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1、第五章 地理信息系统设计与评价【学时安排】4学时【目的要求】1、掌握系统设计的流程；2、理解地理信息标准化的内容、作用；3、掌握对地理信息系统进行评价的几个方面；4、了解系统设计的目的。【重点难点】地理信息系统设计的流程；系统评价。【教学方法与手段】 研究式、案例式教学方法，多媒体教学手段。 5.1 地理信息系统的设计一、系统设计的目的地理信息系统，按其功能和内容，可以分为工具型地理信息系统和应用型地理信息系统。这里的系统设计是指应用型地理信息系统的设计。所谓应用型地理信息系统，是指在工具型或基础型地理信息系统的基础上，经过二次开发，建成满足专门用户解决一类或多类实际问题的地理信息系统。因此，
2、应用型地理信息系统的主要特点是，它具有特定的用户和应用目的，具有为满足用户专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型，它继承工具型地理信息系统开发平台提供的大部分功能和软件，以及具有专门开发的用户应用界面等。应用型地理信息系统，根据其应用层次的高低，又可分为空间事务处理系统(STPS)、空间管理信息系统(SMIS)和空间决策支持系统(SDSS)。STPS的主要目的是通过应用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，例如在房产、地籍等部门有着广泛的应用。SMIS的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，其功能不但表现为数据的查询和统计，还具有专业模型
3、的分析应用等功能，它在城市规划、土地利用、道路交通管理、管网规划管理等领域具有广泛的应用。SDSS主要用以解决半结构化和非结构化的决策问题，除了需要利用地理信息系统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，它在宏观决策、行业发展规划等领域具有广泛的应用需求。建立这些应用型的地理信息系统，要求功能能满足需求，系统运行稳定可靠，系统应用能达到高效益，实现业务操作的手工模式向信息化模式的根本转变，以便提高管理和决策的高效率和科学化。二、地理信息系统设计的流程应用型地理信息系统的设计，大致可以分为四个主要阶段：系统分析、系统设计、系统实施、系统运行及维护。系统分析阶段的需求功能分
4、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。地理信息系统设计要满足三个基本要求，即加强系统实用性、降低系统开发和应用的成本、提高系统的生命周期。在系统实施和测试过程中，发现软件开发领域内的错误大部分是由于系统设计不周而引起的。系统设计可分为：地理信息系统设计方法、管理信息系统的设计方法和软件工程的设计方法。所有这些设计都要根据设计原理并
5、采用结构化分析方法。其中最有用的理论是模块理论及其有关的特性，例如内聚性和连通性。所谓结构化就是有组织、有计划和有规律的一种安排。结构化系统分析方法就是利用一般系统工程分析法和有关结构概念，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。这种结构化分析和设计的基本思想包括如下要点：1、在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统的观点。首先从总体出发，考虑全局的问题，在保证总体方案正确，接口问题解决的条件下，然后按照自上而下，一层一层地完成系统的研制，这是结构化思想的核心。2、地理信息系统设计的基本原则是首先进行调查研究，掌握必要的数据，否则就不可能进行系统分析。只有
6、设计出合理的逻辑模型，才有可能很好地进行物理设计。事实上地理信息系统的开发是一个连续有序、循环往复、不断提高的过程，每一个循环就是一个生命周期，要严格划分工作阶段，保证每个阶段任务很好地完成。3、用结构化的方法构筑地理信息系统的逻辑模型。在系统的逻辑设计中包括分析信息流程，绘制数据流程图；根据数据的规范，编制数据字典；根据概念结构的设计，确定数据文件的逻辑结构；选样系统执行的结构化语言，以及采用控制结构作为地理信息系统的设计工具等。4、结构化分析和设计还包括系统结构上的变化和功能上的改变，以及面向用户的观点等。（一）系统分析系统分析(system analysis)一词源自美国的兰德公司(RA
7、ND：Research And Development)，其基本思想是从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据。它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。系统分析是使设计达到合理、优化的重要步骤，其工作深人与否，直接影响到将来新系统的设计质量和实用性，因此必须予以高度重视。用户需求调查即调查系统用户对开发的GIS系统的功能要求和信息需求情况。具体调查的主要内容有：Who，谁使用该系统，该系统的用户结构如何，哪些是直接用户，哪些是间接用户，哪些是最终用户，哪些是潜在用户。当前本部门的组织机构、人员分工和职能情况，现有的业
8、务流程和工作效率等。What，新系统是做什么用的，它需要具备哪些功能，它应能解决和处理哪些类型的问题，因此需要具有哪些设备、资源、数据等。Why，为什么需要具有这些功能和条件，具有这些功能以后与常规的业务流程有哪些不同点和优越性，对现行系统和建立的新系统从功能、效率、效益等方面做详细调查及对比研究等。Where，建立新系统所需要的资源从哪里获取，特别是数据资源能否得到保障，以及解决系统硬件和软件的途径等。Quality，指具体的技术指标、性能要求和可靠性要求，例如数据精度、运行速度、系统安全保障机制等，要认真听取用户的意见和要求。用户调查一般采用访问、座谈等方法。在调查前，应拟定出需求调查提纲
9、。在调查中，重点应弄清用户对所要开发系统的功能、数据内容、应用范围等方面的要求，并详细考察用户原来的业务范围、工作流程以及部门之间的联系等。在调查后，需撰写用户需求调查报告，内容包括：用户对系统的要求，用户目前的业务范围、工作流程和存在的问题，可用的数据源情况，现有的技术力量、设备条件等。同时，要对这些需求进行可行性分析，着重从社会、技术和经济三大要素分析开发新系统的可行性，确定哪些需求可以实现，哪些需求需要调整和简化，哪些需求作为近期目标或远期目标等。用户需求和可行性分析报告，这是系统设计的重要依据，要用文字和图表详细阐述。用户需求和可行性分析报告经过审批，表示系统开发项目得到立项，才能转人
10、系统设计阶段。（二）系统设计1、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，以及碥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。最后撰写系统总体设计方案，作为重要的技术文件提供论证和审批。总体设计的主要内容包括：(1)用户需求。阐明系统的用户构成、不同用户对系统的要求、系统应具备的功能等。(2)系统目标。阐明该系统的应用目标，属于演示系统或运行系统、单机运行系统或分布式运行系统、事务处理系统或信息管理系统等。(3)总体结构。根据系统功能的聚散程度和耦合
11、程度，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。例如深圳市规划国土管理信息系统的总体结构(图5-1)。深圳市规划国土管理信息系统（SUPLIS）办公（公文管理与督办）计划及工程管理系统建筑报建管理系统土地管理系统国土基金管理系统征地拆迁管理系统土地使用费征收系统地名管理系统房地产权管理系统测绘地籍管理系统房地产行业与市场管理信息网规划国土信息网系统管理系统规划管理系统图5-1 深圳市规划国土管理信息系统的总体结构(4)系统配置。指系统运行的设备环境，包括计算机、存储设备、输人和输出设备以及网络等，并说明其型号、数量和内存等性能指标，画出硬件设备配量图（图52）。软件包括计算机系统软
12、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，并说明其版本、数量和性能特点。系统配置应遵循技术上稳定可靠、投资少、见效快、立足现在和顾及发展的原则。技术上稳定可靠是指采用国内外经过实践检验证明其为成熟的硬件和软件，同时以满足本系统的技术和性能指标为准则，不单纯追求最高档设备与昂贵的软件：投资少、见效快即根据经济实力和技术力量，选择合适的配置，能较快地收到实际效果；立足现在、顾及发展是指应以完成目前的要求为主，并顾及系统的可扩充性和将来的发展。由于系统具体目标和服务范围不同，系统配置方案也有很大差异。例如多用户的系统，为实现资源共享、协同工作和并行处理，这时客户/服务器
13、结构、分布式数据库和网络化等配置方案，便是该类系统的基本要求。因此，系统配置方案的确定具有动态变化的特征。磁带机图形工作站PC喷墨绘图机扫描数字化仪PCPC打印机只读光盘驱动器手扶跟踪数字化仪PC终端用户PC终端用户手扶跟踪数字化仪局 域 网图52 系统硬件配置图(5)数据库设计。数据库是系统的核心组成部分，一个系统可以具备一个或多个数据库。按信息内容，可将数据库分为基础数据库和专题数据库。按数据类型，可将数据库分为空间数据库和属性数据库。数据库设计要确定空间数据与属性数据的管理模式，集中式或分布式的建库方案，采用的数据结构类型和数据库管理系统以及数据分类等。(6)系统功能。由于应用型地理信息
14、系统继承了开发平台所提供的大部分功能，因此应用型地理信息系统功能设计的任务不在于解决基本功能，而在于解决用户所需要的特定功能。例如，以一个地下管线信息系统为例，其系统功能包括：数据录人与查错，实时地将普查数据转换为满足地下管线信息系统要求的数据，以保障地下管线的综合管理与应用。综合查询与统计，提供按图号、道路名、单位名查询任意范围的管线，并统计计算各类管线的长度、面积、体积等。网络分析和诊断，分析各类地下管线发生事故或故障(如漏水、漏气等)时，影响区域的范围，涉及到哪些阀门需要关闭和维修等。断面生成与分析，断面分析是道路与管线工程规划设计、管理的基础，也是地下管线工程综合的主要依据。断面分析分
15、为纵断面与横断面两种，系统应能生成和分析任意位置和方向的横断面以及生成和分析连续管线的纵断面。管线工程辅助设计，以国家有关管线工程的最小覆土深度、管线最小水平净距、管线交叉时的最小垂直净距等规范为准则，在地形图库、现状管线库、规划管线库、规划道路红线库等地图数据库的基础上，通过计算机及系统实现对设计信息的处理，完成管线设计计算、分析、绘图及方案的比较，从技术上避免规划管线与现状管线的矛盾和重复设计。因此，应用型地理信息系统的功能不同于开发平台的基本功能，具有自己的特殊性。但是，应用系统的这些特殊功能主要应该依靠基础GIS提供的基本功能来开发和实现。(7)经费和管理。由于系统开发是一项复杂的系统工程，为保证系统开发工作的顺利进行，必须拟定好系统开发计划、系统管理措施、投资经费概算以及最后应提交的成果等。2、详细设计详细设计又称为实际设计，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。详细设计的主要内容包括：(1)子系统设计。子系统设计以对用户需求的进一步详细调查为依据，分别完成各个子系统的逻辑结构设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计等。每个子系统设计的内容大体类似于总体设计的
