第五篇 地理信息系统工程

1. 第五篇 地理信息系统工程 武汉大学资源与环境科学学院地图科学与地理信息工程系

2. 第五篇 地理信息工程 1,地理信息系统 2, 基础地理信息系统设计与实现 3, 数据建库与系统测试评价 4, 基础地理信息共享与服务 5, 导航电子地图制作

3. §1.1 GIS基本概念 1.1.1 GIS的定义 地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存贮、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。

4. 1.1.2 GIS的构成 1．硬件系统 包括5部分：（1）计算机主机；（2）数据输入设备；（3）数据存储设备；（4）数据输出设备；（5）网络设备：布线系统、网桥、路由器和交换机。 2．软件系统 包括3部分：（1）系统软件：操作系统；（2）GIS软件；（3）数据库软件Oracle、SQL Server、DB2等。 3．地理数据 可将地理数据抽象为点、线、面三类元素，数据表达可以采用矢量和栅格两种组织形式，称为矢量数据结构和栅格数据结构。 4．系统开发、管理与应用人员

5. 1.1.3 GIS的分类 教科书将地理信息系统按其内容分为三大类： （1）专题地理信息系统：有限目标和专业特点地理信息系统； （2）区域地理信息系统：以区域综合研究和全面信息服务为目标； （3）地理信息系统工具：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。 国家标准化管理委员会全国地理信息标准化技术委员会（SAC/TC230）在《地理信息标准体系框架》中将地理信息系统分为：基础地理信息系统、专业应用的地理信息系统和专项应用的地理信息系统。

6. §1.2 GIS的主要功能 1.2.1 数据采集与输入 1.2.2 数据编辑与更新 1.2.3 数据存储与管理 1.2.4 空间查询与分析 1.2.5 数据显示与输出

7. 第2章 基础地理信息系统功能与组成 §2.1 概念 §2.2 基础地理信息系统功能 §2.3 系统建设总体要求与工作流程 §2.4 基础地理数据的内容与特点 §2.5 基础地理数据的采集 §2.6 基础地理数据更新 §2.7 基础地理信息系统标准

8. §2.1 概念 2.1.1 基础地理信息系统概念 基础地理信息系统（Fundamental Geographical Information System，FGIS）是以基础地理数据为管理对象，实现对基础地理数据的采集、录入、处理、存储、查询、分析、显示、输出、更新、共享的信息系统，它具有完善的基础地理数据管理体系和数据服务体系。 2.1.2 建设目标 （1）建立基础地理数据库； （2）建立信息网络基础设施； （3）输出符合标准或符合用户要求的各种数据； （4）实现面向政府、企事业、公众的网上基础地理数据服务； （5）为专题信息系统提供标准化、多比例尺基础地理平台； （6）实现基础地理信息的动态或实时更新。

9. 2.1.3 与NSDI的关系 基础地理信息系统是国家空间数据基础设施（NSDI）的核心部分。NSDI是国家信息基础设施的重要部分。以基础地理数据和网络为主体的技术相结合，可构建空间数据基础设施（SDI）。（SDI）包括四个部分： （1）空间数据框架集，空间定位控制数据、地形框架数据、土地利用覆盖数据、地籍测绘数据、航测与遥感影像数据等。 （2）空间数据协调、管理与分发体系和机构，从事空间数据获取、加工、维护、更新和分发。 （3）空间数据交换标准，包括有关信息共享机制的法规和政策，以及地理信息技术标准。 （4）空间数据交换网站，是指地理空间数据的生产者、管理者和用户相连接的一个广域的网络工作站，是SDI建设的中枢。

10. §2.2 基础地理信息系统功能 1．数据采集与加工 包括对基础空间数据进行输入、编辑，面向DLG数据、DOM数据、DEM数据及相关的元数据。建立科学、合理的要素分类和编码标准，是数据采集、组织、转换输出的依据。 2．数据检查与入库 提供对基础地理数据进行质量检查的功能，包括位置精度检查工具、接边检查工具、拓扑检查、要素完备性检查、属性检查、空间与属性一致性检查等。 3．数据更新与维护 主要功能包括区域数据更新、与原有数据实现无缝拼接、矢量数据以及属性数据的拼接、多版本操作功能、历史库管理。

11. §2.2 基础地理信息系统功能 4．数据查询与浏览 浏览空间数据、分层显示空间数据、属性查询、空间查询、元数据查询、选取实体、通过属性查询实体、通过空间关系查询实体、统计几何属性、统计分类数据、定制专题地图。 5．数据输出与转换 （1）数据输出：屏幕显示、制图输出、属性及统计报表输出 （2）数据转换：能对基础地理数据库中的数据进行格式转换 6．数据发布与共享 基础地理数据共享发布平台应当具备用户管理、数据目录查询、元数据管理、数据查询与浏览、数据下载等基本功能。 7．元数据管理 应具备元数据输入、编辑，元数据查询、检索功能，元数据合并与导入以及为网上发布提供元数据功能。

12. §2.3 系统建设总体要求与工作流程 2.3.1 建设原则 基础地理信息系统建设过程中应遵循以下基本原则： （1）实用性原则。系统建设应在技术指标、标准体系、产品模式、数据库模式等方面面向基础地理信息应用。 （2）先进性原则。应充分利用当前先进、实用的技术手段，采用成熟的设计方案、技术标准、硬件平台和软件环境，实现对多尺度、多数据源、多时相基础地理信息数据的管理，保障系统稳定、可靠地运行。 （3）开放性原则。系统中的数据、硬件、软件应具有开放性。系统应采用通用的地理信息数据交换格式和标准化的系统通讯协议，支持基础地理信息数据与其他专题数据的集成、交换和共享。

13. 2.3.1 建设原则 （4）标准化原则。在数据库建设中，数据生产及数据库设计、建立、管理与维护等应符合规范化要求。 （5）安全性原则。在数据库设计、建立、系统运行、管理与维护等方面中应有严格的安全与保密措施，确保整个数据库系统安全、正常和有效地运行和使用。 （6）现势性原则。数据库的建设应采用最新的基础地理信息数据，并应建立维护更新机制，保证基础地理信息的现势性。对更新后产生的历史数据应进行有效的管理。 （7）网络化原则。数据库的建设应基于网络环境和集中与分布相结合的数据管理模式，采用客户/服务器、浏览器/服务器结构，实现数据库的管理维护和网络信息发布。。

14. 2.3.2 技术要求 （1）空间参考系。数据库系统应采用统一的、符合国家规定的平面坐标和高程系统。 （2）时间参考。日期应采用公历纪元，时间应采用北京时间。 （3）数据内容。数据库的数据应针对相应行政或自然区域的范围，内容包含地理空间定位基础数据、多种比例尺的数字矢量地图数据和数字栅格地图数据、多分辨率的数字正射影像数据和数字高程模型数据、地名数据，以及相应的元数据和其他专题数据 （4）数据格式。数据库系统应支持有关的基础地理信息数据产品标准所规定的数据格式。 （5）数据质量要求。数据质量应包括完整性、逻辑一致性、位置精度、属性精度、现势性等方面内容。对于数据源、数据加工过程、数据内容取舍和数据更新维护过程等涉及数据质量的相关内容应有记录文档。

15. 2.3.2 技术要求 （6）位置精度要求。入库数据、数据库的数据及由数据库产生的数据产品位置精度，应满足产品标准规定的精度要求 （7）属性精度要求。要素的属性项及其名称、类型、长度、顺序、属性值等应完整正确。 （8）现势性要求。按需求分析定期或及时对数据进行更新，保持数据现势性。更新可按要素或区域进行。元数据含时间标识。 （9）数据入库与处理、数据的质量及其控制等应符合规定 （10）安全与保密。数据库系统应具有可靠的安全与保密性。应根据有关法规与标准的要求进行数据库系统的安全与保密设计，并建立严格的安全运行与保密管理制度。 （11）系统基本功能要求：为满足用户需求和数据库管理的需要，系统应具有数据输入、输出、存贮、处理、查询、更新、输出和应用服务等基本功能。

16. 2.3.3 工作流程 基础地理信息系统建设包括数据库系统设计、数据建库、系统开发与集成、系统测试验收、用户培训以及运行维护等阶段。在确定数据库建设总体目标的基础上，应根据用户调查、需求分析和可行性分析，结合基础地理数据采集与更新情况，进行系统的总体设计和详细设计；根据设计要求建立集成化软硬件环境，进行数据库模式设计，开发系统功能模块，将各种数据在经过入库检查和数据处理后加载到数据库中，并进行数据集成和功能集成；对不同类型的用户，分别进行系统细致的培训；经系统测试、数据库验收后，开始数据库的运行、服务和维护、更新。

17. §2.4 基础地理数据的内容与特点 2.4.1 基础地理数据的内容 基础地理数据是描述地表形态及其所附属的自然以及人文特征和属性的总称。 按照国家标准《基础地理信息标准数据基本规定》（GB 21139—2007），基础地理信息数据反映和描述地球表面测量控制点、水系数据、居民点及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名、数字正射影像、地籍、地名等有关自然和社会要素的位置、形态和属性信息。 它是统一的空间定位框架和空间分析的基础。 《基础地理信息标准数据基本规定》已作为强制性国家标准经国家质量监督总局和国家标准化管理委员会批准发布，并于2008年3月1日起实施。 该标准从数学基础、数据内容、生产过程、数据认定四个方面对标准的基础地理信息数据进行了界定。

18. 2.4.2 基础地理数据分类 1. 按数据模型和结构 从数据模型和数据结构可分两大类：矢量数据和栅格数据。 矢量结构是利用几何学中的点、线、面及其组合来表示地理实体空间分布。能最好的逼近地理实体的空间分布特征，数据精度高、数据冗余度低。 栅格结构是简单、直观的空间数据结构，又称为网格结构（raster或grid）或像元结构（pixel），是将地球表面划分为大小均匀、紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个像元或像素，由行、列号定义，并含一个代码，表示该像素的属性类型或量值 基础地理数据根据要素分为12类：测量控制点、水系、居民点及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被与土质、地名、数字正射影像、地籍测量和其它。其中除数字正射影像图外，一般为矢量数据结构。

19. 2.4.2 基础地理数据分类 2. 按数据表达形式 按照数据的表达形式分为数字线划图（DLG）、数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）和数字栅格图（DRG） 基础地理数据产品的主要形式为DLG数据、DOM数据、DEM数据和DRG数据，通常称为“4D”产品 3. 按其他分类方式 按照数据的载体及表现形式可分为电子数据和非电子数据；按照比例尺可分为大、中、小比例尺数据。需要说明的是国家和城市相关技术文件中对比例尺的界定是不同的。根据数据采集、加工、处理所采用的技术手段分为野外采集数据、航测数据、卫星数据、GPS数据等；根据数据采集的时间，即按照时态分为历史数据和现势数据；按照要素发布的组成分为全要素数据和多要素数据，或者分为全要素、核心要素和公开版数据（集）。

20. 基础地理数据“4D”产品模式

21. 2.4.3 基础地理数据的特点 （1）基础性。基础地理数据是其他统计信息和专题信息的空间载体，是其他各类信息系统建设的空间定位框架，是国家经济和社会信息化的基础，它具有通用性强、使用面宽的特点。 （2）权威性。基础地理数据在数据体系、标准体系、数据结构、产品模式和信息安全等方面都具有高度的统一性、完整性和精确性，因此它对用户具有权威性。 （3）现势性与动态性。基础地理数据是按一定数学法则，遵循一定综合规律而形成的地球表面的真实缩影，它具有时空关系的确定性和客观性。基础地理数据的现势性直接制约其使用价值和使用范围。现实世界每时每刻都在发生着变化，基础地理数据只有实现动态更新才能维护其良好的现势性。

22. 2.4.3 基础地理数据的特点 （4）抽象性。矢量格式的基础地理数据以点、线、面等较为抽象的几何元素表达丰富多彩的现实世界。 （5）多尺度性。基础地理数据往往包含多比例尺、多分辨率的数据，以便从宏观到微观表达现实世界。 （6）多样性。基础地理数据格式和表达形式具有多样性。 （7）复杂性。一个基础地理对象可以由一个点或很多个多边形组成，并分布在基础地理空间中。通常不可能用一个关系表达，以定长组存储这类对象的集合。基础地理数据库操作（例如，相交、合并）比标准的关系数据库操作要复杂得多，同时，数据结构也比较复杂。

23. 2.4.3 基础地理数据的特点 2.5.1 基础地理数据采集方法 （1）全野外数据采集。采用全站仪、实时动态GPS等技术在现场逐点采集要素特征点的X、Y、Z坐标，经室内编辑成图，特点是成图精度高、质量好，但成本高。适用于面积较小区域的数据采集；其中，RTK技术能够快速地获取地面点的三维信息，受环境影响较小、机动灵活、实时快速，可以进行直接或辅助地面数据的采集。有关技术介绍见第二篇。 （2）航空摄影测量和航天遥感。利用全数字摄影测量系统和遥感数字图像处理系统采集DLG、DEM、DOM等数据，是大范围数据采集和更新的主要手段。 （3）原图数字化技术。包括数字化板跟踪和屏幕矢量化。其中，屏幕矢量化应用较多，利用原有的纸质图扫描后数字化，一般用于现势性较好的地形图的数字化。

24. 基础地理数据采集流程

25. 2.5.2 基础地理数据库 1. 基础地理数据库的组成 （1）控制测量成果库 是控制测量成果及其管理软件的集合。控制测量数据包括点名、点号、等级、类别、各种系统的坐标、点之记等。控制测量成果是其他测绘工作的基础，是其他基础地理数据包括遥感影像进行校准、纠正、叠加和进行空间分析等重要数据。 （2）数字线划图数据库 利用计算机存储的各种数字地形数据及其数据管理软件的集合。线划图数据库含有政区、居民地、交通与管网、水系及附属设施、地貌、地名、测量控制点等。从线划图数据库可制作地形图产品，可制作水系、交通、政区、地名等单要素或几种要素组合的地图产品。

26. 1. 基础地理数据库的组成 （3）数字正射影像图数据库 数字正射影像图数据库是数字正射影像图数据及其管理软件的集合。数字正射影像图生产周期较短，信息丰富、直观，具有可判读性和可测量性，可直接应用于国民经济各行业，可作为背景从中提取自然地理和社会经济信息，可用于评价其他测绘数据的精度、现势性和完整性。数字正射影像图数据库可结合数字地形数据库中的部分信息各种形式的正射影像图 （4）数字高程模型数据库 数字高程模型是定义在X、Y域离散点（规则或不规则）的以高程表达地面起伏形态的数据集合。数字高程模型数据库是计算机存储的数字高程模型数据及其管理软件的集合。高程模型数据库可用于地貌形态分析、透视图、断面图制作、土石方计算、表面积统计、通视条件分析、洪水淹没区分析等

27. 1. 基础地理数据库的组成 （5）数字栅格图数据库 数字栅格图数据库是数字栅格地图及其管理软件的集合。数字栅格地图是现有纸质地形图经计算机处理的栅格数据文件。纸质地形图扫描后经几何纠正，进行内容更新和数据压缩处理。 （6）地名数据库 地名数据库是计算机存储的各种地名信息数据及数据管理软件的集合。地名数据库包括各级政区、居民地、交通地名信息和各类自然地理地名信息。地名数据库包括：标准名称、汉语拼音、行政驻地名、行政区代码、图号、地名点位坐标等 （7）元数据库 元数据库是描述数据库/子库和库中各数字产品的元数据构成的数据库。元数据库包括系统各数据库及与数字产品有关的基本信息、数据志信息、空间数据表示信息、参照系统信息

28. 基础地理数据库的组成

29. 2. 基础地理数据库建设的方式 我国基础地理数据从采集、加工到建库，是按照行政级别采取分工协作的方式进行的。

30. 基础地理信息系统数据库纵向层次框图

31. §2.6 基础地理数据更新 2.6.1 数据更新步骤 基础地理数据更新是一项长期、艰巨的工作，也是个复杂的系统工程，既有组织与管理问题，也涉及技术问题。 基础地理数据更新主要涉及确定更新策略、变化信息获取、变化数据采集、现势数据生产、现势数据提供等5个步骤

32. 1．确定更新策略 首先需要确定数据更新的目标、任务，包括更新范围（重点建设区域等）、更新内容（道路、居民地等）、更新周期（定期全面更新、动态实时更新）、更新工程组织与实施方案。 （1）更新周期。可采用定期全面更新和动态实时更新2种模式：①定期全面更新。在一定的周期内完成某个区域的更新。优先保证规划建设的热点地区和重要项目对基础地理数据的需求。②动态实时更新。通过竣工测量，对变化了的区域进行实时或及时的测绘。竣工测量需要通过行政管理措施才能发挥较好的作用，需要制定科学合理的竣工项目管理办法并切实贯彻执行。 （2）更新内容。一般地，基础地理数据的更新按全要素进行，也可根据需要和周期选择一种或几种要素进行更新，如道路、居民地、水系等，并按不同的取舍标准执行。

33. 1．确定更新策略 （3）更新精度。基础地理数据的更新精度不宜低于原数据的精度，通过数据更新提高现势性，同时提高数据的精度和标准。 （4）更新范围。基础地理数据通常按图幅更新，这种方式便于数据的生产和管理，是目前数据更新的主要方式。但也可按街区更新，一般是将更新的区域按街巷和道路分片，这种方式可以避免分幅而破坏要素的自然连接关系，有利于基础地理数据库的数据组织与建库。但这种方式会给包括元数据在内的数据组织与管理带来一定的困难。 （5）组建专门的更新队伍。要做到实时更新，一种行之有效的办法是组建专门的更新队伍，按片包干，对变化的地区及时更新测量。

34. 2．变化信息获取 当前人们用来获取变化信息的方法主要有以下3种： （1）专业队伍进行现势调查，发现变化； （2）将卫星遥感影像与现有数据比较，发现变化； （3）根据其他渠道获得变化信息，如有关专业单位、社会力量、新闻途径等。

35. 3．变化数据采集 （1）人工数据采集，包括对标绘图进行数字化、野外勘测数字作业、GPS采集等。 （2）交互式数据采集，包括摄影测量、遥感图像处理等。 （3）自动数据采集，卫星遥感影像识别与处理等。 在基础地理要素建库过程中，数据的采集一般采用数字摄影测量成图和全野外数据采集。使用卫星遥感资料进行数据采集也正逐渐成为一种基础地理数据更新的重要手段。两种技术方案：一是基于SPOT （2.5m、5m或10m）、TM （30m）影像的更新方案，主要用于1：5万～1：10万基础数据的更新；二是基于IKONOS （1m）、、QuickBird （0.61m）影像的更新方案，主要用1：1万或比例尺更大基础地理数据的更新。

36. 4．现势数据生产 这是一个多源、多尺度数据集的融合过程．即将新采集的变化数据与原有数据库中未变化的数据融合，从而形成新的集成的现势数据库。原始数据可能会有新增、消失、改变等变化类型，相应的处理包括： （1）插入。将新增的地物信息添加到数据库中。 （2）删除。将已消失地物的信息从数据库中删除。 （3）匹配并替换。根据相似性准则，将空间形态、位置变化的地物与原始数据进行匹配，确定替换对象，再用新的数据替换已变化的内容。 （4）历史信息的保存与管理。被删除、替换的数据需要保存，以便历史数据的恢复、查询与分析。

37. 5．现势数据提供 提供给用户的现势数据可以是批量替代的方式。但由于用户在购买数据后会在其中附加许多自己独有的属性及语义，需要予以保留，所以有时只需要提供变化部分和相应的元数据，供用户与其独有属性联结。原则上应该能让用户得到任一时期的快照，让用户尽量少地进行集成与拓扑重建工作，允许用户保留与特有属性的链接。与此相关的另一个问题是更新信息分发服务的政策与价格。

38. 2.6.2 数据库更新 由于基础地理数据采集加工的生产管理与技术发展等因素的制约，数据采集加工通常是以图幅为单位进行的。 基于要素的数据更新在实际应用中尚需时日。而且基础地理数据的初始建库也是基于图幅的，因此，基于图幅的数据更新策略是与数据采集相一致的。其更新流程如图5-2-6所示。如果入库以图幅为单元，更新时仍只对涉及的图幅进行小范围的改动。这种方式的优点是文件的修改量小，缺点是每次入库必须切割接边。如果图库的存储以街区为单元，更新时要逐层对数据进行连接，一般居民地等面状图元需要保持其完整性，而道路、河流等跨街区的线状图元，则在该层单独更新，这样涉及的数据量可能相对大些，但数据的完整性较好。

39. 图5-2-6 数据更新系统流程图

40. 1．数据库更新方法 数据更新一般是指根据现势性最强的资料，对照已有的数据，将局部范围内变化了的主要地形要素进行修改（增、删、改）。为了保证数据的一致性和可靠性，在进行更新作业时，往往会出现许多作业人员对同一个数据文件内的不同（矢量）要素进行更新操作的情况。因此，要求GIS软件应具有多用户、历史事件记录、长事务处理等功能。 更新机制中涉及3个数据库：成果（现势）库、历史库和临时（中间）库。成果库存储最新的反映现状的数据；历史库只存储历次发生变化时被更新下来的历史数据。 数据库的更新包含两方面的内容，其一是对成果数据库及信息服务数据库的更新，其二是对历史数据库的更新。

41. 2．数据更新的一致性 是指不同数据库更新的一致性，包括：基础地形数据库与地名数据库之间的一致性，基础地形数据与DOM、DEM之间的一致性，基础地形数据与专题信息数据一致性等。 多源数据的一致性的解决方案一般是针对不同的数据来源以及数据源之间的关系开发出相应的数据提取或数据转换模块，保证不同空间数据库在数据更新时保持连动性以及数据的一致性。 增加从多比例尺地形数据上直接提取地名数据的功能，实现在基础地形数据入库的同时相应的地名数据提取入库，从而保证了地名库和基础地形数据更新的一致性。 提供从基础地形数据库提取专题信息功能。当基础地形数据库更新到一定程度时，可调用专题信息提取功能，重新生成现势专题信息，从而保证专题信息和基础地形库数据一致性

42. §2.7 基础地理信息系统标准 完善的技术体系是建设规范系统的重要保证。 基础地理信息系统技术体系包括标准、数据获取、生产、管理、应用和质量控制等内容。 在基础地理数据生产与基础地理信息系统建设和应用中都应遵循一系列技术标准。基础地理信息系统标准为数据生产、数据库建立、产品开发、系统建设和应用等提供规范化的依据，是工程得以标准化实施的保证。

43. 基础地理信息系统技术体系

44. §2.7 基础地理信息系统标准 2.7.1 基础标准 基础标准是基础地理信息数据生产、建库和系统建设与应用中其他标准的基础，是被普遍使用的具有广泛指导意义和约束意义的标准。主要包括：空间参考系、分幅与编号、图式、要素分类编码、数据字典、元数据、数据交换格式等系列标准。 2.7.2 产品标准 产品标准是基础地理信息数字产品必须达到的技术要求，主要包括DEM、DRG、DOM和DLG等基本类型。产品标准规定产品的分类、标记、技术指标与要求、产品包装、检测与评价、分发格式等内容。

45. §2.7 基础地理信息系统标准 2.7.3 技术标准 数据生产技术标准是对数字产品为达到产品标准要求而对生产技术方法、工艺流程、技术指标与要求、检查等做出的相应技术规定。同时也包括基础地理信息系统建设与应用服务的基本技术规定。 2.7.4 管理标准 管理标准是在基础地理数据生产、建库和系统建设中需要统一协调的技术管理、质量监督等方面的标准，包括产品检测与评价、数据库设计与建库、数据库和管理系统运行管理与维护等方面的技术规定等。

46. 第3章 地理信息工程技术 §3.1 需求调查与分析 §3.2 系统设计 §3.3 数据库设计 §3.4 详细设计

47. 地理信息工程实施的主要步骤 • 需求分析与可行性分析 • 工程实施方案与总体设计 • 开发与测试 • 试运行与调试 • 系统维护和评价

48. §3.1 需求调查与分析 3.1.1 系统目标获取及分析 （1）进行用户类型分析。进行系统目标和任务分析首先应确定系统的用户类型，在此基础上才可进一步开展分析确定用户需求。 （2）对现行系统进行调查分析。通过对现行系统组织机构、工作任务、日常工作流程、信息来源及处理方式、资料使用状况、人员配置、设备装置和费用开支等的调查研究，指出现行工作状况在工作效率、费用支付、人力配置等存在主要问题和薄弱环节 （3）明确系统服务对象。服务对象不同，系统目标不相同 （4）用户研究领域现状调查。根据用户研究的方向、深度以及用户希望系统解决哪些实际应用问题可以确定系统设计的目的、应用范围和应用深度，为以后总体设计中的系统功能设计和应用模型设计提供科学、合理的依据。

49. 3.1.2 系统功能获取及分析 系统的功能和性能是在明确系统目标的基础上，对系统目标和任务在具体实现上进行设计和细分。常用的方法有如下三种： （1）结构化分析方法。结构化分析方法采用自顶向下、逐层分解的系统分析方法来定义GIS系统的需求。在此基础上，可以做出系统的规格说明，并由此建立系统的一个自顶向下任务分析模型。结构化分析方法的要点是将系统开发的全过程划分为若干阶段，而后分别确定它们的任务，同时把系统的逻辑和物理模型，即系统“做什么”和“怎么做”分开，以保证其在各阶段任务明确、实施有效。结构化分析方法是一种使用相对广泛、也较为成熟和完善的系统分析方法。

50. 3.1.2 系统功能获取及分析 （2）面向对象分析方法。是通过自底向上提取对象并进行对象的组合来实现系统功能和性能分析。它提取的对象包括系统的实体、实体属性和实体关联以及系统的方法、函数和它们之间的关联等。根据各实体和各函数方法的关联度分析，逐步向上进行功能和实体的综合，最后得到系统的功能模块和性能要求。 （3）快速原型化分析方法。是在系统分析员和系统用户之间交流的一种工具方法，用来明确用户对系统功能和性能的要求。基于系统需求不确定性因素，快速原型化分析方法在系统功能和性能分析领域的应用相对广泛。快速原型化分析方法的主要思想是借助原型来辅助软件需求的定义。在开发初期，开发人员根据自己对用户需求的理解，利用开发工具快速构造出原型软件，用户及开发人员通过对原型软件的试运行、评价、修正和改进，逐步明确软件的功能及性能需求，作为软件开发阶段的基础。