第八章 地理信息系统的开发与评价
本章概述：地理信息系统的开发，与许多其它系统一样，也是一个大型的系统工程，因此，其开发有其它系统共有的特性，更有其自身的特色，本章将从软件工程出发，讲述地理信息系统的开发方法、开发过程，并介绍GIS系统的评价方法和指标。
§8.1 地理信息系统的开发方法
讲述地理信息系统开发的一般性过程和原则，介绍了地理信息系统开发常用的五种方法，并在此基础上建议了一个通用的方法。
§8.2 地理信息系统的开发过程
地理信息系统的开发是一个系统工程，其开发周期较长，涉及多个学术领域，包含内容十分广泛，它分为系统调查分析、系统设计和系统实施、系统运行和维护四个大阶段，其中又分为若干小阶段。它们相互衔接而又互相影响，整个过程形成螺旋式上升的循环过程。
§8.3 地理信息系统的评价
系统评价是指对一个GIS系统从系统性能和经济效益两方面进行评价，新系统的全面评价一般应在新系统稳定运行一段时间后才进行，以达公正、客观，系统评价的结果是写出评价报告和改进效益措施的实施。
您可能还想看前贴【GIS原理学习（一）】【GIS原理学习（二）】【GIS原理学习（三）】【GIS原理学习（四）】【GIS原理学习（五）】【GIS原理学习（六）】【GIS原理学习（七）】【GIS原理学习（八）】【GIS原理学习（九）】【GIS原理学习（十）】【GIS原理学习（十一）】【GIS原理学习（十二）】【GIS原理学习（十三）】【GIS原理学习（十四）】【GIS原理学习（十五）】【GIS原理学习（十六）】【GIS原理学习（十七）】【GIS原理学习（十八）】【GIS原理学习（十九）】【GIS原理学习（二十）】【GIS原理学习（二十一）】【GIS原理学习（二十二）】【GIS原理学习（二十三）】【GIS原理学习（二十四）】【GIS原理学习（二十五）】【GIS原理学习（二十六）】【GIS原理学习（二十七）】【GIS原理学习（二十八）】【GIS原理学习（二十九）】【GIS原理学习（三十）】【GIS原理学习（三十一）】【GIS原理学习（三十二）】【GIS原理学习（三十三）】【GIS原理学习（三十四）】【GIS原理学习（三十五）】【GIS原理学习（三十六）】【GIS原理学习（三十七）】【GIS原理学习（三十八）】【GIS原理学习（三十九）】【GIS原理学习（四十）】【GIS原理学习（四十一）】【GIS原理学习（四十二）】【GIS原理学习（四十三）】【GIS原理学习（四十四）】【GIS原理学习（四十五）】【GIS原理学习（四十六）】【GIS原理学习（四十七）】【GIS原理学习（四十八）】
§8.2 地理信息系统的开发过程
地理信息系统开发涉及的学科领域多、开发周期长、包含的内容复杂，本讲讲信息介绍地理信息系统开发的过程，它分为系统调查分析、系统设计和系统实施、系统运行和维护四个大阶段，其中又分为若干小阶段。它们相互衔接而又互相影响，整个过程形成螺旋式上升的循环过程。它是由用户需求调查开始的。
一、系统的调查分析
（一）、需求调查与分析：需求调查与分析，是对用户及相应的用户群的要求和对用户及其群体的情况进行调查分析。用户需求调查的好坏在很大程度上决定了一个地理信息系统的成败。要集中力量，多次进行，调查层面广泛，全面调查，并留下文字资料，作为开发工作的重要档案。(需求调查与分析的内容)
调查的主要内容概括如下：
1．调查用户的性质、规模、结构、职责
应当了解用户单位工作性质，机构设置的职责，工作任务的目的、规模，以及他们系统支持的强度，并调查哪些部门，哪些人员的职责同欲建GIS有直接、间接关系。
2．调查传统的处理方法
要详细了解传统方法的作业流程及存在主要问题，以便全面衡量工作广度、深度及要突破的关键技术。
3．调查要求新系统产生的结果和可获得资料、数据的程度。
4．调查用户对应用界面和程序接口的要求。
用户对新系统的要求必须明确、具体，有些是直接的，有些是长期的，理想性的，都要分门别类，了解透彻。对于资料应了解这些资料、数据能否足够支持新系统，及时提供程度。
5．潜在用户和地理信息系统的潜力。
在调查过程中，由于用户不一定了解地理信息系统，往往只能回答一般性的问题，提出笼统的要求。因此，未来系统究竟具备那些功能和潜力，能为那些行业服务、服务到什么水平，取得什么样的社会和经济效果，取决于设计者如何把握潜在用户的要求，在满足当前用户要求的前提下，归纳、抽象推广到更广的用户的需求。这些只有在完全调查清楚用户需求基础上才能办到。
地理信息系统从跟本上是由技术市场决定的，用户需求调查即是市场调查中主要内容。
（二）、可行性分析：可行性分析是对建立系统的必要性和实现目标的可能性，从社会、技术、经济三个方面进行分析，以确定用户实力，系统环境、资料、数据、数据流量，硬件能力，软件系统、经费预算以及时间分析和效益分析。(可行性分析的内容)
系统可行性分析的主要内容：
1．新系统的社会、经济效益分析
阐明用户部门、社会对系统需要，技术市场的状况，经济上的意义、学术上的意义。
2．该任务的人员，质和量方面是否足以完成该任务
3．技术上的关键向题及难点何在？是否都能予以适当解决？解决计划如何？
4．资料和数据的总量，可获取的资料、数据清单
逐一评估它们的现时性状况，可更新程度。
逐一评估精度等级和可利用程度，获取困难的资料、数据清单及可能清单获取的渠道。
资料、数据类型及加工方法，输入技术以及与未来系统中数据的关系。
5．软件系统和开发能力能否切实并留有余地地完成该系统的各项要求
6．所能够拥有的硬件的能力能否充分保证系统的各项指标
7．所提供的经费是否能略有余地地保证任务完成及新系统产生效益估计
8．任务的时间计划表是否合理并有适度余量
以上可行性分析的8个主要方面，其它具体方面必须妥善分析，可行性分析涉及大量的人力、物力、财力的去向及能否取得相应的社会经济效益的回报的大事。涉及方面很多，都尽量要做到全面妥善地考虑解决。
必须注意的是，对于地理信息系统这类大型工程，一般情况下制作一个关键问题的可行性实验系统是一个好的办法，也是可行性分析中一个重要组成部分。
（三）、系统分析：系统分析是系统调查分析阶段的最后一环，在用户需求调查分析，可行性分析的基础上，深入分析，明确新建系统的目标，建立新建系统逻辑模型。这儿的逻辑模型指的是对具体模型的地理信息上的抽象，即去掉一些具体的非本质的东西，保留突出本质的东西及其联系。这儿的本质指地理信息专业概念表达。(系统分析的工作内容)
主要进行4个工作：
1.分析传统的工作流程，导出逻辑模型
2.把用户需求分析的集中描述，概括为系统明确目标
3.分析描绘新系统流程，列出逻辑模型
4.对系统调查分析的总结成文
二、系统的设计
系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型化为相应的实际的物理模型，这是整个研制工作的核心。不仅要完成，而且要优化，即要始终考虑高效性、安全性，具有容错能力的强壮性和方便性。也即按照逻辑功能的要求，考虑各种具体实际条件和具体应用领域，进行具体设计，来完成这些要求。这一阶段，主要分为：系统的总体设计和系统的详细设计。
（一）、系统总体设计
总体设计又称功能设计或概念设计。它的主要任务是：
1．系统目的、目标及属性确定
系统目的即是系统预期要达到的水平。系统目标指实现目的过程中若干努力指标，属性指指标的量度。通常目标是一个多层次的树。
2．根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的组成与功能。
3．模块或系统的相互关系描述及接口设计规定。
4．硬、软件配置的环境设计。
5．数据源评估，数据库方案及建库方法。
6．人才培训：这包括开发人员“演示与讨论”等方式地交流与协调，更重要的是新系统正常运转与生产所需的人才培训。
7．系统建立计划和经费预算：系统建立计划要有充足的具体条件保证，经费预算要合理。
8．成本及收益分析：这儿成本指建设和运行新系统的资金投入，收益指新系统运行的产出。
（二）、系统详细设计
详细设计是在总体设计基础上进一步细化、具体化、物理化，主要内容有：
1．模块设计
按照功能独立、规模适当的模块化设计方法，对总体设计中各大模块进一步分细，成为各功能小模块，并绘出它们之间的联系及各模块内容及功能，它们的算法及流程。
2．数据分级分类及编码设计
这方面，有标准的一定尽量采用国家标准及部门标准；没标准的，要尽量靠拢相近标准，遵循统一性、系统逻辑性、准确性的原则。
3．数据库设计：其中包括：
a.数据获取方案设计：这是最基本的设计，也叫数字化方案设计，它包括，内容选取及分类，数字化中要素关系的处理原则，相应专题内容的数字化方案，作业步骤和数字化质量保证措施；
b.数据存储设计：它主要指数据存储介质的选择，数据逻辑关系的设计和数据存储结构的设计；
c.数据检索设计：数据主流的需要，设计那些方式满足对数据的需要，它们一般是属性检索、空间检索、拓朴检索、组合检索以及其它检索。
4．输入、输出方式及界面设计。
5．安全性设计：操作权限分级，用户分级口令的设置病毒防治。
6．实施的计划方案：把任务分解，落实到人，提出进度要求，数据加密和考核标准，给出经费预算。数据备份等。
系统设计的主要成果是总体设计说明书及详细设计说明书。
三、系统的实施
此阶段是把系统设计的成果付诸实施，实现能够使用的实际系统。它的主要工作如图8-2-1所示：
图8-2-1 系统实施框图
(系统实施的具体工作内容)
1．硬、软件配置及准备
根据系统设计，配置、安置，调试相应的硬件设备及所须基础及其它软件，是系统实施的物质基础。必须注意，系统设计时拟定的硬件方案往往落后于硬件的发展，此时不应拘泥于原方案，应在同等的价格基础上，灵活选用性能指标优越的硬件。
2．人员培训
人员培训包括技术、管理、使用培训，人员培训工作其内容按系统实际进展而分阶段展开。一般首先是数字化工作的培训→使用→管理顺序。这些工作应当密切配合和服务于系统实施进行。
3．数据采集和数据库建立
数据采集实际上是整个系统中工作量最大的一项工作。
①数字化应严格按照系统设计中的数字化方案进行，这个数字化方案必须是严格设计而又经实际考核了的；
②数据的分类分级及编码也应有严格遵守系统设计中规定，未经考虑的类别及情况应依据系统化、规范化的原则慎重研究所统一补充；
③数字化以质量为主，经验表明：不能把速度放在第一位，要好中求快，熟练后速度自然能够提高。
4．模块程序的编制、调试与运行
对这一步要求是尽量的标准化和通用，并具有相应的容错性和坚固性。
①为此，采用演示和讨论，统一设计思想、规格。
②调试运行采用二套数据，一套是模拟数据，另一套是实际数据。
③所编程序按照统一格式编写程序说明，内容为：
名称
功能
使用算法
方法概要
硬件要求
使用语言
使用的外部数据
源程序语句数
设计人
使用说明
5．系统测试
在系统实施其它部分完成以后，系统实施最后阶段进行系统测试。这个测试与模块程序调试中的测试是不一样的，它除了要测试各模块实际性能外，主要测试模块间的联系及综合起来的功能。因此测试数据要有系统性、全面性。除了要有一套模拟数据外，还要一套实际业务中数据。此外：
①要订测试计划，提供测试标准；
②要有用户技术负责人、系统设计员、程序设计员，以及运行操作员共同进行；
③测试中的各种问题要迅速组织力量，予以解决，再次进行测试，这个过程一般可能进行多次，直到用户满意为止。
6．系统文档材料的建立：
它是系统实践过程的文字总结，包括用户手册、使用参考手册、系统测试说明、程序设计说明、测试报告等。
7．系统验收：
一般在文档建好和系统测试阶段完成后，各项功能、各项指标均达到设计标准，应召集用户方领导和技术负责人、系统设计员、程序员等，对系统测试各项逐一进行，完成后由用户技术负责人签字验收。这一工作是系统正确实施的必然后果，是水到渠成，应不急于求成。
四、系统的运行和维护
系统验收是系统实施的终结，运行阶段的开始，系统验收完成后，系统的运行是由用户为主来进行的。这时使用者变化了，运行数据完全是使用实际数据，而且数量一般较大，也即运行环境也有变化。系统维护是指在运行过程中，为适应环境和其它因素的各种变化，保证系统正常工作而采取的一切活动。包括系统功能的改进和解决的问题和错误。
一般在系统验收后运行的初期，有一段试运行阶段，这时由于环境突出变化，问题出现比较频繁，维护工作量特别大，应以用户方为主系统设计方为辅，紧密结合进行维护。(系统维护的具体内容)
系统维护有以下的主要内容：
1．纠错。
2．完善和适应性维护：
这是指软件功能扩充，性能提高，以及由于操作系统升能，硬件变换，业务变化，数据形式变化所引起的相应修改及维护。
3．硬件设备的维护。
4．数据更新：
对于地理信息系统是一种耗时长、耗资很大的工作。由于地理世界实体变化多、更新速率高，相应地理信息数据库也必须迅速更新，由于数字化工作量大、效率低、成本高，这一问题随着地理信息系统的尺度（比例尺）越大，矛盾越加突出。存在着瓶颈现象。
比如1：50 000比例尺地形图，国家要求5年更新一次。也即数据库更新每年达1/5。由于地理信息子系统中一般硬件、软件、系统三者价值比为1：10：100，假设一个1：50 000的地理信息系统耗资110万元，那么运行中每年仅数据更新费用将需20万元，这与一般的观念差距将相当大，GIS工程技术人员必须正视这一问题，改进维护阶段资金耗费的观念。
数据更新的耗费及困难，也是目前GIS存在的主要问题。