GIS工程與應(yīng)用第4章總體設(shè)計(jì)

4.1概述4.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工具4

GIS工程的總體設(shè)計(jì)

5/15/202414.1概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)把系統(tǒng)需求變換成軟件表示的過程，最初這種表示只是描繪出系統(tǒng)的總的框架，稱為總體設(shè)計(jì)，也稱概要設(shè)計(jì)。然后進(jìn)一步細(xì)化，把需求轉(zhuǎn)化成接近于源程序的軟件表示，稱詳細(xì)設(shè)計(jì)。5/15/202424.1概述根據(jù)工程建設(shè)的目標(biāo)規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并說明它們?cè)谙到y(tǒng)中的作用于相互關(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)。4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20243(1)標(biāo)準(zhǔn)化體系設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化體系設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的重要一環(huán)，直接影響到工程建設(shè)的質(zhì)量。

工程建設(shè)要參考已有的國家標(biāo)準(zhǔn)、部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)外，還要根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)需要，制訂和完善必要的標(biāo)準(zhǔn)。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20244(2)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合模型，它是由許多結(jié)構(gòu)要素及各種視圖（或觀點(diǎn)）（View）所組成的，而各種視圖主要是基于各組成要素之間的聯(lián)系與互操作而形成的。所以，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合各種觀點(diǎn)的模型，用來完整描述整個(gè)系統(tǒng)。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20245(3)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

把系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)化為軟件模塊結(jié)構(gòu)，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)按功能劃分成一個(gè)個(gè)模塊，確定各個(gè)模塊的功能、模塊之間的調(diào)用關(guān)系、模塊之間的接口（傳遞的信息）。

一般采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20246(3)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(DatabaseDesign)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求）。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20247(4)編寫總體設(shè)計(jì)文檔

總體設(shè)計(jì)說明書是總體設(shè)計(jì)階段的成果體現(xiàn)，包含上述各項(xiàng)內(nèi)容。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/20248總體設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容：項(xiàng)目概述：項(xiàng)目目的和意義、建設(shè)目標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化體系系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)軟硬件配置功能模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)系統(tǒng)安全與維護(hù)項(xiàng)目實(shí)施與管理5/15/20249(5)總體設(shè)計(jì)評(píng)審

總體設(shè)計(jì)說明書完成后，要組織對(duì)說明書進(jìn)行評(píng)審。4.1概述4.1.1總體設(shè)計(jì)的內(nèi)容5/15/2024104.1概述4.1.2總體設(shè)計(jì)的原則統(tǒng)一性：從全局出發(fā)、從長遠(yuǎn)角度考慮。先進(jìn)性：采用成熟的、先進(jìn)的、符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)、平臺(tái)和設(shè)備。

標(biāo)準(zhǔn)化：遵守國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)規(guī)范。實(shí)用性：保護(hù)已有資源，急用先行，在滿足應(yīng)用需求的前提下，盡量降低成本。

擴(kuò)展性：考慮到業(yè)務(wù)未來發(fā)展的需要，便于功能擴(kuò)充以及與其他系統(tǒng)的交互。

安全性：系統(tǒng)運(yùn)行要穩(wěn)定、可靠，信息要安全。5/15/2024114.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)視圖：從特定的角度所看到的系統(tǒng)元素。有用例視圖、設(shè)計(jì)視圖、實(shí)現(xiàn)視圖、過程視圖、配置視圖、數(shù)據(jù)視圖。層：對(duì)模型中同一抽象層次上的內(nèi)容進(jìn)行分組的一種特定方式。4.2.1基本概念（一）5/15/2024124.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合模型，它是由許多結(jié)構(gòu)要素及各種視圖所組成的，而各種視圖主要是基于各組成要素之間的聯(lián)系與互操作而形成的。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)綜合各種視圖的模型，用來完整描述整個(gè)系統(tǒng)。4.2.1基本概念（二）5/15/2024134.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)早期的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)就是以語句組成模塊，模塊的聚集和嵌套形成層層調(diào)用的程序結(jié)構(gòu)，這就是體系結(jié)構(gòu)。

4.2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的演變5/15/2024144.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面向?qū)ο蠹夹g(shù)出現(xiàn)后，產(chǎn)生了組件，于是產(chǎn)生了分層體系結(jié)構(gòu)。它將軟件設(shè)計(jì)組織成為類或組件的層次或集合，在同一個(gè)層次上的類或組件完成一個(gè)特點(diǎn)的目的。常用的是三層體系結(jié)構(gòu)：表現(xiàn)層、中間層、數(shù)據(jù)層。4.2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的演變5/15/2024154.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)

服務(wù)是由一些組件組成的，這些組件一起工作，共同提供服務(wù)所請(qǐng)求的業(yè)務(wù)功能。組件比服務(wù)的粒度更細(xì)。雖然服務(wù)映射到業(yè)務(wù)功能，但是組件通常映射到業(yè)務(wù)實(shí)體和操作它們的業(yè)務(wù)規(guī)則。4.2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的演變5/15/2024164.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)1.利用現(xiàn)有的資產(chǎn)。2.更易于集成和管理復(fù)雜性。3.更快的響應(yīng)和上市速度。4.減少成本和增加重用。4.2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的演變5/15/2024174.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單用戶體系結(jié)構(gòu)模式：

單用戶信息系統(tǒng)是早期最簡(jiǎn)單的信息系統(tǒng)，整個(gè)信息系統(tǒng)運(yùn)行在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，由一個(gè)用戶占用全部資源，不同用戶之間不共享和交換數(shù)據(jù)。4.2.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模式5/15/2024184.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)C/S體系結(jié)構(gòu)：

C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)，即客戶機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)中，用戶操作模塊布置在客戶機(jī)上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫中?？蛻魴C(jī)依靠服務(wù)器獲得所需要的網(wǎng)絡(luò)資源，而服務(wù)器為客戶機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)必須的資源。4.2.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模式5/15/2024194.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)B/S體系結(jié)構(gòu)：

B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，即瀏覽器服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面通過瀏覽器來實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實(shí)現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)和應(yīng)用常常分別布置在不同的服務(wù)器上。4.2.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模式5/15/2024204.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)P2P體系結(jié)構(gòu)：

P2P（PtoP）體系結(jié)構(gòu)，即對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)取消了服務(wù)器的中心地位，各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算機(jī)可以通過交換直接共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)。在這種體系結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)可對(duì)其他計(jì)算機(jī)的要求進(jìn)行響應(yīng)，請(qǐng)求響應(yīng)范圍和方式都根據(jù)具體應(yīng)用程序不同而有不同的選擇。4.2.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模式5/15/2024214.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)模式比較：軟硬件要求系統(tǒng)開發(fā)的投入維護(hù)與功能擴(kuò)展安全與穩(wěn)定4.2.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模式5/15/2024225/15/2024235/15/202424ArcSDEOLEDBＣＯＭ／ＣＯＭ＋ArcObjects、MapObjects、ApplicationFrame業(yè)務(wù)管理Oracle8i屬性數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)房屋產(chǎn)籍管理地理信息系統(tǒng)GeoDatabase房產(chǎn)綜合管理決策支持系統(tǒng)5/15/2024255/15/2024264.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)）為了最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)，必須設(shè)計(jì)出組成這個(gè)系統(tǒng)的所有程序和文件（或數(shù)據(jù)庫）。對(duì)程序（特別是復(fù)雜的大型程序）的設(shè)計(jì)，通常分為兩個(gè)階段完成：首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行過程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：把軟件需求變換為軟件表示的過程，確定程序由哪些模塊組成，以及這些模塊之間的關(guān)系。

過程設(shè)計(jì)：確定每個(gè)模塊的處理過程。5/15/2024274.3.1結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)：運(yùn)用一組標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則和工具幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)員確定軟件系統(tǒng)是由哪些模塊組成，這些模塊用什么方法聯(lián)結(jié)在一起。要解決的三個(gè)問題：方法——如何構(gòu)造（導(dǎo)出）軟件的總體結(jié)構(gòu)評(píng)估準(zhǔn)則——什么樣的軟件結(jié)構(gòu)“最優(yōu)”設(shè)計(jì)工具——如何表述軟件結(jié)構(gòu)4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/2024284.3.2模塊化任何一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)都可以分解成一個(gè)個(gè)小系統(tǒng)，而一個(gè)小系統(tǒng)又可以分解成更小的系統(tǒng)，直至完成一個(gè)具體的功能。模塊：為完成某一功能所需的一段程序或子程序，或指大型軟件系統(tǒng)的一部分。模塊的基本特性：接口：模塊的輸入與輸出功能：完成的操作狀態(tài)：運(yùn)行環(huán)境，即調(diào)用與被調(diào)用關(guān)系邏輯：如何實(shí)現(xiàn)功能及需要的數(shù)據(jù)4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/2024294.3.2模塊化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的主要思想就是模塊化。

模塊化：自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分為若干模塊的過程。每個(gè)模塊完成一個(gè)特點(diǎn)的子功能，所有的模塊按某種方法組裝起來，成為一個(gè)整體，完成整個(gè)系統(tǒng)所要求的功能。

通過劃分獨(dú)立模塊可減少程序的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并且增加軟件的可重用性，以減少開發(fā)和維護(hù)計(jì)算機(jī)程序的費(fèi)用。4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/202430模塊化的優(yōu)點(diǎn)：模塊化可以使軟件結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計(jì)也容易閱讀和理解。模塊化使軟件容易測(cè)試和調(diào)試，有助于提高軟件的可靠性，因?yàn)槌绦蝈e(cuò)誤通常局限在有關(guān)的模塊及它們之間的接口中，模塊化能夠提高軟件的可修改性，因?yàn)樽儎?dòng)往往只涉及少數(shù)幾個(gè)模塊。模塊化也有助于軟件開發(fā)工程的組織管理，一個(gè)復(fù)雜的大型程序可以由許多程序員分工編寫不同的模塊，并且可以進(jìn)一步分配技術(shù)熟練的程序員編寫困難的模塊。4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/2024314.3.2模塊化抽象：抽象是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時(shí)不考慮它們的細(xì)節(jié)。抽象是指忽視一個(gè)主題中與當(dāng)前目標(biāo)無關(guān)的那些方面，以便更充分地注意與當(dāng)前目標(biāo)有關(guān)的方面。逐步求精：為了能集中精力解決主要問題而盡量推遲對(duì)問題細(xì)節(jié)的考慮。4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/202432逐步求精方法的強(qiáng)大作用就在于，它能幫助軟件工程師把精力集中在與當(dāng)前開發(fā)階段最相關(guān)的那些方面上，而忽略那些對(duì)整體解決方案來說雖然是必要的，然而目前還不需要考慮的細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)將留到以后再考慮。事實(shí)上，可以把逐步求精看作是一項(xiàng)把一個(gè)時(shí)期內(nèi)必須解決的種種問題按優(yōu)先級(jí)排序的技術(shù)。逐步求精方法確保每個(gè)問題都將被解決，而且每個(gè)問題都將在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被解決，但是，在任何時(shí)候一個(gè)人都不需要同時(shí)處理7個(gè)以上知識(shí)塊。5/15/202433抽象與求精是一對(duì)互補(bǔ)的概念。抽象使得設(shè)計(jì)者能夠說明過程和數(shù)據(jù)，同時(shí)卻忽略低層細(xì)節(jié)。事實(shí)上，可以把抽象看作是一種通過忽略多余的細(xì)節(jié)同時(shí)強(qiáng)調(diào)有關(guān)的細(xì)節(jié)，而實(shí)現(xiàn)逐步求精的方法。求精則幫助設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中逐步揭示出低層細(xì)節(jié)。這兩個(gè)概念都有助于設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)演化過程中創(chuàng)造出完整的設(shè)計(jì)模型。5/15/2024344.3.3模塊化原則每一個(gè)模塊表示一個(gè)自我包含的邏輯任務(wù)；每個(gè)模塊都是簡(jiǎn)單的；每個(gè)模塊都是封閉的；每個(gè)模塊都是可以獨(dú)立測(cè)試的；每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)單一、獨(dú)立的程序功能；每個(gè)模塊有單一的入口和出口；可以把多個(gè)模塊組合成較大的模塊，而不必了解模塊內(nèi)部構(gòu)造的知識(shí)；每個(gè)模塊都有嚴(yán)格規(guī)定的接口，其中包括由入口和出口形成的控制連接、由參數(shù)和共享的公用數(shù)據(jù)形成的數(shù)據(jù)連接以及由模塊間的服務(wù)支持形成的功能連接。4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/202435內(nèi)聚和耦合內(nèi)聚衡量一個(gè)模塊內(nèi)部各個(gè)元素彼此結(jié)合的緊密程度，如果一個(gè)模塊的內(nèi)聚度大，模塊的獨(dú)立性則會(huì)提高。耦合衡量不同模塊彼此間互相依賴（連接）的緊密程度；塊間聯(lián)系越小，模塊的獨(dú)立性則會(huì)越高，耦合度就會(huì)降低。5/15/202436模塊的內(nèi)聚形式功能內(nèi)聚順序內(nèi)聚通信內(nèi)聚步驟內(nèi)聚時(shí)間內(nèi)聚邏輯內(nèi)聚偶然內(nèi)聚5/15/202437模塊內(nèi)聚形式的比較5/15/202438模塊之間的耦合方式數(shù)據(jù)耦合簡(jiǎn)單耦合控制耦合公共耦合內(nèi)容耦合5/15/202439幾種耦合的比較5/15/202440層次圖：在軟件總體設(shè)計(jì)階段最常用的工具之一，用來描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖中的每個(gè)方框代表一個(gè)模塊，方框中的文字簡(jiǎn)要說明模塊的功能，方框間的連線表示模塊的調(diào)用關(guān)系。層次圖適合于在自頂而下設(shè)計(jì)軟件的過程中使用。4.3.4設(shè)計(jì)工具4.3軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5/15/2024415/15/202442HIPO圖：由兩部分組成，在H圖的基礎(chǔ)上增加IPO圖，并且對(duì)每個(gè)方框進(jìn)行編號(hào)，使其具有可跟蹤性。編號(hào)規(guī)則如下：最頂層方框不編號(hào)，第一層中各模塊的編號(hào)依次為1.0，2.0，3.0，……；如果模塊2.0還有下層模塊，那么下層模塊的編號(hào)依次為2.1，2.2，2.3，……；如果模塊2.2又有下層模塊，則下一層各模塊的編號(hào)根據(jù)上面的規(guī)律依次為2.2.1，2.2.2，2.2.3，……，依次類推。5/15/202443某土地定級(jí)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入1.0數(shù)據(jù)編輯2.0因子分析3.0因素復(fù)合4.0級(jí)別劃定5.0面積量算6.0專題制圖7.0成果輸出8.0空間內(nèi)插分析3.1地形坡度分析3.2平均高程分析3.3曲面分級(jí)3.4引力模型