GIS设计和开发

GIS设计和开发
gis设计与开发
Gis设计与开发思路
现实需求、GIS概念模型、机理过程、人机交互系统、现实需求开发方式：独立开发，扩展式二次开发，集成式二次开发
第一章GIS设计思想内容，标准
（一）GIS设计目标
通过改进系统设计方法，严格执行开发的内容划分，进行阶段质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，从而达到增强系统的实用性，降低系统开发和应用的成本，延长系统生命周期的目的。

（二）GIS设计的特点
1、数据：数据量大，实体种类繁多、实体间关联复杂的特点
2、功能：GIS设计以空间数据为驱动
3、工程：GIS工程投资大，周期长，风险大，涉及部门繁多
二gis设计的理论基础
Gis工程学：GIS本身发展和将系统工程学思想引入GIS设计的产物
（一）GIS工程学体系
1、任务：寻求系统总体最优化
2、基础理论：（1）系统学思想（整体性，层次性，相关性，功能性，动态性），（2）系统工程学（3）软件工程学（4）地理信息科学三层次（理论，技术，应用）
3、方法论：根据GIS工程学的基础理论而形成的一系列程序化的基本操作技术与方法（二）GIS工程学的特点
1、以空间信息系统工程优化为目的
2、横跨多学科
3、直接面向决策，为可持续发展提供决策支持
4、与GIS产业化密切相关
三GIS设计的内容
（一）设计原则：标准化，先进性，兼容性，高效性，可靠性通用性
（二）设计内容
软件设计和数据库设计
第二章gis设计的方法
一、结构化生命周期法
1、结构化生命周期法又称结构化分析和设计方法，又称结构化系统开发方法
结构化生命周期法是系统分析员，软件工程师，程序员以及最终用户按照用户至上的原则，自顶向下分析与设计和自底向上逐步实施建立计算机系统的一个过程，是组织，管理和控制信息系统的开发过程的一种基本框架。

2、基本思想：（1）要求设计过程必须严格按照阶段进行
（2）在系统建立之前就必须严格的定义和描述用户的需求。

3、阶段划分：（1）系统开发的准备阶段
（2）调查研究及可行性研究阶段
（3）系统分析阶段
（4）系统设计阶段
（5）系统实施阶段
（6）系统维护和评价阶段
4、特点：（1）预先明确系统的需求，根据需求来设计系统
（2）自顶向下来设计和规划信息系统
（3）运用分解和协调技术，使复杂系统简单化
（4）严格按阶段进行开发
（5）强调阶段成果的审定和检验
（6）文档的标准化和规范化
5、优缺点：优点：（1）阶段的顺序性和依赖性、（2）从抽象到具体，逐步成精、（3）系统分析与系统设计分开、（4）质量保证措施完备。

缺点：（1）阶段回溯不可避免，系统开发周期长、（2）预先定义用户需求，必须在早期就冻结用户的需求、（3）未能很好解决
系统分析到系统设计之间的过度、（4）文档的编写工作量极大，缺乏实用价值
6、适用范围：适用于一些组织相对稳定，业务处理过程规范，需求明确且在一定时期内不会发生大的变化的大型复杂系统开发
二、原型法
1、基本思想：首先建立一个能反应用户主要需求的原型，然后让用户实际看见新系统的概貌，以便判断哪些功能是符合要求的，哪些事需要改进的，然后将原型反复改进，最终建立完全符合用户需求的模型
2、阶段划分：（1）确定用户的基本需求：功能，界面，数据库
（2）开发初始原型
（3）利用原型来提炼用户需求
（4）修正和改进原型
（5）反复直到用户满意
3、特点：（1）并非所有的需求都预先定义
（2）需要一个系统模型来作为开发的雏形
（3）只要有合适的工具就能快速建造和修改模型
（4）反复修改是必要的不可避免的
4、优缺点：优点：（1）用户的参与更实际更富建设性，增强用户信心
（2）不需要进行用户培训
（3）易于改进，生命力较强
（4）开发周期短，费用少
缺点：（1）大系统或复杂系统难以实现
（2）开发的过程管理困难，反复修改使开发进度难以控制
5、适用范围：用户需求不清楚，管理及业务处理不稳定，需求经常发生变化，系统规模小，不太复杂的情况。

6、原型应用与种类
原型应用：（1）承担工程的全部任务（2）仅替代生命周期法的某一个或几个阶段
原型种类：研究型，试验型，进化型
三、面向对象的设计方法
1、产生的背景：（1）软件重用性差（2）软件可维护性差，（3）开发出的软件不能满足用户的需求
2、概念和术语
（1）对象：所研究和描述的事物可以是具体的也可以是抽象的，是面向对象方法的最基本元素
对象具有状态：一个对象用数据值来描述它的状态
对象具有操作：用于改变对象的状态
对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象的统一体中
（2）类：具有一致数据结构和行为的对象的归纳和抽象。

类具有属性：它是对象的状态的抽象，用数据结构描述
类具有操作：它是对象行为的抽象，用操作名实现该操作
继承：对具有层次关系的类的属性和操作进行共享的一种机制（种类：单继承和多继承）
3、基本思想：从实际问题中抽象出封装了数据和操作的对象，通过定义属性和操作来表述他们的特征和功能，通过定义接口来描述他们的地位及与其他对象的关系，最终形成一个广泛联系的可理解，可扩充，可维护，更接近于问题本来面目的动态对象模型系统。

4、特点：（1）抽象性（2）封装性（3）继承性（4）多态性
5、面向对象的设计方法：
6、面向对象的设计过程：（1）面向对象的分析：明确需求，模型表述
（2）面向对象的设计：概要设计和详细设计
（3）面向对象的实现：选择编程语言、实现各对象类的详尽描述、将代码模块集成、利用样例进行检验
7、优缺点：优点：（1）可重用性，（2）可扩展性（可管理性）缺点：（1）对象和实体设计存在盲目性（2）对象间消息传递难以完整体现总体功能（3）系统结构性差
8、适用范围：适用于数据结构复杂，事物联系密切的软件开发
复习题：（1）结构化生命周期法的基本思想和特点
（2）原型法的特点及阶段划分
（3）对象、类，继承的概念
（4）面向对象法的特点
（5）面向对象法主要有哪些设计方法
（6）比较三种gis基本设计方法优缺点及适用范围
第三章系统定义
1、系统定义的主要任务
（1）确定软件开发工程必须完成的总目标以及工程的可行性
（2）导出实现工程目标应该采用的策略即系统必须完成的功能
（3）估计完成该项工程需要的资源和成本
（4）制定工程进度表
（5）编写系统需求分析报告
一、系统需求调查和分析
1、分析的内容：（1）用户情况调查（用户范围：确定服务对象和服务类型，用户研究领域或状况：确定目的，应用范围和深度，用户数量：确定系统规模，用户基础状况：确定开发环境和开发工具）（2）系统的目的和任务的确定（3）数据源调查与评估（4）概算投资，人员编制及年处理工作量
二、系统可行性研究：包括系统的可行性和必要性
流程：1、理论可行性：从gis和专业理论角度研究实现系统的可能性
2、技术可行性：从技术的角度研究实现系统的可能性
3、经济效益可行性
4、可行性分析结论：条件成熟，可立即组织人员执行，暂缓执行，不可执行三类
三、系统分析工具
Gis结构化分析是面向gis数据流而进行的需求分析过程，它采用gis数据流模型来模拟gis数据处理过程
分析工具
1、表和清单（1）用户情况调查表
（2）现有结构的组织结构及部门功能清单
（3）现有机构人员组织清单
（4）现有数据及来源清单
（5）现有数据及功能参照表
（6）现有软硬件资源表
2、Gis数据流模型：描述gis数据流动，存储处理等逻辑关系的图形表示，一般采用数据流图来表示，通过图形方式描述信息的来龙去脉
（1）流程图的基本符号
①外部实体：系统之外又和系统有联系的人或事物
②处理过程——加工：对数据的加工处理，也就是变换
③数据流：数据流由一组确定的数据组成，指处理功能的输入和输出
④数据存储：数据库
分层的gis数据流图：顶层，中间层，底层
（2）数据流程图绘制的基本原则：a所有图形符号都必须是四种基本元素且必须有名字b主图必须含有四种基本元素，缺一不可c数据流必须封闭在外部实体之间，外部实体可以多个d处理过程至少有一个输入和输出数据流e任何一个数据流子图必须与其父图上的一个处理过程对应
（3）绘制流程图的基本步骤
找出外部实体、找出数据源点和终点、找出输入数据与输出数据的数据流、画出外部实体、画出逻辑加工、检查和修改数据流图、画出所需的子图
3、数据字典：是关于数据信息的集合，它是数据流图中所有要素严格定义的场所
内容：（1）数据元素：最小的数据元素，不可再分
（2）数据结构：数据之间的组合关系
（3）数据流：数据结构在系统内传输的路径
（4）数据存储：数据结构停留或保存的地方
（5）处理过程：只需对不可再分解的处理过程进行说明
（6）外部实体：数据的来源和去向
数据字典的用途
数据字典的实现方法：全人工方法，全自动化方法，混合方法
4、加工逻辑说明：就是描述基本加工如何把输入数据流变换为输出数据流的加工规则（1）结构化英语：介于自然语言和形式语言之间的半形式化语言，语言的正文用基本控制结构进行分割，加工中的操作用自然语言短语来表示
基本结构：顺序，选择，循环结构
（2）判定表
（3）判定树：判定树采用树型结构来表示处理逻辑
（4）三种表达结构比较：难易程度高低：结构化语言最难掌握
从直观表达逻辑看：决策树最好，一目了然
对于机器可读性，也就是计算机自动编制程序，决策标的可读性最强。

分析员应根据实际情况将三种工具结合使用
四、软件需求规格说明
是在gis结构化分析的基础上建立的自上向下的说明
思考题：1、系统定义阶段的主要任务包括
2、系统需求分析包括哪些内容
3、系统可行性分析的内容
4、常用gis结构化分析工具有哪些
5、阐述数据流图的基本成分，并作图示意
6、试述数据流图的绘制步骤
7、什么是数据字典，其内容是什么
8、有哪些加工逻辑说明
第四章GIS系统总体设计
系统总体设计从相对宏观的角度把握系统的建设。

一、总体设计的任务，方法和准则
（一）总体设计的任务和内容
1、任务：将系统需求转换为数据结构和软件体系结构
2、内容：（1）确定目标系统；原则：针对性，实用性，预见性，先进性
具体目标的确定：近期目标，中远期目标
（2）系统结构设计（数据库等）
（3）系统配置构成：硬件、软件、系统调控与组织机构，人员配置
（4）系统组网结构
（5）系统运行管理方式和更新手段的确定
（6）经费预算
（7）实施计划
（二）总体设计的方法：总体设计一般采用结构化设计方法。

结构化设计中的模块：模块是指具有输入和输出，逻辑功能，运行程序，内部数据四种属性的一组程序语句。

（三）总体设计的原则
1、模块化
2、抽象和信息隐蔽3模块独立性（内聚和耦合）
二、系统总体设计工具
（一）层次图：用来描述软件的层次结构
（二）HIPO图：实际上由层次图和IPO图两部分组成，层次+输入（处理）输出图（三）结构图：也是用来描述软件结构，但其描述能力比层次图强
三、gis的应用分析模型设计
地理模型是对地理实体的特性及其变化规律的一种表示或者抽象
1、地理建模的过程：建模准备——建模建设——建立模型——模型求解——模型分析与检验——模型应用
2、Gis应用模型的概念：在某一专业领域对解决具体问题所采用的分析方法和操作步骤的抽象
3、Gis应用模型的分类：
（1）按结构分类：数学模型，统计模型、概念模型
（2）按空间特性：非空间模型，空间模型
（3）按开发特点：系统提供模型（gis产品为用户提供的）二次开发模型（内部模型扩展式，外部模型集成式）
（4）按模型内容及所解决问题分类：基础模型、专业模型
（5）按模型空间过程模拟方法分类：动力学过程模拟模型，随机过程模拟模型
4、gis与应用模型的集成方法
（1）源代码集成方式：将外部代码改成系统内部代码
优点：数据结构一致，灵活。

缺点：需求开发人员知识全面
（2）函数库集成方式：将开发好的应用分析模型以库函数的方式保存在函数库中
优点：可以实现高度无缝集成，gis开发者不必研究模型的源代码，使用方便
缺点：重用的灵活性差
（3）可执行程序集成方法：gis与应用模型均以可执行文件的方式独立存在，二者交互可以约定数据格式
优点：集成方便，简单，代价较低，不需要太多编程
缺点：运行效率低，自动化程度低
（4）DOE（动态数据交换）或OLE（对象连接与嵌入）集成方式：必须有两个主体存在，分别是服务器\客户即一方主体为另一方服务优点：无缝集成，编程不多缺点：效率低，稳定性不好，必须支持DOE或OLE协议（5）模型库方式：在计算机中按一定组织结构形式存储的各个模型的集合体，可有效的生成，管理和使用模型。

优点：使系统具有良好的可扩充性。

缺点：目前没有完整的理论体系，尤其是在模型的自动生成，半自动生成。

（6）基于组件的集成方式：开发一个个相对独立的软件模块
优点：无缝集成，和数据结构一致，灵活。

缺点：要求开发人员知识全面
5、gis应用模型库的设计与管理
（1）设计要点：模型结果高度可视化，gis与应用模型的结合方式，多个模型结合构成模型库
（2）Gis应用模型库的管理：模型参数与建模过程的说明，文本形式的管理方式，数据库管理形式。

四、gis接口设计
（一）系统与标准数据的接口
1、标准数据：指常用的商业gis软件数据格式。

方式：直接存取，导入导出机制（二）互操作接口：是指设计gis之间，gis内各子系统之间和子系统内各个模块之间的接口，gis子系统之间以及子系统各模块之间的接口设计：采用接口约定。

异质环境下的gis互操作设计：采用中间件
中间件是处于应用软件和系统软件之间，是客户与服务器之间的链接件，它能屏蔽硬件，网络环境，操作系统和异构数据库等的差别。

（三）空间数据与属性数据的接口（绑定式，分离式）
（四）gis与系统开发环境的接口（计算机辅助设计（CAD）办公自动化（OA）关系型数据库（RDBMS））
（五）系统模块，硬软件配置及组网设计
（一）系统模块或子系统设计
要求：（1）系统分模块按层次进行，（2）每个模块功能明确内容简明，任务清楚，便于修改，（3）每个模块规模要适中，每项任务尽量限制在可能少的模块中完成。

（4）每个模块尽可能独立，尽可能减少模块间的连续及影响。

（5）模块间的关系要阐明。

（6）模块所包含的各过程间的联系应尽可能强。

模块划分应便于总的系统设计阶段的实现。