gis系统总体设计
5_GIS软件工程的总体设计
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
课堂提要
5.1 系统目标的确 定 5.2 总体设计的基 本原则 5.3 体系结构设计 5.4 数据库概念设 计 5.5 模块设计 5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS 软件工程
4）先进性 要考虑计算机及外设、 要考虑计算机及外设、基础软件的 新版本，新的操作系统等先进设备、 新版本，新的操作系统等先进设备、先 进技术的应用。 进技术的应用。
5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
GIS 软件工程
1、确定目标的原则 1）针对性
GIS软件 第五章 GIS软件 工程总体设 计
提高信息管理的效率， 以提高信息管理的效率，提高信息 5.1 系统目标的确 质量，为决策者提供及时、准确、 质量，为决策者提供及时、准确、有效 定 的信息，向社会提供所需信息为出发点。 的信息，向社会提供所需信息为出发点。5.2 总体设计的基 对具体的专业应用要有具体的设计目标。 对具体的专业应用要有具体的设计目标。 本原则
5.3 体系结构设计 5.4 数据库概念设 计 5.5 模块设计 5.6 应用模型设计 5.7 代码设计
GIS 软件工程
5.3 体系结构设计 1、常用系统体系 1）层次体系
所谓层 所谓层次的概念就是一层一层分割一目了 概念就是 的处理方 体系就 用分层 然的处理方式。层次体系就是利用分层的方式 处理复杂 功能， 复杂的 系统要求上 来处理复杂的功能，层次系统要求上层子系统 下层子系统的功能， 下层子系统 子系统的功能 子系统不 可以使用下层子系统的功能，而下层子系统不 子系统的功能 功能。 下层每 能够使用上层子系统的功能。一般下层每个程 接口执行当前 一个简 功能， 序接口执行当前的一个简单的功能，而上层通 下层程 过调用不同的下层程序，并按不同的顺序来执 这些下层 下层程 体系就是以这 行这些下层程序，层次体系就是以这种方式来 多个复杂 复杂的 功能的 完成多个复杂的业务功能的。
浅谈GIS系统总体设计思路与技术路线
浅谈GIS系统总体设计思路与技术路线摘要：本文阐述了城市地理信息系统的基本概念及其构成、发展和实现方法，并对基于GIS 建立城市地理信息系统做了深入的研究。
在分析了基于ArcGIS 软件建立城市地理信息系统的可行性基础上，提出了设计思路、数据组织模式和功能模块划分方法等。
本系统主要使用ArcGIS 软件和其二次开发功能：首先，构建城市地理信息数据库；其次，实现城市地理信息系统的查询、统计、缓冲区分析等功能模块，并解决了最短路径查询问题；最终建立了基于ArcGIS 的城市地理信息系统。
关键词：GIS；ArcGIS;空间数据库；Geodatabase；SDE1.引言21世纪的城市必将有很大的发展，这对城市规划、建设管理与服务提出了新的“四高”要求，即高起点的规划、高标准的建设、高效率的管理和高质量的服务。
同时也会面临着严峻的挑战，在城市规划管理、规划设计、市政建设、住宅产业、土地监测管理、环境监测评价、地质灾难防治、小城镇规划与建设以及城市化与城市可持续发展战略研究制定的众多方面，都将会出现许多亟待解决的问题。
而这些问题的解决就需要建立完整的城市地理信息系统。
2.系统目标在首要考虑系统稳定性、适用性和易用性的基础上，强调速度和扩充性。
我认为现阶段的江门市城市地理信息系统可以理解为建立在GIS平台基础上的、以基础地理数据管理和规划管理为核心的专业应用系统。
3. 设计思路江门市城市地理信息系统的建设，采用主流GIS平台(ESRI系列产品)、大型数据库(Oracle 11g)等基础技术平台，充分考虑本系统与其它信息系统衔接、多源数据接口以及网络环境的开放性。
本系统是在统一规划的情况下，建立统一坐标系统、统一数据标准的共享型基础空间数据库。
开放性的思路为各种应用系统的集成指明了道路，系统的集成一体化体现在数据和应用两个方面，大型关系型数据库Oracle和GeoDatabase的概念使得数据的集成真正成为现实。
第五章GIS软件工程总体设计123
特点：
(1)每个理想模块只解决一个问题。 (2)每个理想模块的功能都应该明确，使人容易理解。 (3)理想模块之间的联结关系简单，具有独立性。 (4)由理想模块构成的系统，容易使人理解，易于编程，易于测试，易于 修改和维护。
对用户来说，其感兴趣是模块的功能，而不必去理解 模块内部的结构和原理。
5.3 软件结构设计－模块
模块的特点：
1.属性
外部属性：输入/输出、逻辑功能
内部属性：运行程序、内部数据 • 在结构化系统设计中。人们主要关心的是模块的外 部属性，至于内部属性，将在详细设计中完成。 2.大小 • 模块有大有小，它可以是一个程序，也可以是程序 中的一个程序段或者一个子程序。
5.3 软件结构设计－模块
信息隐蔽
5.3 软件结构设计－模块
一 模块： 在程序中数据说明、可执行语句等程序对
象的集合，或者是单独命名和编址的元素
。 模块化：指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软 件系统划分若干模块的过程。
(1) 模块的逻辑功能是指模块能够做什么事，表达了模块把输 入转换成输出的功能，可以是单纯的输入/输出功能。 (2) 模块的运行程序指模块如何用程序实现其逻辑功能。
5.3 软件结构设计－模块的独立性
四、模块的独立性
模块独立性, 是指软件系统中每个模块只完成系 统要求的独立的子功能, 并且与其它的模块的联 系最少且接口简单。 例如, 若一个模块只具有单一的功能且与其它 模块没有太多的联系, 则称此模块具有模块独 立性。 一般采用两个准则度量模块独立性。即模块 间耦合和模块内聚。
5.3 软件结构设计
结构化设计的主要思想：认为一个程序 、一组程序或者一个系统无非是由一组功能 操作来构成的，并进而吸取了结构化分析的 “黑盒子”的概念。
GIS设计与实现4.总体设计
空地 平
空分
样级
间形 均 曲引间值 分 点差
内坡 高 面力扩频 值 级收
插度 程 分模散率 分 别益
分分 分 级型分分 级 提测
析析 析
析析
取算
二、HIPO图
HIPO图是由美国IBM公司发明的“层次＋输入 ／处理／输出图”的英文缩写。HIPO图实际上由H图（ 即层次图）和IPO图两部分组成。
Hierarchical 层次 Input 输入 Process 处理 Output 输出
如果某模块只有一个上级模块调用它，可以 把它合并到调用它的上级模块中。
（2）模块规模应该适中
模块规模不应过大，规模过大，不易理解；规模也不 宜过小，模块过小，模块数量将增大，使得模块接口变 得复杂；
适当的模块规模一般其编码能写在一页纸上（通常在 60行左右）
返回
（3）深度、宽度、扇出、扇入都应当适中
运行数据库服务器程序 的机器，称为应用服务 器，一旦服务器程序被 启动，就随时等待响应 客户程序发来的请求。
运行在客户端电脑上，当 需要对数据库中的数据进 行操作时，通过网络向服 务器程序发出请求，服务 器程序根据预定的规则作
出应答，送回结果。
1.客户端和服务器端分别由相应的软硬件组成； 2.多个客户端共享服务器资源； 3.通过网络协议进行通讯； 4.客户端可实现功能和数据的透明访问和存取.
将 WEB 服 务 应 用 于 GIS 。 目 前 正 处 于 实验性阶段
第四节 软、硬件环境配置方案设计
一、硬件环境 二、软件环境
一、硬件环境
支持GIS开发和运行的硬件平台，用于存储、处
理、传输和显示空间数据。
主机
用于数据管理、存储 和处理的设备，如工
第五章GIS系统设计-资料
模型求解
对以上建立的模型进行数学上的求解，包括解方程、画图 形、逻辑推理、稳定性讨论等。模型求解不仅要求建模者掌 握相应的数学知识，还要掌握一些常用数据分析软件，如集 计算和可视化于一体的Matlab软件及用于统计分析的SPSS软 件等。
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模型分析
对模型求解的结果进行数学和地理上的分析。这一阶段有 时需根据地理问题的性质，分析各变量之间的依赖关系；有 时要求对结果进行预测、最优决策或控制等。
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GIS地理建模
1、地理建模过程 2、GIS应用模型库的设计 3、GIS模型库管理
2是一项复杂而具有创造性的活动（改造已有模型 或创造新模型），建立地理模型没有固定的模式，下图大致 归纳了地理建模的一般过程。
➢建模准备 ➢模型假设 ➢建立模型 ➢模型求解 ➢模型分析 ➢模型检验
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模型检验
将模型分析的结果“翻译”到地理对象中，用实际现 象或数据检验模型的合理性和适用性，即检验模型的正 确性。若检验结果正确，模型即可用；若检验结果有误 ，则需修改或重新建模。经验表明，模型假设是最易导 致结果有误的环节。
2020/4/10
返回
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其中，适宜性分析模型（Suitability）主要通过因子分析、专 家打分和判别标准来建模，例如土地适宜性模型，地址选择 模型；预测模型（Predictive）主要是根据以往的数据分析事 件发生的可能性，建立模型，如洪水预测模型，人口扩散模 型；模拟模型（Simulation）主要是根据不同自然条件和人为 条件下产生的可能结果进行模拟，如森林的增长模型，地下 水沉降模型；最优化模型（Optimization）是从多种可能性中 选择一个最佳解决方案，如道路的最佳选线、资源的最优化 配置等；影响模型（Influence）是由一个事件而引起的对周围 地区的影响模型，如建一个有污染的工厂对周围环境的影响 程度，海上油轮泄露对周围渔业的影响等。
第五章GIS系统总体设计
GIS 设计与应用——第 5 章第五章GIS 系统总体设计在系统定义阶段确定系统建设的目标和任务之后，需要进行系统的总体设计。
GIS 总体设计阶 段的主要任务是将系统需求转换为数据结构和软件体系结构，即数据设计和体系结构设计。
数据设 计就是把分析阶段所建立的信息域模型变换成软件实现中所需的数据结构。
体系结构设计则是把系 统的功能需求分配给软件结构，形成软件的模块结构图，并设计模块之间的接口关系。
在总体设计 阶段，各模块还处于黑盒子状态，模块通过外部特征标识符（如名字）进行输入和输出。
使用黑盒 子的概念，设计人员可以站在较高的层次上进行思考，从而避免过早地陷入具体的条件逻辑、算法 和过程步骤等实现细节，以便更好地确定模块和模块间的结构。
一、总体设计的任务、方法和准则（一） 总体设计的任务和方法总体设计的任务是要求系统设计人员遵循统一的准则和采用标准的工具来确定系统应包含哪些 模块、用什么方法联结在一起，以构成一个最优的系统结构。
总体设计一般采用结构化设计方法进行实现。
结构化设计强调软件总体结构的设计，是一种自 顶向下、逐步求精和分阶段实现的设计策略。
结构化设计的基本特点 由问题结构导出系统结构， 即问题结构到系统结构的映射。
问题结构主要用数据流图 （DFD） 来描述系统的逻辑模型，而系统结构是指用系统的模块结构图来描述软件结构 通过自顶向下分解和层次组织的方法来简化系统，产生模块结构 运用一系列的图表工具。
为使系统设计流程易于理解，结构化设计使用了两种主要的图表工 具：伪码和结构图。
伪码描述的是模块的处理逻辑，用来表达程序的设计思路；结构图用于 描述软件的总体结构，采用自顶向下、层次组织的方法 提供一系列的系统设计策略。
结构化设计提供了两种设计策略，它们分别是面向过程的数据 流方法与面向数据结构的 Jackson 方法和 Warnier-Orr 方法。
提供一组评价系统设计质量的准则。
04_GIS总体设计
代码设计原则与步骤
设计原则 唯一性：一个对象只能唯一地标识一个对象 合理性：代码结构应与相应时体系相对应 可扩充性：代码设计应留有充分的余地,以备将来扩充 简单性：介绍结构尽可能简单以减少各种差错 适用性：代码尽可能反映对象的特点，便于填写 规范性：必须遵循已有国家有关编码标准 系统性：代码在整个系统中具有通用性 设计步骤 确定代码对象 考查是否己有标准代码 根据代码的使用范围、使用时间选择代码的种类与类型 考虑检错功能 编写代码表
6 代码设计
代码是给予被处理对象（事物、概念）的符号，是用来代 表事物某种属性的一组有序的字母，具体地说，代码可用来代 替某一个名词、术语，甚至某一个特殊的描述短语。它是人机 的共同语言，是进行信息分类、校对、统计和检索的关键。 代码设计就是如何合理地把被处理对象数字化、字符化的 过程。一般要由几方面人员在标准化部门组织下进行，制定后 要正式颁布，统一贯彻。
5 软硬件配置方案
硬件配置 硬件包括计算机、存储设备、数字化仪、绘图仪、打印 机及其他外部设备 硬件配置的选择取决于系统的任务性质和经费条件 硬件设备的投资在GIS总投资中往往占较大比重，要考虑 投资使用的优先顺序 硬件设备的选择还要根据软件的要求和软件的类型购置 软件配置 GIS软件选择 数据库系统选择 开发方式及语言选择
7 系统总体设计报告
系统总体设计阶段的最终结果是系统总体设计报告，它是 下一步系统实施的依据。下表中列出系统总体设计报告的主要 内容。总体设计报告应该包括数据库的总体设计。
总体设计报告的主要内容
1引言 1.1编写目的 说明编写本软件设计说明书的目的 1.2背景说明 给出待开发的软件产品的名称 说明本项目的提出者、开发者及用户 2 用户需求分析成果 包括系统功能需求和性能要求等。 3 总体设计 3.1 设计目标、依据和方法 3.2 软件结构体系 3.3 软、硬件配置方案 3.4 软件模块设计 在DFD图的基础上，用模块结构图来说明各层模块的划分及其相互关系， 划分原则上应细到程序级(程序单元)，每个单元必须执行单独一个功能(即 单元已不可在细分)
GIS软件工程的总体设计
5 总体设计评审
可追溯性——确认该软件设计是否覆盖了 （1）可追溯性 确认该软件设计是否覆盖了 所有已确定的软件需求， 所有已确定的软件需求，软件每一个成分是否可以 追溯到某一项需求； 追溯到某一项需求； 接口——分析软件各部分之间的联系，确 分析软件各部分之间的联系， （2）接口 分析软件各部分之间的联系 认该软件内部接口与外部接口是否已经明确定义； 认该软件内部接口与外部接口是否已经明确定义； 风险——确认软件设计在现有技术条件下 （3）风险 确认软件设计在现有技术条件下 和预算范围内是否能按时实现； 和预算范围内是否能按时实现； 实用性——确认该软件设计对于需求的解 （4）实用性 确认该软件设计对于需求的解 决方案是否实用； 决方案是否实用； 技术清晰度——确认该软件设计是否以一 （5）技术清晰度 确认该软件设计是否以一 种易于翻译成代码的形式表达； 种易于翻译成代码的形式表达；
2 软件结构设计
采用某种设计方法， （1）采用某种设计方法，将一个复杂的系统按 照功能划分成模块的层次结构； 照功能划分成模块的层次结构； 确定每个模块的功能， （2）确定每个模块的功能，建立与已确定的软 件需求的对应关系； 件需求的对应关系； 确定模块间的调用关系； （3）确定模块间的调用关系； 确定模块间的接口，即模块间传递的信息。 （4）确定模块间的接口，即模块间传递的信息。 设计接口的信息结构。 设计接口的信息结构。 （5）评估模块划分的质量及导出模块结构的规 则。
2 数据结构及数据库设计
数据结构采用逐步细化的方法。 数据结构采用逐步细化的方法。 在需求分析阶段， 在需求分析阶段，可通过数据字典对数据的组 操作的约束和数据之间的关系等方面进行描述， 成、操作的约束和数据之间的关系等方面进行描述， 确定数据的结构特征。 确定数据的结构特征。 在总体设计阶段要加以细化，在详细设计阶段 在总体设计阶段要加以细化， 则规定具体的实现细节。 则规定具体的实现细节。
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系统总体设计报告
农场域土地利用管理信息系统
系统总体设计报告目录一、系统结构设计
二、系统功能设计
三、接口设计
四、界面设计
五、数据库设计
系统框架设计
模块功能设计
1.地图显示与浏览
(1)刷新：刷新地图显示。
(2)要素选择：选择要素，以点、圆圈、多边形等方式选取。
(3)放大：地图放大。
(4)缩小：地图缩小。
(5)漫游：地图整体鼠标移动。
(6)全副显示：使地图在当前窗口中最大化显示。
2.地图数据编辑与修改
(1)属性修改：打开属性表，修改要素变更属性。
(2)要素编辑：选择要素，对其进行编辑、修改、删除。
编辑工具条：点工具：加点、减点、移动。
线工具：延伸、移动，新增、删除。
面工具：移动、删除。
(3)保存编辑：保存当前编辑内容。
(4)Undo:撤销操作。
(5)Redo:返回操作。
3.地图要素查询
3.1按属性查询
(1)在弹出属性查询Form里选择感兴趣图层，编辑选择条件，查询感兴趣要素，返回结果直接显示在主界面地图上。
3.2空间查询
(1)进行空间拓扑查询，通过获得查询对象与拓扑关系，查询出符合条件的几何空间对象及其属性。
3.3图查属性
(1)查询当前被选择对象的属性信息，直接选择要素，右击查询属性，相应要素的属性弹出显示。
4.制图输出与打印
(1)制做成图：将各显示图层统一与标注地图输出图框中编辑成图，加入地图必须整饰要素、辅助要素等等，最后.jpg或.bmp等栅格数据结构输出。
(2)将上步中制作的栅格地图，选择合适幅面，连接打印机，打印成纸质版地图。
5.统计与分析
(1)对选中要素的统计，统计各类利用类型的面积、分布等信息。
(2)基于属性表的统计功能，统计整体的各类利用类型的面积、分布等信息。
以表格显示统计结果，并选择打印成文本资料。
(3)空间分析：对选中要素做缓冲区等简单空间分析操作，尽量满足不同用户的分析需求，扩展系统的应用范围。
缓冲区分析：选择感兴趣的几何要素，点击缓冲区分析方法按钮，在弹出框内设置缓冲参数、类型等，将操作结果作为新建图层直接显示于地图最上层。
6.其他扩展功能
(1)天气服务：将天气预报信息于界面一侧一角图形化的显示，提供多元服务。
(2)相关信息链接：在界面底部角落以图形或文字增添一些相关网页、系统的链接，方便使用。
7.帮助
在主菜单选项中增设“帮助”项，提供系统更新、功能介绍、使用方法、常见问题解答、登录网页留言等等功能。
数据库设计
1.概念设计
数据逻辑设计：
物理设计
将空间数据统一存储于ESRI geodatabase中。
界面设计
1. 菜单栏：显示在屏幕上的一组或几组可供用户选用的命令，用户
只需通过鼠标或移位键等定位设备就可以方便地选择所需要的菜单项，执行对应的命令。
按显示的形式或样式，菜单可以分为正文菜单和图表菜单；按屏幕位置和操作风格，菜单可以分为固定
位置菜单和浮动位置菜单（或叫弹出式菜单）、下拉式菜单、嵌入式菜单。
·正文菜单
文件：打开，新建，保存文件，关闭workspace，打印预览等操作
编辑：编辑矢量图层，可进行撤销键入或重复键入等操作
视图：可修改地图尺寸大小，阅读板式，显示比例等
插入：插入比例尺，图例，指北针等
窗口：新建，重排或并排窗口
帮助：根据不同用户类型来满足其对系统的需求：
对于一般的无学科基础的用户，尽量隐蔽复杂的选择和计算；
对于高级用户保留选择条件和算法的权利。
·图标菜单
位于正文菜单下方，对常用的新建、打开、保存、打印、undo、redo等操作以图标的形式表现出来，加强用户与系统之间的交
互，使用户的操作更加快捷。
·弹出式菜单
对已打开的图层或者两侧状态栏、功能栏所进行的操作，用户
右键所选项目，可对所选项目进行插入、删除、修改等，同时
也可进行空间查询和属性查询等高级搜索功能，对于图层相关
数据的查询，会弹出一个窗口，以便用户更加直观的了解关于
数据方面的信息。
2. 图形和图像
通过图形，图像的系统界面形式，实现图层的隐藏，再现，还有屏幕的滚动条、图案、动画的显示等，通过C#等可视化语言实现图形数据流的界面，让用户可以通过鼠标的拖放功能来进行相应的操作。
3.命令行
需再添加一个命令行解释器的界面，将一个模块的输出作为另一个模块的输入，由于地理信息的系统涉及到大量的图形编辑操作，所以需要一个如mapcontrol的图形窗口来显示操作结果，因此命令行界面起到一种控制台的作用。
4.对话框
实现用户和系统之间的交互和通信，设有几个常见的分类：
必须回答式，如用户对不同农场域土地区域的不同显示需求；
无须回答式，即系统默认的缺省项；
警告式，用于提醒用户输入信息存在的bug等。
5.数据输入界面
包括地理空间数据和属性数据的输入，地理空间数据的输入涉及图形图像界面，同时需要其他多种界面类型的配合，数据输入分栅格数据输入和矢量数据输入两种，在用户输入时需显示当前输入的目标和状态，譬如节点，顶点；删除时弹出是否删除的对话框，避免用户误操作；提供undo，redo功能，图形的zoom功能和滚动功能。
6.地理信息显示界面的设计
包括屏幕查询、文件浏览、图形显示、报表和报告等。
界面以简洁清晰为主要目的，所以只显示必要的数据，按用户的需求、习惯和数据的组织方式显示；提供标题，把数据按重要程度加以区分。
图形变量包括：多边形的填充类型（颜色、灰度、饱和度、填充模式）；线的类型（颜色、灰度、黑白、线型）；点状符号，注记类型和大小等。