第六章地理信息系统的设计与评价

2019年12月18日7时17分1第六章地理信息系统的设计与评价《地理信息系统》22019年12月18日7时17分第一节GIS设计概述第二节地理信息系统的设计第三节地理信息的标准化第四节地理信息系统的评价《地理信息系统》32019年12月18日7时17分GIS的开发建设和应用是一项系统工程，涉及到系统的最优设计、最优控制运行、最优管理，以及人、财、物资源的合理投入、配置和组织等诸多复杂问题。需要运用系统工程、软件工程等的原理和方法，结合空间信息系统的特点进行实施建设。第一节GIS设计概述《地理信息系统》42019年12月18日7时17分GIS应用模式与分类按照其应用模式可以分为两类：科学研究工具办公服务系统按照规模分为三类：小型GIS中型GIS大型GIS还可按照应用领域划分《地理信息系统》52019年12月18日7时17分地理信息系统应用的划分表:GIS应用的三元划分示例名称规模应用模式和层次领域XX小流域水土流失系统小型科学研究工具环境XX城区土地划拨系统中型空间事务处理系统地籍XX林场管理系统中型空间管理信息系统林业XX大城市市政管理系统大型空间管理信息系统城市管理XX省可持续发展决策支持系统大型空间决策支持系统资源与环境《地理信息系统》62019年12月18日7时17分GIS应用基于场的基于要素的地图模型DTM规划和设施管理风险灾害模型地景制图灌溉土地评估粮食估产地球科学和资源规划民用工程和军事土壤调查水利模型水资源管理污染控制洪水控制土地资源管理消费产生和服务市场分析设施管理汽车导航根据场模型和要素模型对GIS应用领域进行划分[N.R.Adam&AGangopadhyay]《地理信息系统》72019年12月18日7时17分开发GIS应用的方式一是通过购买，在组织中实施二是请软件开发商来开发三是由组织内部的人员开发，可以是专业的地理信息系统人员，也可以是最终用户。实施方案用户开发购买通用平台购买完整软件购买完整系统购买服务承包开发合作开发对提供者依赖性低低高很高很高很高中到系统运行时间长长-中长短很短很短长-中长长-中长初始费用低中等中等高高高中等人力费用高中等低低很低低中等风险和不确定性高较低低低中等高中等灵活性完全可以完全可以中等中等不定高完全可以对用户技术要求很高高中等中等很低中等高现有资源的利用高高中等低很低低中等-高《地理信息系统》82019年12月18日7时17分GIS应用项目项目生存周期[J.Gido]《地理信息系统》92019年12月18日7时17分项目需求策略性规划实施性规划子项目和进度计划里程碑一项目结束A用户开发商B签订开发合同系统交付安装人员、数据、程序开发、财务管理图：地理信息系统项目过程（A：表示用户自行建立系统；B表示通过招标由GIS开发商建立）《地理信息系统》102019年12月18日7时17分系统设计的目的这里的系统设计是指应用型或业务型地理信息系统的设计；应用型地理信息系统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根本转变，实现管理和决策的高效率和科学化。系统设计的模式结构化的系统设计模式；软件工程理论的应用。系统设计的流程系统分析；系统设计；系统实施；系统运行与维护。《地理信息系统》112019年12月18日7时17分GIS工程设计综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》122019年12月18日7时17分第二节地理信息系统的设计GIS工程设计的基本原则《地理信息系统》132019年12月18日7时17分（一）计划管理原则用分阶段的生命周期计划严格管理Boehm认为，在工程的整个生命周期应该制定并严格执行六类计划，它们是项目概要计划，里程碑计划，项目控制计划，产品控制计划，验证计划，运行维护计划。《地理信息系统》142019年12月18日7时17分（二）坚持进行阶段评审原则第一，大部分错误是在编码之前造成的，Boehm等人的统计，设计错误占软件错误的63%，编码错误仅占37%；第二，错误发现与改正进行越晚，所需付出的代价也越高.《地理信息系统》152019年12月18日7时17分1图1《地理信息系统》162019年12月18日7时17分《地理信息系统》172019年12月18日7时17分（三）严格的产品控制原则为了保持系统各个配置成分的一致性，必须实行严格的产品控制，其中主要是实行基准配置管理。所谓基准配置又称为基线配置，它们是经过阶段评审后的系统配置成分（各个阶段产生的文档或程序代码）。基准配置管理也称为变动控制：一切有关修改系统的建议，特别是涉及到对基准配置的个性建议，都必须按照严格的规程进行评审，获得批准以后才能实施修改。《地理信息系统》182019年12月18日7时17分采用现代程序设计技术原则结果应能清楚地审查原则开发小组的人员应该少而精原则当开发小组人员数为N时，可能的通信路径有N*（N-1）/2条。承认不断改进工程实践的必要性原则按照这条原则，不仅要积极主动地采纳新的软件技术，而且要注意不断总结经验，例如，收集进度和资源耗费数据，收集出错类型和问题报告数据等等。其它原则《地理信息系统》192019年12月18日7时17分GIS工程的生命周期方法学GIS工程采用的生命周期方法学就是从时间角度对软件开发和维护的复杂问题进行分解，把软件生成的漫长周期依次划分为若干个阶段，每个阶段有相对独立的任务，然后逐步完成每个阶段的任务。《地理信息系统》202019年12月18日7时17分瀑布模型传统的生命周期方法学可以用瀑布型（Waterfallmodel）来模拟，如图所示几个特点：（1）阶段间具有顺序性和依赖性（2）推迟实现的观点清楚区分逻辑设计与物理设计，尽可能推迟程序的物理实现，是按照瀑布模型开发软件的一条重要的指导思想。（3）质量保证的观点第一，每个阶段都必须完成规定的文档，没有交出合格的文档就是没有完成该阶段的任务。第二，每个阶段结束前都要对所完成的文档进行评审。《地理信息系统》212019年12月18日7时17分《地理信息系统》222019年12月18日7时17分技术审查和管理复审进行审查和复审的必要性技术审查也是降低软件成本的一个重要措施。技术审查的标准和方法成立一个由技术专家组成的审查小组来承担技术审查的工作，审查小组的基本成员有四个人——组长、作者和两名评审员。完整的技术审查过程一般由下述六个步骤组成；准备，简要介绍情况，阅读被审查的文档，开审查会，返工，复查。复查的目的是发现错误而不是改正错误。《地理信息系统》232019年12月18日7时17分《地理信息系统》242019年12月18日7时17分系统分析系统分析的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案；系统分析的内容包括：who——谁使用该系统；what——新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。最后将系统分析的结果写成可行性分析报告，为系统立项提供依据。《地理信息系统》252019年12月18日7时17分系统设计总体设计：系统立项后便转入总体设计；总体设计完成后，撰写系统总体设计方案，提供专家论证和评审。详细设计：专家论证通过后，才能转入详细设计。详细设计的任务是根据总体设计的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等的详细设计，用于指导系统的开发。《地理信息系统》262019年12月18日7时17分(1)总体设计这个阶段必须回答的关键问题是：“概括地说，应该如何解决这个问题”首先，应该考虑几种可能的解决方案。（1）低成本的解决方案；（2）中等成本的解决方案。（3）高成本的“十全十美”的系统。系统分析员应该使用系统流程图或其他工具描述每种可能的系统，估计每种方案的成本和效益，还应该在充分权衡各种方案的利弊的基础上，推荐一个较好的系统（最佳方案），并且制定实现所推荐的系统的详细计划。如果用户接受分析员推荐的系统，则可以着手完成本阶段的另一项主要工作。《地理信息系统》272019年12月18日7时17分上面的工作确定了解决问题的策略以及目标系统需要哪些程序，但是，怎样设计这些程序呢？结构设计的一条基本原理就是程序应该模块化，也就是一个大程序应该由许多规模适中的模块按合理的层次结构组织而成。总体设计阶段的第二项主要任务就是设计软件的结构，也就是确定程序由哪些模块组成以及模块间的关系。通常用层次图或结构图描绘软件的结构。《地理信息系统》282019年12月18日7时17分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结构化的系统设计模式《地理信息系统》292019年12月18日7时17分(2)详细设计总体设计阶段以比较抽象概括的方式提出了解决问题的办法。详细设计阶段的任务就是把解法具体化，也就是回答下面这个关键问题：“应该怎样具体地实现这个系统呢？”这个阶段的任务还不是编写程序，而是设计出程序的详细规格说明。这种规格说明的作用很类似于其他工程领域中工程师经常使用的工程蓝图，它们应该包含必要的细节，程序员可以根据它们写出实际的程序代码。通常用HIPO图（层次加输入/处理/输出图）或PDL语言（过程设计语言）描述详细设计的结果。《地理信息系统》302019年12月18日7时17分系统实施系统实施是按照详细设计方案确定的目标、内容和方法，分阶段完成系统开发的过程；系统实施的内容包括：系统硬件和软件的引进和调试；系统数据库的建立和数据质量控制；应用模块开发和建立用户应用界面；应用系统联调、测试和编写系统测试报告；按照计划任务书进行系统的验收及技术鉴定。系统运行和维护系统运行；系统维护。《地理信息系统》312019年12月18日7时17分硬件配置扫描仪数字测图仪数字化仪输入设备光盘读写器大容量硬盘磁带机存储设备投影设备媒体制作其它设备绘图仪打印机胶片记录仪输出设备中服务器网络网络工作站1工作站2工作站3微机便携式计算机………………处理设备《地理信息系统》322019年12月18日7时17分人员配置程序编写员数字化操作员系统操作员数据库经理应用分析软件经理系统管理员用户咨询专家总经理/领导小组顾问委员会GIS项目经理/技术组决策/政策制定策略/长期规划《地理信息系统》332019年12月18日7时17分第三节地理信息的标准化地理信息标准化的内容统一的名词术语内涵；统一的数据采集原则；统一的空间定位框架；统一的数据分类标准；统一的数据编码系统；统一的数据组织结构；统一的数据记录格式；统一的数据质量含义。地理信息标准化的制定国际标准化组织的任务；中国标准化组织的任务。《地理信息系统》342019年12月18日7时17分地理信息系统标准化1、地理信息内容和层次1)地理知识、地理信息、地理数据地理知识是有关地理现象以及地理过程发展规律的正确认识的集合。地理信息是地理知识