第九章GIS設計與評價第一節GIS設計概述第二節GIS的設計第三節GIS的評價第四節地理信息的標準化基礎型GIS：是一種通用型GIS，如ArcGIS應用型GIS：在基礎型GIS的基礎上，經過二次開發，建成滿足專門用戶、解決特定實際問題的GIS。第一節應用型GIS概述一、系統設計的目的應用型GIS設計的目的是為了建立業務化的運行系統，以實現業務操作的手工模式向信息化模式的轉變，實現管理和決策的高效率和科學化。應用型GIS的分類1.空間事務處理系統：通過應用GIS的數據庫技術，實現由傳統的事務處理向計算機處理的轉換。通常在房產、地籍等部門廣泛應用。2.空間管理信息系統主要目的是實現空間信息管理的高效率、模型開發和空間數據的動態更新。表現為：數據的查詢和統計，專業模型的分析應用。在城市規劃、土地利用、交通管理、管網規劃等應用廣泛。3.空間決策支持系統其目的是解決決策問題。除了需要利用GIS的數據庫和空間分析技術，模型庫及其管理系統是決策支持系統的核心。二、系統設計的模式（一）結構化的系統設計模式Calkins于1972年提出的。結構化系統分析方法指利用一般系統工程分析方法和有關結構概念，把它們應用于地理信息系統的設計，采用自上而下劃分模塊，逐步求精的系統分析方法。系統設計模式下，各階段的主要任務：1.通過訪問用戶，調查用戶的需求和數據源，確定系統的目的、要求和規定；2.描述和評價與系統設計過程有關的資源和限定因素，例如，現有的硬件、軟件和有關的政治和法律因素；3.說明和評價所擬定的不同系統，這些系統能否滿足所規定的要求；4.對擬定的系統做最后的評價，從中選擇一個運行的系統。系統設計模式的特點強調對用戶的調查和系統功能需求的分析；在系統設計的各個階段都要寫成有關的文件，以便進行評價，用戶要參與系統的設計，以免系統設計的失誤。該模式假定系統的大部分由系統設計人員來完成。（二）結構化的系統評價模式由原來的結構化系統設計模式修改而來。它是針對系統開發過程中存在用戶需求不明，開發過程無序，開發人員之間缺少有效交流等主要問題，通過一系列規范性的支持技術和方法，力圖開發出符合用戶要求的、高質量的應用系統的目的。結構化的系統評價模式特點強調對現有的各個組成部分（包括硬件、軟件和數據庫）進行深入、認真的評價，以研究其滿足系統功能的程度，保證所設計系統的使用可靠，及有效地處理數據和使用周期長等要求。結構化的系統評價模式各階段的任務1.目的與任務目的：指出該系統的目的，誰是主要的用戶，以及如何使用該系統。任務：要說明所要完成的工作。2.概念的定義介紹系統的各個主要組成部分，分布按照輸入、輸出、主要的過程和數據庫，來說明系統的基本結構，包括主要模塊、系統開發的主要資源、主要的限制條件等。3.功能的要求具體說明系統要做什么，對每一種功能都要說明。1）輸入來源2）輸出格式、數據量、用戶；3）功能需要的處理步驟4）功能成功實現所需要的條件5）功能生成的數據4.性能測試對每個組成部分分別進行測試，對綜合以后的整個系統要進行最后的測試。具體測試的內容包括：硬件、軟件、數據庫的質量控制等。1）系統的正常操作條件；2）重點測試包括最壞情況、極端操作等情況3）邏輯測試，指檢查各種可能的邏輯條件4）線路測試；5）硬件、軟件和數據庫的測試，是對系統進行總體評價的最后階段。三、系統設計的流程系統分析：立項、調研、可行性分析、用戶需求系統設計：總體設計、詳細設計、數據庫設計系統實施：軟件開發、建庫、組裝、試運行、診斷系統運行與維護：系統交互使用和更新第二節GIS設計的具體步驟

系統分析1

系統設計2

系統實施3

系統運行與維護4一、系統分析（systemanalysis）系統分析基本思想：從系統觀點出發，通過對事物進行分析與綜合，找出各種可行的方案，為系統立項提供依據。任務是對用戶進行需求調查和可行性分析，最后提出系統的目標和結構方案。它是使設計達到合理、優化的重要步驟，直接影響系統的設計質量和實用性。（一）用戶需求分析用戶需求調查主要是用戶對開發的GIS系統的功能要求和信息需求情況。主要內容包括：

who——誰使用該系統；

what——系統需要具有哪些功能和條件；

why——為什么需要這些功能和條件；

where——新系統需要的資源和條件從哪里獲得；

quality——系統需要具有的技術指標、性能和可靠性要求等。（二）可行性分析著重從社會、技術和經濟三大方面分析開發系統的可行性。包括數據條件、經濟條件、技術條件、成本效益分析、項目進度計劃等。用戶需求和可行性分析經過審批，表示可以立項，才能轉入系統設計階段。1、系統建設的數據條件數據是系統的血液，不健全的數據必然導致系統癱瘓。系統建設的數據條件是指數據的類型、完備程度和質量能否滿足系統建設的需要。2、技術條件根據系統建設的規模和目標，系統應有的功能以及系統建設方案，分析現有的技術環境能否滿足系統建設的需要，并提出相應的技術方案。3、經濟條件估計系統開發和運行費用，估計相對于現在的經濟條件能否支撐系統的開發和運行。4、成本效益分析從經濟角度分析開發一個系統是否有益，從而幫助土地管理部門正確地做出是否投資于該項開發工程的決策。二、系統設計這是系統開發的核心。首先是對系統整體進行簡單的總體設計，然后是詳細設計，然后是數據庫設計，然后是功能設計，最后是應用設計。（一）總體設計總體設計又稱為邏輯設計，其任務是根據系統研制的目標來規劃系統的規模和確定系統的各個組成部分，說明它們在整個系統中的作用與相互關系，以及確定系統的軟硬件配置，規定系統采用的技術規范，并作出經費預算和時間安排，以保證系統總體目標的實現。總體設計主要內容1、闡明用戶需求：用戶構成、對系統要求2、系統目標：系統應具備的功能3、總體結構：將系統劃分為若干子系統或功能模塊，構成系統總體結構圖。4、系統配置：指系統的硬件環境（說明型號、數量和內存等）、軟件環境（說明版本、數量、性能等）。硬件：計算機、存儲設備、輸入輸出設備，網絡等，說明型號、數量、性能指標，畫出硬件設備配量圖。軟件：系統軟件、網絡管理軟件、地理信息系統基礎軟件、數據庫管理系統軟件、應用軟件等，說明版本、數量、性能。5、經費和管理。（二）詳細設計詳細設計又稱實際設計，其任務是根據總體設計方案確定的目標和階段開發計劃，緊密結合特定的硬件、基礎軟件和規范標準，進行子系統和數據庫的詳細設計，用于具體指導系統的開發。（三）數據庫設計數據庫是系統的核心。數據庫設計包括數據庫的數據內容、數據庫數據的組織。如：數據源的分析與選擇、數據庫分類與分層的確定，數據獲取方案的規定，數據編碼設計，屬性數據的建立，數據質量標準的規定，地理定位控制的規定及其他規定。（四）系統功能設計模塊化：詳細描述各功能模塊及其內容、實現的技術和算法、輸入輸出的數據項和格式等。（四）應用設計主要是對應用模型的設計、模型分析結果的輸出設計，用戶界面設計（人機對話設計）。三、系統實施系統實施是在系統設計的原則指導下，按照設計方案的目標、內容和方法，分階段、分步驟完成系統開發的過程。1.系統硬件和軟件的引進和調試2.系統數據的建立包括數據源的選擇、數據源的更新和處理、數據格式的定義和轉換、數據采集、數據編輯處理、建立數據庫實體等。3.應用管理系統的開發在GIS基礎軟件的基礎上，進行二次開發，建立應用管理系統。內容包括利用基礎軟件提供的開發語言進行編程，建立用戶應用界面、應用模塊的開發、建立圖形符號庫、編寫用戶操作手冊等。4.系統測試和聯調對系統開發完成的每一個模塊均進行測試。將模塊組裝成系統時，應進行聯調和測試。系統測試是指利用人工或自動的方法驗證模塊是否滿足規定的要求，檢查設計指標與實際結果是否一致，及時發現問題，及時改正，并編寫系統測試報告。5.系統驗收和鑒定系統驗收時包括文檔、軟件、數據庫等。文檔要詳細說明系統的文檔資料是否齊全和規范、質量情況。軟件要詳細說明軟件功能和性能是否達到計劃任務書、設計的要求，軟件運行是否穩定可靠，是否滿足用戶需求等。鑒定：對系統開發的技術水平、質量和特點進行技術鑒定。系統實施可以采取三種方式：完全自主開發：全盤委托開發：聯合開發：四、系統運行和維護系統運行：交付用戶使用。系統維護：為了保證系統正常工作而采取的一切措施和步驟。包括數據的維護、軟件的維護、硬件的維護。第三節GIS的評價系統評價是將運行著的系統與預期目標進行比較，考察是否達到了系統設計時預定的效果。對下列各項指標進行逐一審議和考核：一、系統效率GIS的各種職能指標、技術指標和經濟指標均是系統效率的反映。例如：系統能否及時向用戶提供有用信息？信息的精度如何?系統操作是否方便？系統出錯如何？資源的使用效率如何？二、系統可靠性是指系統在運行時是否穩定性，文件和程序是否妥善保存，是否具有后備體系等。三、系統可擴展性即在系統設計留有接口，可以增加功能模塊，且不影響整個系統結構。四、系統可移植性即對環境的適應能力，不僅能在一臺機器上使用，而且能在其他型號設備上使用。五、系統效益評價社會效益：信息共享的效果、數據采集和處理的自動化水平、綜合分析的能力、系統智能化技術的發展、系統決策的定量化和科學化、系統應用的模型化、勞動強度的減輕、工作時間的縮短等等。經濟效益：合理優化資源、降低生產費用、提高產品競爭優勢、提高作業效率，增強決策準確度等。需要長時間才能體現出來。第四節地理信息的標準化標準和規范的制定其目的是為了統一表達，方便地將不同地點、單位的同類或異類的數據進行集成和應用。地理信息的標準化是反映一個國家經濟發展和科技進步的重要標志，也是保證信息交換與共享的前提。一、地理信息標準化的內容（一）統一的名詞術語內涵是地理信息標準化的基礎工作之一。測繪基本術語、攝影測量與遙感術語、地圖制圖術語等，給出規范的釋義和標名。（二）統一的數據采集原則通常只采集和存儲基本的原始數據，不存儲派生數據；要采集具有權威性、科學性、現勢性的數據；要遵照已經頒布的規范標準。（三）統一的空間定位框架為各種數據的輸入、輸出和匹配處理提供共同的地理坐標基礎，包括地理坐標、平面坐標。（四）統一的數據分類標準是系統設計和數據庫建立的一項極為重要的基礎工作。采用宏觀的全國分類系統與詳細的專業系統之間相遞歸的方案：低一級的分類系統必須能歸納和綜合到高一級的分類系統之中。（五）統一的數據編碼系統凡國家已實行的編碼規范和標準，按國家規定的執行；科學編碼系統的設計必須可靠地識別數據信息的分類；編碼不宜太長，一般4-7位；統一的碼位尺度、一致的碼位格式、明確的代碼含義。（六）統一的數據組織結構地理實體應表示為統一序號的唯一標識碼、實體類型、坐標、屬性、拓撲關系等。（七）統一的數據記錄格式矢量數據由4部分組成：第一部分是頭文件，包含了該文件的基本特征數據；第二部分為地物類型參數及屬性數據結構。第三部分為幾何圖形數據及注記。第四部分為屬性數據。柵格數據有頭文件和數據體組成。（八）統一的數據質量含義數據完整性：數據一致性：位置精度：時間精度：屬性精度：二、地理信息標準化的制定ISO/TC211,國際標準化組織地理信息標準化專題組FGDC，美國聯邦地理數據委員會CEN/TC287，歐洲標準化委員會OGC，美國OpernGIS委員會MEGRIN，歐洲地圖事務組織CGSD，加拿大標準化委員會以ISO/211專題組為例，由5個工作組組成：第一工作組負責框架和參考模型；第二工作組負責地理空間數據模型和算子；第三工作組負責地理空間數據管理；第四工作組負責地理空間數據服務；第五工作組負責專用標準。20個標準及其相互關系表GIS設計示例城鎮土地定級估價信息系統系統建設目標總體設計數據庫設計界面設計系統安全設計地理信息系統的開發模式系統建設目標實現土地利用規劃的輔助設計與編制實現對土地利用規劃成果管理實現對土地利用規劃的實施管理實現對土地利用規劃的專題分析實現業務流與數據流一致協調數據來源1:5萬的縣市土地利用規劃數據1:1萬的鄉鎮土地利用規劃數據各種基礎數據：土地利用現狀、規劃、基本農田、重點建設項目、土地整理復墾等數據表