第9章地理信息系统工程设计与开发
一、简答题
1．请简述GIS设计的方法，以及GIS开发所需经历的各阶段内容。

答：（1）GIS设计的方法
①结构化生命周期法；
②自下向上法；
③快速原型法；
④面向对象的软件开发方法；
⑤“演示和讨论”方法。

（2）GIS开发阶段
①系统分析阶段
系统分析阶段包括工程调研、可行性研究、制定项目计划、需求分析等。

其基本思想是从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据。

它的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出新系统的目标和结构方案。

系统分析是使设计达到合理、优化的重要步骤，其工作深入与否，直接影响到将来新系统的设计质量和实用性，因此必须予以高度重视。

②系统设计阶段
a．总体设计又称为逻辑设计，其任务是根据系统研制的目标来规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，说明它们在整个系统中的作用和相互关系，以及确定系统的软硬件配置，规定系统采用的技术规范，并做出经费预算和时间安排，以保证系统总体目标的实现。

最后撰写系统总体设计方案，作为重要的技术文件提供论证和审批。

总体设计的内容主要包括：用户需求、系统目标、总体结构、系统配置、数据库设计、系统功能、经费和管理。

b．详细设计又称为实际设计，其任务是根据总体设计方案确定的目标和阶段开发计划，紧密结合特定的硬件、基础软件和规范标准，进行子系统和数据库的详细设计，用于具体指导系统的开发。

详细设计的主要内容包括子系统设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计。

③系统实施阶段
系统实施是在系统设计的原则指导下，按照详细设计方案的目标、内容和方法，分阶段、分步骤完成系统开发的过程。

系统实施阶段包括硬件安装调试、程序编制、数据库建立、应用管理系统的开发、测试及试运行、系统验收和鉴定。

④运行维护及评价阶段
系统运行是指系统经过调试和验收以后，交付用户使用。

为了保证系统正常运行，必须要制定并严格遵守操作规则。

系统维护是为了保证系统正常工作而采取的一切措施和实际步骤，例如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态等。

2．请简述GIS详细设计的主要内容。

答：（1）GIS详细设计的概念
详细设计是根据逻辑设计的要求，在具体的通讯和计算环境中，采用具体软件和工具，详细描述各个系统模块，指导程序员完成程序编写、测试和集成。

（2）GIS详细设计的主要内容
①子系统设计
子系统设计以对用户需求的进一步详细调查为依据，分别完成各个子系统的逻辑结构设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计等。

每个子系统设计的内容大体类似于总体设计的内容，但应更加详细和具体，作为各个子系统实施的指导性文件。

②数据库设计
主要内容包括数据源的分析与选择，数据库分类与分层的确定，数据获取方案的规定，数据编码设计，实体属性表与属性关系的设计，属性数据类型的建立，数据质量标准的规定，地理定位控制的确定及其他有关问题的规定等。

③功能模块设计
详细描述各功能模块的内容，实现的技术和算法，输入输出的数据项和格式等。

④用户界面设计
用户界面是人机对话的工具，它与功能模块一一对应，做到各模块之间界面的形式一致，相同功能要用相同的图标显示。

界面可以分为若干层，便于逐层调用。

根据功能模块的不同，可以分别采用菜单式、命令式或表格式的界面。

3．请简述GIS软件系统通常应具备哪些主要功能？
答：为了完成地理信息系统的核心任务，需要采用不同的功能。

尽管目前市面上出现各种各样具有不同优缺点的GIS软件系统，而且它们在实现这些功能所采用的技术也是不一样的，但是大多数GIS软件系统都提供了如下功能：
（1）数据存储和管理功能
数据组织和管理质量，直接影响GIS操作的有效性。

在地理数据的生产中，当前主要是4D产品，即数字线划数据（Digital Line Graph，DLG）、数字栅格数据（Digital Raster
Graph，DRG）、数字高程模型（Digital Elevation Model，DOM）、数字正射影像（Digital Ortho Map，DOM）都应该可以在地理数据库中存储和管理。

（2）数据变换功能
GIS软件应该提供对某个区域的空间数据和属性数据综合分析利用的能力。

通过提供矢量、栅格、DEM等空间运算和指标量测，达到对空间数据的综合利用的目的。

通过基于栅格数据的算术运算、逻辑运算、聚类运算等，提供栅格分析；通过图形的叠加分析、缓冲区分析、统计分析、路径分析、资源分配分析、地形分析等，提供矢量分析。

（3）数据输出功能
通过数据处理和分析，GIS软件应该需要可以在终端显示结果，可以通过打印机或绘图仪输出，输出方式可以有专题地图、图形影像、文字表格等。

（4）用户接口功能
该功能用于接收用户的指令和程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。

用户界面（或人机界面）是地理信息系统应用的重要组成部分，它通过菜单技术、用户询问语言的设置，还可采用人工智能的自然语言处理技术与图形界面等技术，提供多窗口和光标或鼠标选择菜单等控制功能，为用户发出操作指令提供方便。

4．请简述结构化分析和设计基本思想。

答：结构化分析和设计模式的主要设计思想是强调对现有的各个组成部分，包括硬件、软件和数据库，认真深入地评价其满足系统功能的程度，保证所设计系统的实用可靠，以及有效地处理数据等要求。

该模式采用了管理信息系统和软件工程的一些设计理论，包括：（1）目的与任务
每个系统都要对目的和任务作详细的说明，指出该系统的目的，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，以及总体评价所采用的方法。

目的和任务的说明要非常详细，以便用户进行评价，而且这种说明代表着用户和系统设计人员对话的开始，并且在系统设计的过程中还要继续进行这种对话。

（2）概念的定义
介绍系统的各个主要组成部分，分别按照输入、输出、主要过程和数据库来说明系统的基本结构，包括主要模块、系统开发的主要资源、主要的限制条件等。

（3）功能的要求
具体说明系统要做什么，对每一种功能要求都要说明，包括功能的技术特征、功能的目的、具体的标准和满足的条件等。

包括：
①输入来源；
②格式、数据量、用户；
③功能需要的处理步骤；
④功能成功实现所需要的条件；
⑤功能生成的数据。

除了规定要完成的功能外，还要说明该系统期望的性能和特征，质量控制措施，以及该系统与其他部分的接口等。

显然，在系统开发的过程中，要求可能发生变化，因此要制定专门的计划进行处理。

（4）性能测定
在系统设计过程中，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、软件模块、数据库的质量控制等。

测试根据所说明的功能要求和规定的标准进行，测试应考虑以下各种条件：
①系统的正常操作条件；
②重点测试，包括最坏情况和极端操作条件；
③逻辑测试，指检查各种可能的逻辑条件；
④线路测试。

硬件、软件和数据库的测试是对系统进行总体评价的最后阶段。

目的、任务和要求的评价与用户有关。

而对系统设计其他方面的评价，则需要其他有关的技能，一个系统的有效性取决于软件的质量，而对软件的评价，则必须由具有软件工程专门知识的专家来进行。

5．请简述用户需求分析的内容。

答：用户需求分析的内容包括：
（1）用户类型和用户需求
①一些典型的测量调查和制图部门，具有明确而固定任务。

②行政或生产管理部门，也包括进行系列专题调查的单位，部分工作任务明确、固定，且有大量业务有待开拓与发展。

③最难满足的用户。

这类用户包括大学中的研究室和研究所等，他们想用地理信息系统作为科学研究工具，或者开发新的地理信息系统技术。

（2）应用范围
地理信息系统类型的选择，很大程度上取决于使用部门的工作性质、工作领域及该领域内的应用范围和应用期限。

只用于短期项目的系统，应具有数据采集和输入、数据分析处理及信息输出迅速的特点和能力，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。

用于长期项目的系统，一般包括大型数据库，就目前的技术条件来讲未必能在任何时候对数据库的任何部分进行访问，也许将来使用新的存储介质和存储方法后能解决这一问题。

在问。