某规划管理信息系统工程开发剖析.docx
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某规划管理信息系统工程开发剖析
第二十二章某规划管理信息系统工程开发剖析
系统工程是管理、组织系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法［钱学森等，论系统工程］。
这一定义阐明了系统工程的观点在工程开发中的意义和作用。
GIS应用系统作为一项庞大而复杂的系统工程，并不是原理和方法的简单组合。
将工程化思想引入GIS系统的应用开发，寻找一套高效的科学方法来进行GIS系统的组织、管理，是当前GIS系统应用开发迫切需要解决的问题。
一个GIS应用系统成功与否，主要取决于以下几个方面：
•系统分析阶段获取信息的完整性和可靠性；
•系统设计目标的合理确定；
•开发队伍的合理组织；
•系统工程开发步骤的遵循；
•对于不可预测因素的综合考虑；
•可靠技术维护与更新机制的建立。
GIS工程是应用系统的原理和方法，针对特定的实际应用目的和要求，统筹设计、优化、建设、评价、维护实用GIS系统的全部过程和步骤的统称，也称为GIS实用工程［边馥苓.GIS地理信息系统原理和方法］。
GIS工程化的思想在GIS应用开发中具有普遍的指导意义。
规划管理信息系统是应用现代化信息管理技术和科学管理的方法，针对某一区域的经济开发所需的各类信息进行采集、加工、存储、分析、变换的人/机交互应用系统，以达到规划和管理的目的。
规划管理信息系统属于基于大量图形数据和属性数据运算的应用系统，并提供一定的分析、辅助决策的功能，属于地理信息系统技术的应用范畴。
随着我国国民经济的发展，城市化速度越来越快。
城市的规划、用地、建设、基础设施等方面的管理完全依靠人工，以传统基于图纸、报表的方式进行管理，很难跟上经济发展的步伐，它们迫切要求能够利用现代化的信息管理技术和科学的管理方法，对涉及城市的各项基础信息进行科学的统一化的管理。
规划管理信息系统作为现代化信息管理技术的标志之一，利用计算机把反映区域现状、规划等各类空间数据与描述这些空间数据的属性数据进行输入、存储、查询、统计、分析、输出，具有对区域各类信息进行管理和综合分析的能力，符合区域信息多尺度、大空间的管理特点，比基于传统统计分析的管理信息系统（MIS）具有更大的优点。
计算机网络、数据库管理、图形图像学、多媒体技术的发展，对多时态的空间信息能作出生动、直观的描述，并可以运用各种数学手段进行分析及辅助决策。
规划管理信息系统的这些特点极大地满足了现代化信息管理的要求，其应用研究得到了各级管理部门的普遍重视，并迅速得到推广、应用。
从系统工程的观点来看，应用系统的开发可分为系统分析、系统设计、系统实施、测试调试、运行维护等几个步骤，以下以某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的研制开发为例进行讨论。
22.1系统分析
系统分析是信息系统开发工作中最重要的一环。
系统分析的内容主要是对政府各部门、各业务的详细了解，在此基础上进行分析，提出新方案。
具体步骤分为系统分析方法的确定，详细调查方法的确定，组织结构与功能分析、业务流程分析、数据与数据流程分析、过程/信息分析等，最终确定系统的逻辑方案，以下就其中主要的几项内容进行讨论。
22.1.1课题背景分析
某国家高新技术产业开发区面积约9Km2，其中，一期工程面积约3.5Km2，二期工程面积约5.5Km2。
日常涉及的主要工作有：
建设用地管理、建筑工程管理、管线工程管理、规划监察管理等；涉及到的资料有：
图纸、报表、文档、图片等。
从信息管理的角度分析，该国家高新技术产业开发区管理部门的工作内容涉及信息的收集、存储、处理、传送、决策、输出等，数据的使用相互交叉、频繁，若完全依靠人工方式进行管理，效率低下，出错率也较高，这种工作方式已远远不能满足高新技术产业的管理要求，主要问题表现在：
•办公效率低下
日常管理工作围绕着大量的图纸、报表、文档、图片等进行，管理的结果是对上述各类资料综合考虑的决策，办公周期长，发生错误的机率也较大。
•信息量急剧增长
日常的管理工作常常需要建立在对已有项目管理的基础上，信息量不断增加。
同时，由于同一资料有多个部门使用，某一部门的工作常常要以其它部门的工作结果为依据，数据的交互使用频繁，冗余度不断增大。
•办公费用直线上升
办公周期越来越长，数据的存储、管理难度越来越大，冗余度不断加大，势必造成办公费用的增长。
•计算机技术的发展
二十一世纪初的今天，计算机技术日益普及，利用计算机等先进的工具进行管理已成为当今信息化社会进行信息管理的主流，技术条件已经成熟。
对于高新技术产业开发区的管理工作，应该进行思想方面的变革。
针对上述情况，该国家高新技术产业开发区管理部门提出，要以现代化的管理技术、科学的管理方法，对上述管理工作进行变革，并委托有关单位，研制开发开发区规划管理信息系统。
22.1.2组织结构与功能分析
实际生活中的各级管理部门是由众多错综复杂的因素纵横交织成的一个有机整体，对于这样一个复杂的系统，必须有一套正确的分析方法，才能摸清该管理部门的组织、结构、职能、涉及资料数据等方面的内容。
某国家高新技术产业开发区日常的管理工作主要包括：
建设用地管理、建筑工程管理、管线工程管理、规划监察管理等。
图22-1采用组织结构图的方法，分析了某国家高新技术产业开发区规划管理部门的隶属关系及职能。
图22-1某国家高新技术产业开发区规划建设局组织结构及职能划分图
表22-1采用业务流程图的方法，反映了组织内部各部分之间的联系程度。
表22-1某国家高新技术产业开发区规划建设局业务联系图
组织
业务
建设用地
管理部
建筑工程
管理部
管线工程
管理部
规划监察
管理部
测量队
资料室
建设用地管理
＊
&
&
建筑工程管理
&
＊
&
&
管线工程管理
&
&
＊
&
&
规划监察管理
&
&
&
＊
&
&
＊：
表示该业务是对应组织的主要业务
&：
表示该单位是辅助性单位
空格：
表示无业务
22.1.3业务流程分析
经过对系统的组织结构、职能范围、业务联系进行分析后，还需对系统的业务流程作进一步的分析、判断，确定合理的业务流程。
某国家高新技术开发区各管理部门业务流程分析如图22-2、图22-3、图22-4、图22-5所示。
图22-2建设用地管理业务流程图
图22-3建筑工程管理业务流程图
图22-4管线工程管理业务流程图
图22-5规划监察管理业务流程图
22.1.4数据、数据流程、功能/数据分析
数据是信息的载体，是GIS应用系统的血液，是系统要处理的主要对象，全面准确地收集、整理、分析数据和数据流程是系统在分析阶段必须要进行的工作，这项工作的内容主要包括三个方面，即数据分析、数据流程分析、功能/数据分析。
数据分析是对原有资料或数据进行的一次综合取舍的过程，并使之适合于计算机系统的使用。
针对某国家高新技术产业开发区日常工作特点，经过细致的数据分析，将预期设计的应用系统使用的数据分为以下几类：
1.图形类：
包括地形图、各类规划图、各类现状图、各管理部门工作图件、专题图、图式图例等，约20余种，现划分为：
•基础图件：
包括地形图、规划图等；
•工作图件：
包括各管理部门的工作图件、各种现状图等。
2.文档类：
包括各类文件、法规、专业管理案卷、用户申报案卷等，现划分为：
•基础文档：
如文件、法规等；
•工作文档：
如各类案卷等。
3.报表：
包括为专业管理部门在管理过程中形成的各种审批表格，各类用户报表，各类统计报表等，现划分为：
•建设用地管理类报表；
•建筑工程管理类报表；
•管线工程管理类报表；
•规划监察管理类报表。
4.图片：
包括档案中的图片、审批过程中的图片、各专业管理部门的专用图片等，现划分为：
•基础图片类：
如资料性图片；
•专业图片类：
如管理过程中的图片。
5.其它：
如声音、录相等。
其中，基础类为普通用户不得随意改动的数据，工作类为专业管理部门进行日常工作，经常变更的数据。
在对数据进行分析后，要想把数据独立地抽象出来，必须要了解数据的来龙去脉，了解信息的实际流程、模块功能调用情况。
数据流程分析主要包括对数据的流动、处理、存储等项工作的分析，图22-2、图22-3、图22-4、图22-5业务流程图在业务流程分析的同时，对数据流程作了一定的分析，下表采用功能/数据分析图的方式对数据的使用状况进行了进一步的说明，这里对数据流程不再作进一步的介绍。
功能/数据分析是应用系统在业务流程、管理功能、数据及数据流程分析基础上，对模块功能与数据之间关系的进一步分析，典型方法就是IBM公司提出的功能/数据分析法，这是一种系统化的聚类分析法。
表22-2是经过详细分析得到的该国家高新技术产业开发区日常管理工作的功能/数据分析表。
表22-2功能/数据分析表
数据
功能
图形类
文档类
报表类
图片类
其它
基础图件
工作图件
基础
工作类
基础
工作
基础
工作
地形图
规划图
建设用地现状
建筑工程现状
管线工程现状
规划监察现状
建设用地
建筑工程
管线工程
规划监察
文件、法规
建设用地
建筑工程
管线工程
规划监察
建设用地
建筑工程
管线工程
规划监察
资料
建设用地
建筑工程
管线工程
规划监察
资料
建设用地
建筑工程
管线工程
规划监察
建设用地
U
U
C
C
U
C
C
U
C
U
C
建筑工程
U
U
U
C
U
U
C
U
U
U
C
U
C
U
C
U
C
管线管理
U
U
U
U
C
U
C
U
U
C
C
U
C
U
C
规划监察
U
U
U
U
U
C
C
U
C
C
U
U
U
U
C
U
C
其中：
U：
Use，使用
C：
Create，创建或修改
22.2系统总体设计
22.2.1总体结构设计
在系统分析完成之后，就开始进行系统设计。
系统设计阶段的主要任务是在科学、合理设计系统总体模型的基础上，尽可能提高系统的运行效率、可变性、可行性、可控性和工作质量，是问题求解及建立解答的高级策略。
在这个阶段，需要选择解决问题的基本方法。
系统设计包括将系统分解为子系统的策略、子系统的软硬件配置、详细设计框架构造等，系统设计决定了系统的整体结构及其风格。
图22-6某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统总体结构图
系统设计工作通常应遵循“自顶向下”的原则，首先设计总体结构，然后逐层深入，最后至每个模块的设计。
总体设计主要指在系统分析的基础上，对整个系统的划分、软硬件设备配置、数据存贮规律以及整个系统实现管理的合理安排。
根据软件分析结果、系统分析结果和某国家高新技术产业开发区的实际工作特点，拟采用OLE2.0技术，把MapInfo®Professional作为OLE对象的软件开发模式，将某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统设计为基于局域网络的GIS应用系统。
图22-6介绍了某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的总体结构。
以某国家高新技术产业开发区为例，通过系统分析可以看出，该管理部门日常工作涉及到的主要内容有：
建设用地管理、建筑工程管理、管线工程管理、规划监察管理等。
以上工作围绕着大量的图纸、报表、文档、图片等资料进行，一个管理部门的工作还常常需要其它管理部门的数据及结果，形成彼此相互交叉且比较混乱的管理模式。
详细的系统分析为系统逻辑方案的确定奠定了基础，经过反复调研及与某国家高新技术产业开发区有关部门协商，根据GIS应用系统当前的技术水平、用户需求、研发与应用部门双方的技术条件、软硬件条件等的分析结果，确定研制的某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统一期工程应达到如下要求：
•数据统一管理，各职能部门通过网络调用数据；
•确保系统的安全性、可靠性及保密性；
•各类目标的数据具有一定综合统计的功能；
•实现初步的办公自动化，各部门的工作相对独立；
•提供一定的分析能力，减少人的工作量。
通过进行系统分析，将某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统划分为六个子系统，即：
•建设用地管理子系统；
•建筑工程管理子系统；
•管线工程管理子系统；
•规划监察管理子系统；
•办公自动化子系统；
•系统维护子系统。
鉴于在上述六个子系统的建设过程中，有大量的功能和功能组合具有一定的重复性，因此有必要采用面向对象的设计思想及“类”的概念将系统的通用功能封装，主要包括：
•文件操作：
读／写、新建、删除、输出等；
•数据库操作：
添加、插入、删除、排序、存库、输出等；
•图形操作：
图层管理、放大、缩小、选择、漫游、信息查询、标尺、输出预览、输出等；
•辅助功能：
计算器、文本编辑、表格编辑、文档浏览、图形显示等；
•图形绘制功能：
绘制点、绘制线、绘制面、标注点、标注线、标注面、点参数修正、线参数修正、面参数修正、标注参数修正、图形整理、增加节点等；
•图形辅助功能：
标尺，面积量算、比例尺、坐标、闪烁、图例开关、改变视野、复制、粘贴、取消上次操作等辅助工具；
•测量图审查功能：
测量图的输入、修改、删除、显示、保存等；
•参照物工具：
绘制参照点、等距图、铅垂线、垂直线、平行线、延长线等；
•表格管理：
新增表格、插入表格、删除表格、表格显示、表格排序、表格打印、表格改动入库等；
•查询统计：
信息查询、地理查询、统计值计算、统计值显示、专题地图制作、专题地图修改等；
•用户界面管理：
平铺窗口、层叠窗口、分页窗口、屏幕锁定等。
22.2.2网络设计
在上述设计的基础上，还需进行网络设计、程序代码设计、输入/输出设计、模块功能设计、处理过程设计等方面的内容。
网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，它通过通信线路将分布在不同地理位置上具有独立功能的计算机系统或其它智能外设有机地结合在一起，以实现计算机资源的共享、信息的快速传输和集中处理、均衡负荷及分布处理、综合信息服务等功能，计算机技术和GIS应用技术的发展，要求GIS应用系统具有更强的事务处理能力，经过数年的发展，网络GIS技术在理论和实践上已经成熟。
在网络设计的过程中，应重点考虑三个方面的问题：
网络的安全性、可靠性和并发控制的问题。
网络中各个节点相互连接的方法和形式称为网络拓扑结构，它影响着整个网络的设计、功能、可靠性、通信费用等方面。
按照网络拓扑结构划分，网络可分为星型网络、总线网络、环形网络、树形网络、无线网络等，它们均有各自的优点及不足，适用于不同的网络系统设计。
某国家高新技术产业开发区管理部门日常管理工作的核心在于各类数据的使用及存储问题，根据不同拓扑结构网络的特点，将制作的某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统设计为基于星形网络的GIS应用系统。
星形网络是分级的主从式网络，具有结构简单，容易控制，服务方便，访问协议简单，故障检测和隔离方便等优点，它的主要问题是对中心节点的依赖性大，中心节点发生故障，则全网瘫痪，图22-7显示了星形网络的结构图，图22-8反映了某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的网络结构。
图22-7星形网络的结构图图22-8某国家高新技术产业开发区
规划管理信息系统的网络结构图
22.2.3程序代码设计
程序代码设计是一个科学管理的问题，设计出一个好的程序代码对于系统的开发是一件极为有利的事情，它对应用系统的合理性和稳定性、系统资源使用的规范性及合理性等方面有很大的影响。
目前，比较合理的方式是基于可视化开发平台的面向对象程序代码设
计方式。
某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的程序代码设计遵循以下原则：
•以“MapInfo®Professional+MapBasic”为图形模块，其各项功能均定义为功能编码的代号，PowerBuilder调用时，直接调用功能代号，如“闪烁”功能定义为2000号，则PowerBuilder调用方式为：
OLEMapInfo®Professional.Do（"RunMenuCommand2000"）
•采用规范化程序设计，MapBasic、PowerBuilder常用功能定义为函数，供系统或程序直接调用。
•数据库操作使用PowerBuilder提供的DataWindow的功能，对于MapInfo®Professional的数据库，采用ODBC的方式调用。
•其它。
22.2.4输入／输出设计
输入/输出设计对于用户来讲非常重要，对于GIS应用系统本身来讲却不很重要，好的输入/输出设计给用户带来友好的工作环境，提高应用系统的可视化程度。
某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的输入/输出设计遵循如下原则：
•图形数字化采用MapInfo®Professional的屏幕数字化方式；
•图形的屏幕输出和绘图输出采用MapInfo®Professional提供的相应功能；
•数据库的输入/输出采用PowerBuilder的DataWindow；
•文档的输入/输出采用Windows的字处理软件；
•报表的输入/输出采用专业的表格处理软件，统计功能由数据库实现；
•图片、声音等的输入/输出采用调用WindowsAPI的函数方式实现；
•其它。
22.3数据库设计
从地理信息系统的内核来看，GIS应用系统主要包括两类不同的数据库，即空间数据库和属性数据库。
其中，空间数据库包含了GIS应用系统所涉及到的几乎所有的图形信息，并把它们以数据库的形式有机地组织起来，它是GIS应用系统的核心。
属性数据库是对空间数据库中具体空间实体的必要说明。
空间数据库与属性数据库之间通过指针或数据库标识码的方式进行连接，形成相互对应的关系，以实现空间数据库与属性数据库之间相互独立的查询检索及彼此交叉的查询检索。
在此基础上，针对某一决策目标或分析目标通过建立相应数学模型的方式进行分析及提供辅助决策方案。
空间数据库与属性数据库在结构上是彼此独立的，在实际运用中，二者关系并不一定相互独立，二者大致有以下几种组合方式：
•彼此相互独立的空间数据库与属性数据库；
•空间数据库与属性数据库具有相同的结构；
•其它。
鉴于说明空间实体的属性信息在许多部门已经完成建库工作，目前，以上两种方式通常还通过ODBC（OpenDatabaseConnectivity，开放数据库互连）或JDBC（JavaDatabaseConnectivity，Java数据库互连）等方式连接有附加说明的属性数据库，其结构如下图22-9所示。
图22-9地理信息系统数据库结构图
规划管理信息系统是针对某一区域进行的规划、管理，该区域的空间数据是规划管理信息系统的核心。
对于每一个空间实体，还有必要的属性说明，如属性、名称、空间量算数据等。
对于使用空间数据的不同部门，每一个空间实体还应有相应的专业属性说明，以数据库的方式对这些空间信息及属性信息进行管理，构成了规划管理信息系统的基础数据库。
基础数据库的建立需要以下几个步骤：
•地形图及各类专业图件的数字化工作；
•数字化地图的建库工作；
•属性数据库的建库工作；
•属性数据库与空间数据库的连接工作。
上述工作的最终结果是生成规划管理信息系统的基础数据库，其工作流程如图22-10所示。
图22-10规划管理信息系统基础数据库生成工作流程图
为了满足规划管理信息系统的规划、管理、分析、辅助决策的目的，规划管理信息系统还应具备如下的基本功能：
•图形功能：
包括定位、放大、缩小、漫游、图面量算、空间数据提取等；
•查询检索：
包括空间数据库和属性数据库彼此独立的查询检索和相互交叉的查询检索功能等；
•统计分析功能；
•其它。
对于属性数据库，尤其要有较强的统计功能，对于空间数据库，应有地形分析、网络分析、最优化分析等功能，最终还应具备辅助决策的功能。
规划管理信息系统的系统结构图如图22-11所示。
信息系统的主要任务就是通过对大量数据的处理来获取管理工作所需要的信息，这必然要涉及到不同类型的数据。
GIS应用系统主要包含两种类型的数据：
空间数据和属性数据。
根据空间数据与属性数据的关系，属性数据又可分为与空间数据相关连的属性数据（如对空间实体的属性说明等）和与空间数据不关连的属性数据（如文档、报表等）。
GIS应用系统的数据库设计就是要根据数据的类型、用途、使用要求、数据量、设备水平、技术条件等方面的因素决定数据的组织形式、数据结构、数据类别、数据载体等。
图22-11规划管理信息系统的系统结构图
根据某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统的实际特点及要求，将该系统的数据库设计分为两个部分：
基于MapInfo®Professional内置数据库的设计，主要包括有关的空间数据及与空间数据相关的属性数据；基于PowerBuilder内置数据库SybaseAnywhere的数据库设计，主要包括与空间数据关连不太紧密的属性数据，图2-12介绍了该应用系统与数据库的关系。
图22-12某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统数据库关系图
利用上述结果，将某国家高新技术产业开发区规划管理信息系统分为如下若干类，每一类包括若干Table，（MapInfo®Professional）表示为MapInfo®Professional内置数据库的Table。
（PowerBuilder）表示为PowerBuilder内置数据库SybaseAnywhere的Table。
1.地形图
•bd_jxw不明地物（MapInfo®Professional）
•greenland绿地（MapInfo®Professional）
•bd_ppp机关企业（MapInfo®Professional）
•roadline街道（MapInfo®Professional）
•lake面状水线（MapInfo®Professional）
•tree树木带（MapInfo®Professional）
•mapwde接图表（MapInfo®Professional）
2.规划图
•allmap总体规划图（MapInfo®Professional）
•partmap分布规划图（MapInfo®Professional）
•detailmp详细规划图（MapInfo®Professional）
3.建设用地管理
•landnred用地退红（MapInfo®Professional）
•landred用地红线（MapInfo®Professional）
•nowmap用地现状（MapInfo®
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