GIS工程设计与实现第五讲.ppt

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2023/5/9,第五讲系统总体设计,地理信息系统设计与实践教程,赵前胜武汉大学测绘学院,2023/5/9,武汉大学测绘学院,2,教学大纲,一、总体设计的任务、方法和准则二、系统总体设计工具三、接口设计四、界面设计五、GIS标准化设计六、总体设计报告,2023/5/9,武汉大学测绘学院,3,一、总体设计的任务、方法和准则,设计应用各种技术和原理，对设备、过程或者系统做出足够详细的定义，使之能够在物理上得以实现。

“做什么”到“怎么做”的转换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。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,4,总体设计的任务,数据设计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。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,5,总体设计需要完成的工作,制定规范阅读理解软件需求说明书根据目标确定最合适的设计方法确定设计文档的编制标准通过代码设计确定代码体系，与硬件、操作系统的接口规约，命名规则等,2023/5/9,武汉大学测绘学院,6,总体设计需要完成的工作（续）,软件结构设计采用某种方法，将一个复杂的系统功能划分成模块的层次结构确定每个模块的功能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评估模块划分的质量及导出模块结构的规则,2023/5/9,武汉大学测绘学院,7,总体设计需要完成的工作（续）,数据库设计确定输入、输出文件的详细的数据结构结合算法设计，确定算法所必须的逻辑数据机构及操作确定对逻辑数据结构所必需的那些操作的程序模块若需要与操作系统或调度程序接口所必须的控制表等数据时，确定其详细的数据结构和使用规则,2023/5/9,武汉大学测绘学院,8,总体设计需要完成的工作（续）,数据库设计数据的保护性设计防卫性设计一致性设计冗余性设计编写总体设计阶段文档总体设计说明书数据库设计说明书用户手册初步的测试计划,2023/5/9,武汉大学测绘学院,9,总体设计需要完成的工作（续）,总体设计评审可追溯性接口风险实用性技术清晰度可维护性质量各种选择方案,2023/5/9,武汉大学测绘学院,10,总体设计的准则,模块化将较复杂的问题转化为一些简单问题的集合。

简单的、封闭的、可以进行独立测试对应单一、独立的程序功能有单一的入口和出口、都由一个标准返回点返回上层模块开始执行该模块的那一点可以把多个模块组合成较大的模块，而不必了解模块内部构造的知识、有严格规定的接口,2023/5/9,武汉大学测绘学院,11,总体设计的准则（续）,抽象和信息隐蔽“抽象”帮助定义构成软件的过程实体，而“信息隐蔽”实施对过程细节的存取约束。

模块独立性内聚和耦合。

内聚度和耦合度是相互联系的，模块的内聚度越高，则耦合度就越低。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,12,二、总体设计工具,层次图（HierarchicalChart）HIPO图（层次输入处理输出图）结构图（StructuredChart）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,13,

（一）层次图,描绘软件的层次结构适合于在自顶而下设计软件的过程中使用,2023/5/9,武汉大学测绘学院,14,土地定级信息系统（示例）,城镇土地定级信息系统是利用地理信息系统的理论与方法，在机助制图和数据库管理等基础软件的支持下，对收集和整理后的定级资料进行管理、分析和运算，从而实现对城镇土地等级进行划分和确定的计算机应用技术。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,15,城市排水地理信息系统（示例）,城市排水地理信息系统是融入计算机图形和数据库于一体，存储和处理给水排水系统空间信息的高级技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地,输出给用户，借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各项管理和决策。

满足管理部门对供水系统的运行管理、设计和信息查询的需要,2023/5/9,武汉大学测绘学院,16,城市排水地理信息系统（示例）,2023/5/9,武汉大学测绘学院,17,

（二）HIPO图,H图和IPO图两部分H图是在层次图的基础上对每个方框进行编号，使其具有可跟踪性。

编号规则如下：

最顶层方框不编号，第一层中各模块的编号依次为1.0，2.0，3.0，；如果模块2.0还有下层模块，那么下层模块的编号依次为2.1，2.2，2.3，；如果模块2.2又有下层模块，则下一层各模块的编号根据上面的规律依次为2.2.1，2.2.2，2.2.3，依次类推。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,18,2023/5/9,武汉大学测绘学院,19,IPO图,IPO图和H图中每个方框相对应，用于描述这个方框所代表的模块的信息处理过程。

使用简洁的方框来方便地描述数据输入、数据处理和数据输出三部分之间的关系。

缓冲区分析模块的IPO图,2023/5/9,武汉大学测绘学院,20,（三）结构图,Yourdon提出的结构图（Structuredchart）是进行软件结构化设计的另一种有力的工具。

结构图和层次图类似，也是用来描述软件结构的，但其描述能力比层次图更强。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,21,（三）结构图,模块模块是可以组合、分解和更换的单元，是组成系统、易于处理的基本单位。

系统中的任何一个处理功能都可看成一个模块。

-模块应具备以下四个要素输入和输出-模块的输入来源和输出去向都是同一个调用者；功能-模块把输入转换成输出；内部数据-仅供该模块本身引用的数据程序代码-用来实现模块功能的程序-前两个要素是模块的外部特性，即反映模块的外貌。

后两个要素是模块的内部结构特性。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,22,调用在模块结构图中，用连接两个模块的箭头表示调用。

箭头总是由调用模块指向被调用模块，但是应该理解成被调用模块执行后又返回到调用模块。

一个模块是否调用一个从属模块，决定于调用模块内部的判断条件，则该调用称为模块间的判断调用，采用菱形符号表示。

如果一个模块通过其内部的循环功能循环调用一个或多个从属模块，则该调用称为循环调用，用弧形箭头表示。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,23,（三）结构图,数据在模块之间传送的数据，使用与调用箭头平行的带空心圆的箭头表示，并在旁边标上数据名。

控制信息为了指导程序下一步的执行，模块间有时还必须传送某些控制信息。

在模块结构图中，用带实心圆的箭头表示控制信息。

控制信息与数据的主要区别是前者只反映数据的某种状态，不必进行处理。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,24,（三）结构图,2023/5/9,武汉大学测绘学院,25,（三）结构图,在结构图中，关键要描述的内容有两个：

模块的功能，通常是由模块的名称来标识的；描述模块与模块之间的接口。

构造结构图时，要注意以下几个问题：

一个模块可以被不同的模块所调用；在同一层次中，模块的调用次序不一定是自左向右。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,26,三、接口设计,系统与标准数据的接口互操作接口空间数据与属性数据的接口GIS与系统开发环境的接口,2023/5/9,武汉大学测绘学院,27,

（一）系统与标准数据的接口,当我们设计一个GIS软件时，需要设计系统与标准数据的接口。

所谓“标准数据”是指常用的商业GIS软件的数据格式，如Arc/Info的Coverage、ArcView的Shp、MapInfo的Mif、Intergraph的MGE工程、DGN文件等格式。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,28,接口形式,直接存取所开发的软件提供对该数据格式的支持使用较为方便，也不存在数据损失，但是实现起来较为繁琐，很难实现对所有格式的支持。

导入/导出机制进行数据转换提供一种标准数据格式，用来与其它标准数据格式进行转换。

在数据格式变换过程中可能存在一定的数据损失。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,29,

（二）互操作接口,互操作接口设计是指设计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，使它们能够较好地进行通讯和实现功能共享。

异质环境下的GIS互操作设计GIS子系统之间以及子系统各模块之间的接口设计,2023/5/9,武汉大学测绘学院,30,异质环境下的GIS互操作设计,要考虑到因网络、操作系统、GIS软件平台等的不同而带来的接口设计问题。

主要采用中间件来实现，如Microsoft的COM/DCOM或OMG的CORBA等。

中间件处于应用软件和系统软件之间，是客户与服务器之间的连接件，它能屏蔽硬件、网络环境、操作系统和异构数据库等的差别。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,31,GIS子系统之间以及子系统各模块之间的接口设计,命名约定根据语言不同，命名约定稍有同，在混合编程时必须有一套转换规则调用约定主要解决子程序的参数传递顺序问题参数传递约定参数传递约定确定参数是按值传递还是按引用传递。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,32,参数传递约定,消息传递面向对象程序设计直接引用指一个模块直接存取另一个模块的某些信息，例如全程变量、共享的通信区等用过程语句调用指通过模块的名字调用整个模块，一个模块只有一个入口，所有数据来往都以参数形式出现,2023/5/9,武汉大学测绘学院,33,（三）空间数据与属性数据的接口,空间数据和属性数据结合方式绑定式分离式,2023/5/9,武汉大学测绘学院,34,分离式的空间数据与属性数据的接口,通过唯一的ID码联系在一起，然后通过GIS软件提供的专用接口与标准商用数据库连接或使用ODBC等技术来实现两者的互访GIS软件本身内置了ODBC应用程序通过程序设计语言（如VC、VB、Delphi等），用标准的ODBC与关系型数据库互连。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,35,（四）GIS与系统开发环境的接口,CAD某些部门（如规划局）用计算机辅助设计软件（如AutoCAD）建立起来的数据OAOA是指办公自动化，主要是通过网络分发数据、文档、图形（含地图）和通知等RDBMS指用关系型数据库管理的数据,2023/5/9,武汉大学测绘学院,36,（四）GIS与系统开发环境的接口,GIS软件可通过直接读取的方式实现与CAD（Dxf格式）数据的交互，或通过导入/导出机制来解决数据格式差异带来的不兼容问题。

GIS与OA的接口则一般采用OLE或DDE技术来实现，如用Delphi程序设计语言通过创建OLE对象将MapInfo功能和Word功能集成在一块。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,37,设计良好的GIS与系统开发环境的接口，实现GIS与系统开发环境的高效集成，这也是开放式GIS和组件式GIS的发展趋势,2023/5/9,武汉大学测绘学院,38,四、界面设计,GIS用户界面是GIS用户与GIS系统之间传递、交换信息的媒介，是用户使用系统的综合操作环境和与系统交互的唯一通道。

在GIS设计中，作为处理空间信息和可视化表达的GIS要真正融入IT信息世界就必须考虑用户界面问题。

所以，用户界面设计在GIS设计中占有非常重要的地位。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,39,四、界面设计,以用户为中心的人机界面GIS的用户分析人机交互方式GIS用户界面的设计原则GIS用户界面设计与开发,2023/5/9,武汉大学测绘学院,40,

（一）以用户为中心的人机界面,专业人员：

来自传统测绘、地图学、遥感等按专业程度领域，具有坚实的地理学和测绘学基础非专业人员专家用户：

某个应用领域需要空间信息支持其研究的专家用户分类按应用领域一般应用人员：

具有一定的专业知识的系统操作人员非专业用户：

包括政府决策人员以及广大的普通用户高级用户：

具有硬软件开发能力按计算机熟练程度熟练用户：

熟练使用计算机生疏用户：

很少接触结算机GIS用户分类示意图,2023/5/9,武汉大学测绘学院,41,人机交互方式,2023/5/9,武汉大学测绘学院,42,GIS用户界面的设计原则,一致性原则界面的概念表达方式应尽可能接近用户的想法合适的功能功能欠缺的系统会使用户丧失兴趣；而过多繁琐的功能则会大量增加系统的复杂性。

封装性界面要尽量掩藏复杂的内部实现细节，使用户可以集中精力解决专业应用问题。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,43,GIS用户界面的设计原则,灵活性界面应该灵活地安排各种对话方式，充分满足用户的各种选择。

合理、高效利用屏幕用户界面的效率提高界面的响应速度,2023/5/9,武汉大学测绘学院,44,GIS用户界面的设计原则,提供反馈、帮助信息以及出错处理机制与应用程序设计分离首先建立用户界面，构建好软件的功能框架，然后在此基础上进行应用程序开发，添加相关的应用程序来实现界面中提供的功能。

复杂性和可靠性在预定的功能前提下，界面越简单越好，可靠指的是无故障使用的间隔时间,2023/5/9,武汉大学测绘学院,45,用户友好界面设计经验准则列表,2023/5/9,武汉大学测绘学院,46,用户友好界面设计经验准则列表,2023/5/9,武汉大学测绘学院,47,

（二）GIS用户界面设计与开发,输入设计输出设计GIS软件基本界面样式,2023/5/9,武汉大学测绘学院,48,输入设计,数据输入就是将空间数据编码转换为计算机可读形式并把数据写入GIS数据库的过程。

数据输入通常是GIS建立的主要瓶颈问题。

经验表明，建立数据库的基本费用通常是GIS硬件和软件的510倍。

空间数据属性数据关联,2023/5/9,武汉大学测绘学院,49,输入方式设计,键盘/鼠标输入，模/数、数/模输入，网络数据传送，光/磁盘读入等在GIS中，数据输入具体可采用键盘/鼠标输入、手扶跟踪数字化、扫描数字化和已有数据文件的转换等方式来进行,2023/5/9,武汉大学测绘学院,50,几种输入方式比较,2023/5/9,武汉大学测绘学院,51,GIS输出设计,GIS输出设计是指空间数据经GIS处理和分析后，所得结果以各种形式（如各种地图、图表、数据报表、文本等）输出给用户，供生产、研究、管理、决策等使用。

尤其是GIS的地图输出，是GIS输出设计的重点。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,52,GIS产品输出模式和输出介质图,2023/5/9,武汉大学测绘学院,53,地图输出产品的要求,地图内容的可靠性包括输入数据的正确性，所采用分析方法的合理性，以及分析结果的适用性表示方法的适用性包括空间信息转化为地图符号的合理性，空间内容的科学分类和分级，符号配置的定位精度，同时，还要具备图名、图例和比例尺，使产品符合一定的质量规格等。

2023/5/9,武汉大学测绘学院,54,GIS软件基本界面样式,基于命令行的GIS界面,2023/5/9,武汉大学测绘学院,55,GIS软件基本界面样式,基于窗口的界面基于菜单驱动的GIS界面基于对话框的界面,2023/5/9,武汉大学测绘学院,56,GIS软件基本界面样式,采用数据流图的GIS图形用户界面,2023/5/9,武汉大学测绘学院,57,五、GIS标准化设计,地理定位控制平面控制系统坐标系统高程系统区域多边形控制系统按什么方式进行区域划分属性数据指标体系,2023/5/9,武汉大学测绘学院,58,五、GIS标准化设计,数据分层方案同一类数据放在一层相互关联的数据尽可能放在同层使用频率高的数据放在主要层某些为了显示绘图用的点线面放在辅助层各种专题信息数据一般放在单独一层或几层中统一的数据分层方案，统一的层名、层号、数据内同等,2023/5/9,武汉大学测绘学院,59,五、GIS标准化设计,数据文件命名规则统计单元,2023/5/9,武汉大学测绘学院,60,六、总体设计报告,2023/5/9,武汉大学测绘学院,61,六、总体设计报告,2023/5/9,武汉大学测绘学院,62,六、总体设计报告,4接口设计说明内部接口：

说明本软件内部各模块间的接口关系，包括：

名称、意义、数据类型、有效范围、I/O标志；外部接口：

说明本软件同其它软件及硬件间的接口关系，包括：

名称、意义、数据类型、有效范围、I/O标志、格式（指输入或输出数据的语法规则和有关约定）、媒体；用户接口5界面设计,