GIS軟件工程的總體設(shè)計(jì)

1、第五章 GIS軟件工程的總體設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述第二節(jié) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了實(shí)現(xiàn)軟件需求規(guī)格書的要求，將用戶需求轉(zhuǎn)化為對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯定義的過(guò)程。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)是把GIS前期工程中的軟件需求轉(zhuǎn)換為軟件表示的過(guò)程，最初這種表示知識(shí)描述軟件的總體結(jié)構(gòu)，稱為總體設(shè)計(jì)，在總體設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行應(yīng)用模型設(shè)計(jì)，最后是詳細(xì)設(shè)計(jì)。一 系統(tǒng)設(shè)計(jì)在軟件開發(fā)中的位置 軟件開發(fā)主要包括三個(gè)步驟：設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)（編碼）和測(cè)試。系統(tǒng)分析階段解決系統(tǒng)“做什么”的問(wèn)題，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)則解決“怎么做”的問(wèn)題。設(shè)計(jì)編碼測(cè)試數(shù)據(jù)域需求功能域及性能需求界面設(shè)計(jì)數(shù)

2、據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序模塊組裝好的有效軟件開發(fā)階段的信息流開發(fā)階段的信息流 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義軟件系統(tǒng)各個(gè)主要成分之間定義軟件系統(tǒng)各個(gè)主要成分之間的關(guān)系；的關(guān)系；數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)側(cè)重于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；側(cè)重于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義；詳細(xì)設(shè)詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)則是把結(jié)構(gòu)成分轉(zhuǎn)換成軟件的過(guò)程性描述；則是把結(jié)構(gòu)成分轉(zhuǎn)換成軟件的過(guò)程性描述；界面界面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)側(cè)重于與用戶交互的界面的設(shè)計(jì)，包括輸入、側(cè)重于與用戶交互的界面的設(shè)計(jì)，包括輸入、輸出、顯示等各類界面的風(fēng)格和策略的確定。輸出、顯示等各類界面的風(fēng)格和策略的確定。 從工程管理的從工程管理的角度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分角度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分兩步完成：兩步完成：總體設(shè)總體設(shè)計(jì)

3、計(jì)和和詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)。總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)管理管理觀點(diǎn)觀點(diǎn)技技術(shù)術(shù)觀觀點(diǎn)點(diǎn)二二 總體設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成的工作總體設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成的工作1 制定規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)） 在進(jìn)入軟件開發(fā)階段之初，應(yīng)為軟件開發(fā)制定共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)，以便協(xié)調(diào)組內(nèi)各成員的工作。 （1 1）閱讀和理解軟件需求說(shuō)明書，在給定預(yù)算）閱讀和理解軟件需求說(shuō)明書，在給定預(yù)算范圍內(nèi)和技術(shù)現(xiàn)狀下，確認(rèn)用戶的要求能否實(shí)現(xiàn)。范圍內(nèi)和技術(shù)現(xiàn)狀下，確認(rèn)用戶的要求能否實(shí)現(xiàn)。若能夠?qū)崿F(xiàn)需要明確實(shí)現(xiàn)的條件，從而確定設(shè)計(jì)的若能夠?qū)崿F(xiàn)需要明確實(shí)現(xiàn)的條件，從而確定設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以及優(yōu)先順

4、序。目標(biāo)，以及優(yōu)先順序。 （2 2）根據(jù)目標(biāo)確定最合適的設(shè)計(jì)方案。）根據(jù)目標(biāo)確定最合適的設(shè)計(jì)方案。 （3 3）確定設(shè)計(jì)文檔的編制標(biāo)準(zhǔn)，包括文檔體系、）確定設(shè)計(jì)文檔的編制標(biāo)準(zhǔn)，包括文檔體系、用紙及樣式、記述詳細(xì)程度、圖形畫法等。用紙及樣式、記述詳細(xì)程度、圖形畫法等。 （4 4）確定代碼體系、接口規(guī)約、命名規(guī)則等。）確定代碼體系、接口規(guī)約、命名規(guī)則等。2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1 1）采用某種設(shè)計(jì)方法，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按）采用某種設(shè)計(jì)方法，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按照功能劃分成模塊的層次結(jié)構(gòu)；照功能劃分成模塊的層次結(jié)構(gòu)； （2 2）確定每個(gè)模塊的功能，建立與已確定的軟）確定每個(gè)模塊的功能，建立與已確定的軟件需求

5、的對(duì)應(yīng)關(guān)系；件需求的對(duì)應(yīng)關(guān)系； （3 3）確定模塊間的調(diào)用關(guān)系；）確定模塊間的調(diào)用關(guān)系； （4 4）確定模塊間的接口，即模塊間傳遞的信息。）確定模塊間的接口，即模塊間傳遞的信息。設(shè)計(jì)接口的信息結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)接口的信息結(jié)構(gòu)。 （5 5）評(píng)估模塊劃分的質(zhì)量及導(dǎo)出模塊結(jié)構(gòu)的規(guī)）評(píng)估模塊劃分的質(zhì)量及導(dǎo)出模塊結(jié)構(gòu)的規(guī)則。則。3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 確定軟件涉及的文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的確定軟件涉及的文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的模式、子模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性和安全性的設(shè)計(jì)，模式、子模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性和安全性的設(shè)計(jì)， （1 1）確定輸入和輸出文件的詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；）確定輸入和輸出文件的詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； （2 2）結(jié)合算法設(shè)

6、計(jì)、確定算法所必須的邏輯數(shù)據(jù)）結(jié)合算法設(shè)計(jì)、確定算法所必須的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操作；結(jié)構(gòu)及其操作； （3 3）確定對(duì)邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所必需操作的程序模塊，）確定對(duì)邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所必需操作的程序模塊，限制和確定各個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)決策的影響范圍；限制和確定各個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)決策的影響范圍； （4 4）確定操作系統(tǒng)或調(diào)度程序接口必須的控制表）確定操作系統(tǒng)或調(diào)度程序接口必須的控制表等數(shù)據(jù)的詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用規(guī)則；等數(shù)據(jù)的詳細(xì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用規(guī)則； （5 5）數(shù)據(jù)的保護(hù)性設(shè)計(jì)）數(shù)據(jù)的保護(hù)性設(shè)計(jì)4 編寫總體設(shè)計(jì)階段的文檔 總體設(shè)計(jì)階段完成時(shí)應(yīng)編寫以下文檔總體設(shè)計(jì)階段完成時(shí)應(yīng)編寫以下文檔 （1）總體設(shè)計(jì)說(shuō)明書，包括系統(tǒng)目標(biāo)、總體

7、設(shè)）總體設(shè)計(jì)說(shuō)明書，包括系統(tǒng)目標(biāo)、總體設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、處理方式設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)等；計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、處理方式設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)等； （2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，包括所用數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介、）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，包括所用數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介、數(shù)據(jù)模式設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)等。數(shù)據(jù)模式設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)等。 （3）用戶手冊(cè)，對(duì)需求分析階段編寫的初步的）用戶手冊(cè)，對(duì)需求分析階段編寫的初步的用戶手冊(cè)進(jìn)行審訂；用戶手冊(cè)進(jìn)行審訂； （4）制定初步的測(cè)試計(jì)劃，對(duì)測(cè)試的策略、方）制定初步的測(cè)試計(jì)劃，對(duì)測(cè)試的策略、方法和步驟提出明確的要求。法和步驟提出明確的要求。5 總體設(shè)計(jì)評(píng)審 （1 1）可追溯性）可追溯性確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否覆蓋了確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否覆蓋了

8、所有已確定的軟件需求，軟件每一個(gè)成分是否可以所有已確定的軟件需求，軟件每一個(gè)成分是否可以追溯到某一項(xiàng)需求；追溯到某一項(xiàng)需求； （2 2）接口）接口分析軟件各部分之間的聯(lián)系，確分析軟件各部分之間的聯(lián)系，確認(rèn)該軟件內(nèi)部接口與外部接口是否已經(jīng)明確定義；認(rèn)該軟件內(nèi)部接口與外部接口是否已經(jīng)明確定義； （3 3）風(fēng)險(xiǎn)）風(fēng)險(xiǎn)確認(rèn)軟件設(shè)計(jì)在現(xiàn)有技術(shù)條件下確認(rèn)軟件設(shè)計(jì)在現(xiàn)有技術(shù)條件下和預(yù)算范圍內(nèi)是否能按時(shí)實(shí)現(xiàn)；和預(yù)算范圍內(nèi)是否能按時(shí)實(shí)現(xiàn)； （4 4）實(shí)用性）實(shí)用性確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)對(duì)于需求的解確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)對(duì)于需求的解決方案是否實(shí)用；決方案是否實(shí)用； （5 5）技術(shù)清晰度）技術(shù)清晰度確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否以一確認(rèn)該軟件

9、設(shè)計(jì)是否以一種易于翻譯成代碼的形式表達(dá)；種易于翻譯成代碼的形式表達(dá)； （6 6）可維護(hù)性）可維護(hù)性從軟件維護(hù)角度出發(fā)，確認(rèn)從軟件維護(hù)角度出發(fā)，確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否考慮了方便未來(lái)的維護(hù)；該軟件設(shè)計(jì)是否考慮了方便未來(lái)的維護(hù)； （7 7）質(zhì)量）質(zhì)量確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否表現(xiàn)出良好確認(rèn)該軟件設(shè)計(jì)是否表現(xiàn)出良好的質(zhì)量特征；的質(zhì)量特征； （8 8）各種選擇方案）各種選擇方案是否考慮過(guò)其他方案，是否考慮過(guò)其他方案，比較各種方案的標(biāo)準(zhǔn)是什么比較各種方案的標(biāo)準(zhǔn)是什么; ; （9 9）限制）限制評(píng)估對(duì)該軟件的限制是否現(xiàn)實(shí)，評(píng)估對(duì)該軟件的限制是否現(xiàn)實(shí)，是否與需求一致；是否與需求一致； （1010）其他具體問(wèn)題）其他具體問(wèn)

10、題對(duì)于文檔、可測(cè)試性、對(duì)于文檔、可測(cè)試性、設(shè)計(jì)過(guò)程等進(jìn)行評(píng)估。設(shè)計(jì)過(guò)程等進(jìn)行評(píng)估。第二節(jié) 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一 概述 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足三個(gè)基本要求：加強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要滿足三個(gè)基本要求：加強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)用性、降低系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的成本、提高系統(tǒng)的生用性、降低系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的成本、提高系統(tǒng)的生命周期。命周期。 一般而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)研制的目一般而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)，確定系統(tǒng)必須具備的空間操作功能，即功能設(shè)標(biāo)，確定系統(tǒng)必須具備的空間操作功能，即功能設(shè)計(jì)；其次是數(shù)據(jù)分類和編碼，完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管計(jì)；其次是數(shù)據(jù)分類和編碼，完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理；最后是系統(tǒng)的建模和產(chǎn)品輸出，即應(yīng)用設(shè)計(jì)。

11、理；最后是系統(tǒng)的建模和產(chǎn)品輸出，即應(yīng)用設(shè)計(jì)。二 總體設(shè)計(jì)的目標(biāo) GIS總體設(shè)計(jì)的目標(biāo)是一個(gè)優(yōu)化的GIS系統(tǒng)。 一個(gè)優(yōu)化的GIS必須具有運(yùn)行效率高、可變性強(qiáng)、控制性能好等特點(diǎn)。 總體設(shè)計(jì)要根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)來(lái)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并說(shuō)明它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)中的作用與相關(guān)關(guān)系，以及確定系統(tǒng)的硬件配置，規(guī)定系統(tǒng)采用的合適技術(shù)規(guī)范，以保證系統(tǒng)總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。三 總體設(shè)計(jì)的步驟 （1 1）根據(jù)用戶需要，確定系統(tǒng)工程要做那些）根據(jù)用戶需要，確定系統(tǒng)工程要做那些工作，形成系統(tǒng)的邏輯模型；工作，形成系統(tǒng)的邏輯模型； （2 2）將系統(tǒng)分解為一組模塊，各個(gè)模塊分別）將系統(tǒng)分解為一組模塊，各個(gè)模塊分別滿

12、足所提出的需求；滿足所提出的需求； （3 3）將分解出來(lái)的模塊，按照是否能滿足正）將分解出來(lái)的模塊，按照是否能滿足正常的需求進(jìn)行分類，對(duì)不能滿足正常需求的模塊常的需求進(jìn)行分類，對(duì)不能滿足正常需求的模塊進(jìn)一步調(diào)查研究，以確定是否能有效開發(fā)。進(jìn)一步調(diào)查研究，以確定是否能有效開發(fā)。 （4 4）制定工作計(jì)劃，開發(fā)有關(guān)模塊，并對(duì)各）制定工作計(jì)劃，開發(fā)有關(guān)模塊，并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行移植性測(cè)試，以及系統(tǒng)的最后運(yùn)行。個(gè)模塊進(jìn)行移植性測(cè)試，以及系統(tǒng)的最后運(yùn)行。四 總體設(shè)計(jì)的基本任務(wù)1 設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體方法如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體方法如下 （1 1）將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按功能劃分為模塊；）將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按功能劃分

13、為模塊； （2 2）確定每個(gè)模塊的功能；）確定每個(gè)模塊的功能； （3 3）確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系；）確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系； （4 4）確定模塊之間的接口，即模塊之間傳遞的）確定模塊之間的接口，即模塊之間傳遞的消息；消息； （5 5）評(píng)價(jià)模塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。）評(píng)價(jià)模塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用逐步細(xì)化的方法。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用逐步細(xì)化的方法。 在需求分析階段，可通過(guò)數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)的組在需求分析階段，可通過(guò)數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)的組成、操作的約束和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等方面進(jìn)行描述，成、操作的約束和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等方面進(jìn)行描述，確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征。確定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征。 在總體設(shè)計(jì)階段要加以細(xì)化，

14、在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段在總體設(shè)計(jì)階段要加以細(xì)化，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段則規(guī)定具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。則規(guī)定具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。3 編寫總體設(shè)計(jì)文檔 編寫總體設(shè)計(jì)文檔的內(nèi)容如下編寫總體設(shè)計(jì)文檔的內(nèi)容如下（1 1）總體設(shè)計(jì)說(shuō)明書，主要內(nèi)容為）總體設(shè)計(jì)說(shuō)明書，主要內(nèi)容為 引言：編寫的目的、背景、意義、參考資料引言：編寫的目的、背景、意義、參考資料 總體設(shè)計(jì)：需求規(guī)定、運(yùn)行環(huán)境、基本設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)：需求規(guī)定、運(yùn)行環(huán)境、基本設(shè)計(jì)概念和處理流程、軟件結(jié)構(gòu)概念和處理流程、軟件結(jié)構(gòu) 接口設(shè)計(jì)：用戶接口、外部接口、內(nèi)部接口接口設(shè)計(jì)：用戶接口、外部接口、內(nèi)部接口 運(yùn)行設(shè)計(jì)：運(yùn)行模塊組合、運(yùn)行控制、運(yùn)行運(yùn)行設(shè)計(jì)：運(yùn)行模塊組合、運(yùn)行控制、運(yùn)行時(shí)間

15、時(shí)間 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與程序的關(guān)系 系統(tǒng)出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)：出錯(cuò)信息、補(bǔ)救措施、系統(tǒng)出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)：出錯(cuò)信息、補(bǔ)救措施、系統(tǒng)恢復(fù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)恢復(fù)設(shè)計(jì)（2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 主要給出所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要給出所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS簡(jiǎn)介，簡(jiǎn)介，數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型、邏輯設(shè)計(jì)和結(jié)果。數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型、邏輯設(shè)計(jì)和結(jié)果。（3）用戶手冊(cè)）用戶手冊(cè) 對(duì)需求分析階段編寫的用戶手冊(cè)進(jìn)行補(bǔ)充和修對(duì)需求分析階段編寫的用戶手冊(cè)進(jìn)行補(bǔ)充和修改改（4）修訂測(cè)試計(jì)劃）修訂測(cè)試計(jì)劃 對(duì)測(cè)試策略、方法和步驟提出

16、明確要求對(duì)測(cè)試策略、方法和步驟提出明確要求4 4 評(píng)審評(píng)審第三節(jié) 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵思想就是通過(guò)劃分獨(dú)立模塊結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵思想就是通過(guò)劃分獨(dú)立模塊來(lái)減少程序的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并且增加軟件的可重用來(lái)減少程序的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并且增加軟件的可重用行，以減少開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)程序的費(fèi)用。行，以減少開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)程序的費(fèi)用。（1）減少設(shè)計(jì)復(fù)雜性）減少設(shè)計(jì)復(fù)雜性 通過(guò)將一些大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為一些相對(duì)獨(dú)立通過(guò)將一些大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為一些相對(duì)獨(dú)立的小目標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。的小目標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）結(jié)構(gòu)獨(dú)立）結(jié)構(gòu)獨(dú)立 將功能性程序劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的程序模塊，將功能性程序劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的程序模

17、塊，可以保證能夠花費(fèi)較小的開銷?？梢员ＷC能夠花費(fèi)較小的開銷。（3 3）單一的功能模塊）單一的功能模塊（4 4）易于進(jìn)行軟件的修改）易于進(jìn)行軟件的修改 包括改正錯(cuò)誤和實(shí)現(xiàn)新的需求。包括改正錯(cuò)誤和實(shí)現(xiàn)新的需求。（5 5）易于開發(fā)和維護(hù)）易于開發(fā)和維護(hù)（6 6）加強(qiáng)了可重用代碼的能力）加強(qiáng)了可重用代碼的能力 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思想在其他領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思想在其他領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，如汽車制造、航空業(yè)和建筑業(yè)中，產(chǎn)品部件的接口如汽車制造、航空業(yè)和建筑業(yè)中，產(chǎn)品部件的接口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一定義，因此可以由不同的廠商供貨。標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)統(tǒng)一定義，因此可以由不同的廠商供貨。二 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念1 模塊化 模塊是

18、在程序中數(shù)據(jù)說(shuō)明、可執(zhí)行語(yǔ)句等程序模塊是在程序中數(shù)據(jù)說(shuō)明、可執(zhí)行語(yǔ)句等程序?qū)ο蟮募?，或者是單?dú)命名和編址的元素，如高對(duì)象的集合，或者是單獨(dú)命名和編址的元素，如高級(jí)語(yǔ)言中的過(guò)程、函數(shù)和子程序等。級(jí)語(yǔ)言中的過(guò)程、函數(shù)和子程序等。 在軟件的體系結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和在軟件的體系結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、分解和更換的單元，具有以下基本特征：更換的單元，具有以下基本特征：（1）接口）接口模塊的輸入與輸出模塊的輸入與輸出（2）功能）功能指模塊實(shí)現(xiàn)什么功能指模塊實(shí)現(xiàn)什么功能（3）邏輯）邏輯描述如何實(shí)現(xiàn)功能及所需數(shù)據(jù)描述如何實(shí)現(xiàn)功能及所需數(shù)據(jù)（4）狀態(tài)）狀態(tài)模塊的調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系模塊的調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系 功

19、能、狀態(tài)與接口反映了模塊的外部特征，邏功能、狀態(tài)與接口反映了模塊的外部特征，邏輯則反映其內(nèi)部特征。輯則反映其內(nèi)部特征。 模塊化是指解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)自頂向下逐層把軟模塊化是指解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分為若干模塊的過(guò)程。每個(gè)模塊完成一個(gè)件系統(tǒng)劃分為若干模塊的過(guò)程。每個(gè)模塊完成一個(gè)特定的子功能，所有的模塊按照某種方法組裝起來(lái)，特定的子功能，所有的模塊按照某種方法組裝起來(lái)，成為一個(gè)整體，完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能。成為一個(gè)整體，完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能。 如果模塊劃分過(guò)多，雖然模塊內(nèi)部的工作量減如果模塊劃分過(guò)多，雖然模塊內(nèi)部的工作量減少，但是接口的工作量增加，因此在劃分模塊時(shí)應(yīng)少，但是接口的

20、工作量增加，因此在劃分模塊時(shí)應(yīng)保證模塊數(shù)量的適量，這取決于它的功能和用途。保證模塊數(shù)量的適量，這取決于它的功能和用途。 模塊度（模塊度（modurality）指系統(tǒng)中模塊的數(shù)量，）指系統(tǒng)中模塊的數(shù)量，對(duì)每個(gè)問(wèn)題存在最佳模塊數(shù)，使成本最小。對(duì)每個(gè)問(wèn)題存在最佳模塊數(shù)，使成本最小。成本成本總成本總成本接口成本接口成本模塊開發(fā)模塊開發(fā)成本成本模塊數(shù)模塊數(shù)模塊度的成本模塊度的成本2 抽象 軟件工程的每一步都可以看作是對(duì)軟件抽象層軟件工程的每一步都可以看作是對(duì)軟件抽象層次的一次細(xì)化。次的一次細(xì)化。 在可行性研究階段，軟件可以作為整個(gè)計(jì)算機(jī)在可行性研究階段，軟件可以作為整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)元素對(duì)待；在軟件需

21、求分析階段，軟件系統(tǒng)的一個(gè)元素對(duì)待；在軟件需求分析階段，軟件的解決方案是使用問(wèn)題環(huán)境中的術(shù)語(yǔ)描述；從總體的解決方案是使用問(wèn)題環(huán)境中的術(shù)語(yǔ)描述；從總體設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，抽象的層次逐步降低，將面設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，抽象的層次逐步降低，將面向問(wèn)題術(shù)語(yǔ)與面向?qū)崿F(xiàn)術(shù)語(yǔ)結(jié)合起來(lái)描述解決方法，向問(wèn)題術(shù)語(yǔ)與面向?qū)崿F(xiàn)術(shù)語(yǔ)結(jié)合起來(lái)描述解決方法，知道產(chǎn)生源程序時(shí)到最低的抽象層次。知道產(chǎn)生源程序時(shí)到最低的抽象層次。3 信息隱蔽 信息隱蔽是在設(shè)計(jì)確定模塊時(shí)，使得一個(gè)模塊信息隱蔽是在設(shè)計(jì)確定模塊時(shí)，使得一個(gè)模塊內(nèi)包含的信息（過(guò)程或數(shù)據(jù)），對(duì)于不需要這些信內(nèi)包含的信息（過(guò)程或數(shù)據(jù)），對(duì)于不需要這些信息的其他模塊來(lái)說(shuō)，是不

22、能訪問(wèn)的。息的其他模塊來(lái)說(shuō)，是不能訪問(wèn)的。 通過(guò)信息隱蔽，可以定義和實(shí)施對(duì)模塊的過(guò)程通過(guò)信息隱蔽，可以定義和實(shí)施對(duì)模塊的過(guò)程細(xì)節(jié)和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存取限制。細(xì)節(jié)和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存取限制。 軟件系統(tǒng)在整個(gè)生存周期要經(jīng)過(guò)多次修改，信軟件系統(tǒng)在整個(gè)生存周期要經(jīng)過(guò)多次修改，信息隱蔽為軟件系統(tǒng)的修改、測(cè)試及以后的維護(hù)都帶息隱蔽為軟件系統(tǒng)的修改、測(cè)試及以后的維護(hù)都帶來(lái)好處。來(lái)好處。三 模塊的獨(dú)立性 模塊的獨(dú)立性是指每個(gè)模塊只完成系統(tǒng)要求的模塊的獨(dú)立性是指每個(gè)模塊只完成系統(tǒng)要求的獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口獨(dú)立的子功能，并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單。 （1）耦合度（）耦合度（cou

23、pling） 耦合度是模塊間聯(lián)系強(qiáng)弱的度量。耦合度是模塊間聯(lián)系強(qiáng)弱的度量。 如果一個(gè)模塊在不需要另一個(gè)模塊的情況下，如果一個(gè)模塊在不需要另一個(gè)模塊的情況下，能夠完整地執(zhí)行其功能，則稱它們完全獨(dú)立。能夠完整地執(zhí)行其功能，則稱它們完全獨(dú)立。 “緊耦合緊耦合”是指模塊間的連接強(qiáng)；是指模塊間的連接強(qiáng)；“松耦合松耦合”是指模塊間的連接弱；是指模塊間的連接弱；“無(wú)耦合無(wú)耦合”即完全獨(dú)立。即完全獨(dú)立。 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡量實(shí)現(xiàn)松耦合系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡量實(shí)現(xiàn)松耦合系統(tǒng)。（2 2）內(nèi)聚度（）內(nèi)聚度（cohesioncohesion） 內(nèi)聚度是模塊所執(zhí)行任務(wù)的整體統(tǒng)一性度量。內(nèi)聚度是模塊所執(zhí)行任務(wù)的整

24、體統(tǒng)一性度量。 與耦合度相對(duì)應(yīng)，內(nèi)聚度是指一個(gè)模塊本身內(nèi)與耦合度相對(duì)應(yīng)，內(nèi)聚度是指一個(gè)模塊本身內(nèi)部的問(wèn)題。每個(gè)模塊的內(nèi)聚度是模塊獨(dú)立（模塊內(nèi)部的問(wèn)題。每個(gè)模塊的內(nèi)聚度是模塊獨(dú)立（模塊內(nèi)部單元之間的緊密約束和相關(guān)）的程度。部單元之間的緊密約束和相關(guān)）的程度。 高度內(nèi)聚模塊的好處：便于查找錯(cuò)誤、減少?gòu)?fù)高度內(nèi)聚模塊的好處：便于查找錯(cuò)誤、減少?gòu)?fù)雜性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、維護(hù)方便、利于重用。雜性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、維護(hù)方便、利于重用。 在一個(gè)系統(tǒng)中，單個(gè)模塊的內(nèi)聚度越高，模塊之間的耦合度就越低，在實(shí)際應(yīng)用中這兩個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)也是一致的。四 軟件結(jié)構(gòu)圖 結(jié)構(gòu)圖是軟件系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)，反映了整結(jié)構(gòu)圖是軟件系統(tǒng)的模塊層次結(jié)構(gòu)，反

25、映了整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，即將來(lái)程序的控制層次體系。個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，即將來(lái)程序的控制層次體系。 軟件結(jié)構(gòu)一般用樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形表示。軟件結(jié)構(gòu)一般用樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圖形表示。（1）結(jié)構(gòu)圖）結(jié)構(gòu)圖 在軟件工程中一般采用在軟件工程中一般采用Yourdon等人提出的結(jié)等人提出的結(jié)構(gòu)圖工具來(lái)表示軟件結(jié)構(gòu)。構(gòu)圖工具來(lái)表示軟件結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)圖描述了系統(tǒng)由哪些模塊組成，表示了模結(jié)構(gòu)圖描述了系統(tǒng)由哪些模塊組成，表示了模塊之間的調(diào)用關(guān)系。塊之間的調(diào)用關(guān)系。 結(jié)構(gòu)圖使用了流程圖的符號(hào)：結(jié)構(gòu)圖使用了流程圖的符號(hào)： 矩形表示模塊，矩形中標(biāo)示模塊名。矩形表示模塊，矩形中標(biāo)示模塊名。 從一個(gè)模塊到另一個(gè)模塊的箭頭指出了第

26、一從一個(gè)模塊到另一個(gè)模塊的箭頭指出了第一個(gè)模塊中包含了一個(gè)或多個(gè)到第二個(gè)模塊的調(diào)用。個(gè)模塊中包含了一個(gè)或多個(gè)到第二個(gè)模塊的調(diào)用。 調(diào)用是指采用任何機(jī)制對(duì)模塊的引用，調(diào)用過(guò)調(diào)用是指采用任何機(jī)制對(duì)模塊的引用，調(diào)用過(guò)程中在箭頭旁標(biāo)注所要傳遞的參數(shù)。程中在箭頭旁標(biāo)注所要傳遞的參數(shù)。 標(biāo)注還指出了數(shù)據(jù)傳遞的方向。標(biāo)注還指出了數(shù)據(jù)傳遞的方向。ABX,YZ 左圖中，從模塊左圖中，從模塊A A到到B B的箭頭表示的箭頭表示在模塊在模塊A A中包含了一個(gè)或多個(gè)到模塊中包含了一個(gè)或多個(gè)到模塊B B的調(diào)用。的調(diào)用。X X、Y Y包含了從包含了從A A到到B B所傳遞所傳遞的數(shù)據(jù)，的數(shù)據(jù)，Z Z是從是從B B所傳回的

27、數(shù)據(jù)。所傳回的數(shù)據(jù)。 如果一個(gè)參數(shù)從如果一個(gè)參數(shù)從A A傳到傳到B B，然后模，然后模塊塊B B對(duì)其進(jìn)行了修改并傳回對(duì)其進(jìn)行了修改并傳回A A，則它在，則它在兩個(gè)方向上都要出現(xiàn)。兩個(gè)方向上都要出現(xiàn)。 畫結(jié)構(gòu)圖應(yīng)該注意的問(wèn)題：畫結(jié)構(gòu)圖應(yīng)該注意的問(wèn)題： （1 1）同一名稱的模塊在結(jié)構(gòu)圖中僅出現(xiàn)一次）同一名稱的模塊在結(jié)構(gòu)圖中僅出現(xiàn)一次 （2 2）調(diào)用關(guān)系只能從上到下）調(diào)用關(guān)系只能從上到下 （3 3）不嚴(yán)格表示模塊的調(diào)用次序，習(xí)慣上從左）不嚴(yán)格表示模塊的調(diào)用次序，習(xí)慣上從左到右。也可適當(dāng)調(diào)整同一層模塊左右位置，以保持到右。也可適當(dāng)調(diào)整同一層模塊左右位置，以保持結(jié)構(gòu)圖的清晰性。結(jié)構(gòu)圖的清晰性。 流程圖是

28、用來(lái)描述一個(gè)模塊的內(nèi)部控制流過(guò)程，流程圖是用來(lái)描述一個(gè)模塊的內(nèi)部控制流過(guò)程，結(jié)構(gòu)圖則描述了模塊之間的調(diào)用結(jié)構(gòu)，通過(guò)組織功結(jié)構(gòu)圖則描述了模塊之間的調(diào)用結(jié)構(gòu)，通過(guò)組織功能單一的、相互獨(dú)立的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)。能單一的、相互獨(dú)立的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)。五 軟件結(jié)構(gòu)形態(tài) 形態(tài)是指系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來(lái)的形狀?？梢杂靡韵滤膫€(gè)特征來(lái)定義軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)。 （1）深度：指結(jié)構(gòu)圖控制的層次，也是模塊的層數(shù)，如右圖中結(jié)構(gòu)的深度為4；（2）寬度：指一層中最大的模塊個(gè)數(shù)；ABCB1B2C1C2XY（3）扇出：指一個(gè)模塊直接下屬模塊的個(gè)數(shù)；（4）扇入：指一個(gè)模塊直接上屬模塊的個(gè)數(shù)。ABCB1B3C1C2A的扇出為2B的扇

29、出為1C的扇出為3 系統(tǒng)的深度可以粗略描述系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的深度可以粗略描述系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度。系統(tǒng)寬度的一個(gè)重要影響是扇出，一般認(rèn)為度。系統(tǒng)寬度的一個(gè)重要影響是扇出，一般認(rèn)為扇出值域大約為扇出值域大約為6或或7，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的模，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的模塊化性能降低。塊化性能降低。六 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1 1 模塊獨(dú)立性原則模塊獨(dú)立性原則 劃分模塊時(shí)盡量做到高內(nèi)聚、低耦合，保持模劃分模塊時(shí)盡量做到高內(nèi)聚、低耦合，保持模塊相對(duì)獨(dú)立性，并以此原則優(yōu)化初始的軟件結(jié)構(gòu)。塊相對(duì)獨(dú)立性，并以此原則優(yōu)化初始的軟件結(jié)構(gòu)。 （1 1）如果若干模塊之間耦合強(qiáng)度過(guò)高，每個(gè)模）如果若干模塊之間耦合強(qiáng)度過(guò)高，每

30、個(gè)模塊內(nèi)功能不復(fù)雜，可將它們合并，以減少信息的傳塊內(nèi)功能不復(fù)雜，可將它們合并，以減少信息的傳遞和公共區(qū)的引用。遞和公共區(qū)的引用。 （2 2）若有多個(gè)相關(guān)模塊，應(yīng)對(duì)它們的功能進(jìn)行）若有多個(gè)相關(guān)模塊，應(yīng)對(duì)它們的功能進(jìn)行分析，消去重復(fù)功能。分析，消去重復(fù)功能。2 2 控制范圍與影響范圍之間的準(zhǔn)則控制范圍與影響范圍之間的準(zhǔn)則 一個(gè)模塊的一個(gè)模塊的控制范圍控制范圍是指模塊本身以及所有下是指模塊本身以及所有下屬模塊（直接和間接從屬）的集合。屬模塊（直接和間接從屬）的集合。 一個(gè)模塊的一個(gè)模塊的影響范圍影響范圍指受該模塊內(nèi)一個(gè)判定影指受該模塊內(nèi)一個(gè)判定影響的所有模塊的集合。響的所有模塊的集合。 一個(gè)模塊的影

31、響范圍應(yīng)在其控制范圍之內(nèi)，且一個(gè)模塊的影響范圍應(yīng)在其控制范圍之內(nèi)，且條件判定所在的模塊應(yīng)與受其影響的模塊在層次上條件判定所在的模塊應(yīng)與受其影響的模塊在層次上盡量靠近。盡量靠近。3 3 軟件結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征準(zhǔn)則軟件結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征準(zhǔn)則 軟件結(jié)構(gòu)的深度、寬度、扇入和扇出應(yīng)適當(dāng)。軟件結(jié)構(gòu)的深度、寬度、扇入和扇出應(yīng)適當(dāng)。4 4 模塊的大小準(zhǔn)則模塊的大小準(zhǔn)則 在考慮模塊獨(dú)立性的同時(shí)，為了增加可理解性，在考慮模塊獨(dú)立性的同時(shí)，為了增加可理解性，模塊的大小最好在模塊的大小最好在5050150150條語(yǔ)句左右，可以用條語(yǔ)句左右，可以用1 12 2頁(yè)打印紙打印，便于閱讀與研究。頁(yè)打印紙打印，便于閱讀與研究。5 5

32、模塊的接口準(zhǔn)則模塊的接口準(zhǔn)則 模塊的接口要簡(jiǎn)單、清晰及含義明確，便于理模塊的接口要簡(jiǎn)單、清晰及含義明確，便于理解，易于實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與維護(hù)。解，易于實(shí)現(xiàn)、測(cè)試與維護(hù)。第四節(jié) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)一 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu) 空間數(shù)據(jù)庫(kù)軟件一般是作為連接空間數(shù)據(jù)庫(kù)軟件一般是作為連接GISGIS客戶端軟客戶端軟件和件和RDBMSRDBMS的中間件而存在，這種思想與的中間件而存在，這種思想與C/SC/S網(wǎng)絡(luò)模網(wǎng)絡(luò)模式思想是一致的。式思想是一致的。 下面以下面以ISRIISRI的的SDESDE（Spatial Database EngineSpatial Database Engine）為例說(shuō)明空間數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)

33、。為例說(shuō)明空間數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)。 客戶端應(yīng)用客戶端應(yīng)用是最終用戶運(yùn)行的軟件，它可以是是最終用戶運(yùn)行的軟件，它可以是ArcViewArcView、MapObjectMapObject或或ArcInfoArcInfo的應(yīng)用，也可以是的應(yīng)用，也可以是用戶為某一特定的工程開發(fā)的應(yīng)用。用戶為某一特定的工程開發(fā)的應(yīng)用。 與客戶端應(yīng)用結(jié)合的是與客戶端應(yīng)用結(jié)合的是SDESDE客戶庫(kù)，它是一個(gè)程客戶庫(kù)，它是一個(gè)程序設(shè)計(jì)接口，用于處理客戶端應(yīng)用提出的請(qǐng)求。序設(shè)計(jì)接口，用于處理客戶端應(yīng)用提出的請(qǐng)求?？蛻舳藨?yīng)用SDE客戶庫(kù)服務(wù)器SDE服務(wù)器處理程序RDBMS數(shù)據(jù)庫(kù)SDE體系結(jié)構(gòu)示意圖 在服務(wù)器端，有在服務(wù)器端，有SD

34、ESDE服務(wù)器處理程序、關(guān)系數(shù)據(jù)服務(wù)器處理程序、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和實(shí)際的數(shù)據(jù)。庫(kù)管理系統(tǒng)和實(shí)際的數(shù)據(jù)。 SDESDE采用協(xié)作處理方式，即處理既可以在采用協(xié)作處理方式，即處理既可以在SDESDE客客戶庫(kù)一端也可以在戶庫(kù)一端也可以在SDESDE服務(wù)器一端，取決于具體的處服務(wù)器一端，取決于具體的處理在哪一端更快。理在哪一端更快。 所有的服務(wù)器任務(wù)都是在所有的服務(wù)器任務(wù)都是在SDESDE服務(wù)器所在的平臺(tái)服務(wù)器所在的平臺(tái)上完成的，而客戶端應(yīng)用則可以運(yùn)行于多種不同的上完成的，而客戶端應(yīng)用則可以運(yùn)行于多種不同的平臺(tái)和環(huán)境，去訪問(wèn)同一個(gè)平臺(tái)和環(huán)境，去訪問(wèn)同一個(gè)SDESDE服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)。二

35、空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則 （1 1）盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余量；）盡量減少空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的冗余量； （2 2）提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶需要改）提供穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在用戶需要改變時(shí)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能迅速作相應(yīng)的變化；變時(shí)，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能迅速作相應(yīng)的變化； （3 3）滿足用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)及時(shí)訪問(wèn)的需要，并）滿足用戶對(duì)空間數(shù)據(jù)及時(shí)訪問(wèn)的需要，并能高效地提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果；能高效地提供用戶所需的空間數(shù)據(jù)查詢結(jié)果； （4 4）在數(shù)據(jù)元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，以反映空）在數(shù)據(jù)元素間維持復(fù)雜的聯(lián)系，以反映空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性；間數(shù)據(jù)的復(fù)雜性； （5 5）支持多種多樣的決策需要，具有較強(qiáng)的應(yīng)）支持多種多樣的

36、決策需要，具有較強(qiáng)的應(yīng)用適應(yīng)性。用適應(yīng)性。三 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過(guò)程地理現(xiàn)象地理現(xiàn)象和過(guò)程和過(guò)程概念概念模型模型邏輯邏輯模型模型存儲(chǔ)存儲(chǔ)模型模型抽象抽象 概念世界的建立是通過(guò)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界概念世界的建立是通過(guò)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)與抽象，即對(duì)各種不同專業(yè)領(lǐng)域的研究和系的認(rèn)識(shí)與抽象，即對(duì)各種不同專業(yè)領(lǐng)域的研究和系統(tǒng)分析，形成概念化模型；統(tǒng)分析，形成概念化模型； 邏輯模型設(shè)計(jì)就是把概念模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為計(jì)算邏輯模型設(shè)計(jì)就是把概念模型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能夠支持的數(shù)據(jù)模型；機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能夠支持的數(shù)據(jù)模型； 存儲(chǔ)模型是指概念模型反映到計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)存儲(chǔ)模型是指概念模型反映到計(jì)算機(jī)物理存儲(chǔ)介質(zhì)

37、中的數(shù)據(jù)組織形式。介質(zhì)中的數(shù)據(jù)組織形式。四 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的需求分析和數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)1 1 需求分析需求分析 （1 1）調(diào)查用戶需求：了解用戶特點(diǎn)和要求，取）調(diào)查用戶需求：了解用戶特點(diǎn)和要求，取得設(shè)計(jì)者與用戶對(duì)需求的一致看法；得設(shè)計(jì)者與用戶對(duì)需求的一致看法； （2 2）需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求）需求數(shù)據(jù)的收集和分析：包括信息需求（信息內(nèi)容、特征、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等）、信息加工處理（信息內(nèi)容、特征、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等）、信息加工處理要求、完整性與安全性要求等；要求、完整性與安全性要求等； （3 3）編制用戶需求說(shuō)明書：包括需求分析的目）編制用戶需求說(shuō)明書：包括需求分析的目標(biāo)、任務(wù)、具體需求說(shuō)明、系統(tǒng)功能與性

38、能以及運(yùn)標(biāo)、任務(wù)、具體需求說(shuō)明、系統(tǒng)功能與性能以及運(yùn)行環(huán)境等。行環(huán)境等。2 2 數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì) 建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的目的，是揭示建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的目的，是揭示空間客體的本質(zhì)特征，并對(duì)其進(jìn)行抽象化，使之轉(zhuǎn)空間客體的本質(zhì)特征，并對(duì)其進(jìn)行抽象化，使之轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式?；癁橛?jì)算機(jī)能夠接受和處理的數(shù)據(jù)形式。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中通常采用的數(shù)據(jù)模型主要有層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中通常采用的數(shù)據(jù)模型主要有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，以及語(yǔ)義模型、面向模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型，以及語(yǔ)義模型、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型等。這些數(shù)據(jù)模型都可以用于空間對(duì)象的數(shù)據(jù)模型等。這些數(shù)據(jù)模型都可以用于

39、空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。五 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì) 對(duì)需求分析階段所收集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)需求分析階段所收集的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，確定地理實(shí)體、屬性及其之間的聯(lián)系，將各整理，確定地理實(shí)體、屬性及其之間的聯(lián)系，將各用戶的局部視圖合并成一個(gè)總的全局視圖，形成獨(dú)用戶的局部視圖合并成一個(gè)總的全局視圖，形成獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的反映用戶觀點(diǎn)的概念模式。立于計(jì)算機(jī)的反映用戶觀點(diǎn)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，即實(shí)體，即實(shí)體聯(lián)系模型。用它來(lái)描述現(xiàn)實(shí)地理世界，不必考慮聯(lián)系模型。用它來(lái)描述現(xiàn)實(shí)地理世界，不必考慮信息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)路徑等問(wèn)題，更接近現(xiàn)實(shí)地信

40、息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)路徑等問(wèn)題，更接近現(xiàn)實(shí)地理世界，具有直觀、自然和語(yǔ)義較豐富等特點(diǎn)。理世界，具有直觀、自然和語(yǔ)義較豐富等特點(diǎn)。 例如，在城市地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將城市例如，在城市地理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將城市市區(qū)要素抽象為市區(qū)要素抽象為空間實(shí)體空間實(shí)體、空間實(shí)體屬性空間實(shí)體屬性和和空間實(shí)空間實(shí)體關(guān)系體關(guān)系，其中，其中 空間實(shí)體包括街道邊線、路段、街道、街區(qū)以空間實(shí)體包括街道邊線、路段、街道、街區(qū)以及節(jié)點(diǎn)等；及節(jié)點(diǎn)等； 空間實(shí)體屬性包括空間實(shí)體屬性包括節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)實(shí)體屬性（立交橋、警實(shí)體屬性（立交橋、警亭及所連通街道的性質(zhì)等），亭及所連通街道的性質(zhì)等），邊線邊線實(shí)體屬性（屬于實(shí)體屬性（屬于哪一路段、

41、街道、街區(qū)及其長(zhǎng)度等），哪一路段、街道、街區(qū)及其長(zhǎng)度等），街道路段和街道路段和街道街道實(shí)體屬性（走向、路面質(zhì)量、寬度、等級(jí)等），實(shí)體屬性（走向、路面質(zhì)量、寬度、等級(jí)等），街區(qū)街區(qū)實(shí)體屬性（面積、用地類型等）。實(shí)體屬性（面積、用地類型等）。1 1 概念化設(shè)計(jì)工作內(nèi)容概念化設(shè)計(jì)工作內(nèi)容 GISGIS數(shù)據(jù)庫(kù)的概念化設(shè)計(jì)需要完成以下工作數(shù)據(jù)庫(kù)的概念化設(shè)計(jì)需要完成以下工作 （1 1）數(shù)據(jù)庫(kù)的宏觀地理意義，主要是指空間數(shù)）數(shù)據(jù)庫(kù)的宏觀地理意義，主要是指空間數(shù)據(jù)的比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)等全局性要素的據(jù)的比例尺、地圖投影和坐標(biāo)系統(tǒng)等全局性要素的定義；定義； （2 2）數(shù)據(jù)庫(kù)的地理特征設(shè)計(jì)，對(duì)地理特征的層）

42、數(shù)據(jù)庫(kù)的地理特征設(shè)計(jì)，對(duì)地理特征的層次關(guān)系、各層幾何表達(dá)形式和拓?fù)涮卣鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)；次關(guān)系、各層幾何表達(dá)形式和拓?fù)涮卣鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)； （3 3）屬性數(shù)據(jù)表格及其關(guān)系設(shè)計(jì)；）屬性數(shù)據(jù)表格及其關(guān)系設(shè)計(jì)； （4 4）數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)報(bào)告的起草；）數(shù)據(jù)庫(kù)總體設(shè)計(jì)報(bào)告的起草； （5 5）數(shù)據(jù)庫(kù)概念化設(shè)計(jì)的評(píng)定。）數(shù)據(jù)庫(kù)概念化設(shè)計(jì)的評(píng)定。2 GIS2 GIS數(shù)據(jù)模型模式數(shù)據(jù)模型模式 （1 1）文件結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)模型模式）文件結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)模型模式 （2 2）混合結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)模型模式）混合結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)模型模式 （3 3）無(wú)縫數(shù)據(jù)庫(kù)管理模型模式）無(wú)縫數(shù)據(jù)庫(kù)管理模型模式GIS應(yīng)用應(yīng)用GIS基礎(chǔ)平臺(tái)圖形文件屬性文件關(guān)鍵字GIS應(yīng)用應(yīng)用

43、GIS基礎(chǔ)平臺(tái)圖形文件屬性庫(kù)關(guān)鍵字GIS應(yīng)用應(yīng)用GIS基礎(chǔ)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)接口數(shù)據(jù)庫(kù)接口數(shù)據(jù)引擎屬性庫(kù)空間數(shù)據(jù)庫(kù)3 3 數(shù)據(jù)的分層管理數(shù)據(jù)的分層管理 大多數(shù)大多數(shù)GISGIS都將數(shù)據(jù)按照邏輯類型分成不同的都將數(shù)據(jù)按照邏輯類型分成不同的數(shù)據(jù)層進(jìn)行組織。數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)一般按照數(shù)據(jù)的專數(shù)據(jù)層進(jìn)行組織。數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)一般按照數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)容和類型進(jìn)行。業(yè)內(nèi)容和類型進(jìn)行。 數(shù)據(jù)分層主要考慮如下因素?cái)?shù)據(jù)分層主要考慮如下因素（1 1）數(shù)據(jù)具有同樣的特征，及相同的屬性信息；）數(shù)據(jù)具有同樣的特征，及相同的屬性信息；（2 2）比例尺的一致性；）比例尺的一致性；（3 3）數(shù)據(jù)具有相同的幾何形式和拓?fù)涮卣鳎?shù)據(jù)具有相同的幾何形式

44、和拓?fù)涮卣?同一地物可能采用不同的幾何形式表達(dá)，需要同一地物可能采用不同的幾何形式表達(dá)，需要不同的層，如河流可以分為線狀和面狀的，分別用不同的層，如河流可以分為線狀和面狀的，分別用兩個(gè)層表示。兩個(gè)層表示。（4 4）該層數(shù)據(jù)具有同樣的使用目的、方式）該層數(shù)據(jù)具有同樣的使用目的、方式 如道路數(shù)據(jù)，用于網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)用有嚴(yán)格拓?fù)潢P(guān)如道路數(shù)據(jù)，用于網(wǎng)絡(luò)分析時(shí)用有嚴(yán)格拓?fù)潢P(guān)系的道路中心線表示，而在制圖輸出則用符號(hào)化線系的道路中心線表示，而在制圖輸出則用符號(hào)化線或面來(lái)表示，因此分別用兩個(gè)層表示；或面來(lái)表示，因此分別用兩個(gè)層表示；（5 5）不同部門的數(shù)據(jù)放入不同的層；）不同部門的數(shù)據(jù)放入不同的層；（6 6）不同

45、安全級(jí)別的數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)；）不同安全級(jí)別的數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)；（7 7）使用不同數(shù)據(jù)源更新的數(shù)據(jù)應(yīng)分層存儲(chǔ)；）使用不同數(shù)據(jù)源更新的數(shù)據(jù)應(yīng)分層存儲(chǔ)；（8 8）同一類型的數(shù)據(jù)，如果其屬性特征不同，也需）同一類型的數(shù)據(jù)，如果其屬性特征不同，也需要分層存儲(chǔ)。要分層存儲(chǔ)。六 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)1 1 數(shù)據(jù)源設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源設(shè)計(jì) GISGIS數(shù)據(jù)源包括地圖、設(shè)計(jì)規(guī)劃圖、航空和衛(wèi)數(shù)據(jù)源包括地圖、設(shè)計(jì)規(guī)劃圖、航空和衛(wèi)星影像、星影像、GPSGPS數(shù)據(jù)、照片、現(xiàn)有電子數(shù)據(jù)、各種記錄數(shù)據(jù)、照片、現(xiàn)有電子數(shù)據(jù)、各種記錄文件、數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)等。文件、數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)等。 根據(jù)數(shù)據(jù)源的來(lái)源范圍可以分為兩類，一是系根據(jù)數(shù)據(jù)源的來(lái)源范圍可

46、以分為兩類，一是系統(tǒng)外錄入數(shù)據(jù)，二是系統(tǒng)內(nèi)自生數(shù)據(jù)。統(tǒng)外錄入數(shù)據(jù)，二是系統(tǒng)內(nèi)自生數(shù)據(jù)。 針對(duì)不同數(shù)據(jù)源的特性，系統(tǒng)采用不同的對(duì)策，針對(duì)不同數(shù)據(jù)源的特性，系統(tǒng)采用不同的對(duì)策，但具有如下的共性：但具有如下的共性： （1 1）數(shù)據(jù)源多樣化，提高系統(tǒng)內(nèi)容的豐富性；）數(shù)據(jù)源多樣化，提高系統(tǒng)內(nèi)容的豐富性； （2 2）系統(tǒng)主要空間數(shù)據(jù)比例尺、標(biāo)準(zhǔn)、格式等）系統(tǒng)主要空間數(shù)據(jù)比例尺、標(biāo)準(zhǔn)、格式等應(yīng)盡量一致；應(yīng)盡量一致； （3 3）日常辦公系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，應(yīng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處）日常辦公系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源，應(yīng)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和入庫(kù)管理模塊轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后方可以進(jìn)理系統(tǒng)和入庫(kù)管理模塊轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后方可以進(jìn)入系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)

47、定性；入系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性； （4 4）對(duì)于基于網(wǎng)絡(luò)多用戶系統(tǒng)，系統(tǒng)公共基礎(chǔ)）對(duì)于基于網(wǎng)絡(luò)多用戶系統(tǒng)，系統(tǒng)公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)通過(guò)統(tǒng)一的技術(shù)部門錄入；數(shù)據(jù)應(yīng)通過(guò)統(tǒng)一的技術(shù)部門錄入； （5 5）在保證質(zhì)量的前提下，選擇數(shù)據(jù)生產(chǎn)到入）在保證質(zhì)量的前提下，選擇數(shù)據(jù)生產(chǎn)到入庫(kù)短的數(shù)據(jù)源。庫(kù)短的數(shù)據(jù)源。2 2 修訂數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)字典修訂數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)字典 GISGIS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含的內(nèi)容有：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含的內(nèi)容有：引用標(biāo)準(zhǔn)、分引用標(biāo)準(zhǔn)、分類和實(shí)體代碼說(shuō)明、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息說(shuō)明、空間數(shù)據(jù)類和實(shí)體代碼說(shuō)明、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信息說(shuō)明、空間數(shù)據(jù)分層說(shuō)明、屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明、元數(shù)據(jù)說(shuō)明等分層說(shuō)明、屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明、元數(shù)據(jù)說(shuō)明等

48、。3 3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、查詢和管理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、讀取、查詢和管理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（1 1）用戶安全設(shè)計(jì)）用戶安全設(shè)計(jì)（2 2）數(shù)據(jù)更新的質(zhì)量控制）數(shù)據(jù)更新的質(zhì)量控制（3 3）合理數(shù)據(jù)分級(jí)體系的設(shè)定）合理數(shù)據(jù)分級(jí)體系的設(shè)定（4 4）數(shù)據(jù)的恢復(fù)能力）數(shù)據(jù)的恢復(fù)能力（5 5）數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)模型）數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)模型五 地理信息元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)1 1 元數(shù)據(jù)的定義和作用元數(shù)據(jù)的定義和作用 元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的內(nèi)容、覆蓋范圍、質(zhì)量、管理方式、數(shù)據(jù)的所有者、容、覆蓋范圍、質(zhì)量、管理方式、數(shù)據(jù)的所有者、數(shù)據(jù)的提供方式等有關(guān)的信息。數(shù)據(jù)的提供方式等有關(guān)的信息。 地

49、理信息元數(shù)據(jù)地理信息元數(shù)據(jù)是關(guān)于地理相關(guān)數(shù)據(jù)和信息資是關(guān)于地理相關(guān)數(shù)據(jù)和信息資源的描述信息，它通過(guò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)源的描述信息，它通過(guò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、條件和其他特征進(jìn)行描述與說(shuō)明，幫助人們有量、條件和其他特征進(jìn)行描述與說(shuō)明，幫助人們有效地定位、評(píng)價(jià)、獲取和使用地理相關(guān)數(shù)據(jù)。效地定位、評(píng)價(jià)、獲取和使用地理相關(guān)數(shù)據(jù)。2 2 地理信息元數(shù)據(jù)確定的原則地理信息元數(shù)據(jù)確定的原則（1 1）完整性）完整性 核心元數(shù)據(jù)必須是基本元數(shù)據(jù)元素集合的基礎(chǔ)核心元數(shù)據(jù)必須是基本元數(shù)據(jù)元素集合的基礎(chǔ)上，還需要完整描述數(shù)據(jù)集最重要的信息。上，還需要完整描述數(shù)據(jù)集最重要的信息。（2 2）準(zhǔn)確性）準(zhǔn)確性 確定核心元數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，需要對(duì)表達(dá)理論、空確定核心元數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，需要對(duì)表達(dá)理論、空間參照系統(tǒng)理論、質(zhì)量體系理論以及計(jì)算機(jī)通信技間參照系統(tǒng)理論、質(zhì)量體系理論以及計(jì)算機(jī)通信技術(shù)方面有全面的了解，準(zhǔn)確表達(dá)。術(shù)方面有全面的了解，準(zhǔn)確表達(dá)。（3 3）結(jié)構(gòu)性）結(jié)構(gòu)性用模型表達(dá)用模型表達(dá)（4 4）與其他標(biāo)準(zhǔn)的一致性）與其他標(biāo)準(zhǔn)的一致性3 3 地理信息元數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容地理信息元數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容 包括包括6 6個(gè)類和個(gè)類和2 2個(gè)公共數(shù)據(jù)類型，個(gè)公共數(shù)據(jù)類型，6 6個(gè)類為：個(gè)類為：（1 1）標(biāo)識(shí)信息）標(biāo)識(shí)信息 是唯一標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)信息是唯一標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)信息（2 2）數(shù)據(jù)質(zhì)量信息）