基于模糊理论的水利领域地理信息系统质量评价模型研究

孙峰 孙楠

【摘要】为了贯彻落实中央一号文件战略部署，加快推进水利信息化，各地水利管理部门通过建设水利相关地理信息系统，对水利基础设施进行远程控制和立体化管理，但这些水利领域地理信息系统建设效果参差不齐，为了提高水利领域地理信息系统建设质量，本文在分析目前水利领域地理信息系统建设现状基础上，分析水利领域地理信息系统建设存在问题，从信息系统适用性和软件管理思想等因素出发，建立水利领域地理信息系统评价指标体系，提出利用模糊理论评价水利领域地理信息系统质量的模型，评价过程包括评价指标体系及权重确定和建立模糊评价矩阵。该模型改善传统信息系统评价方法中主观性、不精确性和复杂性的弊端，并能方便快捷地得出科学、准确、客观的评价，为水利部门信息化建设提供科学决策，促进并带动水利现代化。

【关键词】模糊理论;水利领域;地理信息系统;评价

在地理信息技术飞速发展的当今，虽然地理信息系统的设计、开发与组织管理手段都越来越先进，但对系统建设各个环节中规范化、标准化以及共性化的关键技术进行的综合分析评价还没有引起足够重视。随着地理信息系统应用不断普及，地理信息系统在各个领域得到充分应用，特别是在水利行业，对河道、泵站、排涝站等水利及配套设施综合管理[1]，市场上有众多地理信息系统提供商可供选择，对于水利管理部门选择一种适合本单位的地理信息系统显得致关重要[2]，本文以水利领域地理信息系统为研究对象，功能性、技术性、网络特性以及操作性等方面评价水利地理信息系统质量，为水利部门选择合适业务需要的地理信息系统提供决策依据和参考。

1.水利领域地理信息系统简介

地理信息系统是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。水利领域地理信息系统是地理信息系统和遥感系统在水利信息化中应用与开发，主要包括国家防汛指挥系统、水利电子政务信息系统建设、水资源管理决策支持系统、水土保持监测与管理信息系统和水质监测与评价信息系统建设以及水利业务应用等[3]。

2.水利领域地理信息系统质量评价总体流程

就质量评价问题而沿，主要解决三个关键问题：评价对象和目标、评价标准问题以及评价方法问题[4]。从系统实用性和功能性等角度考虑，确定水利领域地理信息系统为评价对象，按照软件评价目的，制定合适的评价指标体系，选择恰当的评价方法进行评价，评价总体流程如图1所示。

图1 评价总体流程图

水利领域地理信息系统质量如何衡量，除了评价其功能的健全实用外，其性能的评价也是极其重要的。水利领域地理信息系统的性能评价主要从以下几个方面来分析：系统功能实用性、用户界面的响应速度、多用户并发操作时的效率、系统处理数据的能力和效率、系统的可移植性（兼容性）、可扩展性、安全性以及用户使用系统的难易程度等方面。其中，数据质量和系统功能是水利领域地理信息系统用户所关注的关键指标，水利领域地理信息系统质量大多是以提高用户满意度为主要衡量目标。对于软件系统评价方法较多，但是这些评价方法中难以将用户或者专家评价模糊概念有效量化[4]，导致评价结果受到较多主观因素影响，为了尽可能地减少主观因素对评价结果的影响，需要量化评价者的模糊概念，所以采用模糊理论方法对水利领域地理信息系统质量进行评价，主要评价过程包括：系统评价对象、系统评价目的、确定评价指标体系以及模糊理论评价过程。

2.1 系统评价的对象

要对水利领域地理信息系统进行评价，首先要对水利领域地理信息系统软件和水利部门现状有非常明确的认识，然后进行调研和分析，确定评价的对象，评价对象的确定是整个评价过程的开始，也是评价过程非常重要的步骤之一，只有确定评价的对象后，才能确定评价目标、评价指标体系等等，最终的目的是用户满意度，并促进水利领域地理信息系统软件开发质量不断完善和提高。

2.2 系统评价目的

系统评价的目的是提高水利领域地理信息系统应用效果和开发效率。但是这两个方面评价难点就是难以量化，本评价方法试图利用模糊理论描述模糊概念特征，对评价者评价进行量化，达到系统评价的目的，采用定性和定量分析相结合原则，基本能对系统质量进行评价。

2.3 评价指标体系

在评价软件质量时，通过建立一系列评价指标体系，然后借助软件质量评价方法进行建模和评价。根据科学性、系统性、定量指标和定性指标相结合、实用性等原则分析国外软件的评价活动[5]，并参阅美国MicroSIFT、EPIE等专门的软件评价组织的指标体系及国内相应的评价标准，反复征求意见后建立如表1所示的两层水利领域地理信息系统评价指标体系和各指标权重[6]。

表1 水利领域地理信息系统评价指标和权重

一级指标和权重 二级指标和

权重 评价结果和权重

优秀 良好 较好 合格 不合格

网络和数据特性

A1（0.3） 数据质量F1（0.5） 0.60 0.25 0.10 0.05 0.00

响应速度F2（0.3） 0.65 0.15 0.10 0.05 0.05

网络可靠性F3（0.2） 0.60 0.20 0.10 0.10 0.00

技术性

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

数据包容性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

可维护性F7（0.15） 0.50 0.20 0.15 0.05 0.10

功能性

A3（0.3） 水利业务功能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

可追踪性F10（0.1） 0.40 0.30 0.15 0.10 0.05

检错性F11（0.1） 0.35 0.25 0.20 0.10 0.10

功能扩充性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

输入简单F14（0.45） 0.80 0.10 0.05 0.05 0.00

使用帮助F15（0.1） 0.60 0.20 0.10 0.10 0.00

安装方便程度F16（0.1） 0.60 0.30 0.10 0.00 0.00

3.基于模糊理论的评价过程

水利领域地理信息系统评价在充分收集不同用户评价意见基础上，采取定性分析和定量分析相结合的方法，为了更好地描述水利领域地理信息系统质量评价中诸多难以量化的因素，所以本系统评价引入模糊理论，将难以量化的因素进行模糊化处理，然后直接进入模糊处理模型中进行处理，最后将处理后的结果转化为一般评价结果既可[5]。处理过程如图2所示。

图2 系统评价模糊处理过程

模糊评价模型中统一用评价集合R{优秀，良好，较好，合格，不合格}为模糊集，评价指标集F{F1，F2，…，Fn}表示影响水利领域地理信息系统整体质量各评价指标，该集合中第i个指标由评价向量Fi={Fi1， Fi2 Fi3， Fi4， Fi5}表示，每个指标有5个评价等级。

3.1 精确输入数值的模糊化

对于每一个二级评价指标的权值都是通过隶属函数获取的[7]，例如，二级评价指标“数据质量”的权值确定，可以首先通过统计专家评价集合中各元素的隶属程度，在30个不同评价专家的评价集合中，评价该指标为优秀，良好，较好，合格，不合格的人数分别为18、8、3、1、0个，从而可以得出“数据质量”属于“优秀”的程度为0.60，属于“良好”的程度为0.25，属于“较好”的程度为0.10，属于“合格”的程度为0.05，属于“不合格”为0。同样利用类似的方法可以得到如表1中各评价指标的权值，并反映评价指标对软件质量影响程度。即复合下面的隶属函数。

一定规定：。

3.2 建立指标评价矩阵

在数值模糊化基础上，每个专家对每个二级评价指标可以给出一个评价值，用评价向量Si=（si1， si2， si3， …， sik）表示，例如，一个专家评价软件的指标“功能扩充性”为0.3，根据表1所建立的权重库，利用模糊理论的最大隶属度原则，可知该指标对应的评价向量可表示为（0，1，0，0，0），如果指标“功能扩充性”为0.6，则其对应的评价向量为（1，0，0，0，0）。

对于每个一级评价指标Ai包括j个二级评价指标，根据已经计算出来的二级评价指标向量，并结合每个指标的权重Fi，得到第i个一级评价指标的评价向量Ai。

即将所有一级评价指标评价向量组成如下一级评价矩阵：

3.3 评价矩阵模糊计算

模糊评价结果向量用OUT表示，根据表1中每个一级评价指标的权重V=（v1，v2，v3，…，vk）已经计算出来的一级评价指标矩阵A，则模糊评价结果矩阵：

最后可以得到模糊评价结果矩阵OUT=（b1，b2，…bk），然后利用最大隶属度原则确定软件最终评价结果，即OUT*=max（b1，b2，…bk）。

运用建立的水利领域地理信息系统模糊评价模型对开发的南通市水利地理信息系统进行质量评价。经过南通市水利局、一般用户、开发者以及专家对各指标进行评分，整理后计算得到一级指标评价矩阵A为：

经过计算得到OUT=，利用最大隶属度原则确定南通市水利地理信息系统软件质量最终评价结果为“优秀”。

4.结束语

结合水利领域地理信息系统特点，以提高水利信息资源利用效率为目标，从系统功能、网络安全和网络可靠性方面，利用模糊理论建立评价模型[9]，并对南通市水利地理信息系统进行评价，取得良好的效果，本文水利领域地理信息系统评价方法重点考虑减少人为因素的误差，对影响水利领域地理信息系统的关键因素进行量化处理，建立科学评价模型，为水利信息化建设提供科学决策和指导。但本文中评价指标权重设定有待进一步优化，以便提高评价结果科学性和精准度。

参考文献

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[2]张成才，孟令奎，孙喜梅.水利地理信息系统[M].武汉大学出版社（武汉）.2005.

[3]郭涛，喻怀义.基于WebGIS的水资源管理信息系统开发研究.环境科学与管理，2010，35（9）：173-178.

[4]王灿.湖南华中山洪灾害监测预警系统.中国水利，2009，（11）：

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[5]刘普寅，吴孟达.模糊理论及其应用[M].长沙.国防科技大学出版社.2000.

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[7]王熠，阿不来提.吉力力，王锁柱.基于云模型的电子政务网站评价系统模型研究[J].计算机工程与设计，2009，30（4）：

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[8]吴洪丽，蒋永辉.软件可靠性影响因素权重分析[J].计算机工程与应用，2010，46 （33）：58-62.

[9]周津慧，王宗.基于模糊评价方法的软件质量评价研究[J].系统工程与电子技术，2004，26（7）：988-991.

作者简介：

孙峰（1979—），男，江苏常州人，常州市河道湖泊管理处工程师，从事河道湖泊管理工作。

孙楠（1982—），女，工程师，研究方向：海上测控。