第九章GIS设计与评价

第九章GIS设计与评价第一节GIS设计概述第二节GIS的设计第三节GIS的评价第四节地理信息的标准化基础型GIS：是一种通用型GIS，如ArcGIS应用型GIS：在基础型GIS的基础上，经过二次开发，建成满足专门用户、解决特定实际问题的GIS。第一节应用型GIS概述一、系统设计的目的应用型GIS设计的目的是为了建立业务化的运行系统，以实现业务操作的手工模式向信息化模式的转变，实现管理和决策的高效率和科学化。应用型GIS的分类1.空间事务处理系统：通过应用GIS的数据库技术，实现由传统的事务处理向计算机处理的转换。通常在房产、地籍等部门广泛应用。2.空间管理信息系统主要目的是实现空间信息管理的高效率、模型开发和空间数据的动态更新。表现为：数据的查询和统计，专业模型的分析应用。在城市规划、土地利用、交通管理、管网规划等应用广泛。3.空间决策支持系统其目的是解决决策问题。除了需要利用GIS的数据库和空间分析技术，模型库及其管理系统是决策支持系统的核心。二、系统设计的模式（一）结构化的系统设计模式Calkins于1972年提出的。结构化系统分析方法指利用一般系统工程分析方法和有关结构概念，把它们应用于地理信息系统的设计，采用自上而下划分模块，逐步求精的系统分析方法。系统设计模式下，各阶段的主要任务：1.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；2.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；3.说明和评价所拟定的不同系统，这些系统能否满足所规定的要求；4.对拟定的系统做最后的评价，从中选择一个运行的系统。系统设计模式的特点强调对用户的调查和系统功能需求的分析；在系统设计的各个阶段都要写成有关的文件，以便进行评价，用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。该模式假定系统的大部分由系统设计人员来完成。（二）结构化的系统评价模式由原来的结构化系统设计模式修改而来。它是针对系统开发过程中存在用户需求不明，开发过程无序，开发人员之间缺少有效交流等主要问题，通过一系列规范性的支持技术和方法，力图开发出符合用户要求的、高质量的应用系统的目的。结构化的系统评价模式特点强调对现有的各个组成部分（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，保证所设计系统的使用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。结构化的系统评价模式各阶段的任务1.目的与任务目的：指出该系统的目的，谁是主要的用户，以及如何使用该系统。任务：要说明所要完成的工作。2.概念的定义介绍系统的各个主要组成部分，分布按照输入、输出、主要的过程和数据库，来说明系统的基本结构，包括主要模块、系统开发的主要资源、主要的限制条件等。3.功能的要求具体说明系统要做什么，对每一种功能都要说明。1）输入来源2）输出格式、数据量、用户；3）功能需要的处理步骤4）功能成功实现所需要的条件5）功能生成的数据4.性能测试对每个组成部分分别进行测试，对综合以后的整个系统要进行最后的测试。具体测试的内容包括：硬件、软件、数据库的质量控制等。1）系统的正常操作条件；2）重点测试包括最坏情况、极端操作等情况3）逻辑测试，指检查各种可能的逻辑条件4）线路测试；5）硬件、软件和数据库的测试，是对系统进行总体评价的最后阶段。三、系统设计的流程系统分析：立项、调研、可行性分析、用户需求系统设计：总体设计、详细设计、数据库设计系统实施：软件开发、建库、组装、试运行、诊断系统运行与维护：系统交互使用和更新第二节GIS设计的具体步骤

系统分析1

系统设计2

系统实施3

系统运行与维护4一、系统分析（systemanalysis）系统分析基本思想：从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统立项提供依据。任务是对用户进行需求调查和可行性分析，最后提出系统的目标和结构方案。它是使设计达到合理、优化的重要步骤，直接影响系统的设计质量和实用性。（一）用户需求分析用户需求调查主要是用户对开发的GIS系统的功能要求和信息需求情况。主要内容包括：

who——谁使用该系统；

what——系统需要具有哪些功能和条件；

why——为什么需要这些功能和条件；

where——新系统需要的资源和条件从哪里获得；

quality——系统需要具有的技术指标、性能和可靠性要求等。（二）可行性分析着重从社会、技术和经济三大方面分析开发系统的可行性。包括数据条件、经济条件、技术条件、成本效益分析、项目进度计划等。用户需求和可行性分析经过审批，表示可以立项，才能转入系统设计阶段。1、系统建设的数据条件数据是系统的血液，不健全的数据必然导致系统瘫痪。系统建设的数据条件是指数据的类型、完备程度和质量能否满足系统建设的需要。2、技术条件根据系统建设的规模和目标，系统应有的功能以及系统建设方案，分析现有的技术环境能否满足系统建设的需要，并提出相应的技术方案。3、经济条件估计系统开发和运行费用，估计相对于现在的经济条件能否支撑系统的开发和运行。4、成本效益分析从经济角度分析开发一个系统是否有益，从而帮助土地管理部门正确地做出是否投资于该项开发工程的决策。二、系统设计这是系统开发的核心。首先是对系统整体进行简单的总体设计，然后是详细设计，然后是数据库设计，然后是功能设计，最后是应用设计。（一）总体设计总体设计又称为逻辑设计，其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，说明它们在整个系统中的作用与相互关系，以及确定系统的软硬件配置，规定系统采用的技术规范，并作出经费预算和时间安排，以保证系统总体目标的实现。总体设计主要内容1、阐明用户需求：用户构成、对系统要求2、系统目标：系统应具备的功能3、总体结构：将系统划分为若干子系统或功能模块，构成系统总体结构图。4、系统配置：指系统的硬件环境（说明型号、数量和内存等）、软件环境（说明版本、数量、性能等）。硬件：计算机、存储设备、输入输出设备，网络等，说明型号、数量、性能指标，画出硬件设备配量图。软件：系统软件、网络管理软件、地理信息系统基础软件、数据库管理系统软件、应用软件等，说明版本、数量、性能。5、经费和管理。（二）详细设计详细设计又称实际设计，其任务是根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特定的硬件、基础软件和规范标准，进行子系统和数据库的详细设计，用于具体指导系统的开发。（三）数据库设计数据库是系统的核心。数据库设计包括数据库的数据内容、数据库数据的组织。如：数据源的分析与选择、数据库分类与分层的确定，数据获取方案的规定，数据编码设计，属性数据的建立，数据质量标准的规定，地理定位控制的规定及其他规定。（四）系统功能设计模块化：详细描述各功能模块及其内容、实现的技术和算法、输入输出的数据项和格式等。（四）应用设计主要是对应用模型的设计、模型分析结果的输出设计，用户界面设计（人机对话设计）。三、系统实施系统实施是在系统设计的原则指导下，按照设计方案的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。1.系统硬件和软件的引进和调试2.系统数据的建立包括数据源的选择、数据源的更新和处理、数据格式的定义和转换、数据采集、数据编辑处理、建立数据库实体等。3.应用管理系统的开发在GIS基础软件的基础上，进行二次开发，建立应用管理系统。内容包括利用基础软件提供的开发语言进行编程，建立用户应用界面、应用模块的开发、建立图形符号库、编写用户操作手册等。4.系统测试和联调对系统开发完成的每一个模块均进行测试。将模块组装成系统时，应进行联调和测试。系统测试是指利用人工或自动的方法验证模块是否满足规定的要求，检查设计指标与实际结果是否一致，及时发现问题，及时改正，并编写系统测试报告。5.系统验收和鉴定系统验收时包括文档、软件、数据库等。文档要详细说明系统的文档资料是否齐全和规范、质量情况。软件要详细说明软件功能和性能是否达到计划任务书、设计的要求，软件运行是否稳定可靠，是否满足用户需求等。鉴定：对系统开发的技术水平、质量和特点进行技术鉴定。系统实施可以采取三种方式：完全自主开发：全盘委托开发：联合开发：四、系统运行和维护系统运行：交付用户使用。系统维护：为了保证系统正常工作而采取的一切措施和步骤。包括数据的维护、软件的维护、硬件的维护。第三节GIS的评价系统评价是将运行着的系统与预期目标进行比较，考察是否达到了系统设计时预定的效果。对下列各项指标进行逐一审议和考核：一、系统效率GIS的各种职能指标、技术指标和经济指标均是系统效率的反映。例如：系统能否及时向用户提供有用信息？信息的精度如何?系统操作是否方便？系统出错如何？资源的使用效率如何？二、系统可靠性是指系统在运行时是否稳定性，文件和程序是否妥善保存，是否具有后备体系等。三、系统可扩展性即在系统设计留有接口，可以增加功能模块，且不影响整个系统结构。四、系统可移植性即对环境的适应能力，不仅能在一台机器上使用，而且能在其他型号设备上使用。五、系统效益评价社会效益：信息共享的效果、数据采集和处理的自动化水平、综合分析的能力、系统智能化技术的发展、系统决策的定量化和科学化、系统应用的模型化、劳动强度的减轻、工作时间的缩短等等。经济效益：合理优化资源、降低生产费用、提高产品竞争优势、提高作业效率，增强决策准确度等。需要长时间才能体现出来。第四节地理信息的标准化标准和规范的制定其目的是为了统一表达，方便地将不同地点、单位的同类或异类的数据进行集成和应用。地理信息的标准化是反映一个国家经济发展和科技进步的重要标志，也是保证信息交换与共享的前提。一、地理信息标准化的内容（一）统一的名词术语内涵是地理信息标准化的基础工作之一。测绘基本术语、摄影测量与遥感术语、地图制图术语等，给出规范的释义和标名。（二）统一的数据采集原则通常只采集和存储基本的原始数据，不存储派生数据；要采集具有权威性、科学性、现势性的数据；要遵照已经颁布的规范标准。（三）统一的空间定位框架为各种数据的输入、输出和匹配处理提供共同的地理坐标基础，包括地理坐标、平面坐标。（四）统一的数据分类标准是系统设计和数据库建立的一项极为重要的基础工作。采用宏观的全国分类系统与详细的专业系统之间相递归的方案：低一级的分类系统必须能归纳和综合到高一级的分类系统之中。（五）统一的数据编码系统凡国家已实行的编码规范和标准，按国家规定的执行；科学编码系统的设计必须可靠地识别数据信息的分类；编码不宜太长，一般4-7位；统一的码位尺度、一致的码位格式、明确的代码含义。（六）统一的数据组织结构地理实体应表示为统一序号的唯一标识码、实体类型、坐标、属性、拓扑关系等。（七）统一的数据记录格式矢量数据由4部分组成：第一部分是头文件，包含了该文件的基本特征数据；第二部分为地物类型参数及属性数据结构。第三部分为几何图形数据及注记。第四部分为属性数据。栅格数据有头文件和数据体组成。（八）统一的数据质量含义数据完整性：数据一致性：位置精度：时间精度：属性精度：二、地理信息标准化的制定ISO/TC211,国际标准化组织地理信息标准化专题组FGDC，美国联邦地理数据委员会CEN/TC287，欧洲标准化委员会OGC，美国OpernGIS委员会MEGRIN，欧洲地图事务组织CGSD，加拿大标准化委员会以ISO/211专题组为例，由5个工作组组成：第一工作组负责框架和参考模型；第二工作组负责地理空间数据模型和算子；第三工作组负责地理空间数据管理；第四工作组负责地理空间数据服务；第五工作组负责专用标准。20个标准及其相互关系表GIS设计示例城镇土地定级估价信息系统系统建设目标总体设计数据库设计界面设计系统安全设计地理信息系统的开发模式系统建设目标实现土地利用规划的辅助设计与编制实现对土地利用规划成果管理实现对土地利用规划的实施管理实现对土地利用规划的专题分析实现业务流与数据流一致协调数据来源1:5万的县市土地利用规划数据1:1万的乡镇土地利用规划数据各种基础数据：土地利用现状、规划、基本农田、重点建设项目、土地整理复垦等数据表