6-计算机地图制图系统的软件开发

第6章计算机地图制图系统的软件开发CONTENTSCAC系统开发的基础知识1结构化方法在CAC系统开发中的应用2面向对象方法在CAC系统开发中的应用3CONTENTSCAC系统开发的基础知识1结构化方法在CAC系统开发中的应用2面向对象方法在CAC系统开发中的应用36.1CAC系统开发的基础知识6计算机地图制图系统的软件开发计算机地图制图(ComputerAidedCartography,CAC)系统是计算机地图制图软件与硬件的集成系统。6.1CAC系统开发的基础知识CAC系统的软件开发既要遵循软件工程的一般理论与方法,同时也要考虑CAC系统的自身特点,即,以地图数据釆集、处理与表达为核心6.1.1系统开发的基础条件★可支撑的硬件环境★适合的软件环境★全面的专业知识与技能6.1CAC系统开发的基础知识6.1.2系统开发过程★需求分析★系统设计★软件实现★软件测试★运行维护6.1CAC系统开发的基础知识需求分析确定系统需要作什么?明确系统要实现的目标和任务。CAC系统的目标是利用计算机系统取代传统手工地图制图流程,生产不同地区、不同类型的地图产品不同的地图类型、比例尺、应用需要等都会产生不同的系统要求。系统分析员和地图制图人员要密切配合。6.1CAC系统开发的基础知识6.1.2系统开发过程系统设计解决如何做的问题?总体设计:各项功能需求转化为统一的体系结构,包括各个模块的功能、组成以及模块之间的相互关系数据库设计:提供系统必需的数据支持,建立最优化的数据模型详细设计:对每个模块完成的功能进行具体的、结构化的过程描述6.1CAC系统开发的基础知识6.1.2系统开发过程软件实现软件实现是系统开发的核心环节,它直接表现为程序编制,即将系统设计的结果采用特定的程序设计语言,在程序的编制过程中,为了保证程序质量,要求编写的程序源代码具有正确性、可读性、可移植性、结构性和高效性等6.1CAC系统开发的基础知识6.1.2系统开发过程软件测试尽可能找出在总体设计、详细设计、软件编码中的错误,加以纠正,从而确保得到高质量的软件。软件测试包括单元测试、组装测试、确认测试和系统测试等。运行维护地图数据采集设备的不断更新、采集方式的不断进步、地图制图规范的进一步完善,都会导致系统软件的升级维护6.1CAC系统开发的基础知识6.1.2系统开发过程6.1.3软件开发模式软件工程思想的具体化,是实施于过程模型中的软件开发方法和工具,是在软件开发实践中总结出来的软件开发方法和步骤。具体有以下模型:★瀑布模型★增量模型★螺旋模型★喷泉模型6.1CAC系统开发的基础知识瀑布模型将软件开发工程从需求分析开始,到系统设计、软件编码、测试与维护,各个环节由前至后,相互衔接,从而按照线性顺序连接起来,如同瀑布流水,自上而下,逐级下落适合于功能和性能明确、完整、无重大变化的软件开发6.1.3软件开发模式6.1CAC系统开发的基础知识增量模型增量模型主要针对用户需求不明确或者不完整的情况,由用户首先给出核心需求,开发人员按照需求开发出一个原型系统,实现部分主要功能,提交给用户并征求他们的反馈意见,然后逐步完善,直至整个系统的最终完成6.1.3软件开发模式6.1CAC系统开发的基础知识螺旋模型螺旋模型是在瀑布模型与增量模型结合的基础上,加入风险分析所建立的模型。适合于复杂的大型软件的开发,他使得开发人员和用户对每个螺旋周期出现的风险有所了解,并因此作出正确的反应。6.1.3软件开发模式6.1CAC系统开发的基础知识喷泉模型在面向对象程序设计中基于每个对象的分析、设计、编码、测试等活动不断重复进行。喷泉模型将这些活动统一起来,且在各活动之间不存在明确的界限,并能够反复进行,体现了迭代和无间歇的特征,因此,主要用于支持面向对象的软件开发6.1.3软件开发模式6.1CAC系统开发的基础知识6.1.4软件设计与实现方法开发人员要根据系统需求进行软件的系统框架、数据结构、功能模块的合理设计,并将其成功地转变为程序代码,目前经常采用以下两种方法:★结构化方法:来源于模块化的思想,他通过自上而下、逐步细化的方法将系统划分为一个个模块,其采取的策略是分解和抽象。使用的工具有:数据流图、数据字典、判定表、判定树和结构化语言等。★面向对象方法:是一种围绕客观世界的概念来组织模型的全新的思考方式,他是一种运用对象、类、继承、封装、聚合、消息传送和多态性等概念来构造系统的软件开发方法6.1CAC系统开发的基础知识CONTENTSCAC系统开发的基础知识1结构化方法在CAC系统开发中的应用2面向对象方法在CAC系统开发中的应用36.2结构化方法在CAC系统开发中的应用6.2.1系统分析地图按照内容划分为普通地图和专题地图。尽管两种地图在表达的内容上各有侧重,但是两种地图都有地图特定的数学法则、要素对象和符号化表达过程。CAC系统需要完成以下基本功能:①地图数据的采集与入库;②地图数据的维护和更新;③地图数据的制图输出。6.2.2系统设计★系统的基本功能结构★地图数据库的数据结构★地图数据库管理系统的功能模块★地图符号库子系统的结构与功能★地图数字化采集模块★地图数据处理模块★地图制图输出模块的设计6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用6.2.2系统设计系统的基本功能结构6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用地图数据库的数据结构6.2.2系统设计6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用地图图层:处在同一个表达层面上的地图目标集合，这些目标一般具有空间或属性上的联合联系性，在存储、分析、显示等诸多操作中紧密结合，每个图层都拥有特定的对象及属性和显示性质。图层按照城内目标集的基本类型可以划分为基础图层、专题图层、注记图层和栅格图层四类。根据所存放的空间数据的几何类型，图层又可分为点目标图层，线目标层和面目标图层。地图数据库的数据结构6.2.2系统设计构地图数据库管理系统的功能模块6.2.2系统设计在设计上,地图数据库管理系统的功能模块包括三个层次:逻辑功能层编辑功能层物理功能层6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用符号类型用于区别基础地图符号和专题地图符号,基础地图符号一般用于基础图层的符号化表达;专题地图符号则主要应用于专题图层的符号化表达。6.2.2系统设计地图符号库子系统的结构与功能6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用主要提供用户应用数字化输入设备进行地图目标数据跟踪采集的软件功能。空间数据采集的基本过程包括:图像准备、图像的坐标匹配、图层建立、目标输入和目标保存6.2.2系统设计地图数字化采集模块6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用图像准备:指和图像文件建立有关的一系列操作,主要有图像扫描、图像处理及图像拼接等坐标匹配:建立图像的行列定位形式与地理坐标系统的转换关系,它主要通过图像中确定三个以上的定位控制点经过仿射变换得到图层建立:采集一个地图目标的首要工作是将其归入相应的图层,如果这个图层不存在,用户就要事先创建该图层。建立图层需要确定图层名、图层类型和非空间数据字段表。目标采集:空间数据采集的具体流程见教材146页图目标保存:采集获取的地图目标空间数据被临时存放到地图数据库中,直到整个图层目标都采集结束;采集的非空间数据被直接保存到关系数据库中。6.2.2系统设计地图数字化采集模块6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用6.2.2系统设计地图数据处理模块6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用采集并保存的地图数据常常需要修改、更新或再应用地图数据处理的功能模块包括坐标变换模块、投影变换模块、编辑修改模块、制图综合模块和地图接边模块等6.2.2系统设计地图数据输出模块的设计6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用6.2.3系统的软件实现编程的前期工作；软件开发平台的选择；程序编写的基本要求；系统界面的实现图层和地图工程的结构；扫描图像数据的导入功能实现；地图目标的采集与保存功能实现；地图目标的编辑功能实现；地图符号的设计实现；地图制图模块的实现6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用编程的前期工作:完成系统的详细设计，包括结构化程序设计和系统界面设计等；CAC系统对软件开发平台的基本要求：①具有灵活方便的编程环境；②支持大数据量数据处理；③具有构建复杂数据结构的能力；④支持图形数据的运算、表达；⑤具有良好的软件可移植性、可维护性和可扩充性6.2.3系统的软件实现6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用程序编写的基本要求:能够完成系统设计目标，调试代价低，易于维护，易于修改，,设计不复杂和效率高等。系统界面的实现:CAC系统界面一般有基,于命令、菜单驱动和数据流图的图形用户,界面三种形式。图层和地图工程的结构:图层是构建地图,的基本层次单元，它包含组地图目标及,其相关属性。地图过程是指一幅地图从采,集到制作的全部过程。6.2.3系统的软件实现扫描图像数据的导入功能实现:地图扫描后获得的图像保存为bmp,pcx,tiff等图像文件形式，可以作为特殊的栅格图层导入到一个地图工程中，,并作为地图数据采集的参考底图。图像文件一般,包括图像文件头和图像数据两个部分6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用地图目标的采集与保存功能实现:地图目标的采集模块:主要包括点、线、面目,标和注记的采集。地图采集的基本功能分为空间,数据采集和非空间(属性)数据采集两部分。地图目标的存储模块:每个图层都对应着一系列文件，包括点表(*.nod)、弧段表(*.arc)、,点目标文件(*.pod)、线目标文件(*.lpb)、,目标属性文件(*.att)目标索引文件(*.ind),和目标栅格文件(*.gid)等。6.2.3系统的软件实现地图目标的编辑功能实现:目标编辑主要是在地图浏览的基础上对地图目标的空间数据和属性数,据进行增加、修改、删除处理，包括目标处理和,结点处理两个方面。6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用地图符号的设计实现:地图符号库的建立需要符,合设计系统的支持，包括普通地图符号的设计和,专题地图符号的设计。在当前地图工程中，一个,地图目标分类的类型都对应着一一个地图符号。其,中普通地图符号仅由目标分类码来确定，而专题,地图符号由专题图层编码、图层属性表中的若干,数据项表达式分别对照其符号控制参数来建立。地图制图模块的实现:CAC系统的最终目标是地,图的表达和输出。地图制图模块将地图数据库与,地图符号库结合起来，通过调用符号库系统中的,符号化函数实现地图显示。6.2.3系统的软件实现6.2结构化方法在CAC系统开发中的应用CONTENTSCAC系统开发的基础知识1结构化方法在CAC系统开发中的应用2面向对象方法在CAC系统开发中的应用36.3面向对象方法在CAC系统开发中的应用对象是一个属性(数据)集及其操作(行为)的封装体。一个对象就是一个实际问题论域，一个物理的或逻辑的实体。在计算机程序中，一个对象可视为一个,“基本程序模块”，它包含了数据结构及其提供的相关操作功能。CAC系统的面向对象分析设计面向对象设计(ObjectOrientedDesign,OOD)是把分析阶段得到的需求转变成符合要求的、抽象的系统实现方案的过程,或者说,它是用面向对象观点建立求解域模型的过程面向对象分析(ObjectOrientedAnalysis,OOA)是面向对象软件工程方法中的第一个环节,它采用面向对象方法,把对问题论域和系统的认识理解,正确地抽象为规范的对象和消息传递联系,形成面向对象模型,为后续的面向对象设计和面向对象编程提供指导6.3面向对象方法在CAC系统开发中的应用面向对象分析设计的基本内容与方法:·OOA的最终目标是构建以对象概念为中心的系统概念模型,它被划分为5个顺序层次:类对象层、属性层、服务层、结构层和主题层OOD的代表性方法则是采用扩展OOA模型的方法,将系统划分为4个部分:问题论域部分、人机交互部分、任务管理部分和数据管理部分。CAC系统的面向对象分析设计6.3面向对象方法在CAC系统开发中的应用

对象模型的表示方法经过面向对象分析设计建立的概念模型的表达需要定义一组图形符号，并且规定一组组织这些符号以表示特定语义的规则。表示类-对象的图形符号：矩形框与虚线框表示结构的图形符号：类-对象之间关系可以概括为归纳关系、组合关系和关联关系。CAC系统的面向对象分析设计6.3面向对象方法在CAC系统开发中的应用面向对象的CAC系统分析设计对象层次分析：CAC系统的处理对象可以分别概括为地图工程类、图层类、目标类、目标图形类和目标属性类。对象-类的内部结构：地图工程类的结构、地图图层类的结构、地图目标类的结构、目标图形类与属性类的结构。类-对象之间的关系模型：在地图工程