第八章 地理信息系统设计与标准化
第一节 地理信息系统设计
一、概述
GIS的开发建设和应用是一项系统工程，涉及到系统的最优设计、最优控制运行、最优管理，以及人、财、物资源的合理投入、配置和组织等诸多复杂问题。需要运用系统工程、软件工程等的原理和方法，结合空间信息系统的特点进行实施建设。GIS的用户不要认为购置了GIS硬软件就已大功告成。其实，在GIS中最有价值的是“信息”，而不是计算机等硬件。国际上的统计数据表明，一个信息系统如果硬件投资为1，则软件开发为5，而信息的采集、整理和加工为10。因此，在建立GIS过程中确定应用目标是什么，选用哪些数据源、什么数据入库，以及数据的质量、精度如何等一系列重大问题是至关重要的，直接关系到系统的有效性和实用性，也即GIS工程的成败及效益，取决于GIS工程的总体规划和设计、技术力量的组织、工程的建设实施和数据源的组织等问题。
地理信息系统的开发研究分为四个阶段：系统分析、系统设计、系统实施、系统评价及维护。系统分析阶段的需求功能分析、数据结构分析和数据流分析是系统设计的依据。系统分析阶段的工作是要解决“做什么”的问题，它的核心是对地理信息系统进行逻辑分析，解决需求功能的逻辑关系及数据支持系统的结构，以及数据与需求功能之间的关系；系统设计阶段的核心工作是要解决“怎么做”的问题，研究系统由逻辑设计向物理设计的过渡，为系统实施奠定基础。
地理信息系统设计要满足三个基本要求，即加强系统实用性、降低系统开发和应用的成本、提高系统的生命周期。在系统实施和测试过程中，发现软件开发领域内的错误大部分是由于系统设计不周而引起的。
系统设计可分为：地理信息系统设计方法、管理信息系统的设计方法和软件工程的设计方法。所有这些设计都要根据设计原理并采用结构化分析方法。其中最有用的理论是模块理论及其有关的特性、例如内聚性和连通性。所谓结构化就是有组织、有计划和有规律的一种安排。结构化系统分析方法就是利用—般系统工程分析法和有关结构概念，把它们应用于地理信息系统的设计，采用自上而下划分模块，逐步求精的系统分析方法。这种结构化分析和设计的基本思想包括如下要点：
1、在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统的观点。首先从总体出发，考虑全局的问题，在保证总体方案正确，接口问题解决的条件下，然后按照自上而下，一层一层地完成系统的研制。这是结构化思想的核心。
2、地理信息系统设计的基本原则是首先进行调查研究，掌握必要的数据，否则就不可能进行系统分析。只有设计出合理的逻辑模型，才有可能很好地进行物理设计。事实上地理信息系统的开发是一个连续有序、循环往复、不断提高的过程，每一个循环就是—个生命周期，要严格划分工作阶段，保证每个阶段任务很好地完成。
3、用结构化的方法构筑地理信息系统的逻辑模型。在系统的逻辑设计中包括分析信息流程，绘制数据流程图；根据数据的规范，编制数据字典；根据概念结构的设计，确定数据文件的逻辑结构；选样系统执行的结构化语言，以及采用控制结构作为地理信息系统的设计工具等。
4、结构化分析和设计还包括系统结构上的变化和功能上的改变，以及面向用户的观点等。
信息系统的设计路线可以分为三类：地理信息系统的设计方法、管理信息系统的设计方法和和软件工程的设计方法。所有这些设计方法都已经采用了结构化分析和设计原理，其中最有用的理论就是模块理论及其有关的特征，例如内聚性(cohesiveness)和连通性(connectivity)。所谓结构化就是有组织、有计划和有规律的一种安排。结构化系统分析方法，就是利用一般系统工程分析法和有关结构概念，把它们应用于地理信息系统的设计，采用自上而下，划分模块，逐步求精的一种系统分析方法。这种结构化分析和设计的基本思想包括如下的要点：
1、在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统的观点。首先从总体出发，考虑全局的问题，在保证总体方案正确，接口问题解决的条件下，然后按照自上向下，一层层地完成系统的研制，这是结构化思想的核心。
2、地理信息系统的开发是一个连续有序、循环往复不断提高的过程，每一个循环就是一个生命周期，要严格划分工作阶段，保证阶段任务的完成。例如，没有调查研究和掌握必要的数据，就不可能很好地进行系统分析。没有设计出合理的逻辑模型，就不可能有很好的物理设计等等。这是系统设计的基本原则。
3、用结构化的方法构筑地理信息系统的逻辑模型和物理模型，包括在系统的逻辑设计中，分析信息流程，绘制数据流程图；根据数据的规范，编制数据字典；根据概念结构的设计，确定数据文件的逻辑结构；选择系统执行的结构化语言，以及采用控制结构(图7—2)作为地理信息系统设计工具。这种用结构化方法构筑的地理信息系统，其组成清晰，层次分明，便于分工协作，而且容易调试和修改，是系统研制较为理想的工具。
4、结构化分析和设计的其它一些思想还包括：系统结构上的变化和功能的改变，以及面向用户的观点等，是衡量系统优劣的重要标准之一。
由系统设计人员来设计地理信息系统，就是根据若干规定或需求，设计出功能符合需要的系统。一个地理信息系统最基本的模型框架一船由四部分组成（图7-3）。但随具体开发目标的不同，在系统环境、控制结构和内容设计等方面都有很大的差异。因此，设计人员开发地理信息系统时须遵循正确的步骤：
第一步：根据用户需要，确定系统要做哪些工作，形成系统的逻辑模型；
第二步：将系统分解为一组模块，各个模块分别满足所提出的需求；
第三步：将分解出来的模块，按照是否能满足正常的需求进行分类。对不能满足正常需求的模块需要进一步调查研究，以确定是否能有效地进行开发；
第四步：制定工作计划，开发有关的模决，并对各个模块进行一致性的测试，以及系统的最后执行。
第二节 地理信息系统设计的模式
地理信息系统最早的设计模式，是Calkins在1972年由国际地理学会地理数据收集和处理委员会主持召开的地理数据处理学术会议上提出来的，后来又经过了几次修改和补充。这个最早的设计模式称为结构化的系统设计模式，由四个组成部分构成：①通过访问用户，调查用户的需求和数据源，确定系统的目的、要求和规定；②描述和评价与系统设计过程有关的资源和限定因素，例如现有的硬件、软件和有关的政治和法律因素等；③说明和评价所拟定的不同系统，这些系统能够满足所规定的要求；④对拟定的系统作最后的评价，从中选择一个运行的系统。
该模式的主要特点是强调对用户的调查和对系统功能需求的分析。在系统设计的各个阶段都要写成有关的文件，以便进行评价，以及用户要参与系统的设计，以免系统设计的失误。
自从这个最早的地理信息系统设计模式诞生以来，地理信息系统的开发已经取得很大的进展。原来的设计模式是假定系统的大部分组成(除了硬件以外，包括所有的软件和数据库)都需要由系统设计人员来完成，有时甚至包括处理空间数据的某个专门的硬件。现在的情况不同了，不但有许多处理空间数据的重要软件，而且有现成的系统和空间数据库，因此需要对原来的地理信息系统设计模式进行修改。其主要的设计思想，是强调对现有的各个组成部分，包括硬件、软件和数据库，进行深入、认真的评价，以研究其满足系统功能的程度，保证所设计系统的实用可靠，及有效地处理数据和使用周期长等要求。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，以及总体评分所采用的方法，目的和任务的说明要非常详细，以便用户进行评论和评价，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、主要的过程和数据库，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 具体说明该系统要做什么，对每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等。功能的要求一般分为以下三类：①该系统必须具有的功能；⑨如果时间和资源条件允许，希望具有的功能；②其它有意义的功能。
实际上只有第一类功能才是系统的真正要求。每一种功能要具体规定：
(1)输入(来源、数据、频率)；
(2)输出(格式、数据量、用户)；
(3)功能需要的处理步骤；
(4)功能成功地实现所需要的条件； ·
(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，以及该系统与其它部分的接口等。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，那么，在系统设计的各个阶段，谁进行这种评价。显然，在目的、任务和要求的评价中，与用户有关。而对系统设计其它方面的评价，则需要其它有关的技能，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。
地理信息系统的设计是一项复杂的工程，要建立一个计算机此的地理信息系统，决非几个人或较短时间内所能完成的，需要许多人在较长时间内才能完成。由于系统的复杂性，及软体研制时间长，成本高，错误多，故容易产生所谓“软件危机”，例如软件不能移植、不能修改等，因此提出“软件工程”的设计方法，即用工程方法来研究软件和进行地理信息系统的设计，以保证系统的功能标准和质量指标。
软件工程设计方法包括三个主要内容：①完整的需求定义和规范说明；②综合的质量保证措施和计划；③严格的设计过程和管理控制。
第三节 地理信息系统设计与开发的步骤
地理信息系统建立的过程（图8—1）大致可以分成以下几个主要步骤。
一、可行性研究
可行性研究主要是进行大量的现状调查，在调查的基础上论证GIS的自动化程度、涉及的技术范围、投资数量以及可能收到的效益等。经过论证后确定系统的目的、任务及GIS的起始点，从这个起始点出发，逐步向未来的目标发展。重点不应只是目前的计算机化，还应着眼于将来如何发展。
这一阶段的工作主要包括：
1、用户需求调查。是指调查本部门或其它有关部门对相应GIS系统的信息需求情况。从上至下调查本部门各级机构在目前和将来发展业务上需要些什么信息；从下自上调查他们完成本部门专业活动所需要的数据和所采用的处理手段，以及为改善本部门工作进行了哪些实践活动等。还要收集他们对本部门的业务活动实现现代化的设想与建议。
2、系统目的和任务。一般来讲，地理信息系统应具有四个方面的任务：①空间信息管理与制图；②空间指标量算；③空间分析与综合评价；④空间过程模拟。
3、数据源调查和评估。调查了解用户需求的信息后，有关专家和技术人员应进一步掌握数据情况。分析研究什么样的数据能变换成所需要的信息，这些数据中哪些已经收集齐全，哪些不全，然后对现有数据形式、精度、流通程度等作进一步分析，并确定它们的可用性和所缺数据的收集方法等。
4、评价地理信息系统的年处理工作量、数据库结构和大小、GIS的服务范围、输出形式和质量等。
5、系统的支持状况。部门管理者、工作人员对建立GIS的支持情况；人力状况包括有多少人力可用于GIS系统，其中有多少人员需培训等；财力支持情况包括组织部门所能给予的当前的投资额及将来维护GIS的逐年投资额等。根据上述调查结果确定GIS的可行性及GIS的结构形式和规模，估算建立GIS所需投资和人员编制等。可行性分析就是根据社会、经济和技术条件，确定系统开发的必要性和可能性，主要进行①效益分析；②经费估算；③进度预测；④技术水平的支持能力；⑤有关部门的支持程度等。
二、系统设计
系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型，其设计的内容随系统的目标、数据的性质和系统的不同而有很大的差异。一般而言，首先应根据系统研制的目标，确定系统必须具备的空间操作功能，称为功能设计；其次是数据分类和编码，完成空间数据的存储和管理，称为数据设计；最后是系统的建模和产品的输出，称为应用设计。系统设计是地理信息系统整个研制工作的核心。不但要完成逻辑模型所规定的任务，而且要使所设计的系统达到优化。所谓优化，就是选择最优方案，使地理信息系统具有运行效率高、控制性能好和可变性强等特点。要提高系统的运行效率，一般要尽量避免中间文件的建立，减少文件扫描的遍数，并尽量采用优化的数据处理算法。为增强系统的控制能力，要拟定对数字和字符出错时的校验方法；在使用数据文件时，要设置口令，防止数据泄密和被非法修改，保证只能通过特定的通道存取数据。为了提高系统的可变性，最有效的方法是采用模块化的方法，即先将整个系统看成一个模块，然后按功能逐步分解为若干个第一层模块、第二层模块等等。一个模块只执行一种功能，一个功能只用一个模块来实现，这样设计出来的系统才能做到可变性好和具有生命力。
功能设计又称为系统的总体设计，它们的主要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，并说明它们在整个系统中的作用与相互关系，以及确定系统的硬件配置，规定系统采用的合适技术规范，以保证系统总体目标的实现。因此系统设计包括：①数据库设计；②硬件配置与选购；③软件设计等。
三、建立系统的实施计划
系统设计完成后，把所估算的硬件和软件的总投资、人员培训投资及数据采集投资等作为建立GIS的投资额，同时估计若干年后能收到的经济效益，这是投入产出估算。如果估算的结果令人满意，则进行后继工作。
建立GIS的执行计划，包括硬件、软件的测试、购置、安装和调试等，其中主要工作是测试。测试工作一般按标准测试工作模式，进行较详细的测试。该模式的主要特点是：硬件提供者要回答—系列问题，例如，要完成某某操作或运算可能否? 需要多少时间? 有无某某功能等。提供者则用图件或数据证实他的硬、软件能完成用户提出的操作任务，或者直接在计算机上演示。测试工作可详可简，当用户已掌握某些必须满足的系统标准时，可以集中测试作为评判标准的各指标能否达到要求，否则逐项测试工作过程的各个部分。测试工作完成后。确定购置硬件的类型，经安装调试后，编制实验计划，进行试验。
四、系统实验
结合用户要求完成的任务，选择小块实验区(或者用模拟数据)对系统的各个部分、各种功能进行全面试验。实验阶段不仅进一步测试各部分的工作性能，同时还要测试各部分之间数据传送性能、处理速度和精度，保证所建立的系统正常工作，且各部分运行状况良好。如果发现不正常状况，则应查清问题的原因，然后通知硬件或软件提供者进行适当处理。
五、系统运行
当地理信息系统对用户的决策过程不断提供支持的时侯，已经建立的系统会不断膨胀，并不断地被更新和增加。几年以后，系统的周期将又从头开始，这时的新系统将提供更新的、增强的或附加的能力。经验告诉我们，许多地理信息系统是随着用户发现它们能做什么而被扩充的。新技术与新方法的引入、不断地进行教育与培训等是整个系统生命周期中必不可少的组成部分。
第四节 用户需求分析
地理信息系统的用户需求分析，包括用户类型和用户要求、系统应用范围、技术选择、财力和人力状况、设备和人员的费用等内容。
一、用户类型和用户需求
地理信息系统的用户有其特定的目的，对GIS有不同的要求，应用情况也各异。按用户的专业可作如下分类：
1、具有明确而固定任务的用户。这类用户希望用GIS来实现现有工作业务的现代化，改善数据采集、分析、表示方法及过程，并用以对工作领域的前景进行评估，以及对现有技术方法更新改造等。
2、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来开拓他们的工作。这类用户的信息需求和对GIS的要求只能是部分已知。
3、工作任务完全不定。每项工作都可能不同，对信息的需求未知或可变。
第一类用户是一些典型的测量调查和制图部门。他们已投入大量资金来开发工作软件，一旦开始就不会改变。这类用户对GIS软件公司有很大吸引力，并形成了特殊的用户集团。他们所要解决的问题确定无疑，而且可以解决。第二类用户主要是行政或生产管理部门，也包括进行系列专题调查的单位，例如全国性的土壤调查、森林调查、水资源调查等单位，以及进行特殊项目调查和研究工作的单位。这些单位或部门是GIS的潜在用户，因为他们很想把空间数据组织在一起，形成统一的系统供各职能机构使用。其中一些用户的基本要求是建立大型地理信息系统，该系统除供本部门使用外还能供第一类用户使用。但数据标准问题、数据结构和精度等却很难解决，各部门的侧重点不同，数据形式不同，业务处理流程不同，对系统功能的要求也各异。另外，计算机公司通常不打算把大量资金投放到建立销售量较小的GIS上去，除非买方付给巨额经费去建立特殊的系统。再者，由计算机专业人员独立完成的行业应用系统也往往是闭门完成，难以实用。可行的办法是应用部门聘用自己的软件人员或与GIS开发者合作，对通用的GIS进行二次开发与改造。第三类用户是最难满足的用户。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。因此他们所需的GIS差别很大，有的希望有功能全面的GIS来从事各种科研工作，有的则希望在功能一般的GIS基础上开发，发展成多功能的地理信息系统。
二、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、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。在问题没有解决之前，只要求GIS能按一定的精度方便地处理整个调查区域内的各类数据。全国性地理信息系统还需致力于陈旧数据的更新、严格控制数据采集的格式和精度，以及数据处理标准化等。当长期使用项目的系统用于特殊项目时，不应改变长期使用目标，而应在此基础上按特殊项目的要求发展专用软件。应着重强调的是开发新的应用软件对任何一个GIS来说是必不可少的。
全国性的地理信息系统有两种不同的情况，一种是国土面积不大的国家在建立全国性系统时，可按区域性要求甚至按各行业部门的要求，建立国家级系统，该系统处理全国的业务。另一种是国土面积较大的国家如我国，全国性系统并不意味着整个国家只有一个地理信息系统，而是按基本相同的系统组织和结构及绝对一致的数据格式和精度，建立多个系统分片处理相同的业务。全国性的地理信息系统还有一种解释，即以分级结构的形式建立包罗万象的系统，从中央系统到各级地方系统，数据的详细程度不断增加，无论中央系统还是地方系统都处理各种业务。
具有长期应用目标的地理信息系统，还会遇到硬件和软件更新的问题。硬件设备包括计算机本身从新型号推出算起，大约能维持五年的优势，更先进的硬件设备又将问世，原设备不仅在技术上显得落后，而且工作效率也开始降低。计算机软件的发展更是快得惊人。虽然软件发展的明显趋势是改善编程系统，并使计算机软件很容易地从一台计算机传送到其它机器上，但目前计算机软件市场上的大多数软件包是针对某一特定机型和它的操作系统设计的，或是根据特定的应用目的而设计的，使正在筹建GIS的用户，稍有不慎就可能造成经济损失。每一地理信息系统都有本身的软件控制的数据结构，如果软件改变，数据结构也不得不改变。对全国性资源清查来说，这个问题引起的数据转换工作量是很大的，而这种转换又必不可少，没有人乐意将好不容易收集起来的数据置之不用而去重新采集。
人们在设计地理信息系统时，必须严肃认真地考虑建立GIS的目的和它的应用范围。
第五节 地理信息系统的软、硬件配置设计
一、地理信息系统的硬件配置设计
计算机各种类型的硬件是地理信息系统硬件配置的基础，其主要包括：
·计算机——工作站、微机、便携式计算机；
·数据输入设备——数字化仪、扫描仪等；
·数据输出设备——图形终端、绘图仪、打印机、硬拷贝设备等；
·存贮设备——磁带机、光盘机等。
直到70年代末期，各种信息系统的计算机硬件配置系统还很简单，主要是基于集中式 (Centralized scheme)的配置，其数据存贮和处理功能都集中于主机(A host mainframe or mini—computer)上，其各种外围设备，如终端、图形工作站和绘图仪等也都连接在主机上，其所能实现的功能非常有限。
80年代后期，计算机硬件和软件技术突飞猛进的发展，为计算机系统的配置提供了许多新的机会和选择。使一台计算机主机上的计算机处理功能与数据相分离的分布式系统 (Distributed system)概念，已经对有关地理数据管理系统的设计和配置产生了重要影响。
我们可以通过局域网将地理信息系统输入设备、存贮设备、输出设备、计算机以及服务器等连接起来。计算机通过局域网向服务器发出数据查询、数据分析以及控制输出设备的请求，服务器则响应请求提供服务。
二．地理信息系统的软件设计
软件设计必须根据建立GIS的目的、任务和今后的研究方向进行。目前。GIS在城市规划、资源调查、环境监测、工程建设、地学研究与教学等方面得到了广泛应用。就其任务而言，可以抽象为四方面的内容；空间信息获取与管理；空间特征量测与分析；空间过程模拟与预测；时空规律的总结与应用。从这些任务出发，进行通用的GIS软件工具系统的设计、使其具有适应性强、易于掌握、便于推广和应用开发、汉化等特点。
软件设计是将所要编制的程序表达为—种书面形式。这种形式既可简单明了地描绘软件系统的全貌，又可以逐步精化，以便于程序编制的高效正确。同时又是一个程序修改完善、移植交流的工具。
1、信息描述
GIS的数据流程通常是：数据通过输入编辑模块进入系统，经过人机交互编辑、拓扑关系生成、投影和格式转换，影像处理和信息提取等，形成完整的系统数据结构进入数据库。数据通过多种方式的查询检索，得到数据子集，用于模型分析，分析结果或查询检索结果进入输出编辑整饰后输出。
为便于软件设计和建立针对应用任务的实用系统，可将系统数据结构划分为两个 层次，即外部数据格式(或逻辑数据格式)和内部数据格式(或物理数据格式)。外部数据格式面向用户，描述地图之间的逻辑联系，由用户建立应用系统时定义；内部数据格式面向程序设计，描述系统数据的物理存储结构和数据之间的拓扑关系、联结方式，在程序设计时确定。进入系统的数据有遥感影像数据、专题地图数据、栅格地图数据、台站观测数据、社会经济统计数据、文字报告数据、外部系统数据等。
在GIS中用数据字典来描述系统数据结构的意义、来源、管理方法与功能模块的联系、任务、用户权限等。
矢量数据的来源有三个：其—是专题地图内手扶跟踪数字化仪得到的标准矢量格式数据；其二是将遥感影像、系统操作结果得到的栅格图像等经过栅格向矢量的转换得到的数据；其三是由外部系统通讯进入系统的矢量格式数据。矢量数据的系统模块主要用于图形输入、图形编辑、拓扑生成、格式转换、查询检索、指标量算、空间分析、符号编辑和矢量绘图等，其存取方法采用二进制直接存取方式，更新由矢量编辑和文件覆盖实现。
栅格数据可由遥感影像或其它外部栅格图像得到，也可由矢量向栅格转换(包括离散点插值拟合)或直接输入的栅格地图得到。涉及到栅格格式的模块有格式投影转换、遥感影像处理、查询检索、数理统计、覆盖运算、逻辑分析、模型应用和点阵打印等。
属性数据主要是与专题地图有关的数量、类别、等级和描述性信息。除通过统计、观测等直接产生的属性数据外，还有些是由地图图例中提取编码得到的，有些通过信息系统模型操作得到的。有些是遥感影像分类提取后产生的。属性数据是GIS的重要组成部分，在属性支持下，图形不再是仅有几何意义的像元和因素，而是具有地理意义的地理实体，逻辑运算和地理分析、地理统计等，都是通过属性与图形的结合实现的。属性数据通过相应因素(点、像元、弧段、多边形等)编号与图形建立联系。
基于属性的数据库结构将系统数据库中的数据文件，按其在自然、社会和经济环境系统中的属性关系联系起来，支持一致性检索，多种查询检索和模型分析；其结构由用户在系统维护模块支持下定义。
关于系统的运行方式，是采用中西文菜单或命令方式驱动，部分查询和模型提供表界面，工作时，用户首先进入系统回答口令，然后通过数字化仪、键盘或通信方式录入编辑多种数据，建立应用数据库，通过检索和模型分析，得到欲输出的情息，经整饰和符号表示后输出。
对于用户的权限，一般说具有最高权限的是系统管理人员，可以进行包括数据更改和所有数据管理的工作，其它用户可根据其权限大小，查调和处理某些层次上的数据。权限大小由系统根据口令和文件密级检查断定。
还要注意系统的约定，例如规定矢量文件扩展名为VEC；栅格文件名为RAS；属性文件扩展名为DBF；系统运行文件扩展名为EXE或COM。图形坐标铀以左上角为坐标原点(0，0)，横向右为x，纵向下为y增大方向，即为左手旋转坐标系。系统运行中将产生部分中间辅助文件，如扩展名为POS的矢量格式文件的索引文件和扩展名为ARC的弧段信息文件等。
系统的外部要素主要包括系统用户、输入数据(影像、专题地图、文字描述等)、用户程序、操作系统和计算机硬件外设。系统内部要素主要由数据编辑、数据库管理、图像处理、模型分析和整饰输出等模块组成系统的接口方式包括矢量格式数据(V)、栅格(或游程长度编码)数据(R)、文本数据(A)、程序或命令调用(F)等。系统与用户接口以菜单、命令和程序方式实现；数据采集接口包括遥感影像接口、线划图输入接口(V)、网格图输入接口(R或V)、文本数据及属性数据接口(A)等，内部接口模块包括录入编辑一存储管理(V，R，A)；录入编辑一图像处理(R，A)；图像处理一存储管理(V，R，A)；模型分析一存储管理(V，R，A)；存储管理一整饰输出(V，R，A)；模型分析一整饰输出(V，R，A)等。 ‘
上述GIS信息描述。将成为确文软件设计目标及具体进行软件设计的重要依据。
2、结构化的软件设计方法
结构化的程序设计方法是软件发展早期形成的，设计工作侧重于软件结构本身，力图通过以下三种准则，清晰地描述软件系统，并用于程序编制，其过程形式是：①分清任务的执行顺序；②明确任务执行条件和分支，即“如果……则……否则”结构；③重复执行某项任务直到定义的条件满足为止。
结构化程序设计中最重要也是最流行的方法是自顶向下逐步精化的顺序设计方法，也称HIPO(Hierarchy Plus Input Processing Output)法。它将系统描述分为若干层次，最高层次描述系统的总功能，其他层次则一层比一层更加精细、更加具体地描述系统的功能，直到分解为程序设计语言的语句。
3、面向对象的软件设计方法
面向对象的设计方法是近年来发展起来的一种新的程序设计技术，其基本思想是将软件系统所面对的问题，按其自然属性进行分割，按人们通常的思维方式进行描述，建立每个对象的模型和联系，设计尽可能直接、自然地表现问题求解的软件，整个软件系统只由对象组成，对象间联系通过消息进行。用类和继承描述对象，并建立求解模型，描述软件系统。对象是事物的抽象单位，具有内部状态、性质、知识和处理能力，通过消息传递与其它对象相联系，是构成系统的元素。
消息是请求对象执行某一处理或回答某些信息的指令流，用以统一数据层和控制层
为不同层次，这种层次结构具有继承性，子类继承其父类的全部描述。
面向对象的设计方法，更接近于面向问题而不是对程序的描述，软件设计带有智能化的性质，这种形式更便于程序设计人员与应用人员的交流，软件设计更具有普遍意义，尤其是在地理信息系统的智能化和专家系统技术不断提高的形势下，面向对象的程序设计是更有效的途径。
4、原型化的设计方法
原型化的设计方法是地学人员更愿意采用的一种软件设计方法，它的特点是不需要一开始即清晰地描述一切，而是在明确任务后，在软件的实现过程中逐步对系统进行定义和改造，直至系统完成。这种方法尽管带有一定的盲目性，但对于非专业人员和小规模系统设计来说更为实用，而且有些探索性的系统，并不可能一开始就取得完整的认识，许多专门化的系统，也不一定需要十分复杂的设计，而这种设计方法，一开始就针对具体目标开始工作，一边工作一边完成系统的定义，并通过一定的总结和调整补偿系统设计的不足，是一种动态的设计技术。我国早期的许多系统，都属于此种设计方法。这种设计方法的基本步骤是：①识别基本要求，做出基本设想；②开发工作模型，提出有一定深度的宏观控制模型；③程序编制和模型修正。通过软件编制，不断发现技术上的扩大点，并通过与用户的交流取得对系统要求和开发潜力的新的认识，调整系统方案。④原型设计完成，根据一定标准判断用户需求是否已被体现，从而决定系统是继续改进还是终止。
软件设计的方法很多，各有特点，在具体工作中需灵活地选择或结合各种方法作出最有效、最佳方案的设计。
软件设计完成后，进入程序编制阶段，经过软件设计，程序结构已明了，这阶段的主要任务是设计具体算法和编程。地理信息系统所采用的算法多来自计算机图形学、计算机图像处理、计算机辅助地图制图等。需经改造使之适合于地理信息系统的数据结构。特别是必须具有属性和拓扑的意义，增加了算法的复杂性，因为不仅要求有图形意义上的运算，还要具有属性和图形要素之间的逻辑运算。另外，由于地学要素数量众多、极其复杂，地学任务要求较高，给算法构造带来一定的难度。特别是在微型计算机上研制的系统，算法设计更为关键。微机系统向更大计算机系统上移植，效率不会受到影响。反之，如果直接把中小型机上软件移植到微机上，则由于由比较宽松的环境降到比较紧张的环境中，效率将大大降低，远远比不上专门开发的微机地理信息系统，有时甚至无法实施运行。
第六节 用户界面设计
用户界面设计是一项重要而繁琐的工作，有时要占系统研制工作量的—一半以上，用户界面的好坏，既影响到系统的形象和直观水平，又决定了是否可被用户接、受，用户是否能够正确深入地使用系统功能，因此是十分重要的。主要的用户界面有三类：
一、菜单式界面
菜单式界面将系统功能按层次全部列于屏幕上，由用户用数字、键盘箭头键、鼠标器、光笔等选择其中某项功能执行。菜单界面的优点是易于学习掌握，使用简单，层次清晰．不需大量的记忆，利于探索式学习使用，特别是对于汉字系统，可将菜单内容用汉字列出，通过菜单选择，不需再键入汉字执行，极为方便。缺点是比较死板，只能层层深入，且无法作出批处理作业。
二、命令式界面
命令式界面是以几个有意义或无意义的字符调用功能模块的方式。其优点是是灵活，可直接调用任何功能模块，又可组成复杂的调用。更重要的是可以组织成批处理文件，进行批处理作业，不需用户在机前等待逐个调用系统功能。缺点是不易记，且不易全面掌握，特别是命令难以用汉字构成，反之全用英文又会给不熟悉英文的用户带来更大的困难。
三、表格式界面
表格式界面是将用户的选择和需回答的问题列于屏幕，由用户填表式回答，可与菜单式界面配合使用。
上述界面各有优缺点，好的系统应提供各种界面，并随时提供丰富的帮助信息。
第七节 地理信息系统评价
所谓系统评价，就是指从技术和经济两个大的方面，对所设计的地理信息系统进行评定。基本做法是将运行着的系统与预期目标进行比较，考察是否达到了系统设计时所预定的效果，主要对下列各项进行考查：
一、系统效率
地理信息系统的各种职能指标、技术指标和经济指标是系统效率的反映。例如系统能否及时地向用户提供有用信息，所提供信息的地理精度和几何精度如何，系统操作是否方便，系统出错如何，以及资源的使用效率如何等等。
二、系统可靠性
系统可靠性是指系统在运行时的稳定性，要求一般很少发生事故，即使发生事故也能很快修复，可靠性还包括系统有关的数据文件和程序是否妥善保存，以及系统是否有后备体系等。
三、可扩展性
任何系统的开发都是从简单到复杂的不断求精和完善的过程，特别是地理信息系统常常是从清查和汇集空间数据开始，然后逐步演化到从管理到决策的高级阶段。因此，一个系统建成后，要使在现行系统上不做大改动或不影响整个系统结构，就可在现行系统上增加功能模块，这就必须在系统设计时留有接口，否则，当数据量增加或功能增加时，系统就要推倒重来。这就是一个没有生命力的系统。
四、可移植性
可移植性是评价地理信息系统的一项重要指标。一个有价值的地理信息系统的软件和数据库，不仅在于它自身结构的合理，而且在于它对环境的适应能力，即它们不仅能在一台机器上使用，而且能在其它型号设备上使用。要作到这一点，系统必须按国家规范标准设计，包括数据表示、专业分类、编码标准、记录格式等，都要按照统一的规定，以保证软件和数据的匹配、交换和共享。
五、系统的效益
系统的效益包括经济效益和社会效益。GIS应用的经济效益主要产生于促进生产力与产值的提高，减少盲目投资，降低工时耗费，减轻灾害损失等方面，目前地理信息系统还处于发展阶段，由它产生的经济效益相对来说还不太显著，可着重从社会效益上进行评价，例如信息共享的效果，数据采集和处理的自动化水平，地学综合分析能力，系统智能化技术的发展，系统决策的定量化和科学化，系统应用的模型化，系统解决新课题的能力，以及劳动强度的减轻，工作时间的缩短，技术智能的提高等等。从总的来看，地理信息系统的经济效益是在长时间逐渐体现出来的，随着新课题的不断解决，经济效益也就不断提高。但是，从根本上来说，只有当地理信息系统的建设走以市场为导向的产业化发展道路，商品经济的发展导致信息活动的激增、信息广泛而及时的交流，形成信息市场，才能为地理信息系统的发展提供契机，这时，地理信息系统的经济效益才能进一步体现。评价目标也就自然地转向经济效益方面。目前，一批以开发地理信息系统为目标的经济实体正在筹备和组建，地理信息系统的经济、科学和技术三统一的发展趋势，是肯定无疑的。
第八节 地理信息系统的人员配署
图8—2表示了开发地理信息系统的人员配置情况，其中人员及职责介绍如下:
地理信息系统项目经理／技术组：
·地理信息系统应用实施规划
·地理信息系统产品规划
·软硬件选择
·与用户讨论／协商
·与用户通信／联系
·资金预算与筹集
·向顾问组和总经理汇报
数据库经理
·地理信息系统数据库设计
·数据库维护和更新
·数据产品和地图产品规划
·地理信息系统数据库产品
·空间数据质量控制
·数据获取规划
数字化操作员
·现有源地图编译
·地图数字化
·属性数据输入
·野外摄影测量和遥感数据获取
·数字化地图设计
·数字化地图产品
系统操作员
·硬件、软件和其它外设的运行
·物资管理
·程序和数据文件备份
·对软件库的管理
·支持用户请求
·用户权限管理
应用分析软件经理
·系统功能分析
·分析现有软件功能
·需要开发的功能规划设计
·用户平台设计
·应用功能开发方案设计
程序编写员
·编写数据转换程序
·应用分析软件编程
·特定用户菜单开发
·解决程序与数据文件之间的接口
第九节 地理信息系统的标准化
一、地理信息系统标准化的意义和作用
地理信息系统的标准化，它的直接作用是保障地理信息系统技术及其应用的规范化发展，指导地理信息系统相关的实践活动，拓展地理信息系统的应用领域，从而实现地理信息系统的社会及经济价值。地理信息系统的标准体系是地理信息系统技术走向实用化和社会化的保证，对于促进地理信息共享、实现社会信息化具有巨大的推动作用。
地理信息系统的标准化，将从如下几方面影响着地理信息系统的发展及其应用。
1、促进空间数据的使用及交换
地理信息系统所直接处理的对象就是反映地理信息的空间数据，由于空间数据的生成及其操作的复杂性，它是造成在地理信息系统研究及其应用实践中所遇到的许多具有共性问题的重要原因。进行地理信息系统标准化研究最直接的原因，就是为了解决在地理信息系统研究及其应用中所遇到的这些问题。
1)数据质量
对数据质量的影响来自两方面：一方面是由于生产部门数字化作业人员水平参差不齐，各种航摄及解析仪器、各种数字化设备的精度不同，导致最终对地理信息系统数据的精度进行控制的难度；另一个方面是对地理属性特征的识别质量，由于没有经过严格校正的属性数据存在误差，从而导致人们使用数据的错误。对数据质量实施控制的途径是制定一系列的规程，例如地图数字化操作规范、遥感图像解译规范等标准化文件，作为日常工作的规章制度，指导和规范工作人员的工作，以最大限度地保障数据产品的质量。
2)数据库设计
在地理信息系统实践中，数据库设计是至关重要的一个问题，它直接关系到数据库应用上的方便性和数据共享。一般地，数据库设计包括三方面的内容：数据模型设计、数据库结构和功能设计以及数据建库的工艺流程设计。在这三个方面中，可能出现的一些问题列入表8—1。要解决这些问题，就需要针对数据库的设计问题，建立相应的标准，如数据语义标准，数据库功能结构标准，数据库设计工艺流程标准。
表8-1 不规范的数据库设计可能带来的问题（据陈述彭等）
数据模型设计
术语不一致，数据语义不稳定，数据类型不一致，数据结构不统一
数据库结构和功能设计
结构不合理，术语不一致，功能不符合用户要求
数据建库的工艺流程设计
整个工艺流程不统一，术语不一致，用户调查方式不统一，设计文本不统一
3)数据档案
对数据档案的整理及其规范化，其中代表性的工作就是对地理信息系统元数据的研究及其标准的制定工作。明确的元数据定义以及对元数据方便地访问，是安全地使用和交换数据的最基本要求。一个系统中如果不存在元数据说明，很难想像它能被除系统开发者之外的第二个人所正确地应用。因此，除了空间信息和属性信息以外，元数据信息也被作为地理信息的一个重要组成部分。
4)数据格式
在地理信息系统发展初期，地理信息系统的数据格式被当作一种商业秘密，因此对地理信息系统数据的交换使用几乎是不可能的。为了解决这一问题，通用数据交换格式的摄念被提了出来(J．RaulRamirez，1992)，并且，有关空间数据交换标准的研究发展很快。在地理信息系统软件开发中，输入功能及输出功能的实现必须满足多种标准的数据格式。
5)数据的可视化
空间数据的可视化表达，是地理信息系统区别于一般商业化管理信息系统的重要标志。地图学在几百年来的发展过程中，为数据的可视化表达提供了大量的技术储备。在地理信息系统技术发展早期，空间数据的显示基本上直接采用了传统地图学的方法及其标准。但是，由于地理信息系统的面向空间分析功能的要求，空间数据的地理信息系统可视化表达与地图的表达方法具有很大的区别。传统的制图标准并不适合空间数据的可视化要求，例如利用已有的地图符号无法表达三维地理信息系统数据。解决地理信息系统数据可视化表达的一般策略是：与标准的地图符号体系相类似，制定一套标准的地理信息系统用于显示地理数据的符号系统。地理信息系统标准符号库，不但包括图形符号、文字符号，还应当包括图片符号、声音符号等。
6)数据产品的测评
对于一个产业来讲，其产品的测评是一件非常重要的工作。同样，地理信息系统数据产品的质量、等级、性能等方面进行测试与评估，对于地理信息系统项目工程的有效管理、促进地理信息市场的发展具有重大意义。
2、促进地理信息共享
地理信息的共享，是指地理信息的社会化应用，就是地理信息开发部门、地理信息用户和地理信息经销部门之间以一种规范化、稳定、合理的关系共同使用地理信息及相关服务机制。
地理信息共享，深受信息相关技术的发展(包括遥感技术、GPS技术、地理信息系统技术、网络技术)、相关的标准化研究及其所制定的各种法规保障制度的制约。现代地理信息共享，以数字化形式为主，并已步入了模拟产品、数据产品和网络传输等多种方式并存的数字化时代。因此，数据共享几乎成为信息共享的代名词。在数据共享方式上，专家们的观点是，未来的数据共享将以分布式的网络传输方式为主，例如，我国有关部门提出以两点一线、树状网络、平行四边形网络、扇状平行四边形网络四种设计方案作为地理信息数据共享的网络基础。
从信息共享的内容上来看，地理信息的共享并不只是空间数据之间的共享，它还是其他社会、经济信息的空间框架和载体，是国家以及全球信息资源中的重要组成部分。因此，除了空间数据之间的互操作性和无误差的传输性作为共享内容之一外，空间数据与非空间数据的集成也是地理信息共享的重要内容。后一种数据共享方式具有更大的社会意义，因为它为某些社会、经济信息的利用提供了一种新的方法。
地理信息共享有三个基本要求：要正确的向用户提供信息；用户无歧义、无错误地接收并正确使用信息；要保障数据供需双方的权力不受侵害。在这三个要求中，数据共享技术的作用是最基本的，它将在保障信息共享的安全性(包括语义正确性、版权保护及数据库安全性等方面)和方便灵活地使用数据方面发挥重要的作用。数据共享技术涉及4个方面，它们是：面向地理系统过程语义的数据共享概念模型的建立；地理数据的技术标准；数据安全技术；数据的互操作性。
1)面向地理系统过程语义的数据共享的概念模型
在地理信息系统技术发展过程中，由于制图模型对地理信息系统技术的深刻影响，关于现实地理系统的概念模型大多集中于对地理系统空间属性的描述。例如对地理实体的分类，以其几何特性点、线、面等为标志，由于这一局限，地理信息系统只能显式地描述一种地理关系——空间关系。这种以几何目标为主要模拟对象的模拟方法不但存在于传统的关系型地理信息系统中，而且也存在于各种面向对象的地理信息系统模型研究文章中。以几何目标特性为主，模拟地理系统的思想几乎成为一种标准；而基于地理系统过程思想的概念模型很少出现。
实际的数据共享是一种在语义层次上的数据共享，最基本的要求是供求双方对同一数据集具有相同的认识，只有基于同一种对现实世界地理过程的语义抽象才能保证这一点。因此在数据共享过程中，应有一种对地理环境的模型作为不同部门之间数据共享应用的基础。面向地理系统过程语义的数据共享的概念模型包括一系列的约定法则：地理实体几何属性的标准定义和表达；地理属性数据的标准定义和表达；元数据定义和表达等。这种模型中的内容和描述方法，有别于面向地理信息系统软件设计或地理信息系统数据库建立的面向计算机操作的概念建模方法。为了数据共享的无歧义性及用户正确地使用数据，面向数据共享的概念模型必须遵循ISO为概念模型设计所规定的“100％原则”，即对问题域的结构和动态描述达100％的准确。
2)地理数据的技术标准
地理数据的技术标准为地理数据集的处理提供空间坐标系、空间关系表达等标准，它从技术上消除数据产品之间在数字存储与处理方法上的不一致性，使数据生产者和用户之间的数据流畅通。
地理数据技术标准的一项重要工作是利用标准的界面技术完整地表达数据集语义的标准数据界面。随着对数据共享认识的越来越清晰，科学家们越来越重视对地理信息系统人机界面的标准化。在有关用户界面的标准化的讨论中，两个观点占了主流：一个观点主张采用现有IT标准界面，这是计算机专家们的观点；另一个观点提出要以能表达数据集的语义作为用户界面标准的标准。经过多年的讨论及实践已逐渐形成两种策略，它们是建立标准的数据字典和建立标准的特征登记，这两种策略的理论基础都是基于对现实世界的概念性模拟以及概念模式规范化的建立。
在数据库领域，数据字典是一个很老的概念，它的初始含义是关于数据某一抽象层次上的逻辑单元的定义。应用于地理信息系统领域后，其含义有了变化，它不再是对数据单元简单的定义，而且还包括对值域及地理实体属性的表达，它已走出元数据的范畴，而成为数据库实体的组成部分之一。建立一个标准数据字典，实际上也就是建立相应地理信息系统数据库的一种外模式，可以方便地对数据库施行查询、检索及更新服务。特征登记是一种表达标准数据语义界面方法，它产生于面向地理特征的信息系统设计思想。
3)数据安全技术
数据使用过程中，为了保证数据的安全，必须采用一定的技术手段。在网络数据传输状况下更是如此。从技术上解决数据安全问题，主要考虑在数据使用和更新时要保持：①数据的完整性约束条件；②保护数据库免受非授权的泄露、更改或破坏。在网络时代，还要注意网络安全，防止计算机病毒等。
数据的完整性体现了数据世界对现实世界模拟的需求，在关系型数据库中，存在着实体完整性和关系完整性两种约束条件；数据库中数据的安全性，一般通过设置密码、利用用户登记表等方法来保证。
4)数据互操作性
从技术的角度，数据共享强调数据的互操作性。数据的互操作性，体现在两个方面：一个是在不同地理信息系统数据库管理系统之间数据的自由传输；另一个是不同的用户可以自由操作使用同一数据集，并且保证不会导致错误的结论。数据的互操作性在数据共享所有环节中是最重要的，技术要求也是最高的。
二、地理信息系统标准化的内容
1、地理信息内容和层次
地理信息系统数据模型的设计，是在对于地理知识的演绎和归纳基础之上，形成反映地理系统本质的形式化的地理信息的组织和表达模式。
1)地理知识、地理信息、地理数据
地理知识是有关地理现象以及地理过程发展规律的正确认识的集合。地理信息是地理知识的一种，它强调对于地理知识的规范化及其结构化的描述形式，因此，它具有一定形式的信息结构。地理数据是地理信息的数字化载体，只有建立在某种数据模型基础上的地理数据集，才能够表达地理信息和地理知识，才具有地理分析的意义。
2)地理信息的构成和信息结构
地理信息是对地理实体特征的描述，地理实体特征一般分为四类：①空间特征，描述地理实体空间位置、空间分布及空间相对位置关系；②属性特征，描述地理实体的物理属性和地理意义；②关系特征，描述地理实体之间所有的地理关系，包括对空间关系、分类关系、隶属关系等基本关系的描述，也包括对由基本地理关系所构成的复杂地理关系的描述；④动态特征，描述地理实体的动态变化特征。地理信息对这些特征的描述，是以一定信息结构为基础的。一个合理的信息结构中的各个信息项应当具有明确的数据类型定义，它不但能全面反映上述地理实体的四类特征，而且还能够很容易地被影射到一定的数据模型之中。一般地，设计出反映地理实体某项信息的信息结构并不困难，难度较大，而且也更为主要的是设计一个能够全面反映地理现实的信息模型。
由于对地理信息的描述是以数据为基础的，因此关于数据本身的一些描述信息，例如,关于数据质量、数据获取日期、数据获取的机构等，由于它们也间接地描述了地理实体，也成为了地理信息的组成之一。这一类信息在地理信息系统领域一般称为元数据信息。
2、地理信息的分类与编码
地理数据对地理现实的表达是建立在一定的逻辑概念体系之上的，对地理知识的系统化是建立这些逻辑概念的基础，而地理信息的分类是地理知识系统化的一个重要方法。
1)地理信息的分类
对信息的分类一般具有两种方法：线分类法和面分类法。线分类法是将分类对象根据一定的分类指标形成相应的若个层次目录，构成一个有层次的、逐级展开的分类体系；面分类法是将所选用的分类对象的若干特征视为若干个“面”，每个“面”中又分彼此独立的若干类组，由类组组合形成类的一种分类方法。对地理信息的分类一般采用线分类法。
作为地学编码基础的分类体系，主要是由分类与分级方法形成的。分类是把研究对象划分为若干个类组，分级则是对同一类组对象再按某一方面量上的差别进行分级。分类和分级，共同描述了地物之间的分类关系、隶属关系和等级关系。在地理信息系统领域中的分类方法，是传统地理分析方法的应用。
地理信息的分类方法并不是要以整个地理现实作为它的分类对象，它要为某种地理研究及其应用服务。不同地理研究目的之下的分类体系可能不同，即使研究对象为同一地理现实，而用以描述该地理现实的分类体系则可能有质的不同。如果从地理组成要素的观点出发，并且认为地貌、水文、植被、土壤、气候、人文是全部的地理组成要素，那么这六大组成要素就形成了六大分类体系。这六大分类体系，共同组成了对地理现实的描述体系。分类体系的特点之一，是概念之间仅能以1:n的关系来描述研究对象。
地理信息的分类方法也可以是成因分类，即以成因作为主要的分类指标进行地物分类，这种方法通常为面分类法。地理信息的另一种分类方法，以地理现实的空间分布特点为主要指标进行分类，ISO将这种以地理空间差异为主要指标而划分形成的空间体系，称为地理现实的非直接参考系统，行政区划、邮政编码都是这类的代表。
分类体系中的分级方法所依据的指标，一般以地理现实的数量指标或质量指标为主。例如，对河流的分级描述、土地利用类型的确定，最有代表意义的是以地物光谱测量特征为主要指标的遥感解译和制图。
应用目的不同和分类指标不同，在极大地丰富了地理分类学研究内容的同时，也在一定程度上造成了对其使用上的困难，其最大的问题是各分类体系之间不兼容。由于这种分类体系的直接应用是对地理现实的编码表示，因此，各分类体系之间的不兼容将导致同一地物的编码不一，或同一编码所具有的语义有多个，从而造成了数据共享困难。
2)地理信息的编码
对地理信息的代码设计是在分类体系基础上进行的，一般地在编码过程中所用的码有多种类型，例如顺序码、数值化字母顺序码、层次码、复合码、简码等。我国所编制的地理信息代码中，以层次码为主。
层次码是按照分类对象的从属和层次关系为排列顺序的一种代码，它的优点是能明确表示出分类对象的类别，代码结构有严格的隶属关系，例如，GB2260—80《中华人民共和国行政区划代码》，GB／T13927—92《国土基础信息数据分类与代码》都是采用了层次码作为代码的结构。
层次码一般是在线分类体系的基础上设计的。
地理信息的编码要坚持系统性、准一性、可行性、简单性、一致性、稳定性、可操作性、适应性和标准化的原则，统一安排编码结构和码位；在考虑需要的同时，也要考虑到代码之简洁明了，并在需要的时候可以进一步扩充，最重要的是要适合于计算机的处理和方便操作。目前，已形成国家标准的地理信息方面的分类及代码已有多个，例如GB2260-80《中华人民共和国行政区划代码》、GB／T13923-92《国土基础信息数据分类与代码》、GBl4804-93《1：500、1：1000、1：2000地形图要素分类与代码》、GB／T5660-1995
《1：5000、1：10000、1：25000、1：50000、1：100000地形图要素分类与代码》。
3、地理信息的记录格式与转换
不同的地理信息系统软件工具，记录和处理同一地理信息的方式是具有差别的，这往往导致早期不同地理信息系统软件平台上的数据不能共享。记录格式的不同加上格式对用户是隐蔽的，导致了数据使用上的困难。世界上已有了许多数据交换标准，其中有关数据格式的转换建立了一种通用的，对用户来讲是透明的通用数据交换格式。数据格式的另一个内容，是数据在各种媒体上的记录标准问题。
1)数据交换格式
在数据转换中，数据记录格式的转换要考虑相关的数据内容及所采用的数据结构。如果纯粹为转换空间数据而设立的标准，那么重点考虑的将是：①不同空间数据模型下空间目标的记录完整性及转换完整性，例如由不同简单空间目标之间的逻辑关系形成的复杂空间目标，在转换后其逻辑关系不应被改变；②各种参考信息的记录及转换格式，例如坐标信息、投影信息、数据保密信息、高程系统等；②数据显示信息，包括标准的符号系统、颜色系统显示等。
对于地理的信息，除了考虑上述数据的转换格式外，还应该多考虑下列内容：①属性数据的标准定义及值域的记录及转换；②地理实体的定义及转换；③元数据(Metadata)的记录格式及转换等。由于在转换过程中，地理数据是一个整体，各类数据的转换一般以单独转换模块为基础进行转换，因此，还要具备不同种类数据转换模块之间关系的说明及数据整体信息的说明，例如利用一定的机制说明不同转换模块的记录位置信息，转换信息的统计等。
在所有数据标准中，数据交换格式的发展是最快的，地理信息系统软件开发商在其中做了不少工作，例如DXF、TIFF等可以用于空间数据的记录与交换；SDTS、DIGES等数据交换标准，以一定的概念模型为基础，不但用于交换空间数据，而且是在地理意义层次上交换数据，不但注重于空间数据的数据格式，而且注重于属性数据的数据格式以及空间、属性数据之间逻辑关系的实现。
2)数据的媒体记录格式
在数据的使用过程中，数据总是以一定的媒质(例如磁带、磁盘、光盘)等作为存贮载体。数据在媒体上的记录格式对用户是否透明也是制约数据应用范围的一个重要因素。在该类记录格式的标准化过程中，各种媒介本身的技术发展对记录格式的影响很大，不同记录媒体，由于处于不同的时期，而应分别采用和制定相应的标准。
4、地理信息规范及标准的制定
地理信息技术标准的制定、管理和发布实施，是将地理信息技术活动纳入正规化管理的重要保证。在标准的制定过程中，必须遵守国家相关的法律、法规，特别是《中华人民共和国标准化法》和《中华人民共和国标准化法实施条例》。
1)制定地理信息技术标准的主要对象
标准的特有属性，使得对信息技术标准制定的对象有特殊的要求。制定标准的主要对象，应当是地理信息技术领域中最基础、最通用、最具有规律性、最值得推广和最需要共同遵守的重复性的工艺、技术和概念。针对地理信息领域，应优先考虑作为标准制定对象的客体有：
a．软件工具：例如软件工程、文档编写、软件设计、产品验收、软件评测等；
b．数据：数据模型、数据质量、数据产品、数据交换、数据产品评测、数据显示、空间坐标投影等；
c．系统开发：例如系统设计、数据工艺工程、标准建库工艺等；
d．其它：例如名词术语、管理办法等。
2)制定地理信息技术标准的一般要求
主要有：①认真贯彻执行国家有关的法律、法规，使地理信息技术标准化的活动正规化、法制化；②在重分考虑使用的基础上，要注意与国际接轨，并注意在标准中吸纳世界上最先进的技术成果，以使所制定的标准既能适合于现在，还能面向未来；③编写格式要规范化。
在制定地理信息技术标准时，要遵守标准工作的一般原则，采用正确的书写标准文本的格式。我国颁布了专门用于制定标准的一系列标准，详细规定了标准编写的各种具体要求。
3)编制标准体系表
围绕着地理信息技术的发展，所需要的技术标准可能有多个，各技术标准之间具有一定内在的联系，相互联系的地理信息技术标准形成地理信息技术标准体系。信息技术标准体系具有目标性、集合性、可分解性、相关性、适应性和整体性等特征，是实施编制整个地理信息技术标准的指南和基础。
地理信息标准体系反映了整个地理信息技术领域标准化研究工作的大纲，规定了需要编写的新标准，还包括对已有的国际标准和其它相关标准的使用。对国际、国外标准的采用程度一般分为三级：等同采用、等效采用和非等效采用。我国标准机构对标准体系表的编制具有详细的规定。
