城市GIS_城市地理信息系统软件工程项目管理

1、第五章第五章 城市地理信息系统软件工程城市地理信息系统软件工程( (第三讲第三讲) )教学内容教学内容: : 5.4 5.4 城市地理信息系统设计城市地理信息系统设计n教学时间：教学时间：2 2课时课时n教学方法：讲授法教学方法：讲授法 多媒体教学法多媒体教学法 案例法案例法n教学目的：教学目的：n1 1、让学生熟悉和掌握、让学生熟悉和掌握UGISUGIS在概要设计过程中在概要设计过程中需要完成的任务需要完成的任务; ;n2 2、让学生理解与掌握、让学生理解与掌握UGISUGIS系统设计的方法、系统设计的方法、数据库设计、过程设计、界面设计数据库设计、过程设计、界面设计教学重点:数据流图变换为

2、系统结构图的方法UGIS三种主要数据模型教学难点：数据存储、读取、查询和管理结构设计本次课教学所涉及的学术前沿： 无缝数据库管理模型5.4 城市地理信息系统设计城市地理信息系统设计 系统设计是一个把系统需求变换成软件表示的过系统设计是一个把系统需求变换成软件表示的过程。在完成了系统分析之后，为了实现软件需求规格说程。在完成了系统分析之后，为了实现软件需求规格说明书的要求，必须将用户需求转化为对计算机系统的逻明书的要求，必须将用户需求转化为对计算机系统的逻辑定义，即所谓系统设计。最初这种表示只是描绘出系辑定义，即所谓系统设计。最初这种表示只是描绘出系统的总的框架统的总的框架, ,然后进一步细化然

3、后进一步细化, ,在此框架中填入细节在此框架中填入细节, ,把它加工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。把它加工成在程序细节上非常接近于源程序的软件表示。 从工程管理的角度来看，系统设计分两步完成。从工程管理的角度来看，系统设计分两步完成。首先做概要设计，将系统需求转化为数据结构和软件的首先做概要设计，将系统需求转化为数据结构和软件的系统结构。然后是详细设计，即过程设计。系统结构。然后是详细设计，即过程设计。 从技术的角度来看，包括数据设计、系统结构、过从技术的角度来看，包括数据设计、系统结构、过程设计、界面设计。程设计、界面设计。5.4.1系统设计的目标和任务系统设计的目标和任务(一一

4、)概要设计概要设计1 1、制定规范、制定规范2 2、软件系统结构的总体设计、软件系统结构的总体设计3 3、处理方式设计、处理方式设计4 4、数据结构设计、数据结构设计5 5、可靠性设计、可靠性设计6 6、编写概要设计阶段的文档、编写概要设计阶段的文档7 7、概要设计评审、概要设计评审系统设计在软件开发中的位置 软件开发主要包括三个步骤：设计、实现（编码）和测试。系统分析阶段解决系统“做什么”的问题，而系统设计则解决“怎么做”的问题。设计编码测试数据域需求功能域及性能需求界面设计数据设计过程设计系统结构设计程序模块组装好的有效软件开发阶段的信息流开发阶段的信息流 系统结构设计系统结构设计定义软件

5、系统各个主要成分之间定义软件系统各个主要成分之间的关系；的关系；数据设计数据设计侧重于数据结构的定义；侧重于数据结构的定义；详细设详细设计计则是把结构成分转换成软件的过程性描述；则是把结构成分转换成软件的过程性描述；界面界面设计设计侧重于与用户交互的界面的设计，包括输入、侧重于与用户交互的界面的设计，包括输入、输出、显示等各类界面的风格和策略的确定。输出、显示等各类界面的风格和策略的确定。 从工程管理的从工程管理的角度，系统设计分角度，系统设计分两步完成：两步完成：总体设总体设计计和和详细设计详细设计。总体设计总体设计详细设计详细设计数据设计数据设计系统结构系统结构过程设计过程设计界面设计界面

6、设计管理管理观点观点技技术术观观点点总体设计总体设计(概要设计概要设计)过程中需要完成的工作过程中需要完成的工作1 制定规范（标准设计） 在进入软件开发阶段之初，应为软件开发制定共同遵守的标准，以便协调组内各成员的工作。 （1 1）阅读和理解软件需求说明书，在给定预算）阅读和理解软件需求说明书，在给定预算范围内和技术现状下，确认用户的要求能否实现。范围内和技术现状下，确认用户的要求能否实现。若能够实现需要明确实现的条件，从而确定设计的若能够实现需要明确实现的条件，从而确定设计的目标，以及优先顺序。目标，以及优先顺序。 （2 2）根据目标确定最合适的设计方案。）根据目标确定最合适的设计方案。 （

7、3 3）确定设计文档的编制标准，包括文档体系、）确定设计文档的编制标准，包括文档体系、用纸及样式、记述详细程度、图形画法等。用纸及样式、记述详细程度、图形画法等。 （4 4）确定代码体系、接口规约、命名规则等。）确定代码体系、接口规约、命名规则等。2 软件系统结构的总体设计 （1 1）采用某种设计方法，将一个复杂的系统按）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； （2 2）确定每个模块的功能，建立与已确定的软）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； （3 3）确定模块间的调用关系；）确定模块间的调用关系； （

8、4 4）确定模块间的接口，即模块间传递的信息。）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 5）评估模块划分的质量及导出模块结构的规）评估模块划分的质量及导出模块结构的规则。则。3、处理方式设计1）确实为实现软件系统的功能需求所必需的算法，评）确实为实现软件系统的功能需求所必需的算法，评估算法的性能。估算法的性能。2）确定为满足软件系统的性能需求所必需的算法和模）确定为满足软件系统的性能需求所必需的算法和模块间的控制方式（性能设计）。块间的控制方式（性能设计）。性能主要有以下四个指标：性能主要有以下四个指标： A、周转时间；、周转时间； B、响应时间；

9、、响应时间； C、吞吐量；、吞吐量； D、精度、精度3）确定外部信号的接收发送方式。）确定外部信号的接收发送方式。4 数据结构设计 确定软件涉及的文件系统的结构以及数据库的确定软件涉及的文件系统的结构以及数据库的模式、子模式，进行数据完整性和安全性的设计，模式、子模式，进行数据完整性和安全性的设计， （1 1）确定输入和输出文件的详细数据结构；）确定输入和输出文件的详细数据结构； （2 2）结合算法设计、确定算法所必须的逻辑数据）结合算法设计、确定算法所必须的逻辑数据结构及其操作；结构及其操作； （3 3）确定对逻辑数据结构所必需操作的程序模块，）确定对逻辑数据结构所必需操作的程序模块，限制和

10、确定各个数据设计决策的影响范围；限制和确定各个数据设计决策的影响范围； （4 4）确定操作系统或调度程序接口必须的控制表）确定操作系统或调度程序接口必须的控制表等数据的详细数据结构和使用规则；等数据的详细数据结构和使用规则； （5 5）数据的保护性设计）数据的保护性设计5、可靠性设计1）可靠性设计也叫质量设计。软件可靠性简言之是指程序和文档中的错误少。软件可靠性与硬件不同，软件越使用可靠性越高。2）软件在开发期间应当尽早找出差错，并在软件开发一开始就要确定软件可靠性和其它质量指标，考虑相应措施，以使得软件易于修改和易于维护。6 编写概要设计阶段的文档 概要设计阶段完成时应编写以下文档概要设计阶

11、段完成时应编写以下文档 （1）概要设计说明书，包括系统目标、总体设）概要设计说明书，包括系统目标、总体设计、数据设计、处理方式设计、运行设计等；计、数据设计、处理方式设计、运行设计等； （2）数据库设计说明书，包括所用数据库简介、）数据库设计说明书，包括所用数据库简介、数据模式设计、物理设计等。数据模式设计、物理设计等。 （3）用户手册，对需求分析阶段编写的初步的）用户手册，对需求分析阶段编写的初步的用户手册进行审订；用户手册进行审订； （4）制定初步的测试计划，对测试的策略、方）制定初步的测试计划，对测试的策略、方法和步骤提出明确的要求。法和步骤提出明确的要求。7 概要设计评审 （1 1）可

12、追溯性）可追溯性确认该软件设计是否覆盖了确认该软件设计是否覆盖了所有已确定的软件需求，软件每一个成分是否可以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； （2 2）接口）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，确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； （3 3）风险）风险确认软件设计在现有技术条件下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； （4 4）实用性）实用性确认该软件设计对于需求的解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；

13、（5 5）技术清晰度）技术清晰度确认该软件设计是否以一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； （6 6）可维护性）可维护性从软件维护角度出发，确认从软件维护角度出发，确认该软件设计是否考虑了方便未来的维护；该软件设计是否考虑了方便未来的维护； （7 7）质量）质量确认该软件设计是否表现出良好确认该软件设计是否表现出良好的质量特征；的质量特征； （8 8）各种选择方案）各种选择方案是否考虑过其他方案，是否考虑过其他方案，比较各种方案的标准是什么比较各种方案的标准是什么; ; （9 9）限制）限制评估对该软件的限制是否现实，评估对该软件的限制是否现实，是否与

14、需求一致；是否与需求一致； （1010）其他具体问题）其他具体问题对于文档、可测试性、对于文档、可测试性、设计过程等进行评估。设计过程等进行评估。（二）在详细设计过程中，需要完成的工作是：（二）在详细设计过程中，需要完成的工作是：1 1、确定软件各个组成部分内的算法以及各部、确定软件各个组成部分内的算法以及各部分的内部数据结构；分的内部数据结构；2 2、确定各个组成部分的逻辑过程；、确定各个组成部分的逻辑过程；3 3、针对各个功能，根据界面设计风格，设计、针对各个功能，根据界面设计风格，设计各类界面的样式；各类界面的样式；4 4、进行详细设计的评审。、进行详细设计的评审。 详细设计详细设计5.

15、4.25.4.2系统设计的方法系统设计的方法5.4.2.15.4.2.1系统结构图的基本组成系统结构图的基本组成1 1、系统结构图主要由四种基本模块类型组成、系统结构图主要由四种基本模块类型组成1 1）传入模块）传入模块从下属模块取得数据，经过模块处理再给从下属模块取得数据，经过模块处理再给上级模块上级模块2 2）传出模块）传出模块从上级模块获得数据，经过模块处理再传从上级模块获得数据，经过模块处理再传给下属模块给下属模块3 3）变换模块）变换模块从数据模块取得数据，经过模块的特定处从数据模块取得数据，经过模块的特定处理，转换成其他形式再传送上级模块理，转换成其他形式再传送上级模块4 4）协调

16、模块）协调模块对所有下属模块进行协调和管理的模块，对所有下属模块进行协调和管理的模块，这种模块一般在系统结构图中较高层出现这种模块一般在系统结构图中较高层出现系统结构图系统结构图 系统结构图主要分为两种典型的系统结构形式变换型系统结构图和事务型系统结构图。 具体而言，变换型系统结构是一种线性结构，可以明显地分为逻辑输入、主加工和逻辑输出，系统的变换分析过程主要分为三步，即取得数据、变换数据和输出数据，系统结构图也由输入、中心变换和输出组成。图530(a)中系统主模块为变换型系统结构图； 事务型系统结构图指某个加工将它的输入分析成一串平行的数据流，分别执行后面的某些加工，如图5-30中虚线柜部分

17、所示。在系统结构图中这两种类型往往交替使用。(a)修改后数据流程图修改后数据流程图5.4.2.2数据流图变换为系统结构图的方法数据流图变换为系统结构图的方法 在系统设计中，往往对系统分析阶段的数据流程图进行转换来获得系统结构图，如从建设项目预审的数据流程图可获得其系统结构图530(b)。在系统结构设计时，首先确定系统总体结构是变换型系统结构图还是事务型系统结构图，对系统结构进行分解；然后，根据系统结构的形式对各个部分的数据流程图导出相应的系统结构图，组成初始系统结构图;最后，对初始系统结构图进行修改得到最终系统结构图。图图5.30 某市建设用地预审系统结构图某市建设用地预审系统结构图(b)(b

18、)系统结构图系统结构图1变换分析设计方法变换分析设计方法 软件的数据流程图主要是变换型系统结构图，对数据流程图主要也是进行变换分析。变换分析方法由如下4步组成。 (1)重画数据流图。在需求分析阶段得到的数据流图侧重于描述系统如何加工数据，而重画数据流图的出发点是描述系统中的数据是如何流动的。 (2)确定系统的逻辑输入、逻辑输出和中心变换部分。在数据流图上来区分变换型系统结构图的三个重要组成部分，这个工作建立在对系统规格说明书有明确理解和设计人员经验的基础上。变换分析设计方法变换分析设计方法(3)进行一级分解，设计系统模块结构的顶层和第一层。首先设计一个主模块，并用系统的名字为它命名，然后将它画

19、在与中心变换相对应的位置上。作为系统的顶层，它的功能是调用下一层模块，完成系统所要做的各项工作。主模块设计好之后，下面的程序结构就可按输入、中心变换和输出等分支来处理。程序结构的第一层可以这样来设计：为每一个逻辑输入设计一个输入模块，它的功能是为主模块提供数据；为每一个逻辑输出设计一个输出模块，它的功能是将主模块提供的数据输出；为中心变换设计一个变换模块，它的功能是将逻辑输入转换成逻辑输出。(4)进行二级分解，设计输入，中心变换，输出部分的中、下层模块。这一步工作是自顶向下，逐层细化，为第一层的每一个输入模块、输出模块、变换模块设计它们的从属模块。2事务分析设计方法 在数据流程图中有种数据流可

20、以引发一个或多个处理，在数据流程图中有种数据流可以引发一个或多个处理，这些处理能够完成该作业要求的功能，这种数据流就这些处理能够完成该作业要求的功能，这种数据流就叫做事务。对这类数据流程图进行变换建立系统结构叫做事务。对这类数据流程图进行变换建立系统结构图就是事务分析，与变换分析一样，也是从分析数据图就是事务分析，与变换分析一样，也是从分析数据流图开始，自项向下，逐步分解，建立系统结构图。流图开始，自项向下，逐步分解，建立系统结构图。(1)识别事务源识别事务源 确定数据流程图确定数据流程图(或局部数据流程图或局部数据流程图)具有事务型特征具有事务型特征后，首先确定事务源，即带有后，首先确定事务

21、源，即带有“请求请求”性质的信息。性质的信息。图中数据流图中数据流“选择图形集选择图形集”就是一个事务源，它通过就是一个事务源，它通过后面的加工后面的加工“土地权属分类土地权属分类”，对，对“土地图形集土地图形集”按按照权属分类处理。照权属分类处理。(2)确定适当的事务型结构确定适当的事务型结构 根据数据流程图的特性和模块划分理论，确定事务变换的根据数据流程图的特性和模块划分理论，确定事务变换的模块层次和相互关系。首先需要确定事务中心模块模块层次和相互关系。首先需要确定事务中心模块(主模块主模块)，它位于其系统结构图的第一层，也称为主层它位于其系统结构图的第一层，也称为主层(P层层)，图中，图

22、中“土地土地权属分类权属分类”就是主模块；其次分析第二层次的模块，它主要是就是主模块；其次分析第二层次的模块，它主要是由承担事务处理的加工转换而来的模块，所以又称为事务层由承担事务处理的加工转换而来的模块，所以又称为事务层(T层层)，第二层模块只能是三类：取得事务、处理事务和给出结果，第二层模块只能是三类：取得事务、处理事务和给出结果，图中图中“国有用地审查国有用地审查”、“集体用地审查集体用地审查”、“耕地用地审查耕地用地审查”就是进行不同事务处理的并列模块，并在主模块的下沿以菱形就是进行不同事务处理的并列模块，并在主模块的下沿以菱形引出对这三个事务模块的选择。而在引出对这三个事务模块的选择

23、。而在“建设用地审查建设用地审查”模块中模块中隐含了获得隐含了获得“土地图形集土地图形集”的模块，由于功能较为简单，在图的模块，由于功能较为简单，在图中没有列出，同时，中没有列出，同时，“模板应用模板应用”则是对审查结果进行格式化，则是对审查结果进行格式化，然后给出建设用地审查报告，它们同属事务层。然后给出建设用地审查报告，它们同属事务层。(3)识别各种事务和它们定义的操作识别各种事务和它们定义的操作 通过问题定义和软件需求规格说明书找出所有事务及其操作所必需的全部信息，而对于系统内部产生的事务，必须仔细地定义它们的操作。即将各个事务模块下层的操作模决继续分解扩展，直至完成整个结构图。这些操作

24、模块包括A层(活动层)和D层(细节层)，在图530中没有画出。3系统结构图完善系统结构图完善 通过如上方法获得的是初始结构图，还需要进行如下工作通过如上方法获得的是初始结构图，还需要进行如下工作完善，形成最终的系统结构图。完善，形成最终的系统结构图。 (1)模块功能完善。除完成系统功能外，增加系统任务模块功能完善。除完成系统功能外，增加系统任务完成的状态，以及不能完成的原因，包括出错处理、完成完成的状态，以及不能完成的原因，包括出错处理、完成返回信息等部分。返回信息等部分。 (2)消除重复功能，以改善系统结构。即通过不同的变消除重复功能，以改善系统结构。即通过不同的变量定义和数据类型描述，对功

25、能相似的模块进行合并。量定义和数据类型描述，对功能相似的模块进行合并。 (3)控制模块大小和子模块数。如果模块功能多，过程控制模块大小和子模块数。如果模块功能多，过程复杂，子模块数多，程设计将非常复杂，这就必须对系统复杂，子模块数多，程设计将非常复杂，这就必须对系统进行分解，从而降低模块的复杂性。进行分解，从而降低模块的复杂性。 (4)增加适当的说明。包括处理说明、接口说明、数据增加适当的说明。包括处理说明、接口说明、数据结构说明等内容。则会导致过结构说明等内容。则会导致过5.4.2.3 结构化设计的审查 一旦构造了数据流图及其相关的数据字典，必须对他们的正确与否进行检验。人们往往用人工的方式

26、进行检验，经常会发现下列错误。 (1)未标记的数据流。 (2)丢失数据流，得不到某处理过程需要的数据信息。 (3)纯记录性的数据流，处理过程中的某些数据从来未加以利用。 (4)在改进过程中未保持数据一致性。 (5)遗失处理过程。 (6)包含了控制信息。5.4.3 空间数据库设计一 空间数据库的体系结构 空间数据库软件一般是作为连接空间数据库软件一般是作为连接GISGIS客户端软客户端软件和件和RDBMSRDBMS的中间件而存在，这种思想与的中间件而存在，这种思想与C/SC/S网络模网络模式思想是一致的。式思想是一致的。 下面以下面以ESRIESRI的的SDESDE（Spatial Databa

27、se EngineSpatial Database Engine）为例说明空间数据库的体系结构。为例说明空间数据库的体系结构。 客户端应用客户端应用是最终用户运行的软件，它可以是是最终用户运行的软件，它可以是ArcViewArcView、MapObjectMapObject或或ArcInfoArcInfo的应用，也可以是的应用，也可以是用户为某一特定的工程开发的应用。用户为某一特定的工程开发的应用。 与客户端应用结合的是与客户端应用结合的是SDESDE客户库，它是一个程客户库，它是一个程序设计接口，用于处理客户端应用提出的请求。序设计接口，用于处理客户端应用提出的请求。客户端应用SDE客户库服

28、务器SDE服务器处理程序RDBMS数据库SDE体系结构示意图 在服务器端，有在服务器端，有SDESDE服务器处理程序、关系数据服务器处理程序、关系数据库管理系统和实际的数据。库管理系统和实际的数据。 SDESDE采用协作处理方式，即处理既可以在采用协作处理方式，即处理既可以在SDESDE客客户库一端也可以在户库一端也可以在SDESDE服务器一端，取决于具体的处服务器一端，取决于具体的处理在哪一端更快。理在哪一端更快。 所有的服务器任务都是在所有的服务器任务都是在SDESDE服务器所在的平台服务器所在的平台上完成的，而客户端应用则可以运行于多种不同的上完成的，而客户端应用则可以运行于多种不同的平

29、台和环境，去访问同一个平台和环境，去访问同一个SDESDE服务器和数据库。服务器和数据库。GIS体系结构设计GIS体系结构发展大概经过了三个阶段：第一个阶段：面向过程的构架技术，即POA（Process Oriented Architecture)技术阶段，被称为个体经济阶段；第二个阶段：面向系统的架构技术，即EOA （Entirety Oriented Architecture)技术阶段，被称为计划经济阶段；第三个阶段：面向服务的SOA技术，即SOA （Service Oriented Architecture)技术阶段，被称之为市场经济阶段。二 空间数据库设计的原则 （1 1）尽量减少空间

30、数据存储的冗余量；）尽量减少空间数据存储的冗余量； （2 2）提供稳定的空间数据结构，在用户需要改）提供稳定的空间数据结构，在用户需要改变时，该数据结构能迅速作相应的变化；变时，该数据结构能迅速作相应的变化； （3 3）满足用户对空间数据及时访问的需要，并）满足用户对空间数据及时访问的需要，并能高效地提供用户所需的空间数据查询结果；能高效地提供用户所需的空间数据查询结果； （4 4）在数据元素间维持复杂的联系，以反映空）在数据元素间维持复杂的联系，以反映空间数据的复杂性；间数据的复杂性； （5 5）支持多种多样的决策需要，具有较强的应）支持多种多样的决策需要，具有较强的应用适应性。用适应性。三

31、 空间数据库的设计过程地理现象地理现象和过程和过程概念概念模型模型逻辑逻辑模型模型存储存储模型模型抽象抽象 概念世界的建立是通过对错综复杂的现实世界概念世界的建立是通过对错综复杂的现实世界的认识与抽象，即对各种不同专业领域的研究和系的认识与抽象，即对各种不同专业领域的研究和系统分析，形成概念化模型；统分析，形成概念化模型； 逻辑模型设计就是把概念模型结构转化为计算逻辑模型设计就是把概念模型结构转化为计算机数据库系统能够支持的数据模型；机数据库系统能够支持的数据模型； 存储模型是指概念模型反映到计算机物理存储存储模型是指概念模型反映到计算机物理存储介质中的数据组织形式。介质中的数据组织形式。四

32、空间数据库的需求分析和数据模型设计1 1 需求分析需求分析 （1 1）调查用户需求：了解用户特点和要求，取）调查用户需求：了解用户特点和要求，取得设计者与用户对需求的一致看法；得设计者与用户对需求的一致看法； （2 2）需求数据的收集和分析：包括信息需求）需求数据的收集和分析：包括信息需求（信息内容、特征、存储数据等）、信息加工处理（信息内容、特征、存储数据等）、信息加工处理要求、完整性与安全性要求等；要求、完整性与安全性要求等； （3 3）编制用户需求说明书：包括需求分析的目）编制用户需求说明书：包括需求分析的目标、任务、具体需求说明、系统功能与性能以及运标、任务、具体需求说明、系统功能与性

33、能以及运行环境等。行环境等。2 2 数据模型设计数据模型设计 建立空间数据库系统数据模型的目的，是揭示建立空间数据库系统数据模型的目的，是揭示空间客体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转空间客体的本质特征，并对其进行抽象化，使之转化为计算机能够接受和处理的数据形式。化为计算机能够接受和处理的数据形式。 数据库系统中通常采用的数据模型主要有层次数据库系统中通常采用的数据模型主要有层次模型、网状模型和关系模型，以及语义模型、面向模型、网状模型和关系模型，以及语义模型、面向对象的数据模型等。这些数据模型都可以用于空间对象的数据模型等。这些数据模型都可以用于空间数据库的设计。数据库的设计。五 空间数据

34、库的概念设计 对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分析、对需求分析阶段所收集的信息和数据进行分析、整理，确定地理实体、属性及其之间的联系，将各整理，确定地理实体、属性及其之间的联系，将各用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独用户的局部视图合并成一个总的全局视图，形成独立于计算机的反映用户观点的概念模式。立于计算机的反映用户观点的概念模式。 表示概念模型常用的模型是表示概念模型常用的模型是E-R模型模型，即实体，即实体联系模型。用它来描述现实地理世界，不必考虑联系模型。用它来描述现实地理世界，不必考虑信息的存储结构、存储路径等问题，更接近现实地信息的存储结构、存储路径等问题，更接近现实地理

35、世界，具有直观、自然和语义较丰富等特点。理世界，具有直观、自然和语义较丰富等特点。 例如，在城市地理数据库系统设计中，将城市例如，在城市地理数据库系统设计中，将城市市区要素抽象为市区要素抽象为空间实体空间实体、空间实体属性空间实体属性和和空间实空间实体关系体关系，其中，其中 空间实体包括街道边线、路段、街道、街区以空间实体包括街道边线、路段、街道、街区以及节点等；及节点等； 空间实体属性包括空间实体属性包括节点节点实体属性（立交桥、警实体属性（立交桥、警亭及所连通街道的性质等），亭及所连通街道的性质等），边线边线实体属性（属于实体属性（属于哪一路段、街道、街区及其长度等），哪一路段、街道、街区

36、及其长度等），街道路段和街道路段和街道街道实体属性（走向、路面质量、宽度、等级等），实体属性（走向、路面质量、宽度、等级等），街区街区实体属性（面积、用地类型等）。实体属性（面积、用地类型等）。1 1 概念化设计工作内容概念化设计工作内容 GISGIS数据库的概念化设计需要完成以下工作数据库的概念化设计需要完成以下工作 （1 1）数据库的宏观地理意义，主要是指空间数）数据库的宏观地理意义，主要是指空间数据的比例尺、地图投影和坐标系统等全局性要素的据的比例尺、地图投影和坐标系统等全局性要素的定义；定义； （2 2）数据库的地理特征设计，对地理特征的层）数据库的地理特征设计，对地理特征的层次关系、

37、各层几何表达形式和拓扑特征进行设计；次关系、各层几何表达形式和拓扑特征进行设计； （3 3）属性数据表格及其关系设计；）属性数据表格及其关系设计； （4 4）数据库总体设计报告的起草；）数据库总体设计报告的起草； （5 5）数据库概念化设计的评定。）数据库概念化设计的评定。2 GIS2 GIS数据模型模式数据模型模式 （1 1）文件结构型数据模型模式）文件结构型数据模型模式 （2 2）混合结构型数据模型模式）混合结构型数据模型模式 （3 3）无缝数据库管理模型模式）无缝数据库管理模型模式GIS应用应用GIS基础平台图形文件属性文件关键字GIS应用应用GIS基础平台图形文件属性库关键字GIS应用

38、应用GIS基础平台数据库接口数据库接口数据引擎属性库空间数据库3 3 数据的分层管理数据的分层管理 大多数大多数GISGIS都将数据按照逻辑类型分成不同的都将数据按照逻辑类型分成不同的数据层进行组织。数据层的设计一般按照数据的专数据层进行组织。数据层的设计一般按照数据的专业内容和类型进行。业内容和类型进行。 数据分层主要考虑如下因素数据分层主要考虑如下因素（1 1）数据具有同样的特征，及相同的属性信息；）数据具有同样的特征，及相同的属性信息；（2 2）比例尺的一致性；）比例尺的一致性；（3 3）数据具有相同的几何形式和拓扑特征）数据具有相同的几何形式和拓扑特征 同一地物可能采用不同的几何形式表

39、达，需要同一地物可能采用不同的几何形式表达，需要不同的层，如河流可以分为线状和面状的，分别用不同的层，如河流可以分为线状和面状的，分别用两个层表示。两个层表示。（4 4）该层数据具有同样的使用目的、方式）该层数据具有同样的使用目的、方式 如道路数据，用于网络分析时用有严格拓扑关如道路数据，用于网络分析时用有严格拓扑关系的道路中心线表示，而在制图输出则用符号化线系的道路中心线表示，而在制图输出则用符号化线或面来表示，因此分别用两个层表示；或面来表示，因此分别用两个层表示；（5 5）不同部门的数据放入不同的层；）不同部门的数据放入不同的层；（6 6）不同安全级别的数据单独存储；）不同安全级别的数据

40、单独存储；（7 7）使用不同数据源更新的数据应分层存储；）使用不同数据源更新的数据应分层存储；（8 8）同一类型的数据，如果其属性特征不同，也需）同一类型的数据，如果其属性特征不同，也需要分层存储。要分层存储。六 空间数据库的详细设计1 1 数据源设计数据源设计 GISGIS数据源包括地图、设计规划图、航空和卫数据源包括地图、设计规划图、航空和卫星影像、星影像、GPSGPS数据、照片、现有电子数据、各种记录数据、照片、现有电子数据、各种记录文件、数字化测量数据等。文件、数字化测量数据等。 根据数据源的来源范围可以分为两类，一是系根据数据源的来源范围可以分为两类，一是系统外录入数据，二是系统内自

41、生数据。统外录入数据，二是系统内自生数据。 针对不同数据源的特性，系统采用不同的对策，针对不同数据源的特性，系统采用不同的对策，但具有如下的共性：但具有如下的共性： （1 1）数据源多样化，提高系统内容的丰富性；）数据源多样化，提高系统内容的丰富性； （2 2）系统主要空间数据比例尺、标准、格式等）系统主要空间数据比例尺、标准、格式等应尽量一致；应尽量一致； （3 3）日常办公系统的数据来源，应经过数据处）日常办公系统的数据来源，应经过数据处理系统和入库管理模块转化为标准数据后方可以进理系统和入库管理模块转化为标准数据后方可以进入系统，以确保系统的稳定性；入系统，以确保系统的稳定性； （4 4

42、）对于基于网络多用户系统，系统公共基础）对于基于网络多用户系统，系统公共基础数据应通过统一的技术部门录入；数据应通过统一的技术部门录入； （5 5）在保证质量的前提下，选择数据生产到入）在保证质量的前提下，选择数据生产到入库短的数据源。库短的数据源。2 2 修订数据标准与数据字典修订数据标准与数据字典 一个合理的数据标准应包括的内容：一个合理的数据标准应包括的内容： 1）引用标准；）引用标准； 2）分类和实体代码说明；）分类和实体代码说明； 3）数据存储信息说明；）数据存储信息说明； 4）空间数据分层说明；）空间数据分层说明； 5）属性数据结构说明；）属性数据结构说明； 6）元数据说明）元数据

43、说明3、数据质量控制方案、数据质量控制方案1）格式（形式）检查：对数据的文件格式、分层、）格式（形式）检查：对数据的文件格式、分层、代码、属性表达字段等数据形式的描述。格式代码、属性表达字段等数据形式的描述。格式检查的两种方式：人工抽查；程序自动检查检查的两种方式：人工抽查；程序自动检查2）内容正确性和精度检查）内容正确性和精度检查3）系统设计的过程设计和界面设计中把数据质量）系统设计的过程设计和界面设计中把数据质量控制考虑进去控制考虑进去4 4 数据存储、读取、查询和管理结构的设计数据存储、读取、查询和管理结构的设计（1 1）用户安全设计）用户安全设计（2 2）数据更新的质量控制）数据更新的

44、质量控制（3 3）合理数据分级体系的设定）合理数据分级体系的设定（4 4）数据的恢复能力）数据的恢复能力（5 5）数据库网络模型）数据库网络模型七 地理信息元数据的设计1 1 元数据的定义和作用元数据的定义和作用 元数据元数据是关于数据的数据，用于描述数据的内是关于数据的数据，用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等有关的信息。数据的提供方式等有关的信息。 地理信息元数据地理信息元数据是关于地理相关数据和信息资是关于地理相关数据和信息资源的描述信息，它通过对地理空间数据的内容、质源的描述信息，它通过对地理空间数据的

45、内容、质量、条件和其他特征进行描述与说明，帮助人们有量、条件和其他特征进行描述与说明，帮助人们有效地定位、评价、获取和使用地理相关数据。效地定位、评价、获取和使用地理相关数据。2 2 地理信息元数据确定的原则地理信息元数据确定的原则（1 1）完整性）完整性 核心元数据必须是基本元数据元素集合的基础核心元数据必须是基本元数据元素集合的基础上，还需要完整描述数据集最重要的信息。上，还需要完整描述数据集最重要的信息。（2 2）准确性）准确性 确定核心元数据内容时，需要对表达理论、空确定核心元数据内容时，需要对表达理论、空间参照系统理论、质量体系理论以及计算机通信技间参照系统理论、质量体系理论以及计算

46、机通信技术方面有全面的了解，准确表达。术方面有全面的了解，准确表达。（3 3）结构性）结构性用模型表达用模型表达（4 4）与其他标准的一致性）与其他标准的一致性3 3 地理信息元数据的主要内容地理信息元数据的主要内容 包括包括6 6个类和个类和2 2个公共数据类型，个公共数据类型，6 6个类为：个类为：（1 1）标识信息）标识信息 是唯一标识数据集的元数据信息是唯一标识数据集的元数据信息（2 2）数据质量信息）数据质量信息 是数据集整体质量的评价，包括数据集质量的是数据集整体质量的评价，包括数据集质量的定性和定量概括说明两个方面。定性和定量概括说明两个方面。（3 3）空间参照系统信息）空间参照

47、系统信息 是数据集使用的空间参照系统的说明，包括基是数据集使用的空间参照系统的说明，包括基于地理标识的空间参照系统与基于坐标的空间参照于地理标识的空间参照系统与基于坐标的空间参照系统。系统。（4 4）内容信息）内容信息 描述数据集的主要内容描述数据集的主要内容（5 5）分发信息）分发信息 描述有关数据集的分发者和获取数据的方法，描述有关数据集的分发者和获取数据的方法，包括数据集网络传输地址，以及与分发者有关的联包括数据集网络传输地址，以及与分发者有关的联系信息。系信息。（6 6）核心元数据参考信息）核心元数据参考信息 包括核心元数据发布或更新的日期以及与建立包括核心元数据发布或更新的日期以及与

48、建立核心元数据单位的联系信息等。核心元数据单位的联系信息等。 两个公共数据类型包括两个公共数据类型包括（1 1）覆盖范围信息）覆盖范围信息 描述数据集的空间范围（经纬度坐标、地理标描述数据集的空间范围（经纬度坐标、地理标识符）、时间范围和垂向范围（最小最大垂向坐标识符）、时间范围和垂向范围（最小最大垂向坐标值、计量单位）。该数据类型被多个元数据元素引值、计量单位）。该数据类型被多个元数据元素引用，本身不单独使用。用，本身不单独使用。（2 2）负责单位联系信息）负责单位联系信息 与数据集有关的单位标识（单位名称、联系人、与数据集有关的单位标识（单位名称、联系人、职责）和联系方式信息。职责）和联系

49、方式信息。4 4 地理信息元数据字典地理信息元数据字典序号中文名称英文名称缩写名定义约束条件最多出现次数数据型域1MDMD元元数据数据MD-MD-Meta-Meta-datadataMea-Mea-datadata关于元数关于元数据的信息据的信息M M1 1ClassClassLines Lines 1 _ 81 _ 82 2日期日期Time-Time-stampstampmdTimdTimeStmeSt元数据发元数据发布或最近布或最近更新日期更新日期M M1 1DataDataCCYYMCCYYMMDDMDD34地理信息元数据地点实例 （1 1）名称）名称/ /角色名称角色名称 （2 2）缩

50、写名）缩写名 （3 3）定义）定义，对元数据类或属性确切含义的描述，对元数据类或属性确切含义的描述 （4 4）约束条件）约束条件，表示该特征是否必须包含在核，表示该特征是否必须包含在核心元数据中，取值为心元数据中，取值为M M（必选）、（必选）、C C（条件必选）、（条件必选）、O O（可选）（可选） （5 5）最多出现次数）最多出现次数，指定元数据类型或元数据，指定元数据类型或元数据属性的实例可能重复出现的次数，属性的实例可能重复出现的次数，“1”1”为出现一为出现一次，次，“N”N”为重复出现为重复出现 （6 6）数据类型）数据类型，如整型数、实型数、字符串等，如整型数、实型数、字符串等

51、（7 7）域）域，元数据属性的域为允许取值范围，元，元数据属性的域为允许取值范围，元数据类则表示描述该类的行的范围。数据类则表示描述该类的行的范围。5.4.4 过程设计过程设计1、概念化设计完成了软件系统的总体设计，规定了各、概念化设计完成了软件系统的总体设计，规定了各个模块及模块之间的联系，进一步就要考虑实现各个模块及模块之间的联系，进一步就要考虑实现各个模块规定的功能。个模块规定的功能。2、过程设计也叫做详细设计或程序设计，它不同于编、过程设计也叫做详细设计或程序设计，它不同于编码或编写程序。在过程设计阶段，要决定各个模块码或编写程序。在过程设计阶段，要决定各个模块的实现算法，并精确地表达

52、这些算法。的实现算法，并精确地表达这些算法。详细设计的任务：详细设计的任务：1、为每个模块选择适当的算法并选取描述工具详细描述这些详细描述这些算法算法。2、确定每个模块所使用的数据结构数据结构。3、确定各个模块及模块间接口的细节接口的细节，包括用户界面和外部软硬件接口、模块间的接口、模块局部数据和输入输出数据。4、为每个模块设计测试用例设计测试用例，使得编码阶段对具体模块的调试测试更加方便。5、编写详细设计说明书详细设计说明书。详细设计的任务详细设计的任务为了是详细设计更加地科学严谨，应遵守以下原则应遵守以下原则：对于模块的逻辑描述，要在确保正确可靠的基础上尽量地使得其更加清晰易读清晰易读。选

53、择适当的描述工具选择适当的描述工具来对各模块的算法进行描述。采用结构化的设计方法结构化的设计方法，改善程序的结构，使其结构更加科学标准，同时也降低了程序的复杂度，从而提高了程序的可读性、可测试性和可维护性。详细设计的原则详细设计的原则3、详细设计工具、详细设计工具表达过程规格说明的工具叫做详细设计工具，它表达过程规格说明的工具叫做详细设计工具，它可以分为以下三类：可以分为以下三类：1）图形工具：）图形工具：程序流程图程序流程图(PFC)；N-S图；问题分析图图；问题分析图(PAD)2）表格工具：判定表）表格工具：判定表3）语言工具：）语言工具：PDL(问题描述语言问题描述语言)5.4.5 界面

54、设计界面设计 过程设计是对模块逻辑关系的描述，而界面设过程设计是对模块逻辑关系的描述，而界面设计则规范用户与计算机进行信息交换的形式，主要计则规范用户与计算机进行信息交换的形式，主要包括系统输入、输出、处理过程中各类信息在计算包括系统输入、输出、处理过程中各类信息在计算机屏幕等输出设备上表现形式和布局，也包括键盘、机屏幕等输出设备上表现形式和布局，也包括键盘、鼠标、数字化仪等输入设备的布局和操作方式。界鼠标、数字化仪等输入设备的布局和操作方式。界面设计是详细设计的重要内容。面设计是详细设计的重要内容。5.4.5.1用户界面的特性用户界面的特性1、可用性、可用性（1）使用的简单性）使用的简单性（

55、2）用户界面中所用术语的标准化和一致性）用户界面中所用术语的标准化和一致性（3）拥有）拥有HELP帮助的功能帮助的功能（4）快速的系统响应和低的系统成本）快速的系统响应和低的系统成本（5）用户界面应具有容错能力）用户界面应具有容错能力5.4.5.1用户界面的特性用户界面的特性2、灵活性、灵活性1）考虑到用户的特点、能力、知识水平，应当使）考虑到用户的特点、能力、知识水平，应当使用用户界面能够满足不同用户的要求。用用户界面能够满足不同用户的要求。2）用户可以根据需要制定和修改界面方式。）用户可以根据需要制定和修改界面方式。3）系统能够按照用户的希望和需要，提供不同详）系统能够按照用户的希望和需要

56、，提供不同详细程度的系统响应信息细程度的系统响应信息3、复杂性和可靠性、复杂性和可靠性1）用户界面的复杂性）用户界面的复杂性2）用户界面的可靠性）用户界面的可靠性5.4.5.2用户界面任务和工作设计用户界面任务和工作设计1 1、任务分配、任务分配 1)1)在每个任务中在每个任务中, ,动作要分配给计算机、用户或者动作要分配给计算机、用户或者二者；二者； 2 2）任务分配产生两个网络：一个是人的任务网络；）任务分配产生两个网络：一个是人的任务网络；一个是计算机的任务网络一个是计算机的任务网络2 2、工作方式和工作设计、工作方式和工作设计 1 1）工作方式有两种：一是由一个人单独完成一个）工作方式有两种：一是由一个人单独完成一个系统的目标；二是任务进展跟踪系统的目标；二是任务进展跟踪 2 2）工作设计的目的是使任务需求与操作员的能力）工作设计的目的是使任务需求与操作员的能力相匹配。因此在做工作设计时，应该检查任务流程以确相匹配。因此在做工作设计时，应该检查任务流程以确认不会出现任务过载。认不会出现任务过载。5.4.5.3界面设计的步骤界面设计的步骤1 1、确定整个、确定整个UGISUGIS的界面风格；的界面风格；2