第七章第七章 地理信息系统地理信息系统的设计与评价的设计与评价主要内容主要内容第第1节节 应用型应用型GIS设计概述设计概述第第2节节 地理信息系统的设计地理信息系统的设计第第3节节 地理信息的标准化地理信息的标准化第第4节节 地理信息系统的评价地理信息系统的评价本章重点：本章重点：GIS设设计计模模式式、流流程程、方方法法；地地理理信信息息标标准准化化的的内内容容；GIS的评价方法的评价方法第一节第一节 应用型应用型GIS设计概述设计概述一、系统设计一、系统设计的的目的目的 GIS按按其功能和内容，可以其功能和内容，可以分为分为:工工具具型型GIS：也也称称地地理理信信息息系系统统开开发发平平台台或或外外壳壳，它它是是具具有有地地理理信信息息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。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。 应应用用型型GIS：是是根根据据用用户户的的需需求求和和应应用用目目的的而而设设计计开开发发的的一一种种解解决决一一类或多类实际应用问题的地理信息系统。类或多类实际应用问题的地理信息系统。应用型应用型GIS根据根据其应用层次的高低，又可其应用层次的高低，又可分为：分为：空空间间事事务务处处理理系系统统(STPS):主主要要目目的的是是通通过过应应用用GIS的的数数据据库库技技术术，实实现现由由传传统统的的事事务务处处理理向向计计算算机机处处理理的的转转换换（如如在在房房产产、地地籍籍部部门门的的应应用）用）空空间间管管理理信信息息系系统统(SMIS):主主要要目目的的是是实实现现空空间间信信息息管管理理的的高高效效率率、模模型型开开发发和和空空间间数数据据库库的的动动态态更更新新，其其功功能能不不仅仅表表现现为为数数据据的的查查询询和和统统计计，还还具具有有专专业业模模型型的的分分析析应应用用等等功功能能。（如如在在城城市市规规划划、土土地地利利用用、道路交通管理、管网规划管理中的应用）道路交通管理、管网规划管理中的应用）空空间间决决策策支支持持系系统统(SDSS):主主要要目目的的是是以以解解决决半半结结构构化化和和非非结结构构化化的的决决策策问问题题，除除了了需需要要利利用用GIS的的数数据据库库和和空空间间分分析析技技术术，模模型型库库及及其其管管理理系系统统是是决决策策支支持持系系统统的的核核心心（在在宏宏观观决决策策、行行业业发发展展规规划划等等领领域域具有广泛需求）具有广泛需求）系统设计的目的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。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。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、系统设计的模式二、系统设计的模式（一）结构化系统设计模式（一）结构化系统设计模式（CalkinsCalkins，19721972） 基本概念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。所谓结构化就是有组织、有计划和有规律的一种安排。结结构构化化系系统统分分析析方方法法，就就是是利利用用一一般般系系统统工工程程分分析析法法和和有有关关结结构构概概念念，把把它它们们应应用用于于地地理理信信息息系系统统的的设设计计，采采用用自自上上向向下下，划划分分模模块块，逐逐步步求精的一种系统分析方法求精的一种系统分析方法。结构化系统设计模式的构成结构化系统设计模式的构成通通过过访访问问用用户户，调调查查用用户户的的需需求求和和数数据据源源，确确定定系系统统的的目目的的、要要求求和和规定；规定；描描述述和和评评价价与与系系统统设设计计过过程程有有关关的的资资源源和和限限定定因因素素，例例如如现现有有的的硬硬件件、软件和有关的政治、法律因素等；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；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；对对 拟拟 定定 的的 系系 统统 作作 最最 后后 的的 评评 价价 ， 从从 中中 选选 择择 一一 个个 运运 行行 的的 系系 统统 。结构化的系统设计模式结构化的系统设计模式主要特点主要特点强强调调用用户户的的调调查查和和系系统统功功能能需需求求的的分分析析。在在系系统统设设计计的的各各个个阶阶段段都都要要写写成成相相关关文文件件，以以便便评评价价，用用户户要要参参与与系系统统的的设设计计，以以免免系系统统设设计计的失误。的失误。（二）结构化的系统评价模式（二）结构化的系统评价模式（CalkinsCalkins，19841984）主要设计思想主要设计思想强强调调对对现现有有的的各各个个组组成成部部分分，包包括括硬硬件件、软软件件和和数数据据库库，进进行行深深入入、认认真真的的评评价价，以以研研究究其其满满足足系系统统功功能能的的程程度度，保保证证所所设设计计系系统统的的实实用用可可靠靠，及及有有效效地地处处理理数数据据和和使使用用周周期期长长等等要要求求。该该模模式式采采用用了了管管理理信信息系统和软件工程的一些设计理论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结构化的系统评价模式构成构成目目的的与与任任务务：指指出出系系统统的的目目的的，谁谁是是主主要要用用户户，以以及及如如何何使使用用该该系系统。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。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：概念的定义：介绍系统的各个组成部分。介绍系统的各个组成部分。功功能能的的要要求求：具具体体说说明明系系统统要要做做什什么么，包包括括每每项项功功能能的的技技术术特特征征、目的、具体的标准和满足的条件等。目的、具体的标准和满足的条件等。性性能能测测定定：对对各各个个组组成成部部分分分分别别进进行行测测试试，对对综综合合以以后后的的系系统统还还要要进进行行最最后后的的测测试试。包包括括：硬硬件件、软软件件模模块块、数数据据库库质质量量控控制制等等。测测试试根根据据所所说说明明的的功功能能要要求求和和规规定定的的标标准准进进行行，应应考考虑虑以以下下各各种种条条件件：系系统统的的正正常常操操作作条条件件；重重点点测测试试，包包括括最最坏坏情情况况和和极极端端操操作作条条件；件；逻辑测试，指检查各种可能的逻辑条件；逻辑测试，指检查各种可能的逻辑条件；线路测试线路测试三、系统设计的流程三、系统设计的流程系统分析系统分析系统设计系统设计系统实施系统实施系统运行和维护系统运行和维护 应应用用型型G GI IS S设设计计的的四四个个阶阶段段（一）主要阶段（一）主要阶段地理信息系统设计流程图地理信息系统设计流程图( (二）设计方法二）设计方法生命周期设计法生命周期设计法系系统统设设计计按按阶阶段段进进行行，预预先先规规定定每每一一阶阶段段的的开开发发目目标标和和任任务务，然然后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。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优点：严格分阶段进行，便于开发工作的组织管理缺缺点点：系系统统开开发发过过程程比比较较长长，新新系系统统实实际际效效果果的的可可见见性性差差，来来自自最最终用户的反馈比较迟，不易把握用户需求的变化。终用户的反馈比较迟，不易把握用户需求的变化。原型化设计法原型化设计法根根据据用用户户提提出出的的需需求求，由由用用户户与与开开发发人人员员共共同同商商定定其其中中重重要要和和基基本本的的开开发发目目标标，然然后后选选择择一一个个试试验验区区，设设计计出出初初步步方方案案，在在较较短短时时间间内内开开发发出出一一个个能能满满足足用用户户需需求求的的初初步步原原型型或或系系统统雏雏形形，交交用用户户试试用用，经经过过一一段段时时间间的的运运行行后后，根根据据用用户户意意见见对对原原型型加加以以修修改改或或扩扩充充，产产生生一一个个新新的的原原型型版版本本，如如此此反反复复和和迭迭代代，最最后后形形成成一一个个比比较较完完善善和和质质量量较高的应用型地理信息系统。较高的应用型地理信息系统。 优点：优点：能能使使用用户户更更积积极极地地参参与与系系统统的的设设计计和和实实现现，使使开开发发人人员员及及时时获获得得客客户户反反馈馈意意见见，更更快快地地看看到到系系统统的的实实际际效效果果，使使系系统统开开发发的的风风险降到最低。险降到最低。第二节第二节 地理信息系统的设计地理信息系统的设计一、系统分析一、系统分析基基本本思思想想：从从系系统统观观点点出出发发，通通过过对对事事物物进进行行分分析析与与综综合合，找找出出各各种可行的方案，为系统设计提供依据。种可行的方案，为系统设计提供依据。任任务务：对对系系统统用用户户进进行行需需求求调调查查和和可可行行性性分分析析，最最后后提提出出新新系系统统的的目标和结构方案。目标和结构方案。系系统统分分析析是是使使设设计计达达到到合合理理、优优化化的的重重要要步步骤骤，其其工工作作深深入与否，直接影响到将来新系统的设计质量和实用性。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（一）需求调查调查系统用户对开发的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。系统的功能要求和信息需求情况。主要内容主要内容Who谁使用系统？谁使用系统？What新系统需要具备哪些功能？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？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？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。具体的技术指标、性能要求和可靠性要求。调查方法调查方法访问、座谈等访问、座谈等（二）可行性分析（二）可行性分析在在对对用用户户需需求求分分析析基基础础上上，从从社社会会、技技术术和和经经济济三三大大因因素素方方面面对对建建立立应应用用型型地地理理信信息息系系统统的的必必要要性性和和实实现现系系统统目目标标的的可可能能性性进进行行分分析析，以以确确定定用用户户实实力力、系系统统环环境境、原原始始数数据据、数数据据流流量量、存存储储空空间间、软软件件系系统统、经费预算以及时间分析和效益分析等。经费预算以及时间分析和效益分析等。主要内容主要内容数据源调查与评估数据源调查与评估技术可行性评估技术可行性评估经济和效益分析经济和效益分析系统开发和运行的环境评价系统开发和运行的环境评价二、系统设计二、系统设计（一）总体设计（逻辑设计）（一）总体设计（逻辑设计）任务任务根根据据系系统统研研制制的的目目标标来来规规划划系系统统的的规规模模和和确确定定系系统统的的各各个个组组成成部部分分，说说明明它它们们在在整整个个系系统统中中的的作作用用与与相相互互关关系系，以以及及确确定定系系统统的的软软硬硬件件配配置置，规规定定系系统统采采用用的的技技术术规规范范，并并作作出出经经费费预预算算和和时时间间安安排排，以以保保证证系系统统总总体体目目标标的的实实现现。最最后后撰撰写写系系统统总总体体设设计计方方案案，作作为为重重要的技术文件提供论证和审批。要的技术文件提供论证和审批。 主要内容主要内容用用户户需需求求：阐阐明明系系统统的的用用户户构构成成、不不同同用用户户对对系系统统的的要要求求、系系统统应应具具备的功能等。备的功能等。系系统统目目标标：阐阐明明该该系系统统的的应应用用目目标标，属属于于演演示示系系统统或或运运行行系系统统、单单机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。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。总总体体结结构构：根根据据系系统统功功能能的的聚聚散散程程度度和和耦耦合合程程度度，将将系系统统划划分分为为若若干干子系统或功能模块，构成系统总体结构图。子系统或功能模块，构成系统总体结构图。系系统统配配置置：指指系系统统运运行行的的设设备备环环境境，应应遵遵循循技技术术上上稳稳定定可可靠靠、投投资资少少、见效快、立足现状和顾及发展的原则。见效快、立足现状和顾及发展的原则。数数据据库库设设计计：把把现现实实世世界界中中一一定定范范围围内内存存在在着着的的应应用用处处理理和和数数据据抽抽象象成成一一个个数数据据库库的的具具体体结结构构的的过过程程。需需要要确确定定空空间间数数据据和和属属性性数数据据的的管管理理模模式式，集集中中式式或或分分布布式式的的建建库库方方案案，采采用用的的数数据据结结构构类类型型和和数数据据库库管理系统及数据分类等。管理系统及数据分类等。系系统统功功能能：即即系系统统具具有有哪哪些些功功能能以以及及这这些些功功能能处处理理事事务务的的能能力力。主主要要解解决决用用户户所所需需要要的的特特定定功功能能，但但应应该该依依靠靠基基础础GISGIS提提供供的的基基本本功功能能来来开发和实现。开发和实现。经经费费和和管管理理：由由于于系系统统开开发发是是一一项项复复杂杂的的系系统统工工程程，为为保保证证系系统统开开发发工工作作的的顺顺利利进进行行，必必须须拟拟定定好好系系统统开开发发计计划划、系系统统管管理理措措施施、投投资资经经费概算以及最后应提交的成果等。费概算以及最后应提交的成果等。 （二）详细设计（二）详细设计 （实际设计）（实际设计）任务任务根根据据总总体体设设计计方方案案确确定定的的目目标标和和阶阶段段开开发发计计划划，紧紧密密结结合合特特定定的的硬硬件件、基基础础软软件件和和规规范范标标准准，进进行行子子系系统统和和数数据据库库的的详详细细设设计计，用用于于具具体体指指导导系统的开发。系统的开发。 主要内容主要内容子子系系统统设设计计：以以对对用用户户需需求求的的进进一一步步详详细细调调查查为为依依据据，分分别别完完成成各各个个子子系系统统的的逻逻辑辑结结构构设设计计、数数据据库库设设计计、功功能能模模块块设设计计、用用户户界面设计等。界面设计等。数数据据库库设设计计：主主要要包包括括数数据据源源的的分分析析与与选选择择，数数据据分分类类与与分分层层的的确确定定，数数据据获获取取方方案案的的规规定定，数数据据编编码码设设计计，实实体体属属性性表表与与属属性性关关系系的的设设计计，属属性性数数据据类类型型的的建建立立，数数据据质质最最标标准准的的规规定定，地地理理定位控制的确定及其他有关问题的规定等。定位控制的确定及其他有关问题的规定等。功功能能模模块块设设计计：详详细细描描述述各各功功能能模模块块的的内内容容，实实现现的的技技术术和和算算法法，输入输出的数据项和格式等。输入输出的数据项和格式等。用用户户界界面面设设计计：体体现现“以以人人为为本本”的的原原则则，做做到到界界面面友友好好、美美观观，并随时提供丰富的帮助信息，使用户易懂、易学、易掌握。并随时提供丰富的帮助信息，使用户易懂、易学、易掌握。三、系统实施三、系统实施在在系系统统设设计计的的原原则则指指导导下下，按按照照详详细细设设计计方方案案确确定定的的目目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。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硬件和软件的引进及调试 系统数据库建立系统数据库建立 应用管理系统的开发应用管理系统的开发 系统测试和联调系统测试和联调 系统验收和鉴定系统验收和鉴定 四、系统运行和维护四、系统运行和维护系系统统运运行行：指指系系统统经经过过调调试试和和验验收收以以后后，交交付付用用户户使使用用。为为了了保保证证系系统统正正常常运运行行，必必须须要要认认真真制制定定并并严严格格遵守操作规则。遵守操作规则。系系统统维维护护：为为保保证证系系统统正正常常工工作作而而采采取取的的一一切切措措施施和和实际步骤。实际步骤。一、地理信息标准化的内容一、地理信息标准化的内容统一的名词术语内涵：统一的名词术语内涵：研究并删选出与研究并删选出与GISGIS关系密切的名词术语。关系密切的名词术语。统统一一的的数数据据采采集集原原则则：通通常常只只采采集集和和存存储储基基本本的的原原始始数数据据，不不存存储派生数据，以及要采集具有权威性、科学性和现势性数据。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：统一的空间定位框架：地理坐标地理坐标投影坐标：我国与国家基本比例尺地形图一致投影坐标：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、辅助格网网格坐标：基本格网、加密格网、合并格网、辅助格网第三节第三节 地理信息的标准化地理信息的标准化 统统一一的的数数据据分分类类标标准准：采采用用宏宏观观的的全全国国分分类类系系统统与与详详细细的的专专业业系系统统间间相相递递归归的的分分类类方方案案，即即低低一一级级分分类类系系统统必必须须能能归归并并和和综综合合到到高高一一级分类系统中。级分类系统中。第一层：社会环境、自然环境、资源与能源；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1414类；类；第三层：按每个二级类包括的最主要的内容分类第三层：按每个二级类包括的最主要的内容分类第第四四层层：按按各各个个区区域域地地理理特特点点和和用用户户需需求求，拟拟定定区区域域分分类类系系统统和和各各专专业类型的具体分类标准。业类型的具体分类标准。统一的数据编码系统统一的数据编码系统一般要求：一般要求：凡国家已施行的编码规范和标准，按国家规定执行凡国家已施行的编码规范和标准，按国家规定执行科科学学编编码码系系统统的的设设计计必必须须可可靠靠地地识识别别数数据据信信息息的的分分类类，以以较较少少的的代代码码提提供供丰丰富富的的参参考考信信息息，以以及及根根据据代代码码结结构构能能进进行行数数据据间间关关系系的逻辑推理和判别的逻辑推理和判别编码不宜过长，一般编码不宜过长，一般4-74-7位位编编码码标标准准化化，包包括括统统一一的的码码位位长长度度、一一致致的的码码位位格格式式和和明明确确的的代代码含义，不能出现代码的多义性等。码含义，不能出现代码的多义性等。 统一的数据组织结构统一的数据组织结构 数数据据结结构构是是地地理理实实体体的的数数据据组组织织形形式式及及相相互互关关系系的的抽抽象象描描述述。对对于于各各类类数数据据都都应应建建立立相相应应的的数数据据模模型型和和标标准准结结构构，以以便便不不同同系系统统的的数数据据兼兼容和不同软件的计算机处理和应用。容和不同软件的计算机处理和应用。统一的数据记录格式统一的数据记录格式 数数据据记记录录格格式式指指GIS原原始始数数据据和和输输出出数数据据在在磁磁性性介介质质上上的的记记录录方方式式，对对不不同同来来源源和和不不同同形形式式的的数数据据都都必必须须按按照照标标准准格格式式记记录录，以以保保证证系系统统对各种数据信息或资源的接纳、处理和共享。对各种数据信息或资源的接纳、处理和共享。数据类型数据类型文件名后缀文件名后缀说明说明矢量数据矢量数据.VCT文件头：文件的基本特征，如图幅范围、文件头：文件的基本特征，如图幅范围、比例尺等比例尺等地物类型参数（地物类型代码、名称、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）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、颜码、层名、坐标等）及注记（字体、颜色、尺寸等色、尺寸等属性数据（属性表、属性项等）属性数据（属性表、属性项等）影像数据影像数据.TIF/.BMP影像数据的附加信息影像数据的附加信息.IMG格网数据格网数据.GRID文件头：包括空间数据交换格式的版本文件头：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数据体：格网的地物类型编码或高程值等。等。元数据元数据.MAT纯文本文件，记录格式包括元数据项和值。纯文本文件，记录格式包括元数据项和值。空间数据记录格式空间数据记录格式统一的数据质量含义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完整性数据的一致性数据的一致性位置精度位置精度时间精度时间精度属性精度属性精度 二、地理信息标准化的制定二、地理信息标准化的制定制定标准和规范的重要单位制定标准和规范的重要单位ISO/TC211:国际标准化组织国际标准化组织TC211专题组专题组;FGDC:美国联邦地理数据委员会美国联邦地理数据委员会;CEN/TC287:欧洲标准化委会欧洲标准化委会;OGC:美国美国openGIS协会协会;MEGRIN:欧洲地图事务组织欧洲地图事务组织;CGSD:加拿大标准委员会加拿大标准委员会欧洲标准化委员会欧洲标准化委员会参考模型标准参考模型标准数据描述（定义）标准数据描述（定义）标准数据描述（技术）标准数据描述（技术）标准数据应用模式标准数据应用模式标准数据几何标准数据几何标准数据质量标准数据质量标准数据传输标准数据传输标准数据定位标准数据定位标准国际标准化组织国际标准化组织TC211专题组下设五个工作组：专题组下设五个工作组：框架和参考模型框架和参考模型(WG1)，由美国召集；，由美国召集；地理空间数据模型和算子地理空间数据模型和算子(WG2)，由澳大利亚召集；，由澳大利亚召集；地理空间数据管理地理空间数据管理(WG3)，由英国召集；，由英国召集；地理空间数据服务地理空间数据服务(WG4)，由挪威召集；，由挪威召集；专用标准专用标准(WG5)，由加拿大召集。，由加拿大召集。 我国地理信息标准化的制定我国地理信息标准化的制定由由国国家家质质量量技技术术监监督督局局负负责责，国国家家测测绘绘局局牵牵头头，吸吸引引了了生生产产、科科研研与与教教育育部部门门参参加加，成成立立了了全全国国基基础础地地理理信信息息标标准准化化技技术术委委员员会会，致致力力于于标标准的制定、协调工作。准的制定、协调工作。第四节第四节 地理信息系统的评价地理信息系统的评价 系系统统评评价价，就就是是将将运运行行着着的的系系统统与与预预期期目目标标进进行行比比较较，考考察察是是否否达达到到了了系系统统设设计计时时所所预预定定的的总总体体目目标标、功功能能需需求求及及技技术和经济指标。术和经济指标。 审议和考核项目审议和考核项目系系统统效效率率：通通过过地地理理信信息息系系统统的的各各种种智智能能指指标标，技技术术指指标标和和经经济济指指标标来反映来反映系系统统可可靠靠性性：指指系系统统在在运运行行时时的的稳稳定定性性. .可可靠靠性性好好的的系系统统，一一般般很很少少发生事故，即使发生事故也能很快修复。发生事故，即使发生事故也能很快修复。 可可扩扩展展性性：要要能能在在现现行行系系统统上上不不做做大大的的改改动动或或不不影影响响整整个个系系统统的的情情况况下增加功能模块，因此必须在系统设计时留有接口。下增加功能模块，因此必须在系统设计时留有接口。可移植性：可移植性：对环境的适应能力对环境的适应能力系统的效益：系统的效益：经济效益和经济效益和社会效益社会效益