选择道路名称、病害类别和重要度等信息以及输入道路描述等信息，完成对道路病害的文字描述。通过使用照相功能和发送功能对道路病害进行拍照，并发送到系统中心端。巡查员可以通过pda相关功能对道路的施工许可证进行查询，了解所巡道路的许可证详细信息，根据查询结果，通过许可占掘路或非许可占掘路上报功能，上报许可占掘路问题信息或私占私掘路问题信息。
　　还能通过选择和填写道路名称、具体位置、进展情况等抢修信息，通过拍照拍摄抢修抢险的照片，再将信息发送到巡查大队。另外，通过查询到巡查大队派发的核查任务，巡查员可以对核查任务进行核查反馈。
　　(2)中心端综合调度系统功能结构。中心端综合调度主要功能如图10.4.5所示。
图10.4.5 中心端综合调度主要功能
　　将所有功能和模型项按照设计要求组装成集成系统后进行测试，发现并排除功能项连接中的问题，最终构成满足要求的应用集成系统。最后，将已经确认的软硬件、外设、网络等其他元素结合在一起，进行各种组装测试和确认测试，并最终提出更加完善的集成解决方案。