第八章-地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)化

第八章地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化第一節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模式第三節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的步驟第四節(jié)用戶需求分析第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的軟、硬件配置設(shè)計(jì)第六節(jié)用戶界面設(shè)計(jì)第七節(jié)地理信息系統(tǒng)評(píng)價(jià)第八節(jié)地理信息系統(tǒng)的人員配署第九節(jié)地理信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化第一節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、概述地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究分為四個(gè)階段：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)評(píng)價(jià)及維護(hù)。系統(tǒng)分析階段的需求功能分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)流分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。系統(tǒng)分析階段的工作是要解決“做什么”的問(wèn)題，它的核心是對(duì)地理信息系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分析，解決需求功能的邏輯關(guān)系及數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)與需求功能之間的關(guān)系；系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的核心工作是要解決“怎么做”的問(wèn)題，研究系統(tǒng)由邏輯設(shè)計(jì)向物理設(shè)計(jì)的過(guò)渡，為系統(tǒng)實(shí)施奠定基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足三個(gè)基本要求，即加強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)用性、降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的成本、提高系統(tǒng)的生命周期。二、信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線.二、信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為：地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和軟件工程的設(shè)計(jì)方法。所有這些設(shè)計(jì)都要根據(jù)設(shè)計(jì)原理并采用結(jié)構(gòu)化分析方法。其中最有用的理論是模塊理論及其有關(guān)的特性、例如內(nèi)聚性和連通性。所謂結(jié)構(gòu)化就是有組織、有計(jì)劃和有規(guī)律的一種安排。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法就是利用—般系統(tǒng)工程分析法和有關(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(jì)，采用自上而下劃分模塊，逐步求精的系統(tǒng)分析方法。這種結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)的基本思想包括如下要點(diǎn)：

如下要點(diǎn)：1、在研制地理信息系統(tǒng)的各個(gè)階段都要貫穿系統(tǒng)的觀點(diǎn)。首先從總體出發(fā)，考慮全局的問(wèn)題，在保證總體方案正確，接口問(wèn)題解決的條件下，然后按照自上而下，一層一層地完成系統(tǒng)的研制。這是結(jié)構(gòu)化思想的核心。2、地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是首先進(jìn)行調(diào)查研究，掌握必要的數(shù)據(jù)，否則就不可能進(jìn)行系統(tǒng)分析。只有設(shè)計(jì)出合理的邏輯模型，才有可能很好地進(jìn)行物理設(shè)計(jì)。事實(shí)上地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)連續(xù)有序、循環(huán)往復(fù)、不斷提高的過(guò)程，每一個(gè)循環(huán)就是—個(gè)生命周期，要嚴(yán)格劃分工作階段，保證每個(gè)階段任務(wù)很好地完成。3、用結(jié)構(gòu)化的方法構(gòu)筑地理信息系統(tǒng)的邏輯模型。在系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)中包括分析信息流程，繪制數(shù)據(jù)流程圖；根據(jù)數(shù)據(jù)的規(guī)范，編制數(shù)據(jù)字典；根據(jù)概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定數(shù)據(jù)文件的邏輯結(jié)構(gòu)；選樣系統(tǒng)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，以及采用控制結(jié)構(gòu)作為地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具等。4、結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)還包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的變化和功能上的改變，以及面向用戶的觀點(diǎn)等。第二節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模式

地理信息系統(tǒng)最早的設(shè)計(jì)模式修改后的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式如圖8—2所示.地理信息系統(tǒng)最早的設(shè)計(jì)模式地理信息系統(tǒng)最早的設(shè)計(jì)模式，是Calkins在1972年由國(guó)際地理學(xué)會(huì)地理數(shù)據(jù)收集和處理委員會(huì)主持召開(kāi)的地理數(shù)據(jù)處理學(xué)術(shù)會(huì)議上提出來(lái)的，后來(lái)又經(jīng)過(guò)了幾次修改和補(bǔ)充。這個(gè)最早的設(shè)計(jì)模式稱為結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，由四個(gè)組成部分構(gòu)成(圖8—1)：①通過(guò)訪問(wèn)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(píng)價(jià)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)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)的政治和法律因素等；③說(shuō)明和評(píng)價(jià)所擬定的不同系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠滿足所規(guī)定的要求；④對(duì)擬定的系統(tǒng)作最后的評(píng)價(jià)，從中選擇一個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)。修改后的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式原來(lái)的設(shè)計(jì)模式是假定系統(tǒng)的大部分組成(除了硬件以外，包括所有的軟件和數(shù)據(jù)庫(kù))都需要由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)完成，有時(shí)甚至包括處理空間數(shù)據(jù)的某個(gè)專門的硬件。現(xiàn)在的情況不同了，不但有許多處理空間數(shù)據(jù)的重要軟件，而且有現(xiàn)成的系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)，因此需要對(duì)原來(lái)的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行修改，修改后的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式如圖8—2所示。其主要的設(shè)計(jì)思想，是強(qiáng)調(diào)對(duì)現(xiàn)有的各個(gè)組成部分，包括硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行深入、認(rèn)真的評(píng)價(jià)，以研究其滿足系統(tǒng)功能的程度，保證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)用可靠，及有效地處理數(shù)據(jù)和使用周期長(zhǎng)等要求。第三節(jié)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的步驟圖8-3地理信息系統(tǒng)建立過(guò)程（據(jù)張超）地理信息系統(tǒng)建立的過(guò)程（圖8—3）大致可以分成以下幾個(gè)主要步驟。一、可行性研究二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、建立系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃四、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)五、系統(tǒng)運(yùn)行.一、可行性研究可行性研究主要是進(jìn)行大量的現(xiàn)狀調(diào)查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上論證GIS的自動(dòng)化程度、涉及的技術(shù)范圍、投資數(shù)量以及可能收到的效益等。這一階段的工作主要包括.

這一階段的工作主要包括：1、用戶需求調(diào)查。2、系統(tǒng)目的和任務(wù)。3、數(shù)據(jù)源調(diào)查和評(píng)估。4、評(píng)價(jià)地理信息系統(tǒng)的年處理工作量、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和大小、GIS的服務(wù)范圍、輸出形式和質(zhì)量等。5、系統(tǒng)的支持狀況。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是將分析階段提出的邏輯模型轉(zhuǎn)化為物理模型，其設(shè)計(jì)的內(nèi)容隨系統(tǒng)的目標(biāo)、數(shù)據(jù)的性質(zhì)和系統(tǒng)環(huán)境的不同而有很大的差異。一般而言，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)，確定系統(tǒng)必須具備的空間操作功能；其次是將數(shù)據(jù)分類和編碼，完成空間數(shù)據(jù)的存貯和管理；最后是系統(tǒng)的建模和產(chǎn)品的輸出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的工作包括：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：即在系統(tǒng)邏輯模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)系統(tǒng)的物理模型，其主要任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)來(lái)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并說(shuō)明它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)中的作用與相互關(guān)系，它包括軟件、硬件環(huán)境、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。模塊設(shè)計(jì)：模塊設(shè)計(jì)：即將系統(tǒng)進(jìn)行分解，確定實(shí)現(xiàn)方法，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分解就是根據(jù)系統(tǒng)功能間的聚合度將系統(tǒng)分解為若干程度適當(dāng)?shù)哪K，塊內(nèi)聚合度最大、塊間聚合度最小，一個(gè)模塊只執(zhí)行一種功能，一種功能只能用一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)方法主要有：結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計(jì)方法、面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法和原型化的設(shè)計(jì)方法等多種，各有特點(diǎn)，在具體工作中需靈活地選擇或結(jié)合各種方法作出最有效最佳方案的設(shè)計(jì)。模塊代碼設(shè)計(jì)要采用地理信息系統(tǒng)軟件工具和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)完成。系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)：是地理信息系統(tǒng)整個(gè)研制工作的核心。不但要完成邏輯模型所規(guī)定的任務(wù)，而且要使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化。所謂優(yōu)化，就是選擇最優(yōu)方案，使地理信息系統(tǒng)具有運(yùn)行效率高、控制性能好和可變性強(qiáng)等特點(diǎn)。要提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，一般要盡量避免中間文件的建立，減少文件掃描的遍數(shù)，并盡量采用優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理算法。為增強(qiáng)系統(tǒng)的控制能力，要擬定對(duì)數(shù)字和字符出錯(cuò)時(shí)的校驗(yàn)方法；在使用數(shù)據(jù)文件時(shí)，要設(shè)置口令，防止數(shù)據(jù)泄密和被非法修改，保證只能通過(guò)特定的通道存取數(shù)據(jù)。為了提高系統(tǒng)的可變性，最有效的方法是采用模塊化的方法，按功能將系統(tǒng)逐步分解為若干個(gè)第一層模塊、第二層模塊等。三、建立系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，把所估算的硬件和軟件的總投資、人員培訓(xùn)投資及數(shù)據(jù)采集投資等作為建立GIS的投資額，同時(shí)估計(jì)若干年后能收到的經(jīng)濟(jì)效益，這是投入產(chǎn)出估算。如果估算的結(jié)果令人滿意，則進(jìn)行后繼工作。建立GIS的執(zhí)行計(jì)劃，包括硬件、軟件的測(cè)試、購(gòu)置、安裝和調(diào)試等，其中主要工作是測(cè)試。測(cè)試工作一般按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工作模式，進(jìn)行較詳細(xì)的測(cè)試。四、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合用戶要求完成的任務(wù)，選擇小塊實(shí)驗(yàn)區(qū)(或者用模擬數(shù)據(jù))對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分、各種功能進(jìn)行全面試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)階段不僅進(jìn)一步測(cè)試各部分的工作性能，同時(shí)還要測(cè)試各部分之間數(shù)據(jù)傳送性能、處理速度和精度，保證所建立的系統(tǒng)正常工作，且各部分運(yùn)行狀況良好。如果發(fā)現(xiàn)不正常狀況，則應(yīng)查清問(wèn)題的原因，然后通知硬件或軟件提供者進(jìn)行適當(dāng)處理。五、系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)對(duì)用戶的決策過(guò)程不斷提供支持的時(shí)侯，已經(jīng)建立的系統(tǒng)會(huì)不斷膨脹，并不斷地被更新和增加。幾年以后，系統(tǒng)的周期將又從頭開(kāi)始，這時(shí)的新系統(tǒng)將提供更新的、增強(qiáng)的或附加的能力。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，許多地理信息系統(tǒng)是隨著用戶發(fā)現(xiàn)它們能做什么而被擴(kuò)充的。新技術(shù)與新方法的引入、不斷地進(jìn)行教育與培訓(xùn)等是整個(gè)系統(tǒng)生命周期中必不可少的組成部分。圖8—4描述了GIS設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)周期的各個(gè)階段。

第四節(jié)用戶需求分析地理信息系統(tǒng)的用戶需求分析，包括用戶類型和用戶要求、系統(tǒng)應(yīng)用范圍、技術(shù)選擇、財(cái)力和人力狀況、設(shè)備和人員的費(fèi)用等內(nèi)容。一、用戶類型和用戶需求二、應(yīng)用范圍第五節(jié)、地理信息系統(tǒng)的軟、硬件配置