【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 S的目的、任務(wù)和今后的研究方向進(jìn)行，使通用的GIS軟件工具系統(tǒng)具有適應(yīng)性強(qiáng)、易掌握、便于推廣和應(yīng)用開(kāi)發(fā)、漢化等特點(diǎn)。 結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法是軟件發(fā)展早期形成的，設(shè)計(jì)工作側(cè)重于軟件結(jié)構(gòu)本身，力圖通過(guò)以下三種準(zhǔn)則，清晰地描述軟件系統(tǒng)，并用于程序編制，其過(guò)程形式是：①分清任務(wù)的執(zhí)行順序；②明確任務(wù)執(zhí)行條件和分支，即“如果……則……否則”結(jié)構(gòu)；③重復(fù)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)直到定義的條件滿足為止。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中最重要也是最流行的方法是自頂向下逐步精化的順序設(shè)計(jì)方法也稱HIPO(Hierarchy Plus Input Processing Output)法。它將系統(tǒng)描述分為若干層次，最高層次描述系統(tǒng)的總功能，其他層次則一層比一層更加精細(xì)、更加具體地描述系統(tǒng)的功能，直到分解為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)句。HIPO圖可分為3個(gè)基本層次：①直觀目錄：用盡可能扼要的方式，說(shuō)明問(wèn)題的所有功能和主要聯(lián)系，是解釋系統(tǒng)的索引；②概要圖：簡(jiǎn)要地表示主要功能的輸人、輸出和分析處理內(nèi)容，用符號(hào)和文字表示每個(gè)功能中處理活動(dòng)之間的關(guān)系；③詳細(xì)圖：詳細(xì)地用接近編制程序的結(jié)構(gòu)描述每個(gè)功能，使用必要的圖表和文字說(shuō)明，再向下則可進(jìn)入程序框圖。 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是軟件結(jié)構(gòu)描述比較清晰，便于掌握系統(tǒng)全貌，也可逐步細(xì)化為程序語(yǔ)句，是十分有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，其基本思想是將軟件系統(tǒng)所面對(duì)的問(wèn)題，按其自然屬性進(jìn)行分割，按人們通常的思維方式進(jìn)行描述，建立每個(gè)對(duì)象的模型和聯(lián)系，設(shè)計(jì)盡可能直接、自然地表現(xiàn)問(wèn)題求解的軟件，整個(gè)軟件系統(tǒng)只由對(duì)象組成，對(duì)象間聯(lián)系通過(guò)信息進(jìn)行。用類和繼承描述對(duì)象，并建立求解模型，描述軟件系統(tǒng)。對(duì)象是事物的抽象單位，具有內(nèi)部狀態(tài)、性質(zhì)、知識(shí)和處理能力，通過(guò)消息傳遞與其它對(duì)象相聯(lián)系，是構(gòu)成系統(tǒng)的元素。信息是請(qǐng)求對(duì)象執(zhí)行某一處理或回答某些信息的指令流，用以統(tǒng)一數(shù)據(jù)層和控制層為不同層次，這種層次結(jié)構(gòu)具有繼承性。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，更接近于面向問(wèn)題而不是對(duì)程序的描述，軟件設(shè)計(jì)帶有智能化的性質(zhì)，更便于程序設(shè)計(jì)人員與應(yīng)用人員的交流，尤其是在地理信息系統(tǒng)的智能化和專家系統(tǒng)技術(shù)不斷提高的形勢(shì)下，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是更有效的途徑。 原型化的設(shè)計(jì)方法原型化設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是不需要一開(kāi)始即清晰地描述一切，而是在明確任務(wù)后，在軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中逐步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定義和改造，直至系統(tǒng)完成。這種方法盡管帶有一定的盲目性，但對(duì)于非專業(yè)人員和小規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)更為實(shí)用，而且有些探索性的系統(tǒng)，并不可能一開(kāi)始就取得完整的認(rèn)識(shí)，許多專門化的系統(tǒng)，也不一定需要十分復(fù)雜的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法，一開(kāi)始就針對(duì)具體目標(biāo)開(kāi)始工作，一邊工作一邊完成系統(tǒng)的定義，并通過(guò)一定的總結(jié)和調(diào)整補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，是一種動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)技術(shù)。原型化設(shè)計(jì)方法的步驟是：①識(shí)別基本要求，做出基本設(shè)想；②開(kāi)發(fā)工作模型，提出宏觀控制模型；③程序編制和模型修正：通過(guò)軟件編制，不斷發(fā)現(xiàn)技術(shù)上的擴(kuò)大點(diǎn)，并通過(guò)與用戶的交流取得對(duì)系統(tǒng)要求和開(kāi)發(fā)潛力的新的認(rèn)識(shí)，調(diào)整系統(tǒng)方案；④原型設(shè)計(jì)完成，根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)判斷用戶需求是否已被體現(xiàn)，從而決定系統(tǒng)是繼續(xù)改進(jìn)還是終止。 軟件設(shè)計(jì)的方法很多，各有特點(diǎn)，在具體工作中需靈活地選擇或結(jié)合各種方法作出最有效、最佳方案的設(shè)計(jì)。程序編制軟件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入程序編制階段，主要任務(wù)是設(shè)計(jì)具體算法和編程。水土保持信息系統(tǒng)所采用的算法多來(lái)自計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助地圖制圖等,需經(jīng)改造使之適合于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。特別是必須具有屬性和拓?fù)涞囊饬x，增加了算法的復(fù)雜性，因?yàn)椴粌H要求有圖形意義上的運(yùn)算，還要具有屬性和圖形要素之間的邏輯運(yùn)算。另外，由于地學(xué)要素?cái)?shù)量眾多、極其復(fù)雜，地學(xué)任務(wù)要求較高，給算法構(gòu)造帶來(lái)一定的難度。特別是在微型計(jì)算機(jī)上研制的系統(tǒng)，算法設(shè)計(jì)更為關(guān)鍵。（四）用戶界面設(shè)計(jì) 用戶界面設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而繁瑣的工作，有時(shí)要占系統(tǒng)研制工作量的一半以上。用戶界面的好壞，既影響到系統(tǒng)的形象和直觀水平，又決定了是否可被用戶接受，用戶是否能夠正確深入地使用系統(tǒng)功能，因此是十分重要的。主要的用戶界面有三類。 菜單式界面 菜單式界面將系統(tǒng)功能按層次全部列于屏幕上，由用戶用鍵盤、鼠標(biāo)器、光筆等選擇其中某項(xiàng)功能執(zhí)行。菜單界面的優(yōu)點(diǎn)是易于學(xué)習(xí)掌握，使用簡(jiǎn)單，層次清晰，不需大量的記憶，特別是對(duì)于漢字系統(tǒng)，可將菜單內(nèi)容用漢字列出，通過(guò)菜單選擇，不需再鍵人漢字執(zhí)行，極為方便。缺點(diǎn)是比較死板，只能層層深入，且無(wú)法進(jìn)行批處理作業(yè)。 命令式界面 命令式界面是以幾個(gè)有意義或無(wú)意義的字符調(diào)用功能模塊的方式。其優(yōu)點(diǎn)是靈活，可直接調(diào)用任何功能模塊，又可組成復(fù)雜的調(diào)用。更重要的是可以組織成批處理文件，進(jìn)行批處理作業(yè)，不需用戶在機(jī)前等待逐個(gè)調(diào)用系統(tǒng)功能。缺點(diǎn)是不易記，且不易全面掌握，特別是命令難以用漢字構(gòu)成，反之全用英文又會(huì)給不熟悉英文的用戶帶來(lái)更大的困難。 表格式界面 表格式界面是將用戶的選擇和需回答的問(wèn)題列于屏幕，由用戶填表式回答，可與菜單式界面配合使用。 上述界面各有優(yōu)缺點(diǎn)，好的系統(tǒng)應(yīng)提供各種界面，并隨時(shí)提供豐富的幫助信息。（五）水土保持信息系統(tǒng)評(píng)價(jià) 所謂系統(tǒng)評(píng)價(jià)，是指從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，對(duì)所設(shè)計(jì)的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)價(jià)方法是將運(yùn)行著的系統(tǒng)與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行比較，考察是否達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所預(yù)定的效果。 系統(tǒng)效率 水土保持信息系統(tǒng)的各種職能指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是系統(tǒng)效率的反映。例如系統(tǒng)能否及時(shí)地向用戶提供有用信息，所提供信息的地理精度和幾何精度如何，系統(tǒng)操作是否方便，系統(tǒng)出錯(cuò)如何，以及資源的使用效率如何等等。系統(tǒng)可靠性 系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，要求很少發(fā)生事故，即使發(fā)生事故也能很快修復(fù)?？煽啃赃€包括系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)文件和程序是否妥善保存，系統(tǒng)是否有后備體系等。 可擴(kuò)展性 一個(gè)系統(tǒng)建成后，要使在現(xiàn)行系統(tǒng)上不做大改動(dòng)或不影響整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就可在現(xiàn)行系統(tǒng)上增加功能模塊，這就必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)留有接口；否則，當(dāng)數(shù)據(jù)量增加或功能增加時(shí)，系統(tǒng)就要推倒重來(lái)，這就是一個(gè)沒(méi)有生命力的系統(tǒng)。 可移植性 可移植性是評(píng)價(jià)地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。一個(gè)有價(jià)值的地理信息系統(tǒng)的軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅在于它自身結(jié)構(gòu)的合理，而且在于它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，即它不僅能在一臺(tái)機(jī)器上使用，而且能在其他型號(hào)設(shè)備上使用。要做到這一點(diǎn)，系統(tǒng)必須按國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)表示、專業(yè)分類、編碼標(biāo)準(zhǔn)、記錄格式等，都要按照統(tǒng)一的規(guī)定，以保證軟件和數(shù)據(jù)的匹配、交換和共享。 系統(tǒng)的效益系統(tǒng)的效益包括經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。GIS應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益主要產(chǎn)生于促進(jìn)生產(chǎn)力與產(chǎn)值的提高，減少盲目投資，減輕災(zāi)害損失等方面。目前地理信息系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，由它產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)來(lái)說(shuō)不太顯著，可著重從社會(huì)效益上進(jìn)行評(píng)價(jià)，例如信息共享的效果，數(shù)據(jù)采集和處理的自動(dòng)化水平，地學(xué)綜合分析能力，系統(tǒng)智能化技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)決策的定量化和科學(xué)化，系統(tǒng)應(yīng)用的模型化，系統(tǒng)解決新課題的能力，以及勞動(dòng)強(qiáng)度的減輕，工作時(shí)間的縮短，技術(shù)智能的提高等等。從總的來(lái)看，信息系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益是在長(zhǎng)時(shí)間逐漸體現(xiàn)出來(lái)的，隨著新課題的不斷解決，經(jīng)濟(jì)效益也就不斷提高。四、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立 水土保持信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)編制完成后，就可以進(jìn)入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立階段。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程如圖103所示?！　　　　　　　。ㄒ唬┰磾?shù)據(jù)獲取與預(yù)處理 水土保持信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通常用三種方法采集：調(diào)查法、測(cè)量法和GPS方法。為了提高數(shù)據(jù)采集精度、速度，減少圖形數(shù)字化過(guò)程中、屬性數(shù)據(jù)輸入過(guò)程中的錯(cuò)漏，需要對(duì)原始圖件和數(shù)據(jù)進(jìn)行核查和處理，使其符合系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)錄入的要求。 檢核圖形幾何位置 原圖中圖斑幾何圖形不閉合處加輔助線閉合；標(biāo)出圖上不太明顯的兩條線的交點(diǎn)；標(biāo)明兩條線狀地物之間沒(méi)有結(jié)點(diǎn)，但寬度不同的地方，以便圖形數(shù)字化時(shí)，作為兩條弧段輸入；兩條線狀地物并列，標(biāo)明以哪條線為地類邊界，并加輔助線閉合圖斑。 檢核屬性數(shù)據(jù)錯(cuò)誤 原圖中存在的遺漏、錯(cuò)碼問(wèn)題處理。例如，給沒(méi)有圖斑號(hào)的圖斑增加圖斑號(hào)。若在一個(gè)行政單元內(nèi)，存在地類號(hào)不同，而圖斑號(hào)相同的圖斑，修改其中一個(gè)圖斑的圖斑號(hào)。 標(biāo)明行政單元編碼，特別是特殊地的行政單元編碼。例如，飛地的所在行政單元和所屬行政單元是不一樣的。 標(biāo)明每段線狀地物寬度。 如果使用掃描儀數(shù)字化方式，也要對(duì)原始材料進(jìn)行預(yù)處理。例如，將地圖中的各種色彩不同的地類先分色，復(fù)制在透明聚酯薄膜上，然后再進(jìn)行掃描。（二）數(shù)據(jù)錄入空間數(shù)據(jù)的數(shù)字化過(guò)程源數(shù)據(jù)獲取并得到預(yù)處理后，即可進(jìn)行圖件數(shù)字化。數(shù)字化通常有兩種方式：一是矢量數(shù)據(jù)的矢量跟蹤，二是使用掃描數(shù)字化方式。 手扶跟蹤式數(shù)字化方式是最常用的一種方式，它是用數(shù)字化儀跟蹤地圖上的各種地理特征，以獲取x,y坐標(biāo)。掃描數(shù)字化是使用掃描儀將整幅地圖掃描成圖像以后，再進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)換的方法。在進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)字化之前，需要考慮幾個(gè)方面：1）建立數(shù)字化數(shù)據(jù)輸入的方法和步驟，進(jìn)行人員的培訓(xùn)，使錄入人員的數(shù)據(jù)輸入方法一致；2）建立和實(shí)施數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的原則標(biāo)準(zhǔn)；3）建立一個(gè)實(shí)施進(jìn)度和預(yù)算評(píng)估的跟蹤系統(tǒng)；4）設(shè)立合理的容差值；容差對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的精度有很大影響。 由于我國(guó)目前對(duì)數(shù)字化的精度沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)空間數(shù)據(jù)數(shù)字化的基本要求是： （1）控制點(diǎn)精度控制：輸入圖幅4個(gè)控制點(diǎn)的經(jīng)緯度，通過(guò)坐標(biāo)變換(高斯—克里格投影變換)，將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成大地實(shí)際坐標(biāo)，控制點(diǎn)采點(diǎn)誤差RMS≤(實(shí)地距離)； （2）正確定義地物特征的屬性：有些地物特征的屬性為一對(duì)多的關(guān)系，例如，土地詳查中某條線狀地物既是農(nóng)村道路，又是地類邊界和村界。數(shù)字化前，正確定義線狀地物要素屬性后，只數(shù)字化一次，每個(gè)屬性放在各個(gè)圖層中，不會(huì)出現(xiàn)“雙眼皮”的現(xiàn)象。 （3）采點(diǎn)精度控制：圖形數(shù)字化嚴(yán)格按照原圖地物要素位置，圖面采點(diǎn)的精度要求要符合各種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。例如，對(duì)線狀要素位移誤差＜177。，點(diǎn)狀要素位移誤差＜177。； （4）接邊：相鄰圖幅接邊彌合值要符合各種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。圖幅接邊的中誤差＜。對(duì)于沒(méi)有彌合的線段，在誤差范圍內(nèi)對(duì)照原圖進(jìn)行手工的線段彌合。屬性數(shù)據(jù)的錄入屬性數(shù)據(jù)的輸入方法通常有四種：①鍵盤鍵入法：在空間數(shù)據(jù)輸入完成后，進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的輸入；②使用計(jì)算機(jī)智能化掃描字符識(shí)別技術(shù)；③在空間數(shù)據(jù)數(shù)字化或矢量化的過(guò)程中賦值；④人工編輯：使用一些分析方法進(jìn)行自動(dòng)賦值。（三）數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)價(jià) 數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題是關(guān)系到數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)成敗和數(shù)據(jù)能否有效應(yīng)用的重要問(wèn)題。數(shù)據(jù)質(zhì)量衡量準(zhǔn)則水土保持信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通常衡量數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量主要是檢測(cè)其空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、屬性數(shù)據(jù)的正確性、數(shù)據(jù)的完整性、一致性和現(xiàn)勢(shì)性。（1）準(zhǔn)確性。即測(cè)量值與真值之間的接近程度，可用誤差來(lái)衡量。對(duì)于空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即在規(guī)定的精度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)庫(kù)必須能夠正確表示點(diǎn)、線、面所在位置的坐標(biāo)。（2）正確性。對(duì)于屬性數(shù)據(jù)，指無(wú)遺漏又無(wú)重復(fù)地正確表示出各類屬性編碼。（3）完整性。指具有同一準(zhǔn)確度和精度的數(shù)據(jù)在類型上和特定空間范圍內(nèi)完整的程度。（4）一致性。是指對(duì)同一現(xiàn)象或同類現(xiàn)象的表達(dá)的一致程度。（5）現(xiàn)勢(shì)性。指數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度。例如，圖件中土地變更的圖斑、線狀地物、零星地物的空間位置和屬性數(shù)據(jù)與時(shí)間的一致性。數(shù)據(jù)誤差來(lái)源分析數(shù)據(jù)的誤差大小通常是一個(gè)累積的量。數(shù)據(jù)從最初采集，經(jīng)加工最后到存檔及使用，每一步都可能產(chǎn)生誤差。如果了解不同處理階段數(shù)據(jù)誤差的特點(diǎn)，在每步數(shù)據(jù)處理過(guò)程中都能做質(zhì)量檢查和控制，則可以將誤差降低至最小的程度，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種，系統(tǒng)誤差一經(jīng)發(fā)現(xiàn)易于糾正，而偶然誤差則一般只能逐一糾正，或采取不同處理手段以降低偶然誤差產(chǎn)生的概率。水土保持管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)誤差的主要來(lái)源如表101。表101 數(shù)據(jù)的主要誤差來(lái)源數(shù)據(jù)處理過(guò)程誤 差 來(lái) 源數(shù)據(jù)搜集野外測(cè)量誤差：儀器誤差、記錄誤差遙感數(shù)據(jù)誤差：輻射和幾何糾正誤差、信息提取誤差地圖數(shù)據(jù)誤差：原始數(shù)據(jù)誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、制圖綜合及印刷等誤差數(shù)據(jù)輸入數(shù)字化誤差：儀器誤差、操作誤差不同系統(tǒng)格式轉(zhuǎn)換誤差：矢量柵格互換、三角網(wǎng)等值線互換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存數(shù)據(jù)精度不夠空間精度不夠：網(wǎng)格或圖像太大、地圖最小制圖單元太大數(shù)據(jù)處理分類間隔不合理多層數(shù)據(jù)疊合引起的誤差傳播：插值誤差、多源數(shù)據(jù)綜合分析誤差比例尺太小引起的誤差數(shù)據(jù)輸出輸出設(shè)備不精確引起的誤差輸出的媒介不穩(wěn)定造成的誤差數(shù)據(jù)使用對(duì)數(shù)據(jù)所包含的信息的誤解對(duì)數(shù)據(jù)信息使用不當(dāng)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制包含前期的誤差控制和后期的誤差處理。數(shù)據(jù)采集的前期控制是指在整個(gè)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，進(jìn)行過(guò)程分解，每個(gè)具體操作制定數(shù)據(jù)質(zhì)量控制措施，這些措施具有預(yù)防和處理誤差的雙重功效。 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的后期處理主要是對(duì)空間數(shù)據(jù)的采點(diǎn)偶然誤差和屬性數(shù)據(jù)的輸入錯(cuò)誤進(jìn)行檢查，針對(duì)不同的情況，采用不同的方法：拓?fù)渖煞ā⒚赏阜?、人工檢核法、編碼有效字位檢核法、面積匯總檢核法、專項(xiàng)檢核法。數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響到數(shù)據(jù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)的內(nèi)容主要是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的完整性、正確性、一致性、準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢(shì)