第八章_地理信息系统设计及标准化

1、第八章 地理信息系统设计与标准化第一节 地理信息系统设计第二节 地理信息系统设计的模式第三节 地理信息系统设计与开发的步骤第四节 用户需求分析第五节 地理信息系统的软、硬件配置设计第六节 用户界面设计第七节 地理信息系统评价第八节 地理信息系统的人员配署第九节 地理信息系统的标准化第一节 地理信息系统设计 一、概述 地理信息系统的开发研究分为四个阶段：系统分析、系统设计、系统实施、系统评价及维护。系统分析阶段的需求功能分析、数据结构分析和数据流分析是系统设计的依据。系统分析阶段的工作是要解决“做什么”的问题，它的核心是对地理信息系统进行逻辑分析，解决需求功能的逻辑关系及数据支持系统的结构，以及

2、数据与需求功能之间的关系；系统设计阶段的核心工作是要解决“怎么做”的问题，研究系统由逻辑设计向物理设计的过渡，为系统实施奠定基础。 地理信息系统设计要满足三个基本要求，即加强系统实用性、降低系统开发和应用的成本、提高系统的生命周期。 二、信息系统的设计路线.二、信息系统的设计路线 系统设计可分为：地理信息系统设计方法、管理信息系统的设计方法和软件工程的设计方法。所有这些设计都要根据设计原理并采用结构化分析方法。其中最有用的理论是模块理论及其有关的特性、例如内聚性和连通性。 所谓结构化就是有组织、有计划和有规律的一种安排。结构化系统分析方法就是利用般系统工程分析法和有关结构概念，把它们应用于地理

3、信息系统的设计，采用自上而下划分模块，逐步求精的系统分析方法。这种结构化分析和设计的基本思想包括如下要点： 如下要点： 1、在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统的观点。首先从总体出发，考虑全局的问题，在保证总体方案正确，接口问题解决的条件下，然后按照自上而下，一层一层地完成系统的研制。这是结构化思想的核心。2、地理信息系统设计的基本原则是首先进行调查研究，掌握必要的数据，否则就不可能进行系统分析。只有设计出合理的逻辑模型，才有可能很好地进行物理设计。事实上地理信息系统的开发是一个连续有序、循环往复、不断提高的过程，每一个循环就是个生命周期，要严格划分工作阶段，保证每个阶段任务很好地完成。

4、3、用结构化的方法构筑地理信息系统的逻辑模型。在系统的逻辑设计中包括分析信息流程，绘制数据流程图；根据数据的规范，编制数据字典；根据概念结构的设计，确定数据文件的逻辑结构；选样系统执行的结构化语言，以及采用控制结构作为地理信息系统的设计工具等。4、结构化分析和设计还包括系统结构上的变化和功能上的改变，以及面向用户的观点等。第二节 地理信息系统设计的模式 地理信息系统最早的设计模式 修改后的地理信息系统设计模式如图82所示 .地理信息系统最早的设计模式 地理信息系统最早的设计模式，是Calkins在1972年由国际地理学会地理数据收集和处理委员会主持召开的地理数据处理学术会议上提出来的，后来又经

5、过了几次修改和补充。这个最早的设计模式称为结构化的系统设计模式，由四个组成部分构成(图81)： 通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目的、要求和规定； 描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素，例如现有的硬件、软件和有关的政治和法律因素等； 说明和评价所拟定的不同系统，这些系统能够满足所规定的要求； 对拟定的系统作最后的评价，从中选择一个运行的系统。明确系统的用户目的及要求描述和评价需要的数据说明地理参考的要求调查现有的数据源调查地图参考系统数据集合的规定与说明信息传输的要求与规定 确定地理参照系统提出硬件提出软件数据处理方法政治结构法律结构用户背景信息评价资源保证情况描述选择

6、的信息系统系统稳定性评价描述硬件要求描述软件要求描述数据处理方法描述政治结构描述法律结构描述系统运行方法描述用户培训要求可行性与成本评 价政治、法律意义评 价执行计划的评 价效益和影响的最终评价阶段1阶段2阶段3阶段4修改后的地理信息系统设计模式 原来的设计模式是假定系统的大部分组成(除了硬件以外，包括所有的软件和数据库)都需要由系统设计人员来完成，有时甚至包括处理空间数据的某个专门的硬件。现在的情况不同了，不但有许多处理空间数据的重要软件，而且有现成的系统和空间数据库，因此需要对原来的地理信息系统设计模式进行修改，修改后的地理信息系统设计模式如图82所示。其主要的设计思想，是强调对现有的各个

7、组成部分，包括硬件、软件和数据库，进行深入、认真的评价，以研究其满足系统功能的程度，保证所设计系统的实用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。目的与任务用户对象用户需要定义有关概念功能要求和规定数据获取计划硬件要求性能规定软件要求数据采集方法数据的选择软件设计程序设计质量指标软件测试数据质量标准软件和硬件型号识别数据测试现有系统测试软件综合和测试系统综合和测试运行和维护需要和要求的变化系统的更变变 化 控 制第三节 地理信息系统设计与开发的步骤 图8-3 地理信息系统建立过程 （据张超） 地理信息系统建立的过程（图83）大致可以分成以下几个主要步骤。 一、可行性研究 二、系统设计 三、建立

8、系统的实施计划 四、系统实验 五、系统运行.可行性研究用户需求数据来源系统设计投入产出研究执行计划实验计划系统检验数据转换系统运行政策因素组织数据库法律因素软件要求硬件要求一、可行性研究 可行性研究主要是进行大量的现状调查，在调查的基础上论证GIS的自动化程度、涉及的技术范围、投资数量以及可能收到的效益等。 这一阶段的工作主要包括. 这一阶段的工作主要包括： 1、用户需求调查。 2、系统目的和任务。 3、数据源调查和评估。 4、评价地理信息系统的年处理工作量、数据库结构和大小、GIS的服务范围、输出形式和质量等。 5、系统的支持状况。二、系统设计 系统设计就是将分析阶段提出的逻辑模型转化为物理

9、模型，其设计的内容随系统的目标、数据的性质和系统环境的不同而有很大的差异。一般而言，首先应根据系统研制的目标，确定系统必须具备的空间操作功能；其次是将数据分类和编码，完成空间数据的存贮和管理；最后是系统的建模和产品的输出。 系统设计阶段的工作包括： 系统总体设计 模块设计 系统优化设计.即在系统逻辑模型的基础上设计系统的物理模型，其主要任务是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，并说明它们在整个系统中的作用与相互关系，它包括软件、硬件环境、系统功能设计和数据库设计。即将系统进行分解，确定实现方法，进行代码设计。 系统分解就是根据系统功能间的聚合度将系统分解为若干程度适当的

10、模块，块内聚合度最大、块间聚合度最小，一个模块只执行一种功能，一种功能只能用一个模块来实现。 结构化的软件设计方法、面向对象的软件设计方法和原型化的设计方法等多种，各有特点，在具体工作中需灵活地选择或结合各种方法作出最有效最佳方案的设计。模块代码设计要采用地理信息系统软件工具和程序设计语言来完成。是地理信息系统整个研制工作的核心。不但要完成逻辑模型所规定的任务，而且要使所设计的系统达到优化。 所谓优化，就是选择最优方案，使地理信息系统具有运行效率高、控制性能好和可变性强等特点。要提高系统的运行效率，一般要尽量避免中间文件的建立，减少文件扫描的遍数，并尽量采用优化的数据处理算法。为增强系统的控制

11、能力，要拟定对数字和字符出错时的校验方法；在使用数据文件时，要设置口令，防止数据泄密和被非法修改，保证只能通过特定的通道存取数据。为了提高系统的可变性，最有效的方法是采用模块化的方法，按功能将系统逐步分解为若干个第一层模块、第二层模块等。三、建立系统的实施计划 系统设计完成后，把所估算的硬件和软件的总投资、人员培训投资及数据采集投资等作为建立GIS的投资额，同时估计若干年后能收到的经济效益，这是投入产出估算。如果估算的结果令人满意，则进行后继工作。 建立GIS的执行计划，包括硬件、软件的测试、购置、安装和调试等，其中主要工作是测试。测试工作一般按标准测试工作模式，进行较详细的测试。 四、系统实

12、验 结合用户要求完成的任务，选择小块实验区(或者用模拟数据)对系统的各个部分、各种功能进行全面试验。实验阶段不仅进一步测试各部分的工作性能，同时还要测试各部分之间数据传送性能、处理速度和精度，保证所建立的系统正常工作，且各部分运行状况良好。如果发现不正常状况，则应查清问题的原因，然后通知硬件或软件提供者进行适当处理。五、系统运行 当地理信息系统对用户的决策过程不断提供支持的时侯，已经建立的系统会不断膨胀，并不断地被更新和增加。几年以后，系统的周期将又从头开始，这时的新系统将提供更新的、增强的或附加的能力。经验告诉我们，许多地理信息系统是随着用户发现它们能做什么而被扩充的。新技术与新方法的引入、

13、不断地进行教育与培训等是整个系统生命周期中必不可少的组成部分。 图84描述了GIS设计与开发周期的各个阶段。 GIS项目申请：初步的需求可行性研究系统分析与规格定义：数据需求、功能需求、性能需求GIS的概念设计：多个设计方案及方案选择选择适用的 GIS软件和相应的硬件系统详细设计：数据结构、编码方法等数据的标准化自动化处理：数据收集与整理安装系统：软、硬件安装与调试应用模型：建立用户所需要的模型培训、教育：在技术和观念上教育用户系统运行： GIS的操作与 GIS的维护第四节 用户需求分析 地理信息系统的用户需求分析，包括用户类型和用户要求、系统应用范围、技术选择、财力和人力状况、设备和人员的费用等内容。 一、用户类型和用