第二章 应用型GIS系统分析

第二章应用型GIS系统分析基本思想：从系统观点出发，通过对事物进行分析和综合，找出各种可行性方案，为系统设计提供依据。任务：对系统用户进行调查研究，对选定的对象进行需求分析和可行性分析，在明确系统目标基础上开展对新系统的深入调查研究和分析，最后提出新系统的结构方案。主要内容1.需求分析2.可行性分析1.需求分析需求分析是在对用户进行调查的基础上进行的，是应用型GIS设计的基础，是通过与系统潜在用户进行书面或口头交流，将收集的信息根据系统软件设计的要求归纳整理后得到对系统概略的描述和可行性分析的论证文件。需求分析的过程实际上是一个继承与发展的过程。继承：学习和认识的过程；发展：对现有数据和机构组织理解的基础上用新的观点和GIS的技术来更有效的完成同样的日常工作。需求分析的内容1.1现状调查1.2表和清单1.3数据流程图1.4数据字典1.1现状调查调查各级、各用户对应用型GIS的总体功能要求及对各子系统的具体要求，然后由此确定系统的基本服务对象和内容，划定系统边界，建立系统的概念模型，选择合适的软硬件配置。现状调查采用的方式：参观；GIS专题报告;面谈；问卷；索取有关的资料并加以学习和理解；电话访谈。现状调查包括的方面A.用户情况调查B.系统目的和任务调查C.数据源调查和评价D.软硬件调查1.1.1用户情况调查a)用户类型b)用户范围及其应用期限c)用户研究领域d)用户数量调查e)用户基础状况f)组织机构用户类型具有明确而固定任务的用户：测量调查和制图部门；部分工作任务明确、固定，且有大量业务有待开拓与发展，因而需要建立GIS的用户：以行政或生产管理部门为主，也包括进行系列专题调查单位以及进行特殊项目调查和研究工作单位；用户的工作任务不确定：高等院校和科研院所。目前国内GIS领域主要涉及的部门或行业、人员大致分为三类：基层生产管理部门，用于对资源与环境信息和社会经济统计信息的存储管理和规划决策；地学研究人员，用于对资源与环境信息进行系统综合分析和模拟实验，以发现自然规律，特别是空间规律；GIS科研和教学部门，用于GIS理论和方法研究以及教学实践活动。用户范围及其应用期限用户范围：应用期限：短期项目：具有数据采集、输入、分析处理以及信息输出的特点和能力，但不要求包括大型而复杂的数据库管理与维护方面的功能；长期项目：包括大型数据库、软硬件更新等问题。用户研究领域了解用户的研究领域状况，用户研究的方向和深度，用户希望GIS解决的实际应用问题，以确定系统设计的目的、应用范围和应用深度，为以后总体设计中系统的功能设计和应用模型设计提供科学、合理的依据。用户数量调查调查有哪些人要使用该应用型GIS，使用该应用型GIS的人员、部门有多少，以便确定系统的开发规模。用户基础状况分析用户的人力状况，包括用户的知识结构、科学水平、对GIS了解和掌握程度等，以确定系统的开发环境和采用的开发工具。组织机构通过对现行系统组织机构调查，包括现行机构的组织结构、有关部门、各组织的职责以及执行的任务等，指出现行机构存在的不足和缺陷，作为待建GIS的突破口。1.1.2系统目的和任务调查系统目的和任务是在深入的用户调查基础上，根据用户的要求和特点而确定。应用型GIS系统的目的是指解决具体问题的描述，确定了应用型GIS的研究应用范围和性质。思考：公安GIS、交通GIS。1.1.3数据源调查和评价主要内容：能获得哪些数据；这些数据可划分为几个类型；数据之间有何联系；哪些是基础数据，哪些是可以由基础数据生成的合成数据和综合数据。数据源数据是GIS的核心；数据的状况对系统目标的影响很大；数据源的内容：地图数据；影像数据；DEM数据；摄影测量数据；实地数据；文本统计数据；数据的分类字符型数据：定性数据的表现形式，定量数据的概括和归纳名义型数据：无量的概念，客观表达对象的某些性质，而不包含相对重要性或相对幅度；（矿体和煤层的编号、岩石和矿物名称、岩石与矿物的颜色等）有序型数据：有程度上的差别，而无比例关系。（水体混浊度、地下水质量级别、矿床和矿体的规模与级别等）数值型数据：定量数据的表现形式，定性数据的转换形式间隔型数据：彼此间不仅有大小和程度之别，而且其差异是相等的，并且没有自然零值；（地温、气温、水温等）比例型数据：具有绝对零值的间隔型数据。（矿体、煤层的厚度，地球化学勘查数据等）日期型数据：以三段式字符型描述和存储的数据。（年/月/日、时/分/秒、度/分/秒等）图形型数据：观测时直接以图形形式记录下来的数据。（模拟地震及模拟测井数据、历年地质矿产勘查报告所附的各种图件等）数据评价数据的一般状况评价数据的空间特性评价数据的属性特性评价数据一般状况评价数据的目前状态；数据是否是一种标准形式；数据是否可以直接被GIS使用；数据的原始性；数据的可替代性；数据与其他数据的一致性；数据共享性。数据空间特征的评价空间特征的表达方式；（城市、地形数据）空间特征的连续性和闭合性；表示规则的比较；空间数据地理控制信息的比较；空间地理数据的系列性；（边沿匹配）分类方法的比较和评价；（道路）地理参考系统的一致性。数据属性特征的评价属性的存在性；属性数据与空间位置的匹配；属性数据的编码系统；属性数据的现势性。1.1.4软硬件调查软件调查包括现在各种在用的软件有哪些，分属于哪些部门，目前设置的缺陷，网络功能如何，共享性如何。硬件调查包括现行各种在用的硬件有哪些，分属于哪些部门，目前设置的缺陷，网络功能如何，共享性如何。用户情况调查所得的各种信息首先要进行信息的组织和分析，然后将组织和分析的结果以某种方式表达出来，常用的表达方式有表、清单、数据流程图、数据字典。1.2表和清单用户情况调查表；现有机构的组织结构图及部门功能清单；现有机构人员组织清单；现有数据及来源清单；现有数据及功能参照表；现有软硬件资源表。1.3数据流程图（DFD）（重点考）数据流程图的基本组成数据流程图的画法数据流程图的基本组成外部实体外部实体处理过程D1数据存储数据流数据流外部实体外部实体是指系统以外和系统有联系的人或事物，说明了数据的外部来源和去处，属于系统的外部和系统界面。外部实体是支持系统数据输入或输出的实体，支持系统数据输入的实体称为源点，支持系统输出的实体成为终点。外部实体在数据流程图中用正方形框表示，框中写上外部实体的名称。为了区分不同的外部实体，可以在正方形的左上角用一个字符表示，同一外部实体可在一张数据流程图中出现多次，这是在该外部实体符号的右下角画上小斜线表示重复。顾客a处理过程处理指对数据逻辑处理，也就是数据变换，用来改变数据值。处理过程用带圆角的长方形表示，长方形分三个部分：标识部分功能描述部分功能执行部分数据流数据流是指处理功能的输入与输出。用来表示一中间数据流值，但不能用来改变数据值。数据流是模拟系统数据在系统中传递过程的工具。用水平箭头表或垂直箭头表示，箭头指出数据的流动方向，箭线旁注明数据流名称。数据存储数据存储表示数据保存的地方，用来存储数据。数据存储本身不产生任何操作，仅仅响应存储和访问数据的要求。用右边开口的长方条表示。在长方条内写上数据存储的名字，为了区别和引用方便，左端加一小格，再标上一个标识，用字母D和数字组成。D1数据存储数据流程图的画法画数据流程图的基本原则画数据流程图的基本步骤画数据流程图的注意事项画数据流程图的基本原则所有图形符号必须是前面所述的四种基本元素；主图必须含有前面所述的四种基本元素，缺一不可；数据流必须封闭在外部实体之间，外部实体可以是一个，也可以是多个；处理过程至少有一个输入数据流和一个输出数据流；任一数据流子图必须与其父图上的一个处理过程对应，两者的输入数据流和输出数据流必须一致，即所谓“平衡”；每个元素都必须有名字。画数据流程图的基本步骤把一个系统看成一个整体功能，明确信息的输入和输出；找到系统的外部实体；找出外部实体的输入数据流和输出数据流；在图的边上画出系统的外部实体；从外部实体的输入流出发，按照系统的逻辑需要，逐步画出一系列逻辑处理过程，直至找到外部实体处理所需的输出流，形成数据流的封闭；将系统内部数据处理又分别看作整体功能，其内部又有信息的处理、传递、存储过程；如此一级一级剖析，直至所有处理步骤都很具体。下面以高等学校学籍管理系统为例说明流程图的方法。学籍管理是一项十分复杂的工作。它要记录学生从入学到学生离校整个在校期间的情况，学生毕业时把学生的情况提供给用人单位。学校还要向上级主管部门报告学生学籍变动情况。首先，把整个系统看成一个功能。它的输入是新生入学时，从省、市招生办公室转来的新生名单和档案，输出是学生离校时给用人单位的毕业档案和定期给主管部门的统计报表。“学籍表”中记载学生的基本情况，如学籍变动情况，各学期各门课程的学习成绩、在校期间的奖惩记录等。学籍管理包括学生异动管理、成绩管理、学生奖惩管理三部分。画数据流程图的注意事项关于层次的划分检查数据流程图提供数据流程图的易理解性数据守恒，为输入数据与输出数据匹配；父图中某一处理框的输入、输出数据流必须出现在相应的子图中；在一套数据流程图中的任何一个数据存储，必定有流入的数据流和流出的数据流；任何一个数据流至少有一端是处理框。简化处理间的关系；均匀分解；适当命名。1.4数据字典数据字典内容数据字典的功能和用途数据字典内容数据元素：数据元素名、别名、数据类型、长度、取值；数据结构：数据结构名、说明、结构；数据流：数据流名、说明、数据流来源、数据流去处、数据流组成、平均流量、高峰期流量；数据存储：数据存储名、说明、编号、流入的数据流、流出的数据流、组成、数据量、存取方式；处理过程：处理过程名、编号、简要说明、输入、输出、处理；外部实体：名称、说明、输入输出数据流、数量。数据字典的功能和用途功能：①给管理者和用户提供关于可利用数据的线索；②为系统分析人员提供数据是否存在的信息；③为编程工作提供数据格式及数据位置。用途：系统分析阶段，定义数据流程图中各个成分的属性与含义；设计阶段，提供一套工具以维护对系统设计说明的控制；实现阶段，提供元数据描述的生成能力；调试阶段，辅助产生测试数据，提供数据检查的能力；运行和维护阶段，帮助数据库的重组织和重新构造；使用阶段，可作为“用户手册”。2.可行性分析理论分析技术水平经费预算财力状况社会效益支持程度进度预算2.1理论分析一是GIS系统提供的数据结构、数据模型与应用所涉及到的专业数据的特征和结构的适宜性分析。一般来讲，凡是具有空间特征的信息均可用GIS技术处理和分析，但是通用的工具型GIS仅仅提供一种或两种数据结构（矢量结构和栅格数据）和常用的几种空间分析方法，往往不能满足用户对于解决具体应用问题的需求。二是分析方法和应用模型与GIS技术结合的可能性分析。依据各专业的理论，研究解决对于应用问题和新的空间分析方法和应用模型，也是从理论上分析GIS在特定领域内应用的可能性和可行性的内容之一。2.2技术水平计算机系统功能和寿命的限制GIS系统功能的实现在很大程度上受到计算机系统功能和寿命的限制，目前工作站是GIS的主流机。同时计算机硬件的寿命从某种程度上讲也限制了GIS功能的开发。技术方法GIS系统是一个空间信息系统，开发GIS系统时应选择先进的开发技术和方法，应注意研究信息系统中新技术和新方法的发展，尽量吸收一些新技术和方法。技术力量在GIS的设计和开发过程中，人是决定性因素。一个优秀的GIS开发和设计机构的人员组成是：高水平的学科专业人员+GIS专家+计算机开发技术人员+系统工程管理人员。2.3经费估算在GIS的设计过程中，所需的经费包括：资料、数据地图等的收集、输入、处理的经费；软硬件购置与维护经费；系统运行管理费，包括工作人员工资等；消耗品费用。经费是制约系统目标的主要因素之一。在投入方面，国