《GIS设计》课程设计指导书

《GIS设计》课程设计指导书

理学院GIS教研室

20010年8月

一、课程设计大纲

第一部分概述

课程设计是对地理信息系统专业学生的一种全面综合训练，是与课堂听讲、自学和练习相辅相成的、必不可少的一个教学环节。课程设计的重点在于将前3年所学的专业理论与技术综合应用，使学生学会如何从总体上把握地理信息系统项目，以及地理信息系统各阶段的主要任务和实现的方法，从而将一个地理信息系统项目作为一个整体来设计和实现。另外在实现课程设计任务的过程中，协调小组成员的工作，初步养成相互帮助、互相交流、齐心协力完成共同任务的习惯，对于学生日后进入社会参加实际工作也有重要意义。

本课程是实践性很强的课程，不仅要求学生掌握理论知识，更重要的是将理论知识应用到系统设计的实践中。因此，本课程用全部课时的1/3进行课程设计，对地理信息系统工程的全过程进行实践，以加深对理论学习的认识，提高学生的动手能力，以全面的实现本课程的学习要求。

需要强调的是，程序设计并不是地理信息系统工程的全部。传统上的程序设计在一定程度上是偏重于计算机科学的领域，属于较抽象一些的范畴，而软件工程则是要实实在在地做出一个满足用户要求的系统出来，这是一个很具体的实践过程，因此作为一个软件开发者来讲，就必须具备从事工程实践的技能，包括软件项目的系统分析、编写文档、源码设计与控制、使用工具等等基本技能，这就是本课程设计要实现的一个目标。

另外，软件开发设计者还需要另一个技能，就是对软件的具体应用领域知识的掌握。一个应用软件系统总是会应用于某一具体领域，因此，开发人员首先应该对应用领域的背景知识有一定的掌握，而这个要求常常被忽略，开发人员常常仅仅把自己定位于纯粹软件开发技术领域，没有自己主动去了解相关背景知识的意识或需求，而事实上产业界最需要的恰恰是对它技术和行业知识都精通的软件开发人员。所以说，软件开发人员应该从心理上作好积极的准备去学习软件行业应用领域的知识，帮助学生建立这样的意识，这也是本课程设计要实现另一个目标。实际操作方法就是，在自己的需求文档中能够站在一定的高度来阐述自己开发工作的必要性和可能性。

二、设备及环境要求

1，计算机及其外部设备

2，一种集成开发环境（如：C++ BUILDER、J BUILDER）

3，一种地理信息系统开发平台（如：MAPOBJECT、ARCGIS）

4，文字编辑器（如：MS WORD）

三、总体要求

针对不同学生的特点，课程设计分三种类型：软件设计开发工程、空间数据设计与开发工程、GIS应用工程。不同类型的课程设计要求有所差异：

（一）软件设计开发工程

1，设计一个具有实用性的GIS 项目，实际进行用户需求调查，使用一种变成语言和GIS平台软件开发出系统原型。可使用模拟数据进行系统验证。

2，编写完整的用户需求、系统总体设计、功能设计、详细设计报告、建立应用模型，并对系统进行测试，写出测试报告。

3，有能力的学生可以进一步对原型进行开发，使之成为具有实用性能的应用GIS系统，这一部分是评定学生较高成绩的重要参考。

（二）空间数据设计与开发工程

1，设计一个空间数据开发项目，要求实际进行用户需求调查，使用一种空间数据库软件，建立能够与主流GIS软件兼容的空间数据库，并具备空间数据库的主要应用功能。

2，综合运用RS、GIS、GPS、地面测量等技术与方法，完成数据采集、整理、加工、建库的全过程。技术运用的完整性是评定学生成绩的重要参考。

3，编写完整的用户需求报告及系统设计、网络设计、安全设计报告。

四、题目与要求

不同的设计类型，题目有所区别，要求基本相同。

1，题目：

软件设计开发工程：总的题目例如“基于GIS的校园管理信息系统”或“校园GIS”，系统的总体内容及子系统的划分由全组学生讨论确定，学生可以根据自己的兴趣和偏好选择适合自己的内容或子系统的开发研究，但实施之前应交指导教师批准。

空间数据设计与开发工程：总的题目例如“集美大学空间数据库建设”或其他学生感兴趣、且有能力把握、完成的题目。实施之前应交指导教师批准。

GIS应用工程：以地理学为主要研究领域，具体题目学生自定，但前提是对所研究的项目了解清晰、数据易获取，难易程度及项目大小合适。实施之前应交指导教师批准。

2，学习至少一种流行的GIS平台软件或数据库软件的使用。根据我校与社会力量共建

的情况及实验室资源，可能选择的软件有ARCGIS、MAPGIS、KINGMAP、MAPOBJECTS、ORACLE、SQL SEVER等。

3，收集部分空间和属性数据，建立可运行的数据库，以便进行系统的实验。

4，对系统建立的模型要实际运行，评价运行效果。

5，建立系统的输入、输出并运行。

6，图形界面设计美观，方便、实用。

五、组织与实施

GIS工程设计与实现要求多人协作，所以全班学生需分组完成课程设计任务。由于课程设计类型不同，设计任务也有所区别，每组所需人数不尽相同。软件设计开发工程每组4人，需求调查、原型设计与开发、系统测试与数据准备各1人；空间数据设计与开发工程每组3人，需求调查、数据库设计与完成、数据采集与准备各1人；GIS应用工程每组1人。各小组指定一名组长，负责组织协调本小组课程设计相关工作，以及与指导教师的联系；各小组中每位学生负责一项工程任务，在实际工作中，各部分工作以相应的学生为主，其他学生配合，共同完成任务。负责各部分工作的学生负责提交该部分的报告，作为本课程设计考核的依据之一。

六、考核

本课程设计的成绩由小组成绩和个人成绩加权计算构成。

小组成绩从完成的工程质量、工作量、课堂演示情况综合评定。

个人成绩根据个人的报告评定。

课程设计的成绩=个人成绩*0.7+小组成绩*0.3

（一）软件设计开发工程

1，原型部分

主要考察学生对系统总体结构的掌握程度、系统主要功能的实现程度，同时鼓励学生探索GIS原型开发的新技术、方法。

遵守纪律：10%；

完成原型：50%；

系统结构（包括功能度，运行可靠性，开发工具的适用和先进性，界面的人性化及美观程度，适用的便利性）：30%；

工作量：10%。

2，文档部分

从文档编写的规范性、内容的完整性方面进行考核，并适当考虑设计过程中的技术水平。

文档编写规范、内容完整：60%；

文档中内容真实、原创性强：30%；

采用新技术、方法：10%。

（二）空间数据设计与开发工程

1，数据采集、整理与建库

主要从技术运用的完整性评定学生成绩，综合运用RS、GIS、GPS、数字摄影测量、地面测量等技术，完成数据的采集、整理、加工、建库。

遵守纪律：10%；

完成数据采集、建库(包括技术路线)：45%；

综合运用数据采集技术（包括数据源的多源性，处理流程的正确性；数据库应用功能（界面的美观、适用性，输出图件的美观实用型）的实现）：30%；

工作量：15%。

2，文档部分

从文档编写的规范性、内容的完整性方面进行考核，并适当考虑设计过程中的技术水平。

文档编写规范、内容完整：60%；

文档中内容真实、原创性强：30%；

采用新技术、方法：10%。

七、说明

由于课程设计工作的复杂性，本课程设计不可能完全在实验室进行，除使用本专业的实验室设备外，需要学生动用个人计算机及课余时间进行课程设计工作。

部分工作可能需要在校外进行，需要注意交通安全，各小组组长是该小组课程设计期间安全的负责人。

第二部分设计指导

一、软件设计开发工程

《GIS工程》课程设计主要分为需求调查与分析工程、系统设计工程、系统实现工程、系统测试工程和数据库设计与建设工程等五部分。以下对各部分具体内容进行简要说明：1，需求调查与分析工程

本阶段需要明确的关键问题是：GIS系统要解决的问题是什么？其前提是要搞清楚用户需要用GIS系统解决什么问题，即用户的需求。本阶段的工作分两部分：用户需求调查和用户需求调查结果的分析。前者主要是和用户进行广泛的接触，对用户、用户的工作类型、性质、信息化现状、数据拥有情况等进行调查；后者则需要对调查的资料进行分析，消除歧义和二义性，必要时还需要进行系统建设的可行性分析。最终要提交用户需求说明书（或软件规格说明书）。

2，系统设计工程

在系统调查分析的基础上，进行系统设计，包括总体设计和详细设计。总体设计的目的是将系统的需求转换为数据结构和软件体系结构，设计系统的总体框架和模块，以及各模块的主要功能，协调各模块之间的关系，其主要成果是总体设计报告。详细设计是在总体设计的基础上，对总体设计提出的任务进行细化，并给出解决方法。

3，系统实现工程

系统实现是在系统设计的基础上，用特定的开发工具和软件平台，实现系统设计任务的过程，主要通过计算机编程实现。作为本课程设计，只要求开发一个系统原型，体现系统的主要功能。对本部分的要求是，程序的编写要规范，编写的程序要简明、易读，需要提交程序源代码。

4，系统测试工程

系统测试是贯穿于整个计算机软件工程过程中的一项活动，包括模块测试、子系统测试、集成测试、软件测试等，要进行系统测试设计，对系统的功能、性能等关键指标给出定量的测试结果。要提交系统测试报告。

5，数据库设计与建设工程

数据是GIS工程的核心，包括空间数据库的设计，数据的采集、整理、输入，具有工作量大、工作复杂、数据获得不易等特点，需要付出大量劳动和高度的耐心和责任心。本课程设计对数据精度和准确性的要求以能满足课程设计需要为标准，不过分要求数据的高精度和准确性，若采用低精度数据，需要事先说明，但数据要能够支持系统原型的运行。

二、空间数据设计与开发工程

空间数据库设计

主要包括：空间数据库的概念设计，空间数据库逻辑设计和空间数据库物理设计，以及空间数据输入设计，空间数据检索设计，空间数据输出设计，空间数据更新设计和空间数据共享设计五部分。

1，空间数据输入设计

图形数据的输入主要采用两种形式：手扶跟踪（屏幕跟踪）数字化和扫描数字化，它们各有优缺点，此外，还有几何坐标输入（如COGO）和现有数据转换输入。

属性数据输入一般采用表格形式输入，也可以通过外部数据库（数据表）导入。以ID 码实现与图形数据的连接。

空间数据输入设计要求系统具备良好的交互性。如设计为用户提供反馈信息和帮助信息

的确认输入、确认删除、确认取消等；允许用户进行简单的数据编辑；提供恢复功能，允许恢复到错误输入前的正确状态；对于表格数据的输入，要提供缺省值、输入格式、有效性检验等功能，使用户快速而准确地输入数据。

数据的组织和存放。整个目录结构要十分清晰。

设计并建立完整的符号库，包括点状符号、线状符号、面状符号和特殊的符号。

设计良好的输入界面和数据接口。

2，空间数据查询设计

根据GIS应用的实际要求，用SQL语言、扩展SQL语言和具有检索功能的GIS命令来实现。常见空间数据检索是基于拓扑关系（包括邻接、关联、包含等）的空间查询。

当空间检索在多幅地图的数据文件之间进行时，需要应用边缘匹配处理技术，建立跨越图幅边界的多边形，提取与查询相关联的图幅数据，然后将这些数据自动地组织到连续的窗口范围内。技术上，需进行图库的管理和图幅之间数据的无缝处理。此时，图库必须建立在统一的坐标体系、统一的坐标原点、统一的投影类型下，每个图幅至少要有四个控制点，并建立空间索引。

3，空间数据输出设计

从美学原则出发，布局图中各个内容的位置，调配大小和色彩，设计优美的地图整饰等。空间数据的输出应带有很大的灵活性，允许用户对输出内容进行动态（如按给定区域输出、按任意区域输出等）组合。

为常用的输出格式设计模板以方便用户。

输出数据的表达形式尽可能多样化，如采用多媒体技术等。

4，空间数据更新设计

主要的空间数据更新模型：

连续快照模型：用一系列状态所对应的地图来反映地理现象的时空演化过程。

底图修改模型：首先确定数据的初始状态，然后仅记录时间片段后发生变化的区域，通过叠加操作来建立现时的状态数据，其中，每一次叠加则表示状态的一次变化。

时空合成模型：将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的积累形成最小变化单元，由这些变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可较完整地表达数据的时空特征。

5，空间数据共享设计

数据转换：是主要的共享途径，在不同的系统之间通过数据转换（导入/导出）来达到空间数据共享。包括有语义约束的数据格式转换和没有语义约束的数据格式转换。由于存在数据损失，在数据转换前后需进行手工编辑

基于元数据的空间数据网络查询和应用：指在网络环境下通过元数据的支持对空间数据的查询、下载和应用

空间数据建库流程

空间数据库建设主要分三个阶段进行，即数据准备阶段，数据预处理阶段和数据建库阶段。

1，数据准备

（1）选择数据源

GIS的数据源，一是要求可靠；二是具备更新能力。在设计系统数据源的时候要根据应用要求保证数据的精度和获取途径。

数据采集存储原则：一般只采集储存基本的原始数据，不储存派生的数据；采用或参照国际标准或国家主管权威部门的标准进行数据的分类分级。

（2）数据源种类

实测数据：如野外实地勘测、量算数据；台站的观测记录数据、遥测数据等；

分析数据：利用物理和化学方法分析，从而获取的数据；

图形数据：各种类型的专题地图以及地形图的图形记录资料等；

统计调查数据：各种类型的统计报告，社会调查数据等；

遥感/GPS数据：利用遥感/GPS技术获得的数据。

（3）数据质量控制体系

数据的分类系统

数据类型(或项目)的名称和定义

数据获取方法的评价

数据获取所使用的仪器设备及其精度的规定

数据获取时的环境背景和测试条件的规定

数据的计量单位(量纲)和数据精度分级的规定

数据的编码或代表符号的规定

数据的更新周期的规定

数据的密级和使用数据的规定

数据质量标准制定原则

凡已有的国家质量标准或国际通用质量标准应优先采用

目前尚无国家质量标准的数据，可采用权威专业部门拟订的质量标准

2，数据预处理

（1）审批管理：在空间数据库建库工作中，应建立相应的数据管理组来负责入库数据（包括新数据和更新数据）的鉴定、审批和管理入库工作。

凡入库的数据应同时提交数据说明书，数据管理组根据该类数据的质量标准，对数据说明书的内容逐项进行检查和鉴定，鉴定合格的数据方可批准入库。

数据入库时，应有数据的鉴定意见和鉴定小组的签名，并注明入库日期。

数据入库后，还应建立相应的数据安全和保密体系。

（2）数据格式转换

（3）分幅、分层、分专题要素

分幅：一般按矩形分幅，也可以按行政区划分幅，或按城市管理（如电信、污水系统、消防等）、交通管理分幅、邮政分幅、环保分幅等，按行政管理单位的管理企划分幅。

分幅中可能带来数据无缝处理的问题，需保持相邻图幅之间数据的完整性和一致性。

分幅要根据用户存取数据的要求，确定典型用户常用的查询范围；各幅途中数据量要大致平衡；通过实验确定分幅的最佳方案。

分层：依据：国家相关信息分类标准

原则：宜细不宜粗，尽量减少层与层之间的关联

按要素类型分层，性质相同或相近的要素应放在同一层。

数据与数据之间的关系。如数据的公共边，数据之间的隶属关系等。

基础信息数据的分层较细，各种专题信息数据一般放在单独的一层或较少的几层中。

考虑用户视图的多样性。

分层时应考虑数据与功能的关系，如数据使用频率，起主导作用的功能等。

分层时应考虑更新的问题，应考虑将变更频繁的数据分离出来。

分层时应顾及数据量的大小，各层数据的数据量最好比较均衡。

尽量减少冗余数据。

分专题要素：空间数据的另一种组织方式是按专题要素来组织，即根据某部门所感兴趣的对象，如商店、银行、有污染的工厂等来组织地理实体集合的几何与属性数据，同一层中可能会有不同种类的地理对象。

3，数据建库。

（1）数字化

常用数字化方法

数字化原则

采集精度符合质量控制的要求；

采点密度应合理。密度过大会增加不必要的数据量，密度过小会使图形几何失真，或经数学变换后变形误差增大

点状要素应采集符号的几何中心点或定位点；线状要素应沿中轴线采集；面状要素应采集多边形边界和标识点，边线应严格闭合。避免按图形符号的图案进行采集，因为这种数据只适应于数字制图，而不适应于空间分析

图上汉字应作为属性采集，一般不要处理为图面注记

数字化具体要求（以Arc/Info中Coverage的生成为例）

所有需要的要素特征都被数字化，没有遗漏数据

减少冗余数据

特征位置正确，弧有正确形状

应该连接的特征保证确实连接

所有多边形有且仅有一个标号点

所有要素都保证在外部边界之内

空间数据可用

消除坐标错误同时保证拓扑关系正确，可以通过构建已有的空间关系（构造拓扑关系）、标识错误、改正错误、重构拓扑关系等工作来完成

空间数据库建库流程

首先必须确定数字化的方法及工具

是准备数字化原图，并掌握该图的投影、比例尺、格网等空间信息

按照分层要求进行一个Coverage的数字化，数字化的过程包括选择控制点、数字化控制点、确定投影信息、采集数据、编辑和修改数据等

对收集来的空间数据进行拓扑关系的建立，并给空间实体赋属性值

进行坐标变换和地图接边处理就建成了分层管理的空间数据库

（2）地理编码

要素识别：即地方名称、实体类型、地址等

要素位置：用于唯一地识别实体在地球表面上的位置

要素特征（属性）：每一要素可具有与它有联系的大量属性，这种属性可用于表示其主要特征；

作用范围描述

提供地理定义：在某些情况下，地理代码可以表示某种多个实体的聚合，聚合中的每一个实体也各有自身的代码

地理编码分类

拓扑编码

描述：它是标识空间数据位置的相邻逻辑关系的编码方法。它以冗余为代价对空间数据进行自动校核。其中，“线”用和其它线的连接来描述，“面”用和其它面的相邻来描述等等

作用：①作为冗余编码方案，和坐标编码一起应用于误差检验。②使多种地物及其相邻关系在一个数据文件中得到系统的描述，用拓扑语言描述时，分类关系和重叠关系都是等效的。

③采用拓扑结构，可以进行选择性检索、有关数据的集结、逻辑对比以及图解输出

地理编码分类（续）

坐标编码

描述：它相应于测量的间隔尺度，必须建立在某些坐标系统的基础上

分类：隐式编码、显式编码

隐式编码只要数据文件内次序是有规律的，给出一个起始坐标，并已知坐标格网的特征（格网的宽度和方向等），则应用一个规则的坐标格网就能提供一个隐含的坐标编码

显式编码意味着空间实体的位置直接用坐标描述，一个点的位置用一对坐标给出，一条线的位置用一串坐标表示，一个面可用一个闭环线来编码

拟定分类体系

目的：为识别要素和提供要素的地理含义

表示：特征码

特征码是按照信息分类编码的结果，利用一组数字、字符或数字字符的混合来标记不同类别信息的代码。

特征码多采用线分类法，将空间实体根据一定的分类指标形成若干层次目录，构成一个分层次、逐级展开的分类体系。

拟订特征码的原则

必须采用统一拟定的编码系统，并符合各行业领域的分类分级体系

能为多用途数据库提供足够的实用信息，并使冗余数据最少

数字线划图形标准(USGS )

该编码采用七位数字的代码结构，前三位为主码，后四位为子码。具有分类逻辑性强、代码信息量丰富和便于要素间关系的推理判别等特点。

中国1:100万地形数据库分类体系

采用三级结构，即归属码、分类码和标识码三段码组成。

归属码：说明数据来源，包括提供数据的单位、系统名称和数据库名称等。它除在不同系统之间交换或转换数据外，一般不使用

分类码：说明实体所属的类别，完全按照《国土基础信息数据分类与代码》（GB13923-92）国家标准

标识码（也称识别码）：用于标识主要的要素实体，如县级以上居民地及其行政区界线、铁路、主要公路、主要河流和湖泊等，对这些实体进行检索，由6位字符和数字混合构成

拟订分类体系原则

总体上，可以参考已形成国家标准的地理信息方面的分类代码体系

具体原则：

标准化和通用性

唯一确定性：每一个代码都唯一确定地代表某个具体的地理要素或属性

编码系统结构清晰，编码有明确的分类体系

代码系统具有可扩充性和稳定性

便于计算机处理与信息交换

易于识别和记忆

适度的代码长度

第三部分范例

为了使学生对GIS工程设计有直观明了的理解，选用了一个土地适宜性评价GIS工程设计的范本。学生可以参考其格式和个部分和设计要点，但不可以抄袭。

需求规格说明书

1、引言

1.1 编写目的

需求分析是作为整个系统开发范围的指南，是系统开发人员开发出正确的符合用户要求的系统的重点。需求说明的任务是发现、规范的过程，有益于提高软件开发过程中的能见度，便于对软件开发过程中的控制与管理，便于采用工程方法开发软件，提高软件的质量，便于开发人员、维护人员、管理人员之间的交流、协作，并作为工作成果的原始依据，并且在向潜在用户传递软件功能、性能需求，使其能够判断该软件是否与自己的需求相关。

1.2 背景及范围

1.2.1 系统的名称：基于GIS的土地适宜性评价系统

1.2.2 系统的组织者：集美大学GIS专业

系统的开发设计者：基于GIS的土地适宜性评价系统开发课题组

系统的用户：土地利用、规划、管理的工作人员

1.2.3 系统的所有权：基于GIS的土地适宜性评价系统开发课题组

1.3 定义,术语,缩写词和略语

GIS（Geography Information System）：即地理信息系统，是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。

VB（Visual Basic）：基于Basic的可视化的程序设计语言。

MO（Map Objects）：是一套制图软件集，它使程序员能够把地图加到应用程序中。

SQL（Structured Query Language）：即结构化查询语言。它是一种介于关系代数与关系演算之间的语言，其功能包括查询、操纵、定义和控制四个方面，是一个通用的功能极强的关系数据库标准语言。

原型：即PA（Prototyping Approach），是指由系统分析设计人员与用户合作，在短期内定义用户基本需求的基础上，开发出一个只具备基本功能、实验性的、简易的应用软件。

静态数据：系统固化在内的描述系统实现功能的一部分数据。

动态数据：在软件运行过程中用户输入后系统输出给用户的一部分数据，也就是系统要处理的数据。

数据字典：数据字典中的名字都是一些属性与内容的抽象和概括，它们的特点是数据的“严密性”和“精确性”。

1.4 参考资料

《地理信息系统设计与实现》——吴信才等编著电子工业出版社

《软件工程》——齐治昌、谭庆平、宁洪编著高等教育出版社

《GIS设计与实现》——李满春、任建武、陈刚、周炎坤科学出版社

2、任务概述

2.1 目标

2.1.1 开发意图

随着科学技术突飞猛进的发展，合理开发大自然是当今一大问题。土地的合理利用，是人类目前关注的最重要问题之一。传统的土地适宜性评价是评价者根据收集到的有关数据,利用自己的经验,依据一定的原则进行定性评价,因此评价结果带有很大的主观性,且评价成果图件均需手工绘制,相关的面积计算、统计分析等工作亦费时费力。利用GIS技术进行土地适宜性评价,可以充分利用已有的数据资源,进行综合的定量与定性分析,实现土地评价过程的系统化和自动化,并为土地管理和规划提供准确、可靠的量化依据。

本系统使用VB编程语言，结合MO控件进行开发,能够对收集的各类数据进行系统的动态管理,依据所建立的数学模型,完成土地适宜性的单因素评价和多因素综合评价,实现评价区土地适宜性的分等定级,具有相关的统计、分析、规划和管理功能.系统集数据管理、土地评价、办公自动化于一体,有力地促进了研究区土地利用与管理工作的规范化、系统化和现代化.

2.1.2 应用目标

本系统能够完成各种专题图的显示、缩放、查询以及各种管理数据的动态更新、统计报表等功能，便于各区域对土地资源规划与统一管理进行可视化的管理、分析与决策。

2.1.3 作用及范围

本系统以“基于GIS的土地适宜性评价系统研制技术”为基础，力求推广到全国各所情况相同或相近的地区。它将使全国逐步向土地数字化发展。

2.1.4 背景

本系统应用GIS技术，使用VB编程语言，结合MO控件进行开发，以模块的形式完成。2.2 系统描述

本系统分别有五个模块组成，每个模块各有不同的功能。各模块的数据都存放在数据库中，数据的调用和连接都有程序来完成，硬件外部设备需，内存216M以上且备有容量大于40G的硬盘。

2.3 系统功能

本系统的功能是通过可视化窗口进行数据加载、地图浏览、查询统计、分析评价、数据输出。（功能表述如下图所示）

2.4 用户特点

本系统是面向校园的信息系统，其用户应具备一定的计算机基础知识。而其管理维护人员需要熟悉SQL数据库技术，具备有一定的管理维护经验。

2.5 一般约束

2.5.1 本系统开发人员为6人。

2.5.2 开发周期为4个星期。

2.5.3 本系统主要采用结构化方法来开发系统，受时间限制，只开发出系统原型。

3、数据描述

3.1 静态数据

静态数据是系统内部有关的数据结构与操作规程。

土地适宜性评价系统把属性相近的空间实体组成相应的图层库表：土壤质地层、土壤有机质层、土地的海拔、侵蚀情况等等，并由一个工作空间来统帅，对于每一图层,属性管理采用关系型数据库结构,用二维表组织数据.评价因子有字母表示，FL（肥力）、OM（有机物）、ZD（质地）、PH（PH值）、TC（土层厚度）、ER（侵蚀）。

3.2 动态数据

动态数据包括程序运行时输入和输出的数据，具体是数据库的各个表的各个不同元组与属性值。

3.3 数据流图

3.32数据流图

（1）基于GIS的土地适宜性评价系统顶层图

（2）评价模型的数据流图

3.4 数据库描述

本系统采用的是SQL数据库技术，数据库的名称是土地信管理数据库（自建）。

3.5 数据字典

3.5.1 数据流条目——数据流条目给出某个数据流和定义，它通常是列出该数据流的各组成数据元素。

3.5.2 文件条目——文件条目给出某个文件的定义，列出它的组成数据项，此外还要给出文件的组织形式。

3.5.3 数据元素条目——给出某个数据单项的定义，通常是数据项的值类型。

附：系统演示加载的数据是，六个评价因子的数据进行叠加处理的一个图层，包括其空间属性数据，主要有周长、面积、以及FL（肥力）、OM（有机物）、ZD（质地）、PH（PH 值）、TC（土层厚度）、ER（侵蚀）。

3.6 数据采集

3.6.1 属性数据采集的方式：

◆在本系统运行期间通过人机界面来提示用户输入

◆导入其他数据库的数据。

3.6.2 空间数据采集的方式：

◆扫描地图，进行数字化，然后导入；

◆转换不同格式的图形数据。

4、功能需求

根据信息特征和用户需求分析,该系统的功能模块有数据加载、地图浏览、查询统计、分析评价、输出，各模块既能独立完成各自的功能,又相互支持构成一个整体.

4.1数据加载

把系统外部的数据调入到系统内部，作为进行土地适宜性评价的基础数据。

4.2 地图浏览

点击菜单,用户即可进入“地图浏览器”,可方便地浏览已有的成果图件,可对地图进行任意比例的无级缩放,并可依比例大小确定显示地图的对象,还可以采用专题图(ThematicMap)的显示方式,包括条形图、饼图、点密度、独立值等多种显示模式.地图浏览器还提供信息工具和距离量算具。

4.3 查询统计

1)查询

本系统充分发挥集成系统对数据的综合管理能力,开发了功能强大的查询模块.用户可以进行从图形到属性、从属性到图形的交互式双向查询,还可通过SQL查询语言指定空间和属性条件的综合查询.系统还提供了方便、快捷的查询工具,使对具体空间对象的信息查询简单到只需点击对象即可完成.查询结果可以图形、图象、数据表的形式显示于屏幕,可以进一步查询或直接打印、绘图输出查询结果。

2)统计

系统可计算当前选中对象或记录的所有数值型字段的总计和平均值,以及记录数目,可以对选定地块、区域进行长度、面积的统计.当选择发生变化时,数据被重新计算,统计窗口自动更新.系统还可将含有数值列的表显示为统计图。

4.4分析评价

主要完成土地适宜性评价,通过选择评价的因子，以及读入权重，自动实现土地的分等定级.功能模块提供了土地管理规划的决策依据,并且可以说明本系统的扩展性好,很容易扩展为综合地理信息系统或土地管理系统。

4.5输出

根据用户的需要,可以把分析结果以数据、表格、报告或专题图件等形式在屏幕上显示,或输出到打印机、绘图仪上,或存储在磁盘、磁带上。

5、性能需求

5.1 数据精确度

在往数据库文件数组中添加数时，要求输入数准确；

在向数据库文件提取数据时，数据记录定位准确；

用户输入值必须符合相应字段要求；

在选择空间地物时，设置有一定的容差值。

5.2时间特性

响应时间在人的感觉和视觉事件范围内；

更新处理时间，随着MO控件和VB版本的升级，本系统将相应的进行更新；

数据转换与传输时间根据其数据量的大小而决定；

5.3适应性

本系统是使用VB 6.0结合MO空间在windows 2000系统下完成的，所以只要是兼容windows的操作系统，都可以正确地运行，有较好的适应能力与兼容性；

应用户的特殊需求系统在完成后的维护阶段可以保持几个与其他类软件接口，随时满足用户的使用要求。

6、运行需求

6.1 用户界面

系统运行时的主界面大致要求为Windows的运行界面，要求有菜单、常用工具栏、可视化窗口。展示界面由主窗口与子窗口嵌套而成，窗口操作通过按钮控制，不同的按钮进行不同的操作实现不同的功能。对于错误信息，要求有友善的提醒框。

6.2 硬件接口

本系统不大，与外界硬件设备的联系主要有硬盘，打印机。因数据采集的需要，还可有与扫描仪的接口。考虑到数据库大量数据的备份等要求可以保持与磁带机和光盘刻录机的接口。

6.3 软件接口

主要考虑与操作系统的接口，考虑到文档输出处理的需要，有可能包括与较常用的办公软件的接口，例如Microsoft的Office系列。由于本系统的数据来源多样，还可保留连接其他GIS软件和其他数据库的接口。为了适应网络时代，实现资源的共享，方便数据的获取，同时推广本系统的使用范围，应保留网络接口。

6.4 故障处理

本系统的故障处理一般由操作系统完成，只要保持与操作系统的接口即可。只要操作系统没有大的故障程序一般是比较稳定的。考虑到用户对数据的安全性要求，程序可以有独立

于操作系统之外的数据备份功能与过程，以及系统崩溃后的数据恢复功能，这点在数据库软件中已经达到了，只要稍微在其上再增加用户所需要的附加功能即可。

7、其他需求

系统保证了较好的可使用性、可维护性、数据的安全保密性，如对不同用户有一定权限。由于本系统不大，还保留了一定程度的可移植性。

通过保留的软、硬件接口便可看出本系统具备良好的可扩展性。

总体设计报告

1引言

1.1编写目的

为划分组成此评价系统的物理元素，将需求分析阶段所确定的数据流转换为软件结构，并进行数据设计，便于系统详细设计工作的正确快速开展，特编写此总体设计报告文档。1.2背景说明

软件名称：基于GIS的土地适宜性评价系统。

项目组员：基于GIS的土地适宜性评价系统开发课题组

普通用户：土地管理部门

高级用户：即系统管理员，管理整个系统，包括数据编辑。

2 用户需求分析成果

功能需求

2.1 数据编辑

2.1.1 实现对属性数据的添加、修改、删除、保存，以保持数据的更新。

2.1.2 实现用户对参评因子的权重修改

2.1.3 对计算后的图斑进行自动排序及自动分级

2.2 图层控制

2.2.1 可控制各个图层的显示与否

2.2.2 能对地图进行任意缩小、放大、漫游

2.2.3选择显示某块图斑的地图或整个地图

2.2.4实现地图斑块评价等级的自动标注

2.2.5 能实现用户对图层的任意标注，并且有可选字体格式

2.3 数据查询

2.3.1 点击图斑可以得到其相应的各种因子信息及等级信息。

2.3.2 能实现图斑归属地查询，以行政区为界限，对处在两个或以上行政区的图斑

能实同时显示。

2.3.3 点击图斑能实现其面积，周长计算并显示。

2.3.4 用户设定等级查询，能实现在地图上的定位

2.3.5 按属性值（条件）可查询对应的图斑，并在地图上显示其位置

2.4 数据输出

2.4.1 能在数据输出前先进行预览，实现“所见即所得”的输出

2.4.2 输出整个地图或分级排序列表

2.4.3将含有数值列的表显示为统计图(面积图、直方图、折线图、饼图、x-y图)

性能要求

2.5 数据精确度

2.5.1在往属性列表中添加数据时，要求输入数准确；

2.5.2在往属性列表中添加数据时，数据记录定位准确；

2.5.3 用户输入值必须符合相应字段要求；

2.5.4在选择空间地物时，设置有一定的容差值。

2.6时间特性

2.6.1响应时间在人的感觉和视觉事件范围内；

2.6.2更新处理时间，随着MO控件和VB版本的升级，本系统将相应的进行更新；

2.6.3 数据转换与传输时间根据其数据量的大小而决定；

2.7适应性

本系统是使用VB 6.0结合MO空间在windows 2000系统下完成的，所以只要是兼容windows的操作系统，都可以正确地运行，有较好的适应能力与兼容性；

应用户的特殊需求系统在完成后的维护阶段可以保持几个与其他类软件接口，随时满足用户的使用要求。

三：总体设计

3 设计目标、依据和方法

基于GIS的土地适宜性评价系统选用Map Objects为GIS软件平台，利用先进的计算机技术（使用VB编程语言和SQL数据库技术）和地理信息系统（GIS）技术进行开发。通过建立地理信息数据库，实现图、文、表、一体化的综合性、空间性的土地信息管理和使用。3.1设计目标如下：

3.1.1系统除了对自身系统进行管理，还能实现地理信息共享和部门间信息交换，体现直观有效的地理信息管理，具有较高的实用性。

3.1.2系统应全面、完整的管理全部的地理基础信息，具有海量数据管理能力，信息编辑更新方便，系统安全可靠。

3.1.3系统能够完成各个专题图和综合图形的显示、缩放、漫游，对各种地理信息的查询、分析、统计，以及地图和数据的屏幕输出、报表输出、图形输出等功能。

3.1.4系统能够对用户输入的权重进行运算，得出土地分级信息并在图上显示，同时可以输出排序列表。

3.2系统总体设计基本原则

系统总体设计应当根据系统工程的设计思想，使应用GIS系统满足科学化、合理化经济化的总体要求。一般地应迎循以下基本原则。

3.2.1完备性

完备件主要是指系统功能的齐全、完备。本系统具备数据、管理、处理、查询、编辑、显示、绘图、分析及输出等功能。

3.2.2标准化

系统的标难化有两层涵义，一是指系统设计应符合GIS的基本要求和标准

二是指数据类型、编码、图式符号应符合现有的国家标准和行业规范。

3.2.3系统性

属性数据库管理子系统、图形数据库管理子系统及应用模型子系统必须有机的结合为一体．各种参数可以互相进行传输。

3.2.4兼容性

数据具有可交换性，选择标准的数据格式和设计合适的数据格式变换软件，实现与不同的GIS、CAD、各类数据库之间的数据共享。

3.2.5通用性

系统必须能够在不同范围内推广使用，不受区域限制。

3.2.6可靠性

系统的可靠性包括两个方面，一是系统运行的安全性内容的完整性。二是数据精度的可靠性和符号内容的完整性。

3.2.7实用性

系统数据组织灵活，可以满足不同应用分析的需求。系统真正做到能够解决用户所关心的问题，为生产实践、科研教学服务。

3.2.8可扩充性

考虑到应用型GIS发展，系统设计时应采用模块化结构设计，模块的独立性强，模块增加、减少或修改均对整个系统影响很小，便于对系统改进、扩充，使系统处于不断完善过程中。

3.3 软件结构体系

本系统的功能是通过可视化窗口进行系统管理、数据编辑、图层控制、数据查询、数据分析、数据输出

（软件结构层次图）

3 .

4 软、硬件配置方案

选择软硬件的基本原则是性能能满足建立系统的需要；具有较好的开放性和兼容性；具有良好的扩充性能；所以根据此原则，选择如下配置

软件配置：VB6.0，MO组件，arcinfo,arcview，windows2000

硬件配置：256内存，2.0CPU，40G硬盘，打印机

3.5软件模块设计

系统结构图

3 接口设计说明

内部接口：系统内所有命名方式采用字母加数字的方式，如FL01表示肥力数据层，FYDJ 表示肥力与有机质层的叠加；程序调用数据采用栈的方式，根据属性表里已有的表示号整列的调用；内部借口采用直接引用的形式。

外部接口：本系统所使用的数据来源于ARCINFO和ARCVIEW，不需经过数据转换就可以直接使用，数据输出实现所见即所得的设计方法，直接以打印机连接，为实现数据库数据的备份，保持与磁带机和光盘刻录机的接口的连接。

用户接口：

面向用户的接口输入设备采用键盘、鼠标及图象扫描仪等，输出设备包括显示终端、打印机、绘图仪及多媒体设备。输出介质为纸张、光盘、多媒体介质。

4 数据库设计

4.1目的，引用的法规政策以及遵循的标准规范

GIS规范化与标准化是体现GIS软件开发、系统建立与运行质量的重要要素，所以本系统的数据库的设计也遵循了一系列的标准规范：

（一）地理信息标准

该标准要求地理信息处理过程要有统一的地理坐标系统，即统一的地图投影系统，统一的地理格网系统，统一的区域多边形或空间统计单元系统，空间信息分类和编码系统，数据模型标准。

（二）数据标准

该标准要求数据转换按一定的标准进行，防止数据丢失等，空间元数据的制定也应按一定标准进行，还应该建立标准的元数据文档跟踪和控制数据质量。

4.2 数据库总体设计

4.2.1数据归一化：因为各评价因子的数据标准不一样，数据间就失去了可比性，叠加后的数据图层自然也没有可比性，所以在数据录入时，要先对个数据进行归一化。

4.2.2命名规范：评价因子有字母表示，HB（海拔）、FL（肥力）、OM（有机物）、ZD（质地）、PH（PH值）、TC（土层厚度）、ER（侵蚀）、JW（积温）、GCD（干燥度）。

4.2.3编码标准：各属性字段按ARCINFO自动生成的，包括LABEL的值。

5 界面设计

图形界面设计，应注意以下几条原则。

(I)用户界面的各个画面设计在整体上应保持相同或相似的外观。例如，按钮和选择项的位置与安排，尽可能安排在同样的地方，便于用户熟练掌握屏幕上的信息。

(2)用户界面使用的词汇、图示、颜色、选取方式、交流顺序，其意义与效果应前、后一致。

(3)要正确使用图形的表达能力。图形适合用来表达整体性、印象感和关联性的信息，而文字适用于表达单一的、精确的、不具关联性的一般资料。滥用图形表示有时会造成画面混乱，反而使用户不易了解。

(4)由于图形对象占用系统资源较多，处理速度馒，因此在时间响应要求高，而硬件资源档次低的环境中，不宣采用图形界面。

界面设计的数据流图

详细设计说明书

1.引言

1.1背景

1.1.1 系统的名称：土地适宜性评价系统

1.1.2 系统开发者：集美大学GIS专业第四组

1.1.3详细设计原则：（结构化程序设计）

1尽量少用或不用GoTo语句。

2采用自顶向下逐步求精的设计方法。

3采用顺序、选择、循环三种基本结构组成程序的控制结构。

4尽量使用单入口/单出口的控制结构，减少传递参量（数）的个数。

5提高模块的内聚度，降低模块间的关联度。

1.1.4详细设计的方法：类程序设计语言

1.2参考资料

《地理信息系统设计与实现》——吴信才等编著电子工业出版社

《软件工程》——齐治昌、谭庆平、宁洪编著高等教育出版社

《地理信息系统软件工程得原理与方法》华硕本等编著

1.3定语、术语和缩写词

GIS（Geography Information System）：即地理信息系统，是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。

VB（Visual Basic）：基于Basic的可视化的程序设计语言。

MO（Map Objects）：是一套制图软件集，它使程序员能够把地图加到应用程序中。

SQL（Structured Query Language）：即结构化查询语言。它是一种介于关系代数与关系演算之间的语言，其功能包括查询、操纵、定义和控制四个方面，是一个通用的功能极强的关系数据库标准语言。

原型：即PA（Prototyping Approach），是指由系统分析设计人员与用户合作，在短期内定义用户基本需求的基础上，开发出一个只具备基本功能、实验性的、简易的应用软件。

静态数据：系统固化在内的描述系统实现功能的一部分数据。

动态数据：在软件运行过程中用户输入后系统输出给用户的一部分数据，也就是系统要处理的数据。

数据字典：数据字典中的名字都是一些属性与内容的抽象和概括，它们的特点是数据的“严密性”和“精确性”。

1.4系统设计的基本原则

（一）实用性原则：系统能对复杂的地理信息进行管理，使用性强。

（二）可靠性原则：系统应有很强的容错能力，数据不易丢失，其运行安全性较高，数据精度具有可靠性，符号内容具有完整性。

（三）完备性原则：系统的功能包含了一般的应用型GIS所具备的功能——数据采集、管理、处理、查询、编辑、显示、绘图、转换、分析及输出等功能。

（四）系统性原则：系统由几个模块有机结合为一体，各种参数可以互相进行传输。

（五）兼容性原则：数据具有可交换性，选择标准的数据格式和设计合适的数据格式变换软件，实现与不同的GIS、CAD、各类数据库之间的数据共享。

（六）通用性原则：系统必须能够在不同范围内推广使用，不受区域限制。

（七）规范性原则：系统应以软件工程的思想和方法来建立，保证系统结构的科学性和合理性。

（八）可扩展性和开发性原则：系统应具有良好的接口和方便的二次开发工具，以便系统不断地扩充、求精和完善；在输入、输出方面应具有较强的兼容性，能进行各种不同数据格式的转换。

2.程序系统的组织结构

本系统的功能是通过可视化窗口进行系统管理、数据编辑、图层控制、数据查询、数据分析、数据输出。

3数据加载模块设计说明：

3.1模块描述：

意义是对以后的操作提供数据，程序特点是简洁。

3.2功能

加载要进行操作处理的数据。

3.3性能

能支持的格式有*.shp;*.adf;*.tat;*.pat;*.rat;*.dwg;*.dxf;*.pft;*.lat;*.aft;*. tft;.bmp;*.dib;*.tif;*.jpg;*.jff;*.bil;*.bip;*.bsq;*.gis;*.lan;*.rlc;*.sid;*.su n;*.rs;*.ras;*.svf;*.img;*.gif。

3.4输入项

数据格式有*.shp;*.adf;*.tat;*.pat;*.rat;*.dwg;*.dxf;*.pft;*.lat;*.aft;*.tft;.bmp;*.dib;*.tif;*.jp g;*.jff;*.bil;*.bip;*.bsq;*.gis;*.lan;*.rlc;*.sid;*.sun;*.rs;*.ras;*.svf;*.img;*.gif

输入方式有键盘与鼠标输入

3.5输出项

数据类型有空间数据和属性数据

3.6处理过程

本模块的处理过程是先定义好相关变量并赋值，用CommonDialog1对象调入文件名和路径，再根据文件后缀名调用相应的加载方式加载数据。文件后缀名的识别采用的是Select C ase语句来判断的，若都没有符合的则推出子程序。

3.7接口

AddFile先调用addShapeFile、addCoverage、addGRID、addCAD、addVPF、addImage中的一个后在调用frmMain.legMapDisp.LoadLegend和frmMain.CreateLocatorMap

3.8测试计划

将本模块嵌入文件中并提供部分格式文件进行简单的运行调试。

4地图浏览模块设计说明

4.1模块描述：

意义是方便对空间数据进行浏览，程序特点是简洁。

4.2功能

可对空间数据进行平移、缩放、属性查询、文本标注、图例编辑、鹰眼。

4.3性能

图例编辑有单一颜色标注、字段值标注着色、分组标注着色、自动标注着色、交互标注着色、高程着色。

4.4输入项

4.5输出项

数据类型空间数据

输出方式为图形输出

4.6处理过程

本模块的处理过程是对于在MAP界面上的操作是根据所点击的按钮调用相关子程序do Task，这里的判断是在doTask子程序用Select Case语句来判断，使得MousePointer得到相应的设定。而对标注操作时用legMapDisp_LayerDblClick子程序先设定g_ActiveLayer（当前图层），再调用模块frmLayerSymbol。用SSTaP来分隔各种标注，设定好选项后，选中何种标注方式用Select Case语句来判断，调用子程序ApplySingleSymbol、ApplyUniqueValues、Apply ClassBreaks、ApplyStandardLabels、ApplyNoOverlapLabels、ApplyZRenderer中的相应程序，再调用frmMain.legMapDisp.LoadLegend子程序和frmMain.mapDisp.Refresh操作。

4.7接口

模块MDIForm1调用模块frmMain进行显示；模块frmMain可以调用模块frmLayerSymbol 进行设置后，模块frmLayerSymbol再调用模块frmMain进行显示。

4.8测试计划

将本模块嵌入文件中并提供部分格式文件进行简单的运行调试。

5查询统计模块设计说明

5.1模块描述：

意义是方便对空间数据进行选择浏览和对属性数据进行统计，程序特点是简洁。

5.2功能

可对空间数据进行空间查询、条件查询，可对查询结果保存；可对属性数据进行统计。

5.3性能

能以亮色形式来显示选中的地物，以区别于未被选中的地物。

5.4输入项

输入方式有键盘与鼠标输入

5.5输出项

保存数据格式为shapefile

数据类型空间数据

输出方式为图形输出

5.6处理过程

查询的处理过程是根据Text1中的文本内容用SearchExpression命令对记录层recSelection 进行进行赋值，再调用frmMain.mapDisp.Refresh命令再返回调用子程序DrawQuery达到查询目标。

统计的处理过程是先对List1控件加载图层字段名，根据List1_Click操作在RichTextBox1控件上显示统计结果。

5.7接口

模块MDIForm1调用模块frmMain进行显示；模块frmMain可以调用模块frmLayerSymbol 进行设置后，模块frmLayerSymbol再调用模块frmMain进行显示。

5.8测试计划

将本模块嵌入文件中并提供部分格式文件进行简单的运行调试。

6分析评价模块设计说明

6.1模块描述：

意义是方便对土地适宜性进行多次分等定级查询统计，程序特点是简洁。

6.2功能

可对参评因子数进行选择；可根据选择的参评因子和权重对地图进行分级、标注；可对分析结果进行查询统计；可对结果进行保存。

6.3性能

参评因子数可达16个；参评因子有重复有出错提示；权重未输入有出错提示；权重和不等于一有出错提示。

6.4输入项