基于模糊理論的水利領域地理信息系統質量評價模型研究

孫峰 孫楠

【摘要】為了貫徹落實中央一號文件戰略部署，加快推進水利信息化，各地水利管理部門通過建設水利相關地理信息系統，對水利基礎設施進行遠程控制和立體化管理，但這些水利領域地理信息系統建設效果參差不齊，為了提高水利領域地理信息系統建設質量，本文在分析目前水利領域地理信息系統建設現狀基礎上，分析水利領域地理信息系統建設存在問題，從信息系統適用性和軟件管理思想等因素出發，建立水利領域地理信息系統評價指標體系，提出利用模糊理論評價水利領域地理信息系統質量的模型，評價過程包括評價指標體系及權重確定和建立模糊評價矩陣。該模型改善傳統信息系統評價方法中主觀性、不精確性和復雜性的弊端，并能方便快捷地得出科學、準確、客觀的評價，為水利部門信息化建設提供科學決策，促進并帶動水利現代化。

【關鍵詞】模糊理論;水利領域;地理信息系統;評價

在地理信息技術飛速發展的當今，雖然地理信息系統的設計、開發與組織管理手段都越來越先進，但對系統建設各個環節中規范化、標準化以及共性化的關鍵技術進行的綜合分析評價還沒有引起足夠重視。隨著地理信息系統應用不斷普及，地理信息系統在各個領域得到充分應用，特別是在水利行業，對河道、泵站、排澇站等水利及配套設施綜合管理[1]，市場上有眾多地理信息系統提供商可供選擇，對于水利管理部門選擇一種適合本單位的地理信息系統顯得致關重要[2]，本文以水利領域地理信息系統為研究對象，功能性、技術性、網絡特性以及操作性等方面評價水利地理信息系統質量，為水利部門選擇合適業務需要的地理信息系統提供決策依據和參考。

1.水利領域地理信息系統簡介

地理信息系統是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。水利領域地理信息系統是地理信息系統和遙感系統在水利信息化中應用與開發，主要包括國家防汛指揮系統、水利電子政務信息系統建設、水資源管理決策支持系統、水土保持監測與管理信息系統和水質監測與評價信息系統建設以及水利業務應用等[3]。

2.水利領域地理信息系統質量評價總體流程

就質量評價問題而沿，主要解決三個關鍵問題：評價對象和目標、評價標準問題以及評價方法問題[4]。從系統實用性和功能性等角度考慮，確定水利領域地理信息系統為評價對象，按照軟件評價目的，制定合適的評價指標體系，選擇恰當的評價方法進行評價，評價總體流程如圖1所示。

圖1 評價總體流程圖

水利領域地理信息系統質量如何衡量，除了評價其功能的健全實用外，其性能的評價也是極其重要的。水利領域地理信息系統的性能評價主要從以下幾個方面來分析：系統功能實用性、用戶界面的響應速度、多用戶并發操作時的效率、系統處理數據的能力和效率、系統的可移植性（兼容性）、可擴展性、安全性以及用戶使用系統的難易程度等方面。其中，數據質量和系統功能是水利領域地理信息系統用戶所關注的關鍵指標，水利領域地理信息系統質量大多是以提高用戶滿意度為主要衡量目標。對于軟件系統評價方法較多，但是這些評價方法中難以將用戶或者專家評價模糊概念有效量化[4]，導致評價結果受到較多主觀因素影響，為了盡可能地減少主觀因素對評價結果的影響，需要量化評價者的模糊概念，所以采用模糊理論方法對水利領域地理信息系統質量進行評價，主要評價過程包括：系統評價對象、系統評價目的、確定評價指標體系以及模糊理論評價過程。

2.1 系統評價的對象

要對水利領域地理信息系統進行評價，首先要對水利領域地理信息系統軟件和水利部門現狀有非常明確的認識，然后進行調研和分析，確定評價的對象，評價對象的確定是整個評價過程的開始，也是評價過程非常重要的步驟之一，只有確定評價的對象后，才能確定評價目標、評價指標體系等等，最終的目的是用戶滿意度，并促進水利領域地理信息系統軟件開發質量不斷完善和提高。

2.2 系統評價目的

系統評價的目的是提高水利領域地理信息系統應用效果和開發效率。但是這兩個方面評價難點就是難以量化，本評價方法試圖利用模糊理論描述模糊概念特征，對評價者評價進行量化，達到系統評價的目的，采用定性和定量分析相結合原則，基本能對系統質量進行評價。

2.3 評價指標體系

在評價軟件質量時，通過建立一系列評價指標體系，然后借助軟件質量評價方法進行建模和評價。根據科學性、系統性、定量指標和定性指標相結合、實用性等原則分析國外軟件的評價活動[5]，并參閱美國MicroSIFT、EPIE等專門的軟件評價組織的指標體系及國內相應的評價標準，反復征求意見后建立如表1所示的兩層水利領域地理信息系統評價指標體系和各指標權重[6]。

表1 水利領域地理信息系統評價指標和權重

一級指標和權重 二級指標和

權重 評價結果和權重

優秀 良好 較好 合格 不合格

網絡和數據特性

A1（0.3） 數據質量F1（0.5） 0.60 0.25 0.10 0.05 0.00

響應速度F2（0.3） 0.65 0.15 0.10 0.05 0.05

網絡可靠性F3（0.2） 0.60 0.20 0.10 0.10 0.00

技術性

A2（0.2） 穩定性F4（0.35） 0.70 0.15 0.05 0.05 0.05

數據包容性F5（0.35） 0.65 0.20 0.05 0.05 0.05

GIS利用率F6（0.15） 0.65 0.20 0.05 0.05 0.05

可維護性F7（0.15） 0.50 0.20 0.15 0.05 0.10

功能性

A3（0.3） 水利業務功能F8（0.4） 0.60 0.20 0.10 0.10 0.00

一致性F9（0.3） 0.45 0.30 0.15 0.10 0.00

可追蹤性F10（0.1） 0.40 0.30 0.15 0.10 0.05

檢錯性F11（0.1） 0.35 0.25 0.20 0.10 0.10

功能擴充性F12（0.1） 0.40 0.30 0.10 0.10 0.10

操作性

A4（0.2） 界面友好F13（0.35） 0.80 0.15 0.05 0.00 0.00

輸入簡單F14（0.45） 0.80 0.10 0.05 0.05 0.00

使用幫助F15（0.1） 0.60 0.20 0.10 0.10 0.00

安裝方便程度F16（0.1） 0.60 0.30 0.10 0.00 0.00

3.基于模糊理論的評價過程

水利領域地理信息系統評價在充分收集不同用戶評價意見基礎上，采取定性分析和定量分析相結合的方法，為了更好地描述水利領域地理信息系統質量評價中諸多難以量化的因素，所以本系統評價引入模糊理論，將難以量化的因素進行模糊化處理，然后直接進入模糊處理模型中進行處理，最后將處理后的結果轉化為一般評價結果既可[5]。處理過程如圖2所示。

圖2 系統評價模糊處理過程

模糊評價模型中統一用評價集合R{優秀，良好，較好，合格，不合格}為模糊集，評價指標集F{F1，F2，…，Fn}表示影響水利領域地理信息系統整體質量各評價指標，該集合中第i個指標由評價向量Fi={Fi1， Fi2 Fi3， Fi4， Fi5}表示，每個指標有5個評價等級。

3.1 精確輸入數值的模糊化

對于每一個二級評價指標的權值都是通過隸屬函數獲取的[7]，例如，二級評價指標“數據質量”的權值確定，可以首先通過統計專家評價集合中各元素的隸屬程度，在30個不同評價專家的評價集合中，評價該指標為優秀，良好，較好，合格，不合格的人數分別為18、8、3、1、0個，從而可以得出“數據質量”屬于“優秀”的程度為0.60，屬于“良好”的程度為0.25，屬于“較好”的程度為0.10，屬于“合格”的程度為0.05，屬于“不合格”為0。同樣利用類似的方法可以得到如表1中各評價指標的權值，并反映評價指標對軟件質量影響程度。即復合下面的隸屬函數。

一定規定：。

3.2 建立指標評價矩陣

在數值模糊化基礎上，每個專家對每個二級評價指標可以給出一個評價值，用評價向量Si=（si1， si2， si3， …， sik）表示，例如，一個專家評價軟件的指標“功能擴充性”為0.3，根據表1所建立的權重庫，利用模糊理論的最大隸屬度原則，可知該指標對應的評價向量可表示為（0，1，0，0，0），如果指標“功能擴充性”為0.6，則其對應的評價向量為（1，0，0，0，0）。

對于每個一級評價指標Ai包括j個二級評價指標，根據已經計算出來的二級評價指標向量，并結合每個指標的權重Fi，得到第i個一級評價指標的評價向量Ai。

即將所有一級評價指標評價向量組成如下一級評價矩陣：

3.3 評價矩陣模糊計算

模糊評價結果向量用OUT表示，根據表1中每個一級評價指標的權重V=（v1，v2，v3，…，vk）已經計算出來的一級評價指標矩陣A，則模糊評價結果矩陣：

最后可以得到模糊評價結果矩陣OUT=（b1，b2，…bk），然后利用最大隸屬度原則確定軟件最終評價結果，即OUT*=max（b1，b2，…bk）。

運用建立的水利領域地理信息系統模糊評價模型對開發的南通市水利地理信息系統進行質量評價。經過南通市水利局、一般用戶、開發者以及專家對各指標進行評分，整理后計算得到一級指標評價矩陣A為：

經過計算得到OUT=，利用最大隸屬度原則確定南通市水利地理信息系統軟件質量最終評價結果為“優秀”。

4.結束語

結合水利領域地理信息系統特點，以提高水利信息資源利用效率為目標，從系統功能、網絡安全和網絡可靠性方面，利用模糊理論建立評價模型[9]，并對南通市水利地理信息系統進行評價，取得良好的效果，本文水利領域地理信息系統評價方法重點考慮減少人為因素的誤差，對影響水利領域地理信息系統的關鍵因素進行量化處理，建立科學評價模型，為水利信息化建設提供科學決策和指導。但本文中評價指標權重設定有待進一步優化，以便提高評價結果科學性和精準度。

參考文獻

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[9]周津慧，王宗.基于模糊評價方法的軟件質量評價研究[J].系統工程與電子技術，2004，26（7）：988-991.

作者簡介：

孫峰（1979—），男，江蘇常州人，常州市河道湖泊管理處工程師，從事河道湖泊管理工作。

孫楠（1982—），女，工程師，研究方向：海上測控。