GIS工程与应用第4章总体设计

4.1概述4.2系统体系结构设计4.3软件结构设计4.4系统总体设计工具4

GIS工程的总体设计

5/15/202414.1概述系统设计是一个把系统需求变换成软件表示的过程，最初这种表示只是描绘出系统的总的框架，称为总体设计，也称概要设计。然后进一步细化，把需求转化成接近于源程序的软件表示，称详细设计。5/15/202424.1概述根据工程建设的目标规划系统的规模和确定系统的各个组成部分，并说明它们在系统中的作用于相互关系，以及确定系统的硬件配置，规定系统采用的合适技术规范，以保证系统总体目标的实现。4.1.1总体设计的内容5/15/20243(1)标准化体系设计

标准化体系设计是工程建设的重要一环，直接影响到工程建设的质量。

工程建设要参考已有的国家标准、部级标准、行业标准和地方标准外，还要根据系统建设需要，制订和完善必要的标准。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/20244(2)系统体系结构设计

系统体系结构是一个综合模型，它是由许多结构要素及各种视图（或观点）（View）所组成的，而各种视图主要是基于各组成要素之间的联系与互操作而形成的。所以，系统体系结构是一个综合各种观点的模型，用来完整描述整个系统。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/20245(3)软件结构设计

把系统需求转化为软件模块结构，将一个复杂的系统按功能划分成一个个模块，确定各个模块的功能、模块之间的调用关系、模块之间的接口（传递的信息）。

一般采用结构化设计方法。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/20246(3)数据库设计

数据库设计(DatabaseDesign)是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式、数据结构，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/20247(4)编写总体设计文档

总体设计说明书是总体设计阶段的成果体现，包含上述各项内容。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/20248总体设计说明书的主要内容：项目概述：项目目的和意义、建设目标。标准化体系系统运行环境系统体系结构软硬件配置功能模块设计数据库设计系统安全与维护项目实施与管理5/15/20249(5)总体设计评审

总体设计说明书完成后，要组织对说明书进行评审。4.1概述4.1.1总体设计的内容5/15/2024104.1概述4.1.2总体设计的原则统一性：从全局出发、从长远角度考虑。先进性：采用成熟的、先进的、符合行业发展趋势的技术、平台和设备。

标准化：遵守国际、国家、行业标准和相应规范。实用性：保护已有资源，急用先行，在满足应用需求的前提下，尽量降低成本。

扩展性：考虑到业务未来发展的需要，便于功能扩充以及与其他系统的交互。

安全性：系统运行要稳定、可靠，信息要安全。5/15/2024114.2系统体系结构设计视图：从特定的角度所看到的系统元素。有用例视图、设计视图、实现视图、过程视图、配置视图、数据视图。层：对模型中同一抽象层次上的内容进行分组的一种特定方式。4.2.1基本概念（一）5/15/2024124.2系统体系结构设计系统体系结构是一个综合模型，它是由许多结构要素及各种视图所组成的，而各种视图主要是基于各组成要素之间的联系与互操作而形成的。系统体系结构是一个综合各种视图的模型，用来完整描述整个系统。4.2.1基本概念（二）5/15/2024134.2系统体系结构设计早期的结构化程序设计就是以语句组成模块，模块的聚集和嵌套形成层层调用的程序结构，这就是体系结构。

4.2.2系统体系结构的演变5/15/2024144.2系统体系结构设计面向对象技术出现后，产生了组件，于是产生了分层体系结构。它将软件设计组织成为类或组件的层次或集合，在同一个层次上的类或组件完成一个特点的目的。常用的是三层体系结构：表现层、中间层、数据层。4.2.2系统体系结构的演变5/15/2024154.2系统体系结构设计面向服务的体系结构

服务是由一些组件组成的，这些组件一起工作，共同提供服务所请求的业务功能。组件比服务的粒度更细。虽然服务映射到业务功能，但是组件通常映射到业务实体和操作它们的业务规则。4.2.2系统体系结构的演变5/15/2024164.2系统体系结构设计面向服务的体系结构的优点1.利用现有的资产。2.更易于集成和管理复杂性。3.更快的响应和上市速度。4.减少成本和增加重用。4.2.2系统体系结构的演变5/15/2024174.2系统体系结构设计单用户体系结构模式：

单用户信息系统是早期最简单的信息系统，整个信息系统运行在一台计算机上，由一个用户占用全部资源，不同用户之间不共享和交换数据。4.2.3系统体系结构模式5/15/2024184.2系统体系结构设计C/S体系结构：

C/S（Client/Server）结构，即客户机和服务器结构。这种体系结构中，用户操作模块布置在客户机上，数据存储在服务器上的数据库中。客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。4.2.3系统体系结构模式5/15/2024194.2系统体系结构设计B/S体系结构：

B/S（Browser/Server）结构，即浏览器服务器结构。在这种结构下，用户工作界面通过浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，主要事务逻辑在服务器端（Server）实现。数据和应用常常分别布置在不同的服务器上。4.2.3系统体系结构模式5/15/2024204.2系统体系结构设计P2P体系结构：

P2P（PtoP）体系结构，即对等网络结构。该结构取消了服务器的中心地位，各个系统内计算机可以通过交换直接共享计算机资源和服务。在这种体系结构中，计算机可对其他计算机的要求进行响应，请求响应范围和方式都根据具体应用程序不同而有不同的选择。4.2.3系统体系结构模式5/15/2024214.2系统体系结构设计体系结构模式比较：软硬件要求系统开发的投入维护与功能扩展安全与稳定4.2.3系统体系结构模式5/15/2024225/15/2024235/15/202424ArcSDEOLEDBＣＯＭ／ＣＯＭ＋ArcObjects、MapObjects、ApplicationFrame业务管理Oracle8i属性数据空间数据房屋产籍管理地理信息系统GeoDatabase房产综合管理决策支持系统5/15/2024255/15/2024264.3软件结构设计（系统模块设计）为了最终实现目标系统，必须设计出组成这个系统的所有程序和文件（或数据库）。对程序（特别是复杂的大型程序）的设计，通常分为两个阶段完成：首先进行结构设计，然后进行过程设计。结构设计：把软件需求变换为软件表示的过程，确定程序由哪些模块组成，以及这些模块之间的关系。

过程设计：确定每个模块的处理过程。5/15/2024274.3.1结构化设计方法结构化设计：运用一组标准的准则和工具帮助系统设计员确定软件系统是由哪些模块组成，这些模块用什么方法联结在一起。要解决的三个问题：方法——如何构造（导出）软件的总体结构评估准则——什么样的软件结构“最优”设计工具——如何表述软件结构4.3软件结构设计5/15/2024284.3.2模块化任何一个复杂的系统都可以分解成一个个小系统，而一个小系统又可以分解成更小的系统，直至完成一个具体的功能。模块：为完成某一功能所需的一段程序或子程序，或指大型软件系统的一部分。模块的基本特性：接口：模块的输入与输出功能：完成的操作状态：运行环境，即调用与被调用关系逻辑：如何实现功能及需要的数据4.3软件结构设计5/15/2024294.3.2模块化结构化设计的主要思想就是模块化。

模块化：自顶向下逐层把软件系统划分为若干模块的过程。每个模块完成一个特点的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。

通过划分独立模块可减少程序的设计复杂性，并且增加软件的可重用性，以减少开发和维护计算机程序的费用。4.3软件结构设计5/15/202430模块化的优点：模块化可以使软件结构清晰，不仅容易设计也容易阅读和理解。模块化使软件容易测试和调试，有助于提高软件的可靠性，因为程序错误通常局限在有关的模块及它们之间的接口中，模块化能够提高软件的可修改性，因为变动往往只涉及少数几个模块。模块化也有助于软件开发工程的组织管理，一个复杂的大型程序可以由许多程序员分工编写不同的模块，并且可以进一步分配技术熟练的程序员编写困难的模块。4.3软件结构设计5/15/2024314.3.2模块化抽象：抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节。抽象是指忽视一个主题中与当前目标无关的那些方面，以便更充分地注意与当前目标有关的方面。逐步求精：为了能集中精力解决主要问题而尽量推迟对问题细节的考虑。4.3软件结构设计5/15/202432逐步求精方法的强大作用就在于，它能帮助软件工程师把精力集中在与当前开发阶段最相关的那些方面上，而忽略那些对整体解决方案来说虽然是必要的，然而目前还不需要考虑的细节，这些细节将留到以后再考虑。事实上，可以把逐步求精看作是一项把一个时期内必须解决的种种问题按优先级排序的技术。逐步求精方法确保每个问题都将被解决，而且每个问题都将在适当的时候被解决，但是，在任何时候一个人都不需要同时处理7个以上知识块。5/15/202433抽象与求精是一对互补的概念。抽象使得设计者能够说明过程和数据，同时却忽略低层细节。事实上，可以把抽象看作是一种通过忽略多余的细节同时强调有关的细节，而实现逐步求精的方法。求精则帮助设计者在设计过程中逐步揭示出低层细节。这两个概念都有助于设计者在设计演化过程中创造出完整的设计模型。5/15/2024344.3.3模块化原则每一个模块表示一个自我包含的逻辑任务；每个模块都是简单的；每个模块都是封闭的；每个模块都是可以独立测试的；每个模块对应单一、独立的程序功能；每个模块有单一的入口和出口；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；每个模块都有严格规定的接口，其中包括由入口和出口形成的控制连接、由参数和共享的公用数据形成的数据连接以及由模块间的服务支持形成的功能连接。4.3软件结构设计5/15/202435内聚和耦合内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度，如果一个模块的内聚度大，模块的独立性则会提高。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖（连接）的紧密程度；块间联系越小，模块的独立性则会越高，耦合度就会降低。5/15/202436模块的内聚形式功能内聚顺序内聚通信内聚步骤内聚时间内聚逻辑内聚偶然内聚5/15/202437模块内聚形式的比较5/15/202438模块之间的耦合方式数据耦合简单耦合控制耦合公共耦合内容耦合5/15/202439几种耦合的比较5/15/202440层次图：在软件总体设计阶段最常用的工具之一，用来描绘软件的层次结构，结构图中的每个方框代表一个模块，方框中的文字简要说明模块的功能，方框间的连线表示模块的调用关系。层次图适合于在自顶而下设计软件的过程中使用。4.3.4设计工具4.3软件结构设计5/15/2024415/15/202442HIPO图：由两部分组成，在H图的基础上增加IPO图，并且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。5/15/202443某土地定级信息系统数据输入1.0数据编辑2.0因子分析3.0因素复合4.0级别划定5.0面积量算6.0专题制图7.0成果输出8.0空间内插分析3.1地形坡度分析3.2平均高程分析3.3曲面分级3.4引力模型