1、第七章第七章 地理信息系统的设计与评价地理信息系统的设计与评价第一节应用型第一节应用型GISGIS设计设计第二节第二节 地理信息标准化地理信息标准化第三节第三节 GISGIS评价评价 重点难点重点难点：（1 1）应用型）应用型GISGIS的定义和特点；的定义和特点；（2 2）系统设计的）系统设计的流程；流程；（3 3）系统）系统评价评价。基础型基础型GISGIS（工具型，（工具型，如如ArcGISArcGIS等软件平台等软件平台） 是一种通用型是一种通用型GISGIS，具有，具有GISGIS的一般功能和特点，向用户提的一般功能和特点，向用户提供了一个通用的供了一个通用的GISGIS操作平台或开
2、发工具。操作平台或开发工具。nGIS按其功能和内容，可分为： 2.2.应用型应用型GISGIS（专题，（专题，如土地资源管理信息系统如土地资源管理信息系统） 定义：是在基础定义：是在基础GISGIS的基础上，经过二次开发，建成满足专门的基础上，经过二次开发，建成满足专门用户、解决特定实际问题的用户、解决特定实际问题的GISGIS。 特点：它特点：它具有特定的用户和应用目的具有特定的用户和应用目的；具有为满足专门用户；具有为满足专门用户专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型；它继承基专门需求而开发的地理空间实体数据库和应用模型；它继承基础型础型GISGIS开发平台提供的部分功能，并具有专门
3、开发的用户界面。开发平台提供的部分功能，并具有专门开发的用户界面。第第1 1节节 应用型应用型GISGIS设计设计1.1.结构化的系统设计模式结构化的系统设计模式（19721972年，最早）年，最早）结构化就是有组织、结构化就是有组织、有计划有计划和有规律的安排，应用于和有规律的安排，应用于GISGIS系统设计就是采用系统设计就是采用自上而下自上而下，划分模块划分模块、逐步求精的一种、逐步求精的一种系统分析方法。系统分析方法。结构化的系统设计模式，由四个组成部分构成：结构化的系统设计模式，由四个组成部分构成： 一、系统设计的模式一、系统设计的模式描述与评价描述与评价1 1）通过访问用户，调查用
4、户的需求和数据源，确定系统的）通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目目的、要求和规定的、要求和规定；2 2）描述和评价与系统设计过程有关的）描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素资源和限定因素，例如，例如现有的硬件、软件和有关的政治和法律因素；现有的硬件、软件和有关的政治和法律因素；3 3）说明和评价）说明和评价所拟定的不同系统所拟定的不同系统, ,这些系统能够满足所规定这些系统能够满足所规定的要求；的要求；4 4）对拟定的系统作最后的）对拟定的系统作最后的评价评价, ,从中选择一个运行的系统。从中选择一个运行的系统。p结构化的系统设计模式的结构化的系统设计模式的四个阶段四个
5、阶段及主要任务：及主要任务：强调对用户的调查和对系统功能需求的分析。强调对用户的调查和对系统功能需求的分析。在系统设计的各个阶段都要写成有关的文件，以在系统设计的各个阶段都要写成有关的文件，以便进行评价。便进行评价。用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。p结构化的系统设计模式的主要特点：结构化的系统设计模式的主要特点：2 2、结构化的系统、结构化的系统评价评价模式模式 自从结构化的系统设计模式诞生以来，自从结构化的系统设计模式诞生以来，GISGIS的开发已经取的开发已经取得很大的进展。现在，不但得很大的进展。现在，不但有有许多处理空间数据的重要许多
6、处理空间数据的重要软件软件，而且有而且有现成现成的的系统和空间数据库系统和空间数据库，因此对原来的地理信息系统，因此对原来的地理信息系统设计模式有了一定修改，形成了设计模式有了一定修改，形成了结构化的系统评价模式结构化的系统评价模式。n结构化的系统评价模式的主要设计思想：结构化的系统评价模式的主要设计思想：强调对强调对现有现有的各个组成部分（包括硬件、软件的各个组成部分（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，保证所设计系统的使用可靠，及系统功能的程度，保证所设计系统的使用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。有
7、效地处理数据和使用周期长等要求。结构化的系统评价模式结构化的系统评价模式1 1）目的与任务）目的与任务 指出该系统的目的指出该系统的目的, ,谁是主要的用户，以及如何使谁是主要的用户，以及如何使用该系统。关于任务，要说明所要完成的工作。用该系统。关于任务，要说明所要完成的工作。2 2）概念的定义）概念的定义 介绍系统的各个主要组成部分，分别按照输入、介绍系统的各个主要组成部分，分别按照输入、输出、主要的处理过程和数据库来说明系统的输出、主要的处理过程和数据库来说明系统的基本结基本结构构，包括主要模块、系统开发的主要资源、主要的限，包括主要模块、系统开发的主要资源、主要的限制条件等。制条件等。
8、n结构化的程序评价模式下，各阶段的主要任务：结构化的程序评价模式下，各阶段的主要任务：3)3)功能的要求功能的要求具体说明该系统具体说明该系统要做什么要做什么, ,对每一种功能要具体对每一种功能要具体规定：规定：(1) (1) 输入输入( (来源、数据、频率来源、数据、频率) )；(2) (2) 输出输出( (格式、数据量、用户格式、数据量、用户) )；(3) (3) 功能需要的处理步骤；功能需要的处理步骤；(4) (4) 功能成功的实现所需要的条件；功能成功的实现所需要的条件；(5) (5) 功能生成的数据。功能生成的数据。 n结构化的程序评价模式下，各阶段的主要任务：结构化的程序评价模式下
9、，各阶段的主要任务：4)4)性能测定性能测定要对各个组成部分分别进行测试，对综合以后的整个系要对各个组成部分分别进行测试，对综合以后的整个系统要进行最后的测试。具体测试的内容包括：硬件、软件模统要进行最后的测试。具体测试的内容包括：硬件、软件模块、数据库的质量控制等。块、数据库的质量控制等。由谁进行评价？由谁进行评价？ 用户、具有软件工程专门知识的专家用户、具有软件工程专门知识的专家测试根据所说明的功能要求和规定的标准进行测试根据所说明的功能要求和规定的标准进行. .n结构化的程序评价模式下，各阶段的主要任务：结构化的程序评价模式下，各阶段的主要任务：n四个主要阶段：四个主要阶段：系统分析、系
10、统设计、系统实系统分析、系统设计、系统实施、系统运行及维护。施、系统运行及维护。（生命周期）（生命周期） 生命周期设计法、原型化设计法生命周期设计法、原型化设计法n三个基本要求：三个基本要求：即加强系统实用性、降低系统即加强系统实用性、降低系统开发和应用的成本、提高系统的生命周期。开发和应用的成本、提高系统的生命周期。 二、应用型二、应用型GISGIS设计的流程设计的流程系统设计方法比较系统设计方法比较 生命周期设计法生命周期设计法系统设计按阶段进行，预先规定好每一阶段的开发目标系统设计按阶段进行，预先规定好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。和任务，然后按照一定的准则顺
11、序开发实施。 原型化设计法原型化设计法数据分析数据分析找出当前和未来找出当前和未来的应用领域的应用领域对原型系统对原型系统的初期选择的初期选择新数据源新数据源原型原型对原型的评价对原型的评价对当前和未来对当前和未来应用的再评价应用的再评价最急需任务最急需任务的实施的实施 基本思想：基本思想：是从系统观点出发，通过对事物是从系统观点出发，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。计提供依据。 任务：任务：是对系统用户进行需求调查和可行性分是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的析，最后提出新系统的目标和结构方案目标
12、和结构方案。 具体调查的主要内容有：具体调查的主要内容有：WhoWho、WhatWhat、WhyWhy、WhereWhere、QualityQuality系系统统设设计计的的流流程程系系统统分分析析 总体设计总体设计：(1)(1)用户需求用户需求 (2)(2)系统目标系统目标(3)(3)总体结构总体结构 (4)(4)系统配置系统配置 (5)(5)数据库设计数据库设计 (6)(6)系统功能系统功能(7)(7)经费和管理经费和管理详细设计详细设计： (1)(1)子系统设计子系统设计 (2)(2)数据库设计数据库设计(3)(3)功能模块设计功能模块设计 (4)(4)用户界面设计用户界面设计系系统统设
13、设计计的的流流程程系系统统设设计计 系统实施是在系统设计的原则指导下，系统实施是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，按照详细设计方案确定的目标、内容和方法，分阶段、分步骤分阶段、分步骤完成系统开发的过程完成系统开发的过程。系统实施的内容包括：系统实施的内容包括：1 1、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2 2、系统数据库建立、系统数据库建立3 3、应用管理系统的开发、应用管理系统的开发4 4、系统测试和联调、系统测试和联调5 5、系统验收和鉴定、系统验收和鉴定系系统统设设计计的的流流程程系系统统实实施施 系统运行系统运行是指系统经过调试和验收以后
14、，是指系统经过调试和验收以后，交付用户使用。交付用户使用。 系统维护系统维护是为保证系统正常工作而采取的是为保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤。一切措施和实际步骤。 例如例如数据的维护，使系统数据始终处于相数据的维护，使系统数据始终处于相对最新的状态；软件的维护，使软件能适应对最新的状态；软件的维护，使软件能适应运行环境和用户需求的不断变化；硬件的维运行环境和用户需求的不断变化；硬件的维护，使硬件能经常保持完好和正常运行的状护，使硬件能经常保持完好和正常运行的状态等。态等。 系系统统设设计计的的流流程程系系统统运运行行和和维维护护 第第2 2节节 地理信息的标准化地理信息的标准化一、地
15、理信息标准化的意义和作用：一、地理信息标准化的意义和作用：1、促进空间数据的使用及交换、促进空间数据的使用及交换2、促进地理信息共享、促进地理信息共享二、目前从事制定地理信息标准和规范的二、目前从事制定地理信息标准和规范的国际组织国际组织有：有：nISO/TC211 国际标准化组织国际标准化组织TC211专题组专题组nFGDC 美国联邦地理数据委员会美国联邦地理数据委员会nCEN/TC287 欧洲标准化委员会欧洲标准化委员会nOGC 美国美国OpenGIS委员会委员会nMEGRIN 欧洲地图事务组织欧洲地图事务组织nCGSD 加拿大标准委员会加拿大标准委员会20072007年年7 7月国家测绘
16、局中国气象局启月国家测绘局中国气象局启动地理气象信息共建共享动地理气象信息共建共享 全国地理信息标准化委员会（全国地理信息标准化委员会（SAC/TC230）http:/ n标准化的内容：标准化的内容：v统一的名词术语内涵统一的名词术语内涵v统一的数据采集原则统一的数据采集原则v统一的空间定位框架统一的空间定位框架v统一的数据分类标准统一的数据分类标准v统一的数据编码系统统一的数据编码系统v统一的数据组织结构统一的数据组织结构v统一的数据记录格式统一的数据记录格式v统一的数据质量含义统一的数据质量含义v统一的元数据标准统一的元数据标准 n标准化内容的含义：标准化内容的含义：1 1、统一的名词术语
17、内涵：、统一的名词术语内涵：在所涉及的学科中使用规范统一的术语及含义；2 2、统一的数据采集原则：、统一的数据采集原则：统计数据以统计部门为准；通常只采集和存储基本的原始数据，不存储派生数据；只采集权威性、科学性、现实性的数据。数据采集规范原则：数据采集规范原则：遵照已颁布的规范标准。如：我国1:5001:2000地形图航空摄影规范、1:50001:10万地形图航空摄影规范、GPS测量规范等。http:/ 1:5000-1:500 000比例尺的图幅采用高斯-克吕格投影；小于1:100万比例尺的图幅采用等角圆锥投(3)(3)网格坐标：网格坐标：包括基本、加密、合并和辅助4种格网。 3、统一的空
18、间定位框架、统一的空间定位框架4 4、统一的数据分类标准、统一的数据分类标准 信息分类体系采用全国分类系统与详细的专业系统之间相递归的信息分类体系采用全国分类系统与详细的专业系统之间相递归的分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级的分类系分类方案，即低一级的分类系统必须能归并和综合到高一级的分类系统之中。统之中。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3 3类类第二层：依据环境因素和资源类型特征与差异分为第二层：依据环境因素和资源类型特征与差异分为1414类类第三层：按照二级分类包括的主要类型，作为第三级类别第三层：按照二级分类包括的主要类型，作
19、为第三级类别第四层：按照区域地理特点和用户需求，拟定区域的分类系统和每一第四层：按照区域地理特点和用户需求，拟定区域的分类系统和每一专业类型的具体分类系统。专业类型的具体分类系统。 国土基础信息数据分类与代码国土基础信息数据分类与代码 http:/ 5、统一的数据编码系统、统一的数据编码系统 制定统一的编码标准实现地理要素的计算机输入、存储以及系统间制定统一的编码标准实现地理要素的计算机输入、存储以及系统间数据的交换和共享。我国现有的信息编码系统有数据的交换和共享。我国现有的信息编码系统有GB-2260-80GB-2260-80编码编码、GB-2659-81GB-2659-81编码编码和和中华
20、人民共和国邮政分区编码中华人民共和国邮政分区编码。 地理信息及其属性的编码系统和标准要求有：地理信息及其属性的编码系统和标准要求有：(1)(1)凡国家已实施的编码和标准，均按国家规定的执行。凡国家已实施的编码和标准，均按国家规定的执行。(2)(2)编码设计要便于可靠识别，结构便于数据逻辑推理和判断。编码设计要便于可靠识别，结构便于数据逻辑推理和判断。(3)(3)编码不宜过长，一般为编码不宜过长，一般为4-74-7位。位。(4)(4)编码标准化，包括统一的码位长度、码位格式、明确的代码含义等。编码标准化，包括统一的码位长度、码位格式、明确的代码含义等。 指地理实体的数据组织形式及其相互关系的抽象
21、描述。指地理实体的数据组织形式及其相互关系的抽象描述。描述地理实体的空间数据描述地理实体的空间数据包含空间位置、拓扑关系、属性三包含空间位置、拓扑关系、属性三个方面的内容个方面的内容。其组织结构分矢量和栅格数据结构。其组织结构分矢量和栅格数据结构。6、统一的数据组织结构、统一的数据组织结构 包括：矢量、影像和格网包括：矢量、影像和格网3 3种空间数据及其元数据的交种空间数据及其元数据的交换标准换标准 。7、统一的数据交换标准、统一的数据交换标准8 8、统一的数据质量含义、统一的数据质量含义 数据质量是指数据对特定的分析、操作和应用的适宜程度。其含义包括数据的空间维、时间维和专题维的内容：数据完
22、整性：数据完整性：空间要素完整性和属性的完整性数据一致性：数据一致性：逻辑一致性和拓扑一致性位置精度：位置精度：包括绝对精度、相对精度、像元位置精度等时间精度：时间精度：数据的现实性属性精度：属性精度：指连续、有序值、标准值的精度等9 9、统一的元数据标准、统一的元数据标准 （1 1）基本识别信息：）基本识别信息：数据集的基本信息，如标题名称、地理范围等。（2 2）空间数据组织信息：）空间数据组织信息：用于表示数据集中空间信息的数据结构，如用于描述空间位置的方法以及数据集中空间目标的数目。（3 3）空间参考信息：）空间参考信息：数据集中坐标的参考坐标和编码方法的描述，如地图投影或格网坐标系统、
23、水平和垂直基准以及坐标分辨率的名称和参数（4 4）实体和属性信息：）实体和属性信息：主要包括数据集内容的信息，如实体类型、属性及属性赋值的范围。（5 5）数据质量信息：）数据质量信息：数据集质量的评定信息，如接边质量评价信息，位置和属性的精度、完整性、一致性以及数据生产的方法。（6 6）数据来源信息：）数据来源信息：关于获取数据集的信息，即分发者描述信息。（7 7）其他参考信息：）其他参考信息：包括元数据的现势性和应负责任等描述信息。http:/ 检查系统目标、功能及其它指标的检查系统目标、功能及其它指标的实现情况实现情况，系统中各种，系统中各种资源的资源的利用程度利用程度，找出系统的，找出系
24、统的薄弱环节薄弱环节，提出，提出改进意见改进意见。评价要素评价要素系统评价从系统评价从技术和经济技术和经济两大方面对所设计的地理信息系统两大方面对所设计的地理信息系统进行评定。进行评定。评价的主要内容评价的主要内容系统效率系统效率系统可靠性系统可靠性可扩展性可扩展性可移植性可移植性系统效益系统效益 系统效率系统效率是通过地理信息系统的各种是通过地理信息系统的各种职能指标，技术指标和经济指标反映出来职能指标，技术指标和经济指标反映出来的。的。 例如：系统操作是否方便快捷例如：系统操作是否方便快捷, ,系统出系统出错率如何，资源的使用效率高低等等。错率如何，资源的使用效率高低等等。系系统统效效率率
25、 系统可靠性系统可靠性是指系统在运行时的是指系统在运行时的稳定稳定性性. .可靠性好的系统，一般很少发生事故，可靠性好的系统，一般很少发生事故，即使发生事故也能很快修复。即使发生事故也能很快修复。 可靠性还包括系统有关的数据文件和可靠性还包括系统有关的数据文件和程序能否妥善保存，系统是否有后备体系程序能否妥善保存，系统是否有后备体系等。等。系统可靠性系统可靠性可可扩扩展展性性 在现行系统上不做大的改动或不影响整个系在现行系统上不做大的改动或不影响整个系统的情况下增加功能模块统的情况下增加功能模块, ,就必须就必须在系统设计时在系统设计时留有接口留有接口, ,否则否则, ,当数据增加或功能增加时
26、当数据增加或功能增加时, ,系统系统就要重新设计就要重新设计, ,这就是一个没有生命力的系统。这就是一个没有生命力的系统。可可移移植植性性 可移植性可移植性是评价地理信息系统的一项重要指标。是评价地理信息系统的一项重要指标。首先要求系统必须首先要求系统必须按国家规范标准设计按国家规范标准设计, ,以保证软件以保证软件和数据的匹配和数据的匹配, ,交换和共享。交换和共享。 系系统统效效益益经济效益经济效益体现体现: :促进生产和产值的提高促进生产和产值的提高, ,减少盲目投资减少盲目投资, ,降低工时耗费降低工时耗费, ,减轻灾害损失等。减轻灾害损失等。现状现状: :不太显著。不太显著。前景前景: :不断提高。不断提高。社会效益社会效益-体现体现: :信息共享的效果信息共享的效果, ,地学综地学综合能力的发展合能力的发展, ,应用系统的模型应用系统的模型化化, ,工作时间的缩短等。工作时间的缩短等。现状现状: :侧重社会效益。侧重社会效益。习题习题1、试述应用型GIS开发的过程和方法，并比较原型法和生命周期法设计的特点？2、为什么制定GIS标准化的工作日益受到关注？目前从事这项工作的国际组织有哪些？
