第九章GIS設(shè)計與評價

第九章GIS設(shè)計與評價第一節(jié)GIS設(shè)計概述第二節(jié)GIS的設(shè)計第三節(jié)GIS的評價第四節(jié)地理信息的標準化基礎(chǔ)型GIS：是一種通用型GIS，如ArcGIS應(yīng)用型GIS：在基礎(chǔ)型GIS的基礎(chǔ)上，經(jīng)過二次開發(fā)，建成滿足專門用戶、解決特定實際問題的GIS。第一節(jié)應(yīng)用型GIS概述一、系統(tǒng)設(shè)計的目的應(yīng)用型GIS設(shè)計的目的是為了建立業(yè)務(wù)化的運行系統(tǒng)，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)操作的手工模式向信息化模式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)管理和決策的高效率和科學化。應(yīng)用型GIS的分類1.空間事務(wù)處理系統(tǒng)：通過應(yīng)用GIS的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的事務(wù)處理向計算機處理的轉(zhuǎn)換。通常在房產(chǎn)、地籍等部門廣泛應(yīng)用。2.空間管理信息系統(tǒng)主要目的是實現(xiàn)空間信息管理的高效率、模型開發(fā)和空間數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計，專業(yè)模型的分析應(yīng)用。在城市規(guī)劃、土地利用、交通管理、管網(wǎng)規(guī)劃等應(yīng)用廣泛。3.空間決策支持系統(tǒng)其目的是解決決策問題。除了需要利用GIS的數(shù)據(jù)庫和空間分析技術(shù)，模型庫及其管理系統(tǒng)是決策支持系統(tǒng)的核心。二、系統(tǒng)設(shè)計的模式（一）結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計模式Calkins于1972年提出的。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法指利用一般系統(tǒng)工程分析方法和有關(guān)結(jié)構(gòu)概念，把它們應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)的設(shè)計，采用自上而下劃分模塊，逐步求精的系統(tǒng)分析方法。系統(tǒng)設(shè)計模式下，各階段的主要任務(wù)：1.通過訪問用戶，調(diào)查用戶的需求和數(shù)據(jù)源，確定系統(tǒng)的目的、要求和規(guī)定；2.描述和評價與系統(tǒng)設(shè)計過程有關(guān)的資源和限定因素，例如，現(xiàn)有的硬件、軟件和有關(guān)的政治和法律因素；3.說明和評價所擬定的不同系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能否滿足所規(guī)定的要求；4.對擬定的系統(tǒng)做最后的評價，從中選擇一個運行的系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計模式的特點強調(diào)對用戶的調(diào)查和系統(tǒng)功能需求的分析；在系統(tǒng)設(shè)計的各個階段都要寫成有關(guān)的文件，以便進行評價，用戶要參與系統(tǒng)的設(shè)計，以免系統(tǒng)設(shè)計的失誤。該模式假定系統(tǒng)的大部分由系統(tǒng)設(shè)計人員來完成。（二）結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)評價模式由原來的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計模式修改而來。它是針對系統(tǒng)開發(fā)過程中存在用戶需求不明，開發(fā)過程無序，開發(fā)人員之間缺少有效交流等主要問題，通過一系列規(guī)范性的支持技術(shù)和方法，力圖開發(fā)出符合用戶要求的、高質(zhì)量的應(yīng)用系統(tǒng)的目的。結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)評價模式特點強調(diào)對現(xiàn)有的各個組成部分（包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫）進行深入、認真的評價，以研究其滿足系統(tǒng)功能的程度，保證所設(shè)計系統(tǒng)的使用可靠，及有效地處理數(shù)據(jù)和使用周期長等要求。結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)評價模式各階段的任務(wù)1.目的與任務(wù)目的：指出該系統(tǒng)的目的，誰是主要的用戶，以及如何使用該系統(tǒng)。任務(wù)：要說明所要完成的工作。2.概念的定義介紹系統(tǒng)的各個主要組成部分，分布按照輸入、輸出、主要的過程和數(shù)據(jù)庫，來說明系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，包括主要模塊、系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)量、用戶；3）功能需要的處理步驟4）功能成功實現(xiàn)所需要的條件5）功能生成的數(shù)據(jù)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(tǒng)要進行最后的測試。具體測試的內(nèi)容包括：硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量控制等。1）系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫的測試，是對系統(tǒng)進行總體評價的最后階段。三、系統(tǒng)設(shè)計的流程系統(tǒng)分析：立項、調(diào)研、可行性分析、用戶需求系統(tǒng)設(shè)計：總體設(shè)計、詳細設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計系統(tǒng)實施：軟件開發(fā)、建庫、組裝、試運行、診斷系統(tǒng)運行與維護：系統(tǒng)交互使用和更新第二節(jié)GIS設(shè)計的具體步驟

系統(tǒng)分析1

系統(tǒng)設(shè)計2

系統(tǒng)實施3

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

who——誰使用該系統(tǒng)；

what——系統(tǒng)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(tǒng)需要的資源和條件從哪里獲得；

quality——系統(tǒng)需要具有的技術(shù)指標、性能和可靠性要求等。（二）可行性分析著重從社會、技術(shù)和經(jīng)濟三大方面分析開發(fā)系統(tǒng)的可行性。包括數(shù)據(jù)條件、經(jīng)濟條件、技術(shù)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(jīng)過審批，表示可以立項，才能轉(zhuǎn)入系統(tǒng)設(shè)計階段。1、系統(tǒng)建設(shè)的數(shù)據(jù)條件數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的血液，不健全的數(shù)據(jù)必然導致系統(tǒng)癱瘓。系統(tǒng)建設(shè)的數(shù)據(jù)條件是指數(shù)據(jù)的類型、完備程度和質(zhì)量能否滿足系統(tǒng)建設(shè)的需要。2、技術(shù)條件根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)模和目標，系統(tǒng)應(yīng)有的功能以及系統(tǒng)建設(shè)方案，分析現(xiàn)有的技術(shù)環(huán)境能否滿足系統(tǒng)建設(shè)的需要，并提出相應(yīng)的技術(shù)方案。3、經(jīng)濟條件估計系統(tǒng)開發(fā)和運行費用，估計相對于現(xiàn)在的經(jīng)濟條件能否支撐系統(tǒng)的開發(fā)和運行。4、成本效益分析從經(jīng)濟角度分析開發(fā)一個系統(tǒng)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(fā)工程的決策。二、系統(tǒng)設(shè)計這是系統(tǒng)開發(fā)的核心。首先是對系統(tǒng)整體進行簡單的總體設(shè)計，然后是詳細設(shè)計，然后是數(shù)據(jù)庫設(shè)計，然后是功能設(shè)計，最后是應(yīng)用設(shè)計。（一）總體設(shè)計總體設(shè)計又稱為邏輯設(shè)計，其任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目標來規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個組成部分，說明它們在整個系統(tǒng)中的作用與相互關(guān)系，以及確定系統(tǒng)的軟硬件配置，規(guī)定系統(tǒng)采用的技術(shù)規(guī)范，并作出經(jīng)費預(yù)算和時間安排，以保證系統(tǒng)總體目標的實現(xiàn)?？傮w設(shè)計主要內(nèi)容1、闡明用戶需求：用戶構(gòu)成、對系統(tǒng)要求2、系統(tǒng)目標：系統(tǒng)應(yīng)具備的功能3、總體結(jié)構(gòu)：將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)或功能模塊，構(gòu)成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。4、系統(tǒng)配置：指系統(tǒng)的硬件環(huán)境（說明型號、數(shù)量和內(nèi)存等）、軟件環(huán)境（說明版本、數(shù)量、性能等）。硬件：計算機、存儲設(shè)備、輸入輸出設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)等，說明型號、數(shù)量、性能指標，畫出硬件設(shè)備配量圖。軟件：系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)管理軟件、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等，說明版本、數(shù)量、性能。5、經(jīng)費和管理。（二）詳細設(shè)計詳細設(shè)計又稱實際設(shè)計，其任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計方案確定的目標和階段開發(fā)計劃，緊密結(jié)合特定的硬件、基礎(chǔ)軟件和規(guī)范標準，進行子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的詳細設(shè)計，用于具體指導系統(tǒng)的開發(fā)。（三）數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫設(shè)計包括數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的組織。如：數(shù)據(jù)源的分析與選擇、數(shù)據(jù)庫分類與分層的確定，數(shù)據(jù)獲取方案的規(guī)定，數(shù)據(jù)編碼設(shè)計，屬性數(shù)據(jù)的建立，數(shù)據(jù)質(zhì)量標準的規(guī)定，地理定位控制的規(guī)定及其他規(guī)定。（四）系統(tǒng)功能設(shè)計模塊化：詳細描述各功能模塊及其內(nèi)容、實現(xiàn)的技術(shù)和算法、輸入輸出的數(shù)據(jù)項和格式等。（四）應(yīng)用設(shè)計主要是對應(yīng)用模型的設(shè)計、模型分析結(jié)果的輸出設(shè)計，用戶界面設(shè)計（人機對話設(shè)計）。三、系統(tǒng)實施系統(tǒng)實施是在系統(tǒng)設(shè)計的原則指導下，按照設(shè)計方案的目標、內(nèi)容和方法，分階段、分步驟完成系統(tǒng)開發(fā)的過程。1.系統(tǒng)硬件和軟件的引進和調(diào)試2.系統(tǒng)數(shù)據(jù)的建立包括數(shù)據(jù)源的選擇、數(shù)據(jù)源的更新和處理、數(shù)據(jù)格式的定義和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯處理、建立數(shù)據(jù)庫實體等。3.應(yīng)用管理系統(tǒng)的開發(fā)在GIS基礎(chǔ)軟件的基礎(chǔ)上，進行二次開發(fā)，建立應(yīng)用管理系統(tǒng)。內(nèi)容包括利用基礎(chǔ)軟件提供的開發(fā)語言進行編程，建立用戶應(yīng)用界面、應(yīng)用模塊的開發(fā)、建立圖形符號庫、編寫用戶操作手冊等。4.系統(tǒng)測試和聯(lián)調(diào)對系統(tǒng)開發(fā)完成的每一個模塊均進行測試。將模塊組裝成系統(tǒng)時，應(yīng)進行聯(lián)調(diào)和測試。系統(tǒng)測試是指利用人工或自動的方法驗證模塊是否滿足規(guī)定的要求，檢查設(shè)計指標與實際結(jié)果是否一致，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時改正，并編寫系統(tǒng)測試報告。5.系統(tǒng)驗收和鑒定系統(tǒng)驗收時包括文檔、軟件、數(shù)據(jù)庫等。文檔要詳細說明系統(tǒng)的文檔資料是否齊全和規(guī)范、質(zhì)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(wù)書、設(shè)計的要求，軟件運行是否穩(wěn)定可靠，是否滿足用戶需求等。鑒定：對系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)水平、質(zhì)量和特點進行技術(shù)鑒定。系統(tǒng)實施可以采取三種方式：完全自主開發(fā)：全盤委托開發(fā)：聯(lián)合開發(fā)：四、系統(tǒng)運行和維護系統(tǒng)運行：交付用戶使用。系統(tǒng)維護：為了保證系統(tǒng)正常工作而采取的一切措施和步驟。包括數(shù)據(jù)的維護、軟件的維護、硬件的維護。第三節(jié)GIS的評價系統(tǒng)評價是將運行著的系統(tǒng)與預(yù)期目標進行比較，考察是否達到了系統(tǒng)設(shè)計時預(yù)定的效果。對下列各項指標進行逐一審議和考核：一、系統(tǒng)效率GIS的各種職能指標、技術(shù)指標和經(jīng)濟指標均是系統(tǒng)效率的反映。例如：系統(tǒng)能否及時向用戶提供有用信息？信息的精度如何?系統(tǒng)操作是否方便？系統(tǒng)出錯如何？資源的使用效率如何？二、系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在運行時是否穩(wěn)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(tǒng)可擴展性即在系統(tǒng)設(shè)計留有接口，可以增加功能模塊，且不影響整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。四、系統(tǒng)可移植性即對環(huán)境的適應(yīng)能力，不僅能在一臺機器上使用，而且能在其他型號設(shè)備上使用。五、系統(tǒng)效益評價社會效益：信息共享的效果、數(shù)據(jù)采集和處理的自動化水平、綜合分析的能力、系統(tǒng)智能化技術(shù)的發(fā)展、系統(tǒng)決策的定量化和科學化、系統(tǒng)應(yīng)用的模型化、勞動強度的減輕、工作時間的縮短等等。經(jīng)濟效益：合理優(yōu)化資源、降低生產(chǎn)費用、提高產(chǎn)品競爭優(yōu)勢、提高作業(yè)效率，增強決策準確度等。需要長時間才能體現(xiàn)出來。第四節(jié)地理信息的標準化標準和規(guī)范的制定其目的是為了統(tǒng)一表達，方便地將不同地點、單位的同類或異類的數(shù)據(jù)進行集成和應(yīng)用。地理信息的標準化是反映一個國家經(jīng)濟發(fā)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(nèi)容（一）統(tǒng)一的名詞術(shù)語內(nèi)涵是地理信息標準化的基礎(chǔ)工作之一。測繪基本術(shù)語、攝影測量與遙感術(shù)語、地圖制圖術(shù)語等，給出規(guī)范的釋義和標名。（二）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集原則通常只采集和存儲基本的原始數(shù)據(jù)，不存儲派生數(shù)據(jù)；要采集具有權(quán)威性、科學性、現(xiàn)勢性的數(shù)據(jù)；要遵照已經(jīng)頒布的規(guī)范標準。（三）統(tǒng)一的空間定位框架為各種數(shù)據(jù)的輸入、輸出和匹配處理提供共同的地理坐標基礎(chǔ)，包括地理坐標、平面坐標。（四）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類標準是系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫建立的一項極為重要的基礎(chǔ)工作。采用宏觀的全國分類系統(tǒng)與詳細的專業(yè)系統(tǒng)之間相遞歸的方案：低一級的分類系統(tǒng)必須能歸納和綜合到高一級的分類系統(tǒng)之中。（五）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)凡國家已實行的編碼規(guī)范和標準，按國家規(guī)定的執(zhí)行；科學編碼系統(tǒng)的設(shè)計必須可靠地識別數(shù)據(jù)信息的分類；編碼不宜太長，一般4-7位；統(tǒng)一的碼位尺度、一致的碼位格式、明確的代碼含義。（六）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)地理實體應(yīng)表示為統(tǒng)一序號的唯一標識碼、實體類型、坐標、屬性、拓撲關(guān)系等。（七）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)記錄格式矢量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；第二部分為地物類型參數(shù)及屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第三部分為幾何圖形數(shù)據(jù)及注記。第四部分為屬性數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)有頭文件和數(shù)據(jù)體組成。（八）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)量含義數(shù)據(jù)完整性：數(shù)據(jù)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(lián)邦地理數(shù)據(jù)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(wù)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(shù)據(jù)模型和算子；第三工作組負責地理空間數(shù)據(jù)管理；第四工作組負責地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)；第五工作組負責專用標準。20個標準及其相互關(guān)系表GIS設(shè)計示例城鎮(zhèn)土地定級估價信息系統(tǒng)系統(tǒng)建設(shè)目標總體設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計界面設(shè)計系統(tǒng)安全設(shè)計地理信息系統(tǒng)的開發(fā)模式系統(tǒng)建設(shè)目標實現(xiàn)土地利用規(guī)劃的輔助設(shè)計與編制實現(xiàn)對土地利用規(guī)劃成果管理實現(xiàn)對土地利用規(guī)劃的實施管理實現(xiàn)對土地利用規(guī)劃的專題分析實現(xiàn)業(yè)務(wù)流與數(shù)據(jù)流一致協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)來源1:5萬的縣市土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)1:1萬的鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：土地利用現(xiàn)狀、規(guī)劃、基本農(nóng)田、重點建設(shè)項目、土地整理復(fù)墾等數(shù)據(jù)表