地理信息系統(tǒng) 第八章 地理信息系統(tǒng)工程

第八章地理信息系統(tǒng)工程在實(shí)際應(yīng)用中，地理信息系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)用化的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，這也是地理信息系統(tǒng)的真正價(jià)值所在。一個(gè)完整的GIS應(yīng)用不是原理和技術(shù)方法的堆砌，而是基于系統(tǒng)化思想指導(dǎo)下的工程化建設(shè)過程。國(guó)內(nèi)外的大量實(shí)踐證明，那種認(rèn)為只要具有先進(jìn)的硬件設(shè)備和強(qiáng)大的GIS基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，就可以立即構(gòu)成一個(gè)實(shí)用的GIS系統(tǒng)是十分8．1地理信息系統(tǒng)工程的概念目的和要求，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建設(shè)、評(píng)價(jià)、維護(hù)實(shí)用GIS系統(tǒng)的全部過程和步驟的統(tǒng)稱。GIS工程具有一定的廣泛性。它是系統(tǒng)原理和方法在GIS工程建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)的具體應(yīng)用。它的基本原理是系統(tǒng)工程，即從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，立足于整體，統(tǒng)籌全局，又將系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合有機(jī)地結(jié)合起來，采用定量的或定性與定量相結(jié)合的方法，提供GIS工程的建設(shè)模和實(shí)現(xiàn)上要遵循軟件工程的原理，研究軟件開發(fā)的方法和軟件開發(fā)工具，爭(zhēng)取以較少的代價(jià)獲取用戶滿意的軟件產(chǎn)品，支持GIS工程。GIS工程又具有相對(duì)的針對(duì)性。GIS工程總是面向具體的應(yīng)用而存在，它伴隨著用戶的背景、要求、能力、用途等諸多因素而發(fā)生變化。這一方法說明GIS具有很強(qiáng)的功用性，另一方面則要求從系統(tǒng)的高度抽象出符合一般GIS工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的思路和模式，用以指導(dǎo)各種GIS工程建設(shè)。GIS工程涵蓋范圍很廣，它貫穿工程設(shè)計(jì)、優(yōu)化、建設(shè)、評(píng)價(jià)、考慮的范疇，做到“物盡其用，人盡其能”，以最小的代價(jià)取得最佳GIS工程涉及因素眾多，概括起來可以分為硬件、軟件、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的血液；人則是活躍在GIS工程中的另一個(gè)十分重要是系統(tǒng)的使用者、維護(hù)者。如果人的作用發(fā)揮得好，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，增加系統(tǒng)的效益，為系統(tǒng)增值，反之會(huì)削弱系統(tǒng)應(yīng)有的潛能。如果說硬件、軟件、數(shù)據(jù)表現(xiàn)出某種層次關(guān)系的話，件之上，數(shù)據(jù)賴以軟件而存在，那么，人的作用就是嵌入在整個(gè)GIS工程領(lǐng)域之中。與一般信息系統(tǒng)相比，GIS是以管理具有定位特征的空間數(shù)據(jù)為其主要特征的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其功能強(qiáng)大，種類繁多，數(shù)據(jù)種類多樣，應(yīng)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要表現(xiàn)為：(1)橫跨多學(xué)科的邊緣體系，GIS是由計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、地理學(xué)、地圖制圖學(xué)、人工智能、專家系統(tǒng)、信息學(xué)等組成的邊緣學(xué)科。(2)以空間數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)類型多樣：從內(nèi)涵上說，GIS包含有圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)。從形式上說，包含有文本數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)皆以空間位置數(shù)據(jù)為主要核心，在圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫間相聯(lián)系。(4)以應(yīng)用為主，類型多樣：GIS以應(yīng)用為主要目標(biāo)，針對(duì)不同領(lǐng)域，具有不同GIS，如土地信息系統(tǒng)、資源與環(huán)境信息系統(tǒng)、輔助規(guī)劃系統(tǒng)、地籍信息系統(tǒng)。不同的GIS具有不同的復(fù)雜性、功能和要上述情況決定了GIS工程是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，投資大、時(shí)又存在著自己的特殊性。在一個(gè)具體的GIS開發(fā)建設(shè)過程中，需要領(lǐng)導(dǎo)層、技術(shù)人員、數(shù)據(jù)擁有單位、各用戶單位與開發(fā)單位的相互協(xié)作合作，涉及到項(xiàng)目立項(xiàng)、系統(tǒng)調(diào)查、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)多階段的逐步建設(shè)，需要進(jìn)行資金調(diào)撥、人員配置、開發(fā)環(huán)境策劃、開發(fā)進(jìn)度控制等多方面的組織和管理。如何形成一套科學(xué)高效的方法，發(fā)展一套可行的開發(fā)工具，進(jìn)行GIS的開發(fā)和建設(shè)，是獲得理想GIS產(chǎn)品的關(guān)鍵和保證。8．2地理信息系統(tǒng)的工程建設(shè)本節(jié)在系統(tǒng)工程、軟件工程思想和方法的指導(dǎo)下，介紹了GIS的工程建設(shè)。內(nèi)容包括系統(tǒng)調(diào)查、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施、系統(tǒng)維護(hù)和評(píng)價(jià)、GIS建設(shè)的組織管理等。盡管GIS的種類繁多、而無論何種GIS，其開發(fā)建設(shè)仍可遵循下面介紹的方法進(jìn)行。根據(jù)GIS建設(shè)的時(shí)間序列，可以把建設(shè)過程分為5個(gè)階段：系統(tǒng)調(diào)查、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)維護(hù)和評(píng)價(jià)并最經(jīng)濟(jì)地花費(fèi)人力、物力投資，便于運(yùn)行和維護(hù)。這些文擋作為軟件產(chǎn)品的成果之一，集中體現(xiàn)了GIS開發(fā)建設(shè)人員的大量腦力勞動(dòng)成果，是GIS不可缺少的組成部分。1．現(xiàn)行系統(tǒng)調(diào)查對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)調(diào)查是GIS工程開發(fā)和建設(shè)的第一步，由系統(tǒng)分析員承擔(dān)完成。主要任務(wù)是通過用戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，完成可行性研究工作，確定建立GIS是否合理，是否可行。調(diào)查方法可采用訪問、座談、填表、抽樣、查閱資料、深入現(xiàn)場(chǎng)、與用戶一起工作等各種調(diào)查研究方法，獲得現(xiàn)行狀況的有用資料，解決以下幾個(gè)問題：·根據(jù)用戶的資金和技術(shù)力量分析建立GIS是否可行。(1)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行系統(tǒng)存在的問題通過對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)、組織分工、工作任務(wù)、只能范圍、業(yè)務(wù)運(yùn)作流程、信息處理方式、資料使用情況、工作負(fù)荷、人員配置、設(shè)備裝置、費(fèi)用開支等各方面的調(diào)查研究，指出現(xiàn)行工作狀況在工作效率、費(fèi)用支付、人力使用等方面存在的主要問題和薄弱環(huán)節(jié)，作為(2)初步確定系統(tǒng)的主要目標(biāo)系統(tǒng)目標(biāo)規(guī)定了待建GIS建成后所要求達(dá)到的運(yùn)行指標(biāo)，是進(jìn)行可行性分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)評(píng)價(jià)與維護(hù)的重要依據(jù)，對(duì)GIS生命周期起著重要的作用。通過對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)硬件環(huán)境、GIS發(fā)展水平，投資規(guī)模，建設(shè)周期等因素的分析，初步確定系統(tǒng)的目標(biāo)。系統(tǒng)目標(biāo)決定了將來建成的GIS的位置和水平：1)建立數(shù)據(jù)庫（圖形和屬性數(shù)據(jù)庫），實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、檢索和查詢統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)信息資源的管理和利用；2)不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的有效管理，而且提供較強(qiáng)的空間分析功能，建立相應(yīng)的應(yīng)用模型，提供輔助決策功能，例如，土地3)具有智能推斷的高級(jí)GIS系統(tǒng)。一般來說，系統(tǒng)目標(biāo)不可能在調(diào)查研究階段就提得十分具體和確切，隨著后續(xù)分析和設(shè)計(jì)工作的逐層深入，新建GIS系統(tǒng)目標(biāo)也將逐步具體化和定量化。(3)技術(shù)力量的調(diào)查分析GIS是一個(gè)橫跨多個(gè)學(xué)科組成的一個(gè)邊緣學(xué)科，在GIS建設(shè)的各個(gè)階段，需要各種層次、各種專業(yè)的技術(shù)人員參加，例如系統(tǒng)分析人員、設(shè)計(jì)人員、程序員、操作員、軟硬件維護(hù)人員、組織管理人員等。應(yīng)對(duì)新建GIS的規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)從事這些工作的技術(shù)人員數(shù)量、結(jié)構(gòu)和水平進(jìn)行調(diào)查分析，如果不能投入足夠數(shù)量的上述人員或者投入人員的技術(shù)水平不理想，則可以認(rèn)為GIS建設(shè)在技術(shù)力量上是(4)資金才力的調(diào)查分析GIS工程建設(shè)需要有足夠的資金才力做保證。根據(jù)擬建GIS的規(guī)模，要對(duì)GIS開發(fā)和運(yùn)行維護(hù)過程中所需要的各種費(fèi)用進(jìn)行預(yù)測(cè)估算，包括軟硬件資源、技術(shù)開發(fā)、人員培訓(xùn)、數(shù)據(jù)收集和錄入、系統(tǒng)維護(hù)、材料消耗等各項(xiàng)支出，衡量能否有足夠的資金保證進(jìn)行GIS的(5)數(shù)據(jù)資料的調(diào)查分析數(shù)據(jù)是信息的載體，是系統(tǒng)運(yùn)行的“血液”。GIS涉及的數(shù)據(jù)種類繁多，形式多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往同時(shí)包括圖形數(shù)據(jù)、圖象數(shù)據(jù)、表格數(shù)據(jù)、文字?jǐn)?shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。要對(duì)有關(guān)部門所擁有和能夠提供的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)種類、完備性、準(zhǔn)確性、精確性等方面進(jìn)行深入的調(diào)查統(tǒng)計(jì)與分析，明確數(shù)據(jù)資料是否實(shí)用于GIS的有效管理，是否提供GIS的有效運(yùn)行。尤其對(duì)于作為定位依據(jù)的地形圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，要給予認(rèn)真的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。這一步工作是十分重要的。(6)系統(tǒng)效益調(diào)查分析一般說來，GIS建設(shè)投資大，短期內(nèi)效益不明顯。要對(duì)GIS建成后帶來直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行估計(jì)，并與GIS建設(shè)各階段的投入相比較，看看能夠帶來多少好處?？蓮耐顿Y回收期、效益/費(fèi)用、節(jié)省人力、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)、提高工作效率、提高數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，輔助決策和提供決策依據(jù)等各個(gè)方面進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。(7)運(yùn)行可行性的調(diào)查分析評(píng)價(jià)新建GIS運(yùn)行的可行性及運(yùn)行后引起的各方面的變化（如組織機(jī)構(gòu)、管理方式、工作環(huán)境）對(duì)社會(huì)或人的因素產(chǎn)生的影響。主要包括GIS運(yùn)行后對(duì)現(xiàn)有組織機(jī)構(gòu)的影響，現(xiàn)有人員對(duì)系統(tǒng)的實(shí)用性，對(duì)現(xiàn)有人員培訓(xùn)的可行性，人員補(bǔ)充計(jì)劃的可行性，對(duì)環(huán)境條件的影現(xiàn)行系統(tǒng)調(diào)查研究要求系統(tǒng)分析員與GIS用戶、新涉及的各部門甚至領(lǐng)導(dǎo)之間進(jìn)行充分的交流和溝通，正確分析GIS建設(shè)帶來的利弊，最后由系統(tǒng)分析員提交可行性報(bào)告。2．系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析是GIS開發(fā)的關(guān)鍵工作階段，通過對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的深入分析，獲取現(xiàn)行系統(tǒng)的具體邏輯模型，從功能上確定用戶的需求，定義新建GIS的邏輯功能，解決系統(tǒng)“干什么”，而不顧及“怎么干”的物理實(shí)現(xiàn)，獲取GIS的邏輯模型以反映用戶的需求。系統(tǒng)分析的結(jié)果將產(chǎn)生用戶需求分析報(bào)告，它作為GIS開發(fā)者與用戶溝通的主要橋梁和成果，是對(duì)將建成系統(tǒng)的概略性描述，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和評(píng)價(jià)的依據(jù)。GIS作為一類規(guī)模龐大、復(fù)雜多樣的系統(tǒng)，合理的分析方法對(duì)GIS建設(shè)是非常重要的。以“逐層分解”和“抽象”為思想精髓的結(jié)構(gòu)化分析方法作為GIS建設(shè)中的分析手段是非常有益的，通過把GIS對(duì)象抽象為一個(gè)系統(tǒng)，然后采用自頂向下，逐層分解的手段，使復(fù)雜的GIS系統(tǒng)分解成足夠簡(jiǎn)單，能夠清楚地被理解和表達(dá)的若干子系統(tǒng)和找出各部門間的接口，使GIS系統(tǒng)分析簡(jiǎn)單化、明確化，同時(shí)，結(jié)構(gòu)助于對(duì)GIS表達(dá)。(1)分析現(xiàn)行運(yùn)行過程，獲取現(xiàn)行系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)分析員在對(duì)用戶現(xiàn)行工作流程深入調(diào)查的基礎(chǔ)上，要對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)進(jìn)行深入細(xì)致的分析和研究，明確現(xiàn)行系統(tǒng)的目標(biāo)、規(guī)模、界限、主要功能、組織機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)流程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、對(duì)外聯(lián)系、日常事物處理與主要存在問題，獲取對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的充分認(rèn)識(shí)與理按照現(xiàn)行系統(tǒng)的職能劃分和業(yè)務(wù)范圍，概括抽象出現(xiàn)行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)框圖或業(yè)務(wù)流程圖，通過各業(yè)務(wù)職能的相互關(guān)系和可實(shí)現(xiàn)程度，初步界定出GIS建設(shè)可實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)內(nèi)容和可改進(jìn)的職能。例如，對(duì)于在空間數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上提供空間分析功能的土地管理信息系統(tǒng)，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土地有關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)的查詢、統(tǒng)計(jì)以及進(jìn)行土地資源的單一或多用途評(píng)級(jí)、評(píng)價(jià)，但不可能期望通過該級(jí)別GIS的建設(shè)實(shí)現(xiàn)對(duì)土地利用的自動(dòng)規(guī)劃。按照現(xiàn)行系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的使用、加工和處理過程，獲得現(xiàn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖，對(duì)于以空間數(shù)據(jù)處理為其對(duì)象的部門來說，它的運(yùn)作需要涉及大量的圖形、表格、文擋資料，數(shù)據(jù)流程圖是其具體業(yè)務(wù)過程和作業(yè)過程的反映，代表了數(shù)據(jù)操作的邏輯模型。(2)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)流程圖中出現(xiàn)的所有空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行描述與定義，形成數(shù)據(jù)字典，列出有關(guān)數(shù)據(jù)流條目、文件條目、數(shù)據(jù)項(xiàng)條目、加工條目的名稱、組成、組織方式、去值范圍、數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)形式、存儲(chǔ)長(zhǎng)度等。數(shù)據(jù)流條目：組成、流量、來源、去向；文件條目：文件名、組成、存儲(chǔ)方式、存取頻率；數(shù)據(jù)項(xiàng)條目：數(shù)據(jù)項(xiàng)名、類型、長(zhǎng)度、取值范圍；處理?xiàng)l目：處理名、輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、處理邏輯。(3)導(dǎo)出現(xiàn)行系統(tǒng)的邏輯模型對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)的具體模型進(jìn)行抽象，去掉那些具體的、非本質(zhì)的、在進(jìn)一步深入分析中造成不必要負(fù)擔(dān)的東西，獲取反映系統(tǒng)本質(zhì)的邏輯模型，作為待建GIS邏輯模型的依據(jù)。例如，對(duì)圖8-1(a)所示非本質(zhì)的因素進(jìn)行抽象，可得圖8-1(b)所示的邏輯模型。(4)進(jìn)行用戶需求分析與描述設(shè)計(jì)處——設(shè)計(jì)處——圖8-1邏輯模型在對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)深入分析的基礎(chǔ)上，找出現(xiàn)行系統(tǒng)存在的問題和弊端，對(duì)用戶提出的要求進(jìn)行綜合抽象和提煉，形成對(duì)待建GIS需求的文字描述，包括有功能需求、性能需求、數(shù)據(jù)管理能力需求、可靠性需求、安全保密需求、用戶接口需求、聯(lián)網(wǎng)需求、軟硬件需求、運(yùn)行環(huán)境需求等的文字描述。(4)明確待建GIS的目標(biāo)對(duì)可行性分析中的目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步深化明確，獲得待建GIS更加(5)導(dǎo)出待建GIS的邏輯模型這是系統(tǒng)分析中實(shí)質(zhì)性的一步。將待建系統(tǒng)的邏輯模型與待建GIS的目標(biāo)相比較，找出邏輯上的差別，決定出變化的范圍，明確待建GIS“做什么”；將變化的部分看作新的處理步驟或模塊，對(duì)現(xiàn)有(6)制定設(shè)計(jì)實(shí)施的初步計(jì)劃對(duì)工作任務(wù)進(jìn)行分解，確定各子系統(tǒng)（或模塊）開發(fā)的先后順序，分配工作任務(wù)，落實(shí)到具體的組織和人；對(duì)GIS建設(shè)的時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行安排；對(duì)GIS建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行評(píng)估。系統(tǒng)分析的最后階段由分析員提交用戶需求分析報(bào)告，用戶需求分析報(bào)告一般應(yīng)經(jīng)過用戶主管部門的批準(zhǔn)，在經(jīng)過用戶和開發(fā)者雙方認(rèn)可后，具有合同的作用，是GIS建設(shè)中進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)和3．系統(tǒng)設(shè)計(jì)GIS建設(shè)中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是新建GIS的物理設(shè)計(jì)過程，在需求分析規(guī)定的“干什么”的基礎(chǔ)上解決系統(tǒng)如何干的問題。也即按照對(duì)建設(shè)GIS的邏輯功能要求，考慮具體的應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際條件，進(jìn)行各種具體設(shè)計(jì)，確定GIS建設(shè)的實(shí)施方案。按照GIS規(guī)模的大小，可將設(shè)計(jì)任務(wù)劃分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是總體設(shè)計(jì)，用來確定GIS的總體結(jié)構(gòu)，即GIS各子系統(tǒng)或各模塊的劃分，以及各組成部分（子系統(tǒng)或模塊）之間的相互關(guān)系。第二階段是詳細(xì)設(shè)計(jì)，在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將各組成部分進(jìn)一步細(xì)化，給出各子系統(tǒng)或模塊的足夠詳細(xì)的過GIS工程建設(shè)的設(shè)計(jì)可采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，這是一種面向數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)方法，指用一組標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則和圖表工具(如數(shù)據(jù)流圖，DFD，DataFlowDiagram)確定系統(tǒng)有那些組成部分，用什么方法聯(lián)系在一起，從而構(gòu)成最好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行各種輸入、輸出、處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。總體設(shè)計(jì)的任務(wù)主要有：(1)系統(tǒng)的目的、目標(biāo)及屬性的確定系統(tǒng)的目的是系統(tǒng)建成后應(yīng)達(dá)到的水平標(biāo)志，或稱系統(tǒng)預(yù)期達(dá)到的水平。GIS系統(tǒng)必須提出明確的系統(tǒng)目的，以指導(dǎo)工作的展開。系統(tǒng)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)目的過程中的努力方向，GIS工程中提出的系統(tǒng)目標(biāo)因具體問題而變化，比如：??)??)??)·系統(tǒng)被接納和使用度（或滿意度）估計(jì)系統(tǒng)屬性是指對(duì)目標(biāo)的量度。由于GIS工程建設(shè)的多樣性及不易量測(cè)的特點(diǎn)，衡量GIS工程的屬性通常采用：·系統(tǒng)對(duì)原有工作模式改進(jìn)程度·對(duì)使用者的滿意度調(diào)查在處理實(shí)際問題時(shí)，常常遇到系統(tǒng)目標(biāo)不只一個(gè)，而是多個(gè)，它們共同構(gòu)成目標(biāo)集合。對(duì)目標(biāo)集合的處理，往往把目標(biāo)分解，按子集、分層次畫成樹狀結(jié)構(gòu)，稱其為目標(biāo)樹，如圖8-2。構(gòu)造目標(biāo)樹的原則是：1)目標(biāo)子集按目標(biāo)的性質(zhì)進(jìn)行分類，把同一類目標(biāo)劃分在一個(gè)目2)目標(biāo)分解，直至可量度為止。把目標(biāo)結(jié)構(gòu)畫成樹狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，目標(biāo)集合的構(gòu)成與分類比較的價(jià)值權(quán)衡，也就是說，在確定目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)過程中，能夠明確地表明應(yīng)該和那些層次、那些部門的決策者對(duì)話。(2)進(jìn)行各子系統(tǒng)或模塊的劃分與功能描述按照GIS各功能的聚散程度和耦合程度、用戶職能部門的劃分、處理過程的相似形、數(shù)據(jù)資源的共享程度將GIS劃分為若干子系統(tǒng)或若干功能模塊，構(gòu)成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，并對(duì)各系統(tǒng)或模塊的功能進(jìn)行(3)模塊或子系統(tǒng)間的接口設(shè)計(jì)各子系統(tǒng)或模塊作為整個(gè)GIS的一部分，相互間在功能調(diào)用、信息共享、信息傳遞方面都存在著或多或少的聯(lián)系，故應(yīng)對(duì)其接口方式、權(quán)限設(shè)置進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，一個(gè)城市規(guī)劃與國(guó)土信息系統(tǒng)可劃分為基礎(chǔ)信息、規(guī)劃信息、土地管理、市政管線、房地產(chǎn)管理、建筑設(shè)計(jì)管理等子系統(tǒng)。相互間都要共享有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、市政管權(quán)限等作出嚴(yán)格規(guī)定與設(shè)計(jì)。(4)軟硬件配置設(shè)計(jì)硬件：包括計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)字化儀、繪圖儀、打印機(jī)、其它外部設(shè)備。說明其型號(hào)、數(shù)量、內(nèi)存等性能指標(biāo)，畫出軟件：說明與硬設(shè)備協(xié)調(diào)的系統(tǒng)軟件、開發(fā)平臺(tái)軟件等。(5)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、功能兩方面的設(shè)計(jì)。例如，在城市規(guī)劃與國(guó)土信息系統(tǒng)中，基礎(chǔ)信息、規(guī)劃管理、土地管理、市政管線、房地產(chǎn)管理、建筑設(shè)計(jì)管理等子系統(tǒng)間存在著數(shù)據(jù)共享和功能調(diào)用關(guān)系，由于各自針對(duì)不同的部門使用，就要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相互間及其與總系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)，城市規(guī)劃與國(guó)土信息系統(tǒng)也可能與城市經(jīng)濟(jì)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。(6)輸入輸出與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求對(duì)新建GIS輸入、輸出的種類、形式要求等，以及對(duì)數(shù)據(jù)庫的用途、組織方式、數(shù)據(jù)共享、文件種類作一般說明，詳細(xì)內(nèi)容在詳細(xì)設(shè)計(jì)中考慮。(7)開發(fā)策略規(guī)定包括經(jīng)費(fèi)管理、條件保證、運(yùn)行管理、計(jì)劃實(shí)施、實(shí)施方案說明、組織協(xié)調(diào)等的規(guī)定。(8)成本與收益分析成本是指開發(fā)和（或）運(yùn)行GIS系統(tǒng)所支付的資金，而收益是指由于新系統(tǒng)的投入而增加的收入或減少的成本。開發(fā)系統(tǒng)是一種投資，這意味著當(dāng)前需向某一項(xiàng)目支付資金，希望將來某個(gè)時(shí)候能夠獲得收益。在開發(fā)周期的每一個(gè)階段都需要投資，而期望的收益來至減少成本或增加收入。如果期望的收入小于成本，那么這個(gè)系統(tǒng)可能不值得繼續(xù)做下去。詳細(xì)設(shè)計(jì)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化，主要內(nèi)容有：(1)模塊設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)是對(duì)總體設(shè)計(jì)中已劃分的子系統(tǒng)或各大模塊的進(jìn)一步深入細(xì)化設(shè)計(jì)。按照內(nèi)聚度和耦合度、功能完整性、可修改性進(jìn)一步劃分模塊，形成進(jìn)一步功能獨(dú)立、規(guī)模適當(dāng)?shù)哪K，要求各模塊高內(nèi)聚低耦合（即塊內(nèi)緊，塊間松），對(duì)各模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出各模塊結(jié)構(gòu)組成圖，詳細(xì)描述各模塊的內(nèi)容和功能。(2)代碼設(shè)計(jì)GIS數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型多樣，為減少數(shù)據(jù)冗余度，方便對(duì)數(shù)據(jù)的分類、統(tǒng)計(jì)、檢索和分析處理，提高處理速度，便于管理，節(jié)約存儲(chǔ)，需要對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)元素或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如用地分類、公共建設(shè)設(shè)施性質(zhì)、管道類型、管道名稱等）進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)、形成編碼文件，必要時(shí)還應(yīng)建設(shè)代碼字典，記載代碼與數(shù)據(jù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。GIS中所設(shè)計(jì)的代碼應(yīng)具有唯一性、標(biāo)準(zhǔn)性和通用性、可擴(kuò)充性和穩(wěn)定性、易修改性、易識(shí)別和記憶等特點(diǎn)。(3)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫并不適合對(duì)GIS中大量的空間數(shù)據(jù)的有效管理。GIS中一般應(yīng)包含兩個(gè)數(shù)據(jù)庫：空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。一般說來，GIS的開發(fā)平臺(tái)已經(jīng)提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或從現(xiàn)有的系統(tǒng)中選購。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)要完成數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)大型的GIS，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，要求數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)者對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和GIS應(yīng)用系統(tǒng)有相當(dāng)深入的了解，空間數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)要對(duì)數(shù)據(jù)分層、要素屬性定義、空間索引或檢索等作明確的設(shè)計(jì)。(4)數(shù)據(jù)獲取方案設(shè)計(jì)數(shù)字化作為GIS數(shù)據(jù)采集的重要方式，是GIS獲取有關(guān)圖形圖件信息的重要手段。數(shù)字化方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：內(nèi)容選取與分層、數(shù)字化中要素關(guān)系的處理原則與策略、相應(yīng)專題內(nèi)容的數(shù)字化方案、數(shù)字化作業(yè)步驟、數(shù)字化質(zhì)量保證等。(5)界面設(shè)計(jì)GIS作為一種可視產(chǎn)品，一個(gè)人機(jī)界面友好，簡(jiǎn)單易學(xué)、靈活方便的界面是GIS建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容。GIS數(shù)據(jù)信息的提供顯示更多地與圖形符號(hào)化緊密相聯(lián)，要多圖面布局形式、圖面布局內(nèi)容、色調(diào)搭配、菜單形式、菜單布局、對(duì)話作業(yè)方式說明。(6)輸入輸出設(shè)計(jì)在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)輸入輸出的內(nèi)容、種類、格式、所用設(shè)備、介質(zhì)、精度、承擔(dān)者作出明確的規(guī)定。(7)程序模塊設(shè)計(jì)對(duì)模塊設(shè)計(jì)中的各模塊進(jìn)行逐個(gè)模塊的程序描述，主要包括算法和程序流程、輸入輸出項(xiàng)、與外部的接口等。(8)安全性能設(shè)計(jì)用來避免由于存在的各種危險(xiǎn)而造成的事故，確保GIS系統(tǒng)使用安全，運(yùn)行可靠。按照待建GIS的狀況和用戶對(duì)象，進(jìn)行如下某些內(nèi)容的設(shè)計(jì)：對(duì)用戶分級(jí)，設(shè)置相應(yīng)的操作權(quán)限；對(duì)數(shù)據(jù)分類，設(shè)置不同的訪問權(quán)限；口令檢查，建立運(yùn)行日志文件，跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行；數(shù)據(jù)加密；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、備分與恢復(fù)；計(jì)算機(jī)病毒的防治。(9)實(shí)施方案設(shè)計(jì)對(duì)工作任務(wù)分解，指明每項(xiàng)任務(wù)的要求和負(fù)責(zé)人，對(duì)各項(xiàng)工作給出進(jìn)度要求，作出各項(xiàng)實(shí)施費(fèi)用的估算及總預(yù)算。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要成果是系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書，包括總體設(shè)計(jì)說明書和4．系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)施開發(fā)與實(shí)施是GIS建設(shè)付諸實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐階段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段完成的GIS物理模型的建立，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案加以具體實(shí)施。在這一過程中，需要投入大量的人力物力，占用較長(zhǎng)的時(shí)間，因此必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書的要求組織工作，安排計(jì)劃，培訓(xùn)人員，開發(fā)和實(shí)施的內(nèi)容及流程見圖8-3。圖8-3GIS開發(fā)與實(shí)施的內(nèi)容及流程(1)程序編制與調(diào)試程序編制與調(diào)試的主要任務(wù)是將詳細(xì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的每一模塊用某種程序設(shè)計(jì)語言予以實(shí)現(xiàn)，并檢驗(yàn)程序的正確性。為了保證程序編制與調(diào)試及后續(xù)工作的順利進(jìn)行，軟硬件人員首先應(yīng)進(jìn)行GIS系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試工作。一般情況下，程序的編制與調(diào)試在GIS提供的環(huán)序規(guī)范化措施，最后完成程序的編制、調(diào)試、測(cè)試。程序編制可以采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，使每一程序都具有較強(qiáng)的可讀性和可修改性。當(dāng)然也可以采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法。每一個(gè)程序都應(yīng)有詳細(xì)的程序說明書，包括程序流程圖、源程序、調(diào)試記錄以及要求的數(shù)據(jù)輸入格式和產(chǎn)生的輸出形式。(2)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫建立GIS過程中需要投入大量的人力進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、整理和錄入工作。GIS規(guī)模大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣，數(shù)據(jù)的收集與準(zhǔn)備是一項(xiàng)既繁瑣，勞動(dòng)量又巨大的任務(wù)，要求數(shù)據(jù)庫模式確定后就應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入，對(duì)數(shù)據(jù)的輸入應(yīng)按數(shù)字化作業(yè)方案的要求嚴(yán)格進(jìn)行，輸入人員應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)程度的培訓(xùn)工作。(3)人員的技術(shù)培訓(xùn)GIS的建設(shè)需要很多人員參加工作，包括系統(tǒng)開發(fā)人員、用戶和領(lǐng)導(dǎo)階層，為了保證GIS的調(diào)試和用戶盡快掌握，應(yīng)提前對(duì)有關(guān)開發(fā)人員、用戶、操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，掌握GIS的概貌和使用方法。對(duì)于一般人員和領(lǐng)導(dǎo)，也應(yīng)給予一定的宣傳和教育，使其對(duì)新建GIS系統(tǒng)有所了解，關(guān)心和支持GIS的實(shí)施工作。(4)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試是指對(duì)新建GIS系統(tǒng)進(jìn)行從上到下全面的測(cè)試和檢驗(yàn)，看它是否符合系統(tǒng)需求分析所規(guī)定的功能要求，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的錯(cuò)誤，保證GIS的可靠性。一般說來，應(yīng)當(dāng)由系統(tǒng)分析員提供測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，制定測(cè)試計(jì)劃，確定測(cè)試方法，然后和用戶、系統(tǒng)設(shè)計(jì)員、程序設(shè)計(jì)員共同對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的數(shù)據(jù)可以是模擬的，也可以是來自用戶的實(shí)際業(yè)務(wù)，經(jīng)過新建GIS的處理，檢驗(yàn)輸出的數(shù)據(jù)是否符合預(yù)期的結(jié)果，能否滿足用戶的實(shí)際需求，對(duì)不足之處加以改進(jìn)，直到滿足用戶要求為止。測(cè)試方法可采用如下流程實(shí)施：設(shè)計(jì)一組測(cè)試用例→用各個(gè)測(cè)試用例的輸入數(shù)據(jù)實(shí)際運(yùn)行被測(cè)程序→檢測(cè)實(shí)際輸出結(jié)果與預(yù)期的輸出結(jié)果是否一致。這里供測(cè)試用的數(shù)據(jù)具有非常重要的作用，為了測(cè)試不同的功能，測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)滿足多方面的要求；含有一定的錯(cuò)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系應(yīng)符合程序要求。GIS的開發(fā)與實(shí)施階段將產(chǎn)生一系列的系統(tǒng)文擋資料，一般包括用戶手冊(cè)、使用手冊(cè)、系統(tǒng)測(cè)試說明書、程序設(shè)計(jì)說明書、測(cè)試報(bào)告5．系統(tǒng)的維護(hù)與評(píng)價(jià)GIS測(cè)試完畢，即可進(jìn)入正式運(yùn)行階段，提供用戶使用。在這一階段，系統(tǒng)工作人員要對(duì)投入運(yùn)行后的GIS進(jìn)行必要的調(diào)整和修改。系統(tǒng)維護(hù)是指在GIS整個(gè)運(yùn)行過程中，為適應(yīng)環(huán)境和其它因素的各種變化，保證系統(tǒng)正常工作而采取的一切活動(dòng)，包括系統(tǒng)功能的改進(jìn)和解決在系統(tǒng)運(yùn)行期間發(fā)生的一切問題和錯(cuò)誤。GIS規(guī)模大，功能復(fù)雜，對(duì)GIS進(jìn)行維護(hù)是GIS工程建設(shè)中一個(gè)非常重要的內(nèi)容，也是一項(xiàng)耗時(shí)，花費(fèi)成本高的工作，要在技術(shù)上、人力安排上和投資上給予足夠的重視。(1)系統(tǒng)的維護(hù)GIS的維護(hù)主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容。1)糾錯(cuò)糾錯(cuò)性維護(hù)在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)進(jìn)行的。往往是對(duì)在開發(fā)期間未能發(fā)現(xiàn)的遺留錯(cuò)誤的糾正。任何一個(gè)大型的GIS系統(tǒng)在交付使用后，都可能發(fā)現(xiàn)潛藏的錯(cuò)誤。2)數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)是GIS運(yùn)行的血液，必須保證GIS中數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性，進(jìn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)更新，包括地形圖、各類專題圖、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。由于空間數(shù)據(jù)在GIS中具有龐大的數(shù)據(jù)量，這里研究如何利用航空和多種遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新具有重要的意義，例如可借助航空影象實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖的更新。3)完善和適應(yīng)性維護(hù)軟件功能擴(kuò)充、性能提高、用戶業(yè)務(wù)變化、硬件更新、操作系統(tǒng)升級(jí)、數(shù)據(jù)形式變換引起的對(duì)系統(tǒng)的修改維護(hù)。4)硬件設(shè)備的維護(hù)包括機(jī)器設(shè)備的日常管理和維護(hù)工作。例如，一旦機(jī)器發(fā)生故對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行更新。為了避免系統(tǒng)維護(hù)過程中帶來的副作用（對(duì)其它過程或子系統(tǒng)的影響加強(qiáng)維護(hù)過程中的管理工作是非常重要的，要求按如下步驟嚴(yán)格執(zhí)行：提出修改需求→領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)→分配維護(hù)任務(wù)→驗(yàn)收工作結(jié)(2)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)是指對(duì)GIS的性能進(jìn)行估計(jì)、檢查、測(cè)試、分析和評(píng)審。包括用實(shí)際指標(biāo)與計(jì)劃指標(biāo)進(jìn)行比較，以及評(píng)價(jià)系統(tǒng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的程度。在GIS運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行。系統(tǒng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、性能指標(biāo)個(gè)管理指標(biāo)各個(gè)方面，最后應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果形成系統(tǒng)評(píng)價(jià)報(bào)告。