主要内容第1节 应用型GIS设计概述第2节 地理信息系统的设计第3节 地理信息的标准化第4节 地理信息系统的评价本章重点： GIS设计模式、流程、方法；地理信息标准化的内容； GIS的评价方法第一节 应用型GIS设计概述一、系统设计的目的 GIS按其功能和内容，可以分为:工具型GIS：也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。 应用型GIS：是根据用户的需求和应用目的而设计开发的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统。 应用型GIS根据其应用层次的高低，又可分为：空间事务处理系统(STPS):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（如在房产、地籍部门的应用）空间管理信息系统(SMIS):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库的动态更新，其功能不仅表现为数据的查询和统计，还具有专业模型的分析应用等功能。（如在城市规划、土地利用、道路交通管理、管网规划管理中的应用）空间决策支持系统(SDSS):主要目的是以解决半结构化和非结构化的决策问题，除了需要利用GIS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（在宏观决策、行业发展规划等领域具有广泛需求） 系统设计的目的建立满足功能需求、稳定、可靠、高效的业务化的运行系统，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。为了加强系统的实用性，降低系统开发和应用的成本，提高系统的生命周期，采用先进的系统设计方法、合理的设计路线是十分重要的。二、系统设计的模式（一）结构化系统设计模式（Calkins，1972） 基本概念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，采用自上向下，划分模块，逐步求精的一种系统分析方法。 结构化系统设计模式的构成通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目的、要求和规定；描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素，例如现有的硬件、软件和有关的政治、法律因素等；说明和评价所拟定的不同系统，这些系统能够满足所规定的要求；对拟定的系统作最后的评价，从中选择一个运行的系统。结构化的系统设计模式 主要特点强调用户的调查和系统功能需求的分析。在系统设计的各个阶段都要写成相关文件，以便评价，用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。（二）结构化的系统评价模式（Calkins，1984） 主要设计思想强调对现有的各个组成部分，包括硬件、软件和数据库，进行深入、认真的评价，以研究其满足系统功能的程度，保证所设计系统的实用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。该模式采用了管理信息系统和软件工程的一些设计理论。 结构化的系统评价模式 构成目的与任务：指出系统的目的，谁是主要用户，以及如何使用该系统。关于任务要说明所要完成的工作，及总体评价所采用的方法。概念的定义：介绍系统的各个组成部分。功能的要求：具体说明系统要做什么，包括每项功能的技术特征、目的、具体的标准和满足的条件等。性能测定：对各个组成部分分别进行测试，对综合以后的系统还要进行最后的测试。包括：硬件、软件模块、数据库质量控制等。测试根据所说明的功能要求和规定的标准进行，应考虑以下各种条件：系统的正常操作条件；重点测试，包括最坏情况和极端操作条件；逻辑测试，指检查各种可能的逻辑条件；线路测试三、系统设计的流程系统分析系统设计系统实施系统运行和维护 应用型GIS设计的四个阶段（一）主要阶段地理信息系统设计流程图(二）设计方法 生命周期设计法系统设计按阶段进行，预先规定每一阶段的开发目标和任务，然后按照一定的准则顺序开发实施，这种方法被称为生命周期设计法。优点：严格分阶段进行，便于开发工作的组织管理缺点：系统开发过程比较长，新系统实际效果的可见性差，来自最终用户的反馈比较迟，不易把握用户需求的变化。 原型化设计法根据用户提出的需求，由用户与开发人员共同商定其中重要和基本的开发目标，然后选择一个试验区，设计出初步方案，在较短时间内开发出一个能满足用户需求的初步原型或系统雏形，交用户试用，经过一段时间的运行后，根据用户意见对原型加以修改或扩充，产生一个新的原型版本，如此反复和迭代，最后形成一个比较完善和质量较高的应用型地理信息系统。 优点：能使用户更积极地参与系统的设计和实现，使开发人员及时获得客户反馈意见，更快地看到系统的实际效果，使系统开发的风险降到最低。第二节 地理信息系统的设计一、系统分析 基本思想：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。 任务：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，其工作深入与否，直接影响到将来新系统的设计质量和实用性。（一）需求调查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。 主要内容 Who谁使用系统？ What新系统需要具备哪些功能？ Why为什么需要具有这些功能和条件？ Where新系统需要的资源和条件从哪里获得？ Quality具体的技术指标、性能要求和可靠性要求。 调查方法访问、座谈等（二）可行性分析在对用户需求分析基础上，从社会、技术和经济三大因素方面对建立应用型地理信息系统的必要性和实现系统目标的可能性进行分析，以确定用户实力、系统环境、原始数据、数据流量、存储空间、软件系统、经费预算以及时间分析和效益分析等。 主要内容数据源调查与评估技术可行性评估经济和效益分析系统开发和运行的环境评价二、系统设计（一）总体设计（逻辑设计） 任务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，以及确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。 主要内容用户需求：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。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。总体结构：根据系统功能的聚散程度和耦合程度，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。系统配置：指系统运行的设备环境，应遵循技术上稳定可靠、投资少、见效快、立足现状和顾及发展的原则。数据库设计：把现实世界中一定范围内存在着的应用处理和数据抽象成一个数据库的具体结构的过程。需要确定空间数据和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及数据分类等。系统功能：即系统具有哪些功能以及这些功能处理事务的能力。主要解决用户所需要的特定功能，但应该依靠基础GIS提供的基本功能来开发和实现。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。 （二）详细设计 （实际设计） 任务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。 主要内容子系统设计：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。数据库设计：主要包括数据源的分析与选择，数据分类与分层的确定，数据获取方案的规定，数据编码设计，实体属性表与属性关系的设计，属性数据类型的建立，数据质最标准的规定，地理定位控制的确定及其他有关问题的规定等。功能模块设计：详细描述各功能模块的内容，实现的技术和算法，输入输出的数据项和格式等。用户界面设计：体现“以人为本”的原则，做到界面友好、美观，并随时提供丰富的帮助信息，使用户易懂、易学、易掌握。三、系统实施在系统设计的原则指导下，按照详细设计方案确定的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。 系统硬件和软件的引进及调试 系统数据库建立 应用管理系统的开发 系统测试和联调 系统验收和鉴定 四、系统运行和维护 系统运行：指系统经过调试和验收以后，交付用户使用。为了保证系统正常运行，必须要认真制定并严格遵守操作规则。 系统维护：为保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤。一、地理信息标准化的内容 统一的名词术语内涵：研究并删选出与GIS关系密切的名词术语。 统一的数据采集原则：通常只采集和存储基本的原始数据，不存储派生数据，以及要采集具有权威性、科学性和现势性数据。 统一的空间定位框架：地理坐标投影坐标：我国与国家基本比例尺地形图一致网格坐标：基本格网、加密格网、合并格网、辅助格网第三节 地理信息的标准化 统一的数据分类标准：采用宏观的全国分类系统与详细的专业系统间相递归的分类方案，即低一级分类系统必须能归并和综合到高一级分类系统中。第一层：社会环境、自然环境、资源与能源；第二层：根据环境因素和资源类别的主要特征与基本差异分为14类；第三层：按每个二级类包括的最主要的内容分类第四层：按各个区域地理特点和用户需求，拟定区域分类系统和各专业类型的具体分类标准。 统一的数据编码系统一般要求：凡国家已施行的编码规范和标准，按国家规定执行科学编码系统的设计必须可靠地识别数据信息的分类，以较少的代码提供丰富的参考信息，以及根据代码结构能进行数据间关系的逻辑推理和判别编码不宜过长，一般4-7位编码标准化，包括统一的码位长度、一致的码位格式和明确的代码含义，不能出现代码的多义性等。 统一的数据组织结构 数据结构是地理实体的数据组织形式及相互关系的抽象描述。对于各类数据都应建立相应的数据模型和标准结构，以便不同系统的数据兼容和不同软件的计算机处理和应用。 统一的数据记录格式 数据记录格式指GIS原始数据和输出数据在磁性介质上的记录方式，对不同来源和不同形式的数据都必须按照标准格式记录，以保证系统对各种数据信息或资源的接纳、处理和共享。数据类型文件名后缀说明矢量数据.VCT文件头：文件的基本特征，如图幅范围 、比例尺等 地物类型参数（地物类型代码、名称、 几何类型等）及属性数据结构（属性表 定义、属性项个数、属性项名等） 几何图形数据（目标标识码、地物类型 码、层名、坐标等）及注记（字体、颜 色、尺寸等 属性数据（属性表、属性项等） 影像数据.TIF/.BMP影像数据的附加信息.IMG格网数据.GRID文件头：包括空间数据交换格式的版本 号、坐标单位、格网间距等 数据体：格网的地物类型编码或高程值 等。 元数据.MAT纯文本文件，记录格式包括元数据项和值 。空间数据记录格式 统一的数据质量含义数据质量是指该数据对特定用途的分析、操作和应用的适宜程度。数据的完整性数据的一致性位置精度时间精度属性精度 二、地理信息标准化的制定 制定标准和规范的重要单位ISO/TC211:国际标准化组织TC211专题组;FGDC:美国联邦地理数据委员会;CEN/TC287:欧洲标准化委会;OGC:美国openGIS协会;MEGRIN:欧洲地图事务组织;CGSD:加拿大标准委员会欧洲标准化委员会参考模型标准数据描述（定义）标准数据描述（技术）标准数据应用模式标准数据几何标准数据质量标准数据传输标准数据定位标准国际标准化组织TC211专题组下设五个工作组：框架和参考模型(WG1)，由美国召集；地理空间数据模型和算子(WG2)，由澳大利亚召集；地理空间数据管理(WG3)，由英国召集；地理空间数据服务(WG4)，由挪威召集；专用标准(WG5)，由加拿大召集。 我国地理信息标准化的制