15 GIS软件工程技术与项目组织管理

1、GIS软件工程技术与应用项目组织管理GIS软件工程方法GIS项目组织管理GIS应用工程实例1软件工程概念一门指导计算机软件开发和维护的工程学科 应用计算机科学、数学及管理科学等原理，借鉴传统工程的原则、方法，创建软件以达到提高质量，降低成本的目的 目标 生产具有正确性、可用性以及开销合宜的产品 基本原则：选取适宜的开发模型采用合适的设计方法提供高质量的工程支持重视开发过程的管理活动需求分析：定义系统目标，满足用户需求 系统设计：总体设计和详细设计 系统实现：编写程序确认：软件测试 支持：软件维护 GIS领域分析领域共享某种功能性的系统或应用程序的集合表现了一组应用系统共性的方面对于领域，可以实

2、施领域工程，得到领域模型，并建立领域特定的软件体系结构领域构件 GIS领域根据应用目的，GIS可以分为区域地理信息系统专题地理信息系统地理信息系统工具它们共同组成了GIS领域 GIS的核心功能空间数据的输入、管理、分析以及表现这些功能形成了一个比较完全的数据处理流程 操作系统地理信息系统工具区域GIS专题GIS领域应用系统具体,专用抽象,通用GIS的软件开发方法典型桌面或专业GIS软件的体系结构：三层结构图形用户界面层工具层数据管理层GIS的核心功能空间数据的输入、管理、分析和表现基于组件的GIS二次开发方法基于组件的GIS二次开发过程GIS需求分析（1）用户需求功能性需求非功能性需求 一般性

3、需求内容 物理环境：物理设备的位置以及其分布的集中程度接口：与其它软件系统的接口以及对数据格式的要求用户或人的因素：系统用户熟练程度，使用系统需要接受的训练功能：系统要完成什么，性能如何文档：需要哪些文档以及其针对的读者数据：数据格式、数据精度、数据量、接收和发送数据的频率资源：使用系统需要的设备，开发需要的人力资源、计算机资源、时间表安全性：对访问信息的控制程度，数据的备份等质量保证：对系统的可靠性要求，平均系统出错时间，可移植性，可维护性等 GIS需求分析（2）GIS系统需求的额外内容数据数据的输出样式：包括屏幕显示、Web发布、出版、工程图等输出数据的内容和要求：输出数据要包括哪些内容，

4、数据的精度，比例尺等数据的分布性：数据是集中管理还是分布管理现有的纸质地图：图的内容，比例尺、时效性、是否涉及保密现有的电子数据：数据形式（栅格/矢量/属性数据库）、数据格式、完整性、精度、投影方式、比例尺等因素数据录入：数据量大小，输入设备，包括数字化仪、扫描仪，软件的支持程度，进行数据录入的人员数目，能否在预定时间内完成数据录入数据购买：数据量以及价格人员针对专业领域的，在进行需求获取时要考虑一般用户要听取领域专家的意见，将他们的理论、经验模型化，并在系统中完成组织现有的组织机构，有关部门的职责，业务流程GIS如何在其业务流程中体现，因为应用GIS所可能引起的组织机构的变化GIS数据管理设

5、计（1） 目的是确定在数据管理系统中存储和检索数据的基本结构原则是要隔离数据管理方案对整体系统的影响主要的数据管理方法 普通文件管理提供基本的文件处理和分类能力。关系型数据库管理系统（RDBMS）建立在关系理论的基础上，采用多个表来管理数据每个表的结构遵循一系列“范式”进行规范化，以减少数据冗余。面向对象的数据库管理系统通过增加抽象数据类型和继承特性以及一些用来创建和操作类和对象服务，实现对象的持续存储GIS需要管理的数据空间几何体数据时间数据结构化的非空间属性数据非结构化的描述数据 GIS数据管理设计（2）GIS数据管理的主要方案全部采用文件管理 文件结合关系数据库管理 全部采用关系数据库管

6、理 采用面向对象数据库(OO-DBMS)管理 空间数据库数据库访问接口空间模型服务GIS应用GIS应用GIS应用RDBMSGIS空间数据访问接口集成化GIS数据管理空间数据库数据库访问接口空间模型服务GIS应用GIS应用GIS应用OO-DBMSGIS空间模型服务OO-DBMS GIS数据管理GIS系统界面设计（1） 图形用户界面(Graphical User Interface, GUI)人机交互的接口，要使用户更容易掌握系统，增加用户对系统的接受程度数据选择 输入命令语句通过菜单选择填充一个表单使用鼠标选择 数据表现 图形显示多边形轮廓、多边形填充、线、点、符号正确地表达地物对象的含义，并被

7、用户理解 数据处理 面向对象的界面设计 以象形符号表现地理实体及操作点击、拖放等操作SQL GeoSQL语句标准SQL与空间查询的界面 可视化 以可视化的形式表现各种信息 表达的所见即所得 GIS系统界面设计（2）GIS系统主要的界面元素 菜单有普通菜单、下拉式菜单、弹出式菜单和图形菜单等类型一般按类型和层次将主要功能操作组织为下拉式菜单在窗口或主要部分提供弹出式菜单；工具条窗口顶部的主工具条还可以沿窗口的不同部分放置工具条，或者浮动在窗口之中目录树在GIS中显示数据的分层组织通常可以使用树状的控件状态栏在状态栏上可以显示当前活动图层、地图当前比例尺、光标所在的地理位置以及操作进程条等内容分隔

8、式窗口当地图、数据表、制图版等多种内容需要同时显示时，可以使用分隔式窗口导航器又称鹰眼可以为主地图窗口建立一个全局的图形索引GIS界面要素示例菜单工具条目录树状态栏导航器浮动窗体主窗口ArcMap主界面GIS应用模式与分类按照其应用模式分类科学研究工具办公服务系统空间事务处理系统(STPS)空间信息管理系统(SMIS)空间决策支持系统(SDSS)专家系统（ES）按应用规模分类小型GIS使用数据量小，使用系统的用户少，主要针对一个部门或特定领域，注重于专业模型的开发和应用中型应用GIS应用于多个部门，数据量大，运行于局域网或城域网环境，侧重于决策支持大型GIS拥有非常多的用户和海量的数据，注重数

9、据的管理，并通过网络实现分布式的计算和数据管理，并通过Internet发布空间信息GIS应用项目 GIS应用系统开发方式购买相应的GIS软件或系统，在本地区或本领域内部署实施请软件开发商来开发由组织内部人员自己开发GIS应用项目通过系统开发建立GIS应用，从开始确立需求，到最终的系统投入运行，这一个时间段内的活动统称为GIS应用项目 项目的生命周期识别需求提出解决方案执行项目结束项目 造成GIS应用开发失败的因素 GIS应用项目策略性规划应用项目策略性规划对应于项目生命周期的识别需求阶段主要目的是确定要建立怎样的GIS应用，组织现有的条件，包括资金、人员、设备、场地等等，能否支持GIS的建立和

10、应用GIS项目策略性规划一般包括五个主要部分 机构的状况分析和调查机构的GIS系统开发目标系统开发的可行性主要包括资金、技术力量和组织运作三个方面 要对风险进行客观的评价，并作出相应的防范措施 系统开发的方案选择GIS系统决策规划书的起草应用项目合同 应用项目实施性规划软硬件配置 项目具体考虑因素软件数据量数据的分布性已有数据需要二次开发系统需要与其它软件协作现有的软硬件平台需要与Internet结合如果数据量大，要关注软件对大数据量处理的性能，是否支持图库如果数据是分布管理的，需要软件支持网络软件能否顺利地读入现有的数据软件是否具支持二次开发，支持方式（API，控件，宏语言）软件对数据库是否

11、支持软件必须能够运行于现有的软硬件平台上软件是否支持Web，具体方式(ActiveX,Java等)硬件数据量大，并且需要共享数据需要定期备份大量的数据录入地图输出高质量、大幅面地图输出数据采集移动计算已选择的软件选择数据服务器磁带机，光盘课录机扫描仪，数字化仪彩色喷墨打印机喷墨绘图仪，其它高档绘图仪GPS接收机，平板测图仪笔记本电脑使软件能够运行良好的硬件平台网络局域网远程访问接入Internet细缆线/双绞线，集线器拨号网络支持各种专线子项目划分 常用的GIS项目任务 项目规划可行性分析市场调查技术调查和评价起草报告试点项目数据收集数据数字化数据转换数据质量控制制图设备购买设备安装数据库生成

12、数据库概念设计数据库详细设计数据收集数据数字化数据转换数据编辑数据质量控制数据修改自动化编程数据输出制图数据制表自动化编程GIS分析分析模型定义分析模型的过程设计分析模型实施分析制图分析制表分析自动化编程分析报告生成应用系统开发系统的用户需求分析系统的设计系统设计报告起草系统编程系统测试系统运行报告和安装系统培训系统的用户报告系统维护报告系统维护的技术服务其它人员技术培训项目管理系统维护数据安全备案项目技术会议项目中期报告项目终期报告进度安排 原则估计每项活动从开始到完成所需要的时间 活动之间的依赖关系（必须完成一项才能进行下一项）各个活动的最早开始-结束时间和最迟开始-结束时间保证参与人员有

13、足够时间来完成各项任务 表示方法里程碑表示法(Milestone Chart)甘特图法（Gantt Chart）关键路径法（CPM-Critical Path Method）墙纸法（Wall Paper Method） 项目预算 人力费用拥有和使用人力资源来完成任务的费用主要包括员工的工资和福利材料和办公用品费用包括购买各种办公用品、书籍、图件等的费用设备费用主要包括计算机硬件的购买或租赁费用软件费用计算机软件的购买或租赁费用。软件和硬件维护费用内部服务费用主要包括机构内部某些部门的维持费用，它们间接支持项目和整个机构的运行还包括保险、办公场所租赁、通讯费用等等其他费用不属于以上任何一类的费用

14、包括旅行费用、培训等项目管理人员管理项目管理人员系统开发人员数据录入和处理人员开发支持人员领域专家用户其它支持人员软件开发管理用分阶段的生命周期计划严格管理坚持进行阶段评审实行严格的产品控制采用现代程序设计技术结果应能够清楚地审查开发小组的人员应该少而精承认不断改进软件工程实践的必要性数据管理数据的录入和处理过程数据质量控制定义文件命名规则 元数据，数据字典项目控制与评估程序：数量和质量；数据：数量和质量；参与人员：工作时间和效率；资金：使用情况和使用效率；设备：占用情况和效率 GIS应用项目的软件文档GIS工程实例 中国国家公路地理信息系统建设单位全国公路数据库组主要内容背景系统需求系统目标

15、数据组织软件选型系统功能进度安排背景国际背景当今世界公路交通作为国民经济的大动脉，越来越为各国政府高度重视随着全球信息化的迅猛发展，尤其是发达国家都努力采用最新技术建立高效、智能化的路网管理体系，用以解决公路路网在管理、规划、设计、通讯、监控等领域的标准化、系统化、自动化的问题；提高管理决策的准确度和可靠性，为国民经济的发展创造最佳的支撑环境国内背景随着经济建设的高速发展，我国的公路建设也取得了巨大成就，近年来公路建设规模大、发展快、无论是公路里程、技术等级、还是路面等级都有了突飞猛进的发展国民经济和公路建设的飞速发展对公路管理方式和管理技术手段提出了更高的要求采用先进的科学管理和决策方法，提

16、高公路的管理水平，充分发挥公路在国民经济发展中的作用，是当前公路管理工作的重要任务之一系统需求现状通过2001 年的全国第二次公路普查，以及每年全国公路数据库系统的维护工作，交通部公路司已拥有了非常丰富翔实的路况基础属性数据。在此基础上已建立了全国、省、地、县多级公路数据库系统，对于提高管理水平和改善管理效率发挥了积极作用新的需求对空间数据的需求管理工作已经不再局限于对公路设施基本属性信息的处理，希望以地图方式实现公路属性信息可视化对专题地图的需求需要了解各种专题信息（如高速路网在全国的分布情况、危桥所在的区域等等），并且可以打印输出对路线规划的需求需要根据路线的位置及技术等级分布情况等信息，

17、在地图上规划新的路线处理突发事件的需求需要对水毁、地震等突发事件实行快速定位，掌握路况信息进行事故分析交通流量监控的需求需要通过视频和图片信息了解主要路段的交通量信息为社会服务的需求通过WEB 方式向公众提供路线分布及交通流量信息，为公众选择出行路线系统目标集中力量建立“一库一网一套应用系统”，既“111”中国公路信息化工程。包括一个标准的全国公路数据库平台一个提供公众出行信息的人性化的公路信息服务网一套以公路数据库为数据平台的业务应用系统在现有全国公路数据库系统基础上建立和整合路网空间数据库、搭建全国路网综合信息平台、实现公路数据的可视化管理为公路主管部门提供及时、准确、全面的有关公路线路、

18、里程及路况的信息实现高效的数据资源管理和深层次的开发利用，为决策者提供可靠的决策依据为全国路网实时监控系统和公众出行服务系统提供基础平台数据组织基础地理信息（背景图层）采用国家测绘局全国1：25 万数据库。该数据库以矢量方式存储管理1：25 万地形图上的境界、水系、交通、居民地、地貌、地名等要素。路网图层在一期建设过程中，公路路网图层主要包括国道和高速信息。每条路线包括的主要属性为：路线编码、路线名称、起点里程和止点里程。在公路路网图层中，每条路线除包括坐标信息外，还存储有桩号信息，通过与公路数据库关联和动态分段技术，能得到所有公路信息。公路路网图层包含网络拓扑结构，用户在系统中可以给定通行条

19、件，在路网图层中寻找最佳路径。2005 年开始二期建设，公路路网图层将增加省道信息全国公路数据库全国公路数据库以第二次全国公路路况普查的数据集合为基础，主要包括路线概况集、路基集、路面集、主要构造物集、沿线设施集、交通量集、沿线环境集、年报数据集八大类， 84 张数据表，800 多个指标项公路数据库的详细设计请参见全国公路数据库系统数据库设计方案系统全部数据约2GB软件选型选型要求海量存储：系统的数据量非常大，第一期数据容量已经达到2GB。因此，要求GIS 软件对空间和属性数据有海量存储和管理的能力，并且有较快的响应速度安全性：要求数据由数据库系统统一管理，并提供权限管理功能，保证数据的安全性

20、稳定性：要求GIS 软件供应商有较强的技术实力，其产品系列化，功能强大，在全球和国内有众多用户，并且有较多的成功案例提供Web 发布能力：方便为社会公众服务选型产品数据库服务器端产品：空间数据库引擎ArcSDE，提供海量空间数据和非空间数据的统一存储、管理和与客户端的互操作能力Web 服务器产品：互联网地图发布系统ArcIMS，提供通过网络获取动态地图、GIS数据以及各种服务的途径客户端产品：地图组件MapObjects，提供地图访问功能系统功能（1）地图显示功能设置地图显示范围，提供概览图、空间书签、比例尺控制等功能控制图层显示状态，提供修改符号，制作专题图等功能地图定位的功能，可以按照行政

21、区划、路线编码及查找功能进行快速定位数据管理功能访问全国1：250000地形图和全国公路数据库中的全部数据，并以图形化方式显示，实现公路指标数据的可视化，便于业务人员查询使用根据行政区划、路线编码、技术指标等相关信息，按一定条件加载数据，使业务人员能够快速找到感兴趣的信息公路数据库指标查询功能：对公路数据库中相关信息，给定多组条件，进行组合查询，将查询结果通过图形化方式在地图上显示系统功能（2）查询功能查询任何一条路线的简明信息和明细信息。查询任何一个行政区划范围内的路线简明信息和路线名细信息查询路线上任何一点的桩号信息及相关技术指标对全国公路数据库进行任意组合查询，并将查询结果在地图上可视化

22、显示通过点击地图方式，查询地图上任何一个要素的属性信息统计功能对上述各种查询结果进行统计，方便业务人员把握路网的全局信息，便于对公路路网的规划管理系统功能（3）网络分析功能指定起止点，可以选择最短路径用鼠标临时设置某个路口不能通行，某个路段不能通行指定通行条件，寻找最佳路径。例如：最佳路径必须在国省道上，技术等级在二级以上，并且不能经过危桥通过行政区划名称设置起止点显示网络分析的结果统计最佳路径上的公路指标，如最佳路径经过国省县乡专道各多少公里添加最佳路径上的公路数据，如将最佳路径上的隧道信息添加到地图上路网监控功能在地图上显示监控站点通过互连网得到监控点的视频信息通过互连网得到监控点的交通流

23、量信息系统功能（4）地图编辑功能新建、打开、保存和备份临时编辑图层对道路、地名及注记等内容进行编辑选择、增加、删除、平移、增加顶点、移动顶点、删除顶点及修改属性编辑具有回放功能（即取消操作和重做操作），防止误操作制图输出功能地图输出到裁剪板、影像文件和打印机上具有页面设置功能，可以设置打印纸插入多种图形元素，包括标题、图廓、比例尺、图例、指北针、图片、点、线、面和注记修改打印布局，移动、删除和编辑图形元素，修改图形元素的属性改变视图比例修改地图的显示区域打印效果随见即随得进度安排前期准备(2004 年3 月-2004 年6 月)系统方案设计2003年全国公路数据库维护：根据各省提供的最新公路数

24、据，进行校核和更新1：250000 地形图整理：包括图幅合并、路网提取、行政区划边界的更新、按省市进行地图裁剪等操作。修图软件开发：为提高工作效率和作业精度，改变公路系统通过纸图提供地图的方式，项目组开发一套修图软件，方便数据采集和维护资料收集校核阶段（2004 年6 月-10 月）为支持本系统建设，交通部办公厅向各省交通厅下发了关于请协助做好全国公路电子地图更新工作的通知文件全国31 个省和直辖市公路管理部门的相关专业技术人员，到北京参与了本系统的数据维护工作，为本系统提供详实可靠的路网数据系统开发阶段(2004 年11 月-2005 年2 月)全国公路数据库系统的完善和升级：进一步优化数据

25、库结构和软件处理机制，使数据检索、查询统计、报表运算、汇总速度等方面的性能成倍提高紧密结合公路数据库,建立公路路径系统，完成空属数据的一体化整合，保证空间、属性数据库的一致性完成全国地图数据的最后整合、编辑和校验工作，建立1：250000 万地形图图库建立基于C/S 的部级中国国家公路地理信息系统，为交通部提供一个可视化的GIS 公路管理平台GIS工程实例 城市水资源管理信息系统建设单位山东省济宁市任城区水利局解放军信息工程大学主要内容需求分析系统体系结构系统开发方法主要功能子系统划分数据库设计需求分析建立城市水资源全数字化空间数据库平台，实现对各种水源数据和其他空间数据的管理和实时数据的动态加载