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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。

§8.1 地理信息系统的开发方法

     地理信息系统开发概述：地理信息系统具有很强的功能，具有很多方面的应用，它的开发是一个大型的系统工程，它的实践也是不断地应用实践——提高——再实践——再提高的螺旋式迂迥上升过程。一般讲来，它的开发过程分4个大的阶段，各阶段中间又有各种小的过程（见图8-1-1）。

图8－1－1 地理信息系统研制过程

    总体上看，地理信息系统目前尚没有从自己学科总结和完善出来的开发方法，而基本上引入和借鉴了管理信息系统和软件工程的生命周期法、原型法、自底向上法及面向对象法，现分别予以介绍，并且也介绍近年来对开发方法新的研究“演示和讨论方法”。不管采用哪种方法开发抖应该按照软件工程学的要求来进行，因此在下面的方法介绍中，将不再重复软件工程的思想，而是把重点放在每种方法的具体特点上。

1、结构化生命周期法：这儿所谓“结构化”就是有组织、有计划和有规律的一种安排。而结构化系统分析方法就是利用系统工程分析和有关概念，采用自上而下划分模块，逐步求精的基本方法。这一方法最大缺点是用户对即将建立的新系统没有直观的预见性。(结构化生命周期法的具体内容)

结构化生命周期法

    1．在开发整个阶段，树立系统的总体观点。首先从总体出发，考虑全局的问题，在保证总体方案正确的情况，接口问题解决的条件下，按照自上而下，一层一层地研制。

    2．开发全过程是一个连续有序、循环往复不断提高的过程。每一循环就是一个生命周期。要严格划分工作阶段，保证阶段任务完成，只有前一阶段完成之后，才能开始下一阶段工作。

    3．用结构化的方法构筑地理信息系统逻辑模型和物理模型。

    4．充分预料可能发生的变化。

    5．树立面向用户的观念。

    6．采用直观的工具刻划系统。

    7．每一阶段工作成果要成文。

    上述观念可以用图来表示，其图结构就像瀑布，故也称之为“瀑布法”。

图8-1-2 结构化生命周期法（瀑布模型）

    这样每个阶段都有明确的标准化图表和文字说明组成的文档，便于全过程各阶段的管理和控制。

    这一开发方法理论上是严密的，但是由于假定：1.开发开始前，系统分析员做到系统的全部要求和需要全部分析清楚并为用户和开发人员所理解；2.全开发过程中，系统要求是不变、固定的；3.用户完全理解所有技术文件，因而也完全清楚，自己的要求被贯彻程度。这三个假定，在实践中或多或少会产生偏离，因而在实践中，不能达到理想结果。

2、由底而上法：它是从现行的业务现状出发，先实现一个具体的初级功能，然后由低到高，增加计划，控制、决策等功能，实现总目标。这样各项目独立进行，很少考虑相互配合，出现“只见树木，不见森林”的现象。此方法缺乏系统性，缺点很大，只能进行个别的独立应用，应避免用此方法进行地理信息系统的开发。

3、快速原型方法：所谓“原型”是一个系统的工作模型，此模型强调系统的某些特定方面。此方法主要特点是：开发人只在初步了解用户需求基础上构造一个应用模型系统，即原型。用户和开发人员在此基础上共同反复探讨和完善原型，直到用户满意。此方法自始至终，强调用户直接参加，不断进行评价原型，提出要求。因此可以尽早获得更完整、更确切的需求和设计。但是这一方法必须要有“原型”。

4、面向对象的软件开发方法：这一方法是随着“面向对象的程序设计(OOP)”而发展起来的。面向对象建模技术采用对象模型、动态模型和功能模型来描述一个系统。(面向对象的软件开发方法介绍)

面向对象的软件开发方法

    对象模型描述的是系统的对象结构，它用含有对象类的对象图（一种实体——关系（E-R）模型的扩充）来表示；动态模型描述与时间和操作有关的系统属性，它用状态图来表示。而功能模型则描述与值的变化有关的系统属性，其描述工具是数据流程图（DFD）。

    用这种方法进行系统分析与设计所建立的系统模型在后期用面向对象的开发工具实现时，能够很自然地进行转换。

    然而客观世界对象十分繁杂，地理信息系统本身的理论目前又很不完善，在系统分析阶段用这种方法对整个系统的包容对象进行抽象是很困难的，也很难全面满足软件系统的需要，其实用性受到影响。但是应当肯定，采用面向对象理论和工具抽象地理信息是一个有前途的方向。尤其目前从面向对象的方法中发展起来的组件（COM）技术，分布式组件(DCOM)技术是非常有希望的技术方法。

 5、“演示和讨论”方法:DADM是英文Demonstration And Discussion Method的缩写，中文释义“演示讨论法”。它要求在软件开发过程的各个阶段，在所有相关人员之间进行有效的沟通与交流。这种交流是建立在直观演示的基础上的，演示内容主要包括直观的图表工具和输入、输出界面等。(DADM方法的特点)

“演示和讨论”方法

    DADM方法论具有如下几个特点：

    1．强调采用演示和讨论方式进行广泛、有效的沟通与交流。

    2．具有较好的可预见性。
    因为开发人员在最终正式编码之前，要根据改进方案制作典型输入、输出界面，并给用户演示，共同讨论使用习惯，修改需求。用户参与了新系统的设计。

    3．实施过程是启发式的。
    在实施的过程中的“启发”是“互动”的，这样，可以有效避免系统在功能、易用性等方面的重大缺陷。

    4．实施具有可操作性。
    DADM方法论是按阶段进行的，只是系统需求报告不是生硬地让用户签字承认后才确定的，而是在启发式地有效沟通、交流的基础上，由用户、开发人员、管理专家及电脑技术专家等相关人员共同确定的。

    5．具有一定的开放性。
    （1）对于代码的实现方式没有限定：不管用生成器生成系统代码，还是用手工编码，都可以采用DADM方法。
    （2）对于具体编程工具没有完全限定
    （3）对于演示的具体内容也没有限制。

    6．有利于在整个开发过程中进行全面质量管理。
    全面质量管理（TQM）强调在软件开发的全过程中进行质量控制，而获取高质量的需求分析报告则是提高GIS应用软件质量的首要环节。

    DADM方法论可以有效地获得用户的需求，并对原系统进行有效地改进，也可以科学地确定系统设计方案。即使在编程阶段，通过有效的沟通与交流，也可以在各个开发人员之间建立共同遵守的约定或规范，避免各自为政，这样可以有效保证GIS应用软件的质量。

小结：

    上述多种开发方法，实际上都是在开发各种系统和软件使用过的，都有其相应优点和缺点。开发是一周期较长，内容广泛，情况复杂的大型系统过程。因此，根据实际情况，扬长避短，灵活使用最适合的方法是一个跟本原则。

    显然，上述各种方法都不是一成不变的，其中“演示和讨论”方法，实际上还不能算一种独立的开发方法，只是一种沟通和交流的方式，各方法都能用。因此，目前建议采用方法是：

    1．树立以系统结构化开发的总观念

    2．尽量采用最接近用户要求的现有自主产权GIS系统作为原型系统，可视性好、功能强的各种类型的电子地图集系统也可作为一个普通的可选的原型;或者采用选择其它的原型，采用组件技术进行扩充;

    3．当没有原型系统时，采用结构化生命周期结构制原型;

    4．采用快速原型方法进行实际工作，运用“演示和讨论”的可视化工作方式，尽量采用组件技术进行扩充。

    以上方法总括而言就是：树立结构化分析思想，充分运用“演示和讨论”方式，尽量采用组件技术进行扩充，按照快速原型方法工作。