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第四章系統總體設計,《GIS設計與實現》教程,教學提綱,第一節(jié)總體設計的目標與任務第二節(jié)系統總體設計工具第三節(jié)GIS軟件體系結構設計第四節(jié)軟、硬件環(huán)境配置方案設計第五節(jié)GIS功能模塊設計第六節(jié)GIS接口設計第七節(jié)GIS用戶界面設計第八節(jié)GIS系統總體設計報告,,第一節(jié)總體設計的目標與任務,第一節(jié)總體設計的目標與任務,GIS總體設計階段目標將系統需求轉換為數據結構和軟件體系結構數據設計把分析階段所建立的信息域模型變換成軟件實現中所需的數據結構。體系結構設計把系統的功能需求分配給軟件結構，形成軟件的模塊結構圖，并設計模塊之間的接口關系。,第一節(jié)總體設計的目標與任務,在總體設計階段，各模塊處于黑盒子狀態(tài)使用黑盒子的概念，設計人員可以站在較高的層次上進行思考，從而避免過早地陷入具體的條件邏輯、算法和過程步驟等實現細節(jié)，以便更好地確定模塊和模塊間的結構。,第一節(jié)總體設計的目標與任務,總體設計主要任務確定系統總體架構與軟、硬件配置根據系統分析成果進行系統功能模塊的劃分建立模塊的層次結構及調用關系確定模塊間的接口及人機界面設計數據庫總體結構,,第二節(jié)系統總體設計工具,第二節(jié)系統總體設計工具,一、結構化系統總體設計工具二、面向對象系統總體設計工具,第二節(jié)系統總體設計工具,一、結構化系統總體設計工具層次圖HIPO圖結構圖,一、結構化系統總體設計工具|層次圖,層次圖用來描繪軟件層次結構，適合于在自頂而下設計軟件的過程中使用。層次圖優(yōu)點可以將一組相關的圖素組織在一起，進行整體的插入刪除、移動和放縮等操作。由于圖中一個塊雖在圖中，但它的幾何及拓撲信息是相同的，因此只需保存一次，所以可以節(jié)約大量的內存。,一、結構化系統總體設計工具|層次圖,層次圖示例圖中所示為某土地定級信息系統的局部層次圖，圖中的每個方框代表一個模塊，方框間的連線表示模塊的調用關系。,層次圖示例,一、結構化系統總體設計工具|HIPO圖,HIPO圖“層次＋輸入／處理／輸出圖”的英文縮寫。由H圖（即層次圖）和IPO圖兩部分組成。H圖在層次圖的基礎上對每個方框進行編號，使其具有可跟蹤性。編號規(guī)則最頂層方框不編號，第一層中各模塊的編號依次為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根據上面的規(guī)律依次為2.2.1，2.2.2，2.2.3，……，依次類推。,一、結構化系統總體設計工具|HIPO圖,H圖示例,H圖舉例,一、結構化系統總體設計工具|HIPO圖,IPO圖和H圖中每個方框相對應，IPO圖描述這個方框所代表的模塊的信息處理過程。IPO圖使用簡潔的方框來方便地描述數據輸入、數據處理和數據輸出三部分之間的關系。HIPO圖中的每個IPO圖都應該明顯地標出它們所描繪的模塊在H圖中的編號，以便跟蹤了解這個模塊在軟件結構中的位置。,一、結構化系統總體設計工具|HIPO圖,IPO圖示例本圖中描述的是上一圖中的緩沖區(qū)分析模塊，對應的編號是3.6。,IPO圖示例,一、結構化系統總體設計工具|結構圖,結構圖每個方框代表一個模塊。框內注明模塊的名字或主要功能箭頭（或直線）表示模塊間的調用關系。,結構圖示例,一、結構化系統總體設計工具|結構圖,結構圖用帶注釋的箭頭表示模塊調用過程中來回傳遞的信息。利用注釋箭頭尾部的形狀來區(qū)分標明傳遞的信息。尾部是空心圓表示傳遞的是數據尾部是實心圓表示傳遞的是控制信息可以附加一些符號以表示模塊的選擇調用或循環(huán)調用關系。,一、結構化系統總體設計工具|結構圖,描述內容模塊的功能：通常是由模塊的名稱來標識的。模塊與模塊之間的接口。注意問題一個模塊可以被不同的模塊所調用。在同一層次中，模塊的調用次序不一定是自左向右。,一、結構化系統總體設計工具|結構圖,模塊調用次序雖然多數人習慣于按照調用次序從左到右描述模塊，但也可以出于其它考慮（例如為了減少交叉線），完全不按這種次序畫。模塊的調用次序在很多情況下可以根據模塊所傳遞的數據和控制來區(qū)分。調用下層模塊時序通常上層模塊中除了調用下層模塊的語句外還有其它語句，究竟是先執(zhí)行調用下層模塊的語句還是先執(zhí)行其它語句，在圖中并沒有表示。,二、面向對象系統總體設計工具,面向對象的設計方法采用類圖來組織和構造系統總體設計過程。類圖對系統中的各種概念進行建模，并描繪出之間的關系。顯示了系統的靜態(tài)結構。標識不同的實體是如何彼此相關聯的。包含系統定義的各種類。包含它們之間的關系，如關聯、依賴和聚合等。,二、面向對象系統總體設計工具,類圖內容由類、接口等模型元素以及它們之間的關系構成的。類圖目的在于描述系統的構成方式，而不是系統如何協作運行的。,第二節(jié)系統總體設計工具,二、面向對象系統總體設計工具類圖的基本概念類圖的組成,概念分析類代表問題域中的簡捷抽象，它映射到現實世界。方式分析類應該以清晰的、無歧義的方式映射到現實世界，如信息系統中的建設用地項目類或年度計劃指標類等。類型分析類總能符合3種基本構造型中的一種：邊界類、實體類和控制類，每一種構造型都有具體的語義。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的基本概念：分析類,二、面向對象系統總體設計工具|,邊界類用于建立系統與其參與者之間交互的模型。這種交互通常包括接收來自用戶和外部系統的信息與請求，以及將信息與請求提交到用戶和外部系統。邊界類示例登錄界面，它用于系統使用者進入系統主功能界面前調用。,邊界類示例,類圖的基本概念：邊界類,實體類用于對長效且持久的信息建模，主要是對諸如個體、實際對象或實際事件的某些現象或概念的信息及相關行為建模。實體類示例用戶，它自帶字符串類的屬性Name。,實體類示例,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的基本概念：實體類,控制類代表協調、排序、事務處理以及對其他對象的控制，經常用于封裝與某個具體用例有關的控制。控制類示例處理登錄，它主要用于接受登錄請求并完成檢驗，它有兩個方法都用于檢驗用戶、密碼是否合法。,控制類示例,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的基本概念：控制類,概念是對一組具有相同屬性、操作、關系和語義的事物的抽象。這些事物包括了現實世界中的物理實體、商業(yè)事務、邏輯事物、應用事件和行為事物等，甚至還包括純粹的概念性事物。根據系統抽象程度的不同，可以在模型中創(chuàng)建不同的類。作用是面向對象中的系統組織結構的核心。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,表述在UML中類被表述成為具有相同結構、行為和關系的一組對象的描述符號。所用的屬性與操作都被附在類中。內容類定義了一組具有狀態(tài)和行為的對象，其中屬性和關聯用來描述狀態(tài)。屬性通常使用沒有身份的數據值來表示，如數字和字符串。關聯則使用有身份的對象之間的關系來表示。行為由操作來描述，方法是操作的具體實現。對象的生命周期由附加給類的狀態(tài)機來描述。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,表示法類的表示法是一個矩形，這個矩形由3個部分構成類的名稱、類的屬性和類的操作類的名稱位于矩形的頂端類的屬性位于矩形的中間部位矩形的底部顯示類的操作,類的示例,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,類的名稱類的名稱是每個類的圖形中所必須擁有的元素，用于同其他類進行區(qū)分。類的名稱通常來自于系統的問題域，并且盡可能地明確表達要表達的事物，不會造成類的語義沖突。如圖代表的是一個名稱為“建設用地項目”的類。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,類的示例,類的屬性類的一個特性，也是類的一個組成部分，描述了在軟件系統中所代表的對象具備的靜態(tài)部分的公共特征抽象，這些特性是這些對象所共有的。在圖中，建設用地項目類擁有三個屬性：用地編號、項目名稱、建設單位。并且每個屬性可以設置屬性類型，例圖中的int、string。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,類的示例,類的操作操作是指類所能執(zhí)行的動作，也是類的一個重要組成部分，描述了在軟件系統中所代表的對象具備的動態(tài)部分的公共特征抽象。類的操作可以根據不同的可見性由其他任何對象請求以影響其行為。屬性是描述類的對象特性的值，而操作用于操縱屬性的值進行改變或執(zhí)行其他動作。操作有時被稱為函數或方法，在類的圖形表示中它們位于類的底部。一個類可以有0個或多個操作，且每個操作只能應用于該類的對象。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,類的操作在下圖中，建設用地項目類擁有三個屬性：用地編號、項目名稱、建設單位。建設用地項目類擁有三個操作：增加記錄、修改記錄、查詢，并且定義了參數與返回值。,類的示例,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類,概念是在沒有給出對象的實現和狀態(tài)的情況下對對象行為的描述。接口包含一系列操作，但是不包含屬性，并且它沒有對外界可見的關聯?？梢酝ㄟ^一個或多個類實現一個接口，并且在每個類中都可以實現接口中的操作。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：接口,表述接口是一種特殊的類，所有接口都是有構造型的類。一個類可以通過實現接口支持接口所指定的行為。在程序運行的時候，其他對象可以只依賴于此接口，而不需要知道該類對接口實現的其他任何信息。一個擁有良好接口的類具有清晰的邊界，并成為系統中職責均衡分布的一部分。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：接口,表示方法接口使用一個帶有名稱的小圓圈來進行表示，如圖所示的項目接口，并有一條實現關系的線與實現它的類（建設用地項目類）相連接。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：接口,接口的示例,類之間的關系依賴關系、泛化關系、關聯關系和實現關系。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,類之間關系的種類,依賴關系依賴表示的是兩個或多個模型元素之間語義上的連接關系。只將模型元素本身連接起來而不需要用一組實例來表達它的意思。表示了這樣一種情形：提供者的某些變化會要求或指示依賴關系中客戶的變化，即依賴關系將行為和實現與影響其他類的類聯系起來。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,依賴關系圖中顯示了年度計劃指標類、新增建設用地類之間的依賴關系。年度計劃指標類的添加記錄方法使用了新增建設用地類的對象作為參數，因此兩個類之間存在著依賴關系。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,依賴關系示例,泛化關系泛化關系用來描述類的一般和具體之間的關系。具體描述建立在類的一般描述的基礎之上，并對其進行了擴展，因此在具體描述中不僅包含一般描述中所擁有的所有特性、成員和關系，而且還包含了具體描述的補充信息。在泛化關系中，一般描述的類被稱為父類，具體描述的類被稱為子類。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,泛化關系圖中建設項目用地作為父類，城鎮(zhèn)分批次建設用地、單獨選址用地、農村村民建房用地作為子類，從子類指向父類的空心三角箭頭表示泛化關系。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,泛化關系示例,關聯關系關聯關系是一種結構關系，指出一個事物的對象與另一個事物的對象之間的語義上的連接。關聯描述了系統中對象或實例之間的離散連接，它將一個含有兩個或多個有序表的類在允許復制的情況下連接起來。一個類的關聯的任何一個連接點都稱為關聯端，與類有關的許多信息都附在它的端點上。關聯端有名稱、角色、可見性以及多重性特性。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,關聯關系圖中關系為用戶、角色、權限之間的關聯關系。表示一個用戶可以有1個到多個角色，同時一個角色可以不被用戶所有，也可以給多個用戶所有。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,關聯關系示例,實現關系實現關系將一種模型元素與另一種模型元素連接起來，從而說明和其實現之間的關系。在實現關系中，接口只是行為的說明而不是結構或者實現，而類中則要包含其具體的實現內容，可以通過一個或多個類實現一個接口，但是每個類必須分別實現接口中的操作。雖然實現關系意味著要有類似于接口這樣的說明元素，它也可以用一個具體的實現元素來暗示它的說明必須被支持，例如可以表示類的一個優(yōu)化形式和一個簡單形式之間的關系。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,實現關系關系為用地規(guī)劃審查類、圖斑空間分析類的實現關系。說明用地規(guī)劃審查類保證自已的行為（方法）能夠實現圖斑空間分析類的行為，也就是用地規(guī)劃審查類的方法（如規(guī)劃審查）實現了圖斑空間分析類的接口方法（如空間分析2）。,二、面向對象系統總體設計工具|,類圖的組成：類之間的關系,實現關系示例,,第三節(jié)GIS軟件體系結構設計,第三節(jié)GIS軟件體系結構設計,一、軟件體系結構的概念二、GIS軟件體系結構的類型,一、軟件體系結構的概念,概念指軟件的整體結構和這種結構的為系統提供概念上的完整方式。內容描述了軟件對需求的支持能力及方式。闡述了軟件系統是由哪些構件及構件的連接件組成的。說明了這些構件所用的數據的結構。,一、軟件體系結構的概念,作用從上面的定義中可以看出，軟件體系結構并非可運行軟件，它為開發(fā)者提供整體的視圖并保證得到正確的理解。兩個基本著眼點一是系統結構。二是需求與實現之間的交互。設計標準在進行軟件體系結構設計時需要考慮系統采取的體系結構風格，系統組成構件的結構、性質，以及所有體系結構構件之間的相互關系。,二、GIS軟件體系結構的類型單機結構客戶機/服務器體系結構瀏覽器/服務器體系結構面向地理信息服務的WebGIS,第三節(jié)GIS軟件體系結構設計,特點GIS軟件的所有的功能都在一臺計算機上實現。在主機結構下GIS軟件輸入輸出、數據和應用程序被集中在主機上，通常只有少量的GUI界面，對遠程數據庫的訪問比較困難。隨著計算機技術的發(fā)展，該結構逐漸在應用中被淘汰。,二、GIS軟件體系結構的類型|,單機結構,客戶機/服務器（Client/Server，簡稱C/S）體系結構的組成客戶應用程序（前臺程序）客戶程序運行在用戶自己的電腦上，對應于服務器電腦，可稱為客戶電腦。當需要對數據庫中的數據進行任何操作時，客戶程序就自動地尋找服務器程序，并向其發(fā)出請求，服務器程序根據預定的規(guī)則作出應答，送回結果。數據庫服務器程序（后臺程序）運行數據庫服務器程序的機器，稱為應用服務器，一旦服務器程序被啟動，就隨時等待響應客戶程序發(fā)來的請求。,二、GIS軟件體系結構的類型|,客戶機/服務器體系結構,特點在C/S體系下，數據庫真正變成了公共、專業(yè)化的倉庫，受到獨立的專門管理。而且能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可以在客戶端處理后再提交給服務器。對應的優(yōu)點就是客戶端響應速度快。在C/S架構中，地理數據被存儲在地理數據服務器上，而數據的瀏覽和編輯操作則在客戶機上實現。這種架構一般都涉及海量數據、地理計算、空間分析、專題制圖和數據轉換等因素，因此適合在環(huán)境穩(wěn)定的局域網中部署。目前，我們能見到的大部分專業(yè)應用型地理信息系統幾乎都采用這種模式。,二、GIS軟件體系結構的類型|,客戶機/服務器體系結構,瀏覽器/服務器（Browser/Server，簡稱B/S）體系結構組成GIS系統工作界面是通過WWW瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在GIS服務器端（Server）實現，形成三層結構。相對于C/S結構屬于“胖”客戶端，對于需要在使用者電腦上安裝相應的操作軟件來說，B/S結構是屬于一種“瘦”客戶端，大多數或主要的業(yè)務邏輯都存在在GIS服務器端。實際上，B/S體系結構是把二層C/S結構的事務處理邏輯模塊從客戶機的任務中分離出來，單獨組成一層（應用邏輯層）來負擔其任務，這樣就形成了三層結構（Three-Tiered）。,二、GIS軟件體系結構的類型|,瀏覽器/服務器體系結構,特點最新的WebGIS以面向服務為中心，將Web服務應用于GIS，將傳統的地理信息系統由獨立的C/S或B/S結構，實現到基于Web服務體系的GIS的跳躍。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節(jié)點，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據、制作專題圖，以及進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶。,二、GIS軟件體系結構的類型|,面向地理信息服務的WebGIS,面向服務的WebGIS的特點全球化的客戶/服務器應用全球范圍內任意一個WWW節(jié)點的Internet用戶都可以訪問WebGIS服務器提供的各種GIS服務，甚至還可以進行全球范圍內的GIS數據更新。真正大眾化的GISWebGIS可以使用通用瀏覽器進行瀏覽、查詢，降低了終端用戶的經濟和技術負擔，擴大了GIS的潛在用戶范圍。,二、GIS軟件體系結構的類型|,面向地理信息服務的WebGIS,面向服務的WebGIS的特點良好的可擴展性WebGIS很容易跟Web中的其他信息服務進行無縫集成，可以建立靈活多變的GIS應用。跨平臺特性基于Java的WebGIS可以做到"一次編程，到處運行"(writeonce,runanywhere)，把跨平臺的特點發(fā)揮得淋漓盡致。,二、GIS軟件體系結構的類型|,面向地理信息服務的WebGIS,,第四節(jié)軟、硬件環(huán)境配置方案設計,第四節(jié)軟、硬件環(huán)境配置方案設計,一、硬件環(huán)境二、軟件環(huán)境,第四節(jié)軟、硬件環(huán)境配置方案設計,一、硬件環(huán)境GIS硬件類型GIS硬件選擇的原則,一、硬件環(huán)境,概念支持GIS開發(fā)和運行的硬件平臺。作用GIS軟件得以運行的物質基礎，其合理與否將直接影響GIS的功能實現和效益發(fā)揮。選擇要求在選擇硬件平臺時，應根據業(yè)務部門對數據容量、速度等方面的要求，結合其自身業(yè)務情況和經濟承受能力，合理選擇不同檔次的硬件平臺，在保證實現各自功能的同時，盡量降低硬件投入。,一、硬件環(huán)境|GIS硬件類型,GIS硬件用于存儲、處理、傳輸和顯示空間數據。GIS硬件類型主機用于數據管理、存儲和處理的設備，如工作站、PC機等。外部設備用于圖形輸入、輸出的設備，如數字化儀、掃描儀、打印機等。網絡設備用于數據傳輸的設備，如集線器、交換機等。,一、硬件環(huán)境|GIS硬件選擇的原則,GIS硬件選擇的原則優(yōu)先選擇符合國際開放性系統兼容的產品，充分利用國際標準化成果。速度及容量方面能滿足系統及用戶的要求。設備具有足夠的擴充、升級靈活性，新增設備要保證與系統原有設備的連接和協同工作。有較好的圖形顯示和處理功能。,采用適用和實用技術好、性價比高、可維護性好、可靠、安全保密性能好的設備。設備后援支持有保證。軟件豐富，便于實用。有強大的聯網能力，適應用戶數的擴展、異種機和異種局域網的連接。,第四節(jié)軟、硬件環(huán)境配置方案設計,二、軟件環(huán)境GIS軟件類型GIS軟件選擇的原則,二、軟件環(huán)境,概念指支持GIS開發(fā)和運行的軟件平臺。作用GIS軟件環(huán)境的選擇對于GIS的開發(fā)、運行和維護有重要的意義。一個好的GIS軟件平臺不僅使GIS的開發(fā)維護簡單易行，而且能保證開發(fā)出的GIS系統運行高效可靠。,二、軟件環(huán)境|GIS軟件類型,GIS軟件指地理信息系統運行所必須的各種軟件。GIS軟件類型系統軟件指控制和協調計算機及外部設備，支持應用軟件開發(fā)和運行的系統。通常包括操作系統、匯編程序、編譯程序、診斷程序、庫程序以及各種維護使用手冊。數據庫軟件用于存儲、管理和維護數據的軟件。GIS專業(yè)軟件主要實現數據輸入和檢驗、數據存儲和管理、數據變換、數據輸出和表示、用戶接口等功能，主要有ArcGIS、MapGIS等。,二、軟件環(huán)境|GIS軟件選擇的原則,GIS軟件選擇的原則符合開放式系統的要求有必要和足夠的軟件工具平臺較高的功能和效率采用新技術的支持和擴充能力較好較高的可靠性及性價比等常規(guī)的選擇標準考慮因素軟硬件的可靠性、性價比、功能以及建設部門的經濟承受能力等也都是必須考慮的因素。,,第五節(jié)GIS功能模塊設計,第五節(jié)GIS功能模塊設計,一、硬件環(huán)境系統功能設計的原則二、模塊結構及表示三、GIS功能模塊劃分,一、系統功能設計的原則,系統功能設計的原則功能結構的合理性即系統功能模塊的劃分要以系統論的設計思想為指導，合理地進行集成和區(qū)分，功能特點清楚、邏輯清晰、設計合理。功能結構的完備性根據系統的應用目的要求，功能齊全，適合各應用目的和范圍。系統各功能的獨立性各功能模塊應相互獨立，各自具備一套完整的處理功能，且功能相對獨立，重復度最小。,一、系統功能設計的原則,系統功能設計的原則功能模塊的可靠性模塊的穩(wěn)定性好，操作可靠，數據處理方法科學、實用。功能模塊操作的簡便性各子功能模塊應操作方便，簡單明了，易于掌握。,第五節(jié)GIS功能模塊設計,二、模塊結構及表示模塊模塊結構,二、模塊結構及表示|模塊,模塊的概念是程序語句按邏輯關系建立起來的組合體。對于大的模塊，一般還可以繼續(xù)分解或劃分為功能獨立的較小模塊，我們不能再分解的模塊為原子模塊。完全因子分解的系統它的全部實際加工（即數據計算或處理）都由原子模塊來完成，而其他所有非子模塊僅僅執(zhí)行控制或協調功能。完全因子分解的系統被認為是最好的系統，但實際上，這只是我們力圖達到的目標，大多數系統做不到完全因子分解。,二、模塊結構及表示|模塊,模塊的類型輸入模塊輸入模塊的功能是取得數據或輸入數據，經過某些處理，再將其傳送給其他模塊。傳入模塊傳送的數據流叫做邏輯輸入數據流，數據可能來自系統外部，也可能來自系統的其他模塊。輸出模塊輸出模塊的功能是輸出數據，在輸出之前可能進行某些處理，數據可能被輸出到系統的外部，也可能會輸出到其他模塊進行進一步的處理，但最終的目標是輸出到系統的外部。傳出模塊傳送的數據流叫做邏輯輸出數據流。,二、模塊結構及表示|模塊,模塊的類型變換模塊也叫做加工模塊，它從上級調用模塊取得數據，進行特定的處理，轉換成其他形式，再將加工結果返回給調用模塊。變換模塊加工的數據流叫做變換數據流，大多數計算模塊（原子模塊）屬于這一類。協調模塊協調模塊本身一般不對數據進行加工，其主要功能是通過調用、協調和管理其他模塊來完成特定的功能，如結構化程序設計中的主程序。,二、模塊結構及表示|模塊結構,模塊結構的內容表明了程序各個部件（模塊）的組織情況。通常是樹狀結構或網狀結構。樹狀結構常常蘊含了在程序控制上的層析關系。是軟件的過程表示。未表明軟件的某些過程性特征，如軟件的動態(tài)特性在模塊結構中就未明確體現。,二、模塊結構及表示|模塊結構,模塊結構最普遍的形式：樹狀結構和網狀結構。,樹狀結構示例圖,網狀結構示例圖,二、模塊結構及表示|模塊結構,樹狀結構在樹狀結構中，位于最上層的根部是頂層模塊，它是程序的主模塊。與其聯系的有若干下屬模塊，各下屬模塊還可以進一步引出更下一層的下屬模塊。從示例圖所示的樹狀結構可以看出模塊的層次關系：模塊A是頂層模塊，如果算作第0層，則其下屬模塊B和C為第1層，模塊D、E和F為第2層，模塊G、H和I為第3層。,二、模塊結構及表示|模塊結構,樹狀結構的特點整個結構只有一個頂層模塊。上層模塊調用下層模塊。同一層模塊之間不互相調用。,二、模塊結構及表示|模塊結構,網狀結構在網狀結構的特點任意兩個模塊間都可以有調用關系。不存在上級模塊和下屬模塊的關系，也就分不出層次來。任何兩個模塊都是平等的，沒有從屬關系。如網狀示例圖所示，形式上模塊A處在較高的位置上，B、C和D是其下屬模塊。但在圖上又可看出，C是B的下屬模塊，而B又是C的下屬模塊，因此無法構成層次關系。,二、模塊結構及表示|模塊結構,兩種結構比較對于不加限制的網狀結構，由于模塊間相互關系的任意性，使得整個結構十分復雜，處理起來勢必引起許多麻煩。這與原來劃分模塊，為便于處理的意圖相矛盾，所以在軟件開發(fā)的實踐中，人們通常采用樹狀結構。,三、GIS功能模塊劃分,GIS功能模塊劃分思想根據分層數據流圖，對系統的模塊進行逐步細分。過程將該系統劃分為若干個相互獨立而又互有聯系的業(yè)務子系統。每個子系統按照其內部功能的相對獨立性又劃分為若干個模塊。每個模塊執(zhí)行一系列相互關聯的具體功能。,三、GIS功能模塊劃分,縣級土地利用規(guī)劃管理系統的八個子系統,,系統功能模塊劃分圖,,第六節(jié)GIS接口設計,第六節(jié)GIS接口設計,一、系統與標準數據的接口二、互操作接口三、空間數據與屬性數據的接口四、GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口,一、系統與標準數據的接口,接口的形式直接存取，所開發(fā)的軟件提供對該數據格式的支持。這種方法使用較為方便，也不存在數據損失，但是實現起來較為繁瑣。目前，常用的GIS數據格式種類很多，很難實現對所有格式的支持。通過導入/導出機制進行數據轉換，提供一種標準數據格式，用來與其它標準數據格式進行轉換。如MapInfo軟件的交換數據格式mif格式，可以導出成為dxf格式；同時，用dxf格式存儲的數據也可以用導入的方式轉換成為mif格式，從而實現MapInfo支持的數據格式與其它標準數據格式的交流。使用該方法與標準數據的交換，在數據格式變換過程中可能存在一定的數據損失。,第六節(jié)GIS接口設計,二、互操作接口異質環(huán)境下的GIS互操作設計GIS子系統之間以及子系統各模塊之間的接口設計,二、互操作接口,互操作接口設計指設計GIS之間、GIS內各子系統之間和子系統內各個模塊之間的接口，使它們能夠較好地進行通訊和實現功能共享。,二、互操作接口,異質環(huán)境下的GIS互操作設計對于異質環(huán)境下的GIS互操作，要考慮到因網絡、操作系統、GIS軟件平臺等的不同而帶來的接口設計問題。異質環(huán)境下的GIS接口設計，主要采用中間件來實現，如Microsoft的COM/DCOM或OMG的CORBA等。中間件處于應用軟件和系統軟件之間，是客戶與服務器之間的連接件，它能屏蔽硬件、網絡環(huán)境、操作系統和異構數據庫等的差別。一個好的中間件支持各種通信協議和各種通信服務模式，傳輸各種數據內容，支持數據格式轉換和流量控制等。中間件的種類有終端仿真/屏幕轉換、數據訪問中間件、遠程過程調用中間件、消息中間件、交易中間件和對象中間件等。,二、互操作接口,異質環(huán)境下的GIS互操作設計除了采用中間件來解決現有異質環(huán)境下的GIS互操作問題外，DDE（動態(tài)數據交換）、OLE（對象鏈接與嵌入）、API（應用程序編程接口）也能實現不同GIS之間的集成。尤其是DLL（動態(tài)鏈接庫），它就是API中的一種，它給在Windows環(huán)境下系統之間和系統內子系統之間的相互調用提供了很大的方便性。,二、互操作接口,GIS子系統之間以及子系統各模塊之間的接口設計：內容命名約定命名約定用來解決不同語言在命名方面的差別所帶來的問題。各種語言對用來標識程序對象的標識符（或稱名字）都有自己的規(guī)定，因而在混合編程時必須有一套轉換規(guī)則。程序員只有遵守它，相應的語言編譯程序才能實現它。調用約定調用約定主要解決子程序的參數傳遞順序問題。子程序的調用者和被調用者之間并非直接傳遞參數，一般是通過堆棧進行的。調用約定規(guī)定子程序調用者以什么順序將子程序的實參推入堆棧，被調用者以什么順序從堆棧中取走實參。參數傳遞約定參數傳遞約定確定參數是按值傳遞還是按引用傳遞。,二、互操作接口,GIS子系統之間以及子系統各模塊之間的接口設計：形式消息傳遞前一個調用向一個給定的目標發(fā)送一條消息，后一個調用從一個給定的源（或者是任意源，如果接收者不介意的話）接收一條消息。如果沒有消息可用，則接收者可能被阻塞，直到一條消息到達，或者，帶著一個錯誤碼立即返回。直接引用指一個模塊直接存取另一個模塊的某些信息，例如全程變量、共享的通信區(qū)等。用過程語句調用指通過模塊的名字調用整個模塊，一個模塊只有一個入口，所有數據來往都以參數形式出現。采用何種內部接口形式需要根據實際需要進行選擇。,三、空間數據與屬性數據的接口,空間數據與屬性數據的結合形式綁定式綁定式的空間數據與屬性數據結合方式，無接口問題，空間數據與屬性數據都由GIS軟件來管理。分離式分離式的空間數據與屬性數據的接口設計可以通過唯一的ID碼聯系在一起，然后通過GIS軟件提供的專用接口與標準商用數據庫連接或使用ODBC等技術來實現兩者的互訪。,三、空間數據與屬性數據的接口,空間數據與屬性數據結合的兩種形式比較,四、GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口,組成部分CAD、OA、RDBMS是政府部門GIS工程方案中系統開發(fā)環(huán)境的組成部分。CAD是指某些部門用AutoCAD建立起來的數據。OA是指辦公自動化，主要是通過網絡分發(fā)數據、文檔、圖形等。RDBMS是指用關系型數據庫管理的數據。內容將這三者和GIS集成起來，設計良好的接口，組建高效的圖文信息系統，是GIS工程方案的核心內容之一。,四、GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口,作用設計良好的GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口，實現GIS與系統開發(fā)環(huán)境的高效集成，這也是開放式GIS和組件式GIS的發(fā)展趨勢。交互方式GIS軟件可通過直接讀取或導入/導出機制的方式實現與CAD（dxf格式）數據的交互。GIS與OA的接口則一般采用對象連接與嵌入技術（OLE）來實現。,四、GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口,示例圖,GIS與系統開發(fā)環(huán)境的接口的示例圖,,第七節(jié)GIS用戶界面設計,第七節(jié)GIS用戶界面設計,一、以用戶為中心的人機界面二、GIS用戶界面設計與開發(fā),第七節(jié)GIS用戶界面設計,一、以用戶為中心的人機界面GIS的用戶分析人機交互方式GIS用戶界面的設計原則,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶分析,GIS用戶界面概念是GIS用戶與GIS系統之間傳遞、交換信息的媒介，是用戶使用系統的綜合操作環(huán)境和與系統交互的唯一通道。作用對GIS用戶而言，用戶界面就是系統。用戶通過與計算機的交互來實現他們所需要的GIS功能。界面的設計也決定了用戶如何開展工作。用戶界面應致力于隱藏系統內部的細節(jié)，而使用戶更加專心處理自己的任務。,GIS的用戶分析GIS已經從學術研究逐步走進了政府、企業(yè)及大眾，開始在城市規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護、商業(yè)選址分析、在線旅游等眾多應用領域發(fā)揮愈來愈重要的作用。用戶的多樣化和他們的知識背景、計算機應用水平都使GIS的設計具有面向大眾的多層次目標，GIS的發(fā)展從實驗技術驅動向市場應用驅動轉變已是大勢所趨。從人機界面學的角度來看，必須了解各種用戶的習性、技能、知識和經驗，并預測他們對人機界面的不同需求和反應，為用戶界面系統的分析設計提供科學依據。,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶分析,分類,GIS用戶分類示意圖,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶分析,概念人機交互是通過計算機語言來表示用戶任務，并能被計算機有效識別和執(zhí)行的人機交流手段。,人機交互的五種基本方式,一、以用戶為中心的人機界面|人機交互方式,GIS用戶界面設計的基本原則一致性原則追求設計者模型、系統映象和用戶概念模型的一致性。系統映象反映設計者的意圖越好，設計者模型就會越接近于用戶形成的概念世界。即界面的概念表達方式應盡可能接近用戶的想法?？刂茟梅绞降囊恢滦浴Ｔ陬愃频那闆r下，必須有一致的操作序列，并盡可能采用國家及行業(yè)標準和用戶習慣的方式。合適的功能功能欠缺的系統會使用戶喪失興趣；而過多繁瑣的功能則會大量增加系統的復雜性。,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,GIS用戶界面設計的基本原則封裝性界面要盡量掩藏復雜的內部實現細節(jié)，使用戶可以集中精力解決專業(yè)應用問題。GIS用戶主觀上把客觀世界理解成許多數據層，即用戶視圖。而在計算機內部，GIS設計者將數據抽象為不同數據類型，這一抽象是基于軟件設計者的數據模型視圖的，應采用一定的封裝方法將其與用戶的數據視圖聯系起來。靈活性界面應該靈活地安排各種對話方式，充分滿足用戶的各種選擇。,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,GIS用戶界面設計的基本原則合理、高效利用屏幕要充分考慮海量數據與有限屏幕顯示的矛盾，從可讀性的角度合理安排屏幕上的多個窗口及信息載負。首先，窗口顯示內容應協調一致；其次，功能菜單應建立層次級聯系，主次菜單應有區(qū)別；再次，研究空間信息可視化問題，以使用戶可以方便地操縱空間數據；另外，還要考慮屏幕色彩的合理搭配、屏幕刷新等問題。用戶界面的效率顯示、查詢和空間分析是GIS的基本功能，對海量空間數據進行上述操作，其耗費的計算機資源是巨大的，應妥善解決好這些問題，提高界面的響應速度。,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,GIS用戶界面設計的基本原則提供反饋、幫助信息以及出錯處理機制當系統執(zhí)行長時間任務時，界面上應顯示有意義的反饋信息，如顯示任務進度的進度條等；為更好地幫助用戶完成任務，系統應提供提示幫助或聯機幫助文檔；當用戶操作失敗時，系統應及時指出錯誤所在并提出改進意見。與應用程序設計分離為了提高軟件開發(fā)的效率，通常采用用戶界面與應用程序設計相分離的思路進行軟件的開發(fā)，首先建立用戶界面，構建好軟件的功能框架，然后在此基礎上進行應用程序開發(fā)，添加相關的應用程序來實現界面中提供的功能。,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,用戶友好界面設計的一般經驗準則,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,用戶友好界面設計經驗準則列表,用戶友好界面設計的一般經驗準則,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,用戶友好界面設計經驗準則列表（續(xù)上表）,用戶友好界面設計的一般經驗準則,一、以用戶為中心的人機界面|GIS用戶界面的設計原則,用戶友好界面設計經驗準則列表（續(xù)上表）,需求為了使人機界面開發(fā)形成快速、高效的生產能力，將人機界面設計者從繁瑣枯燥、低水平重復的勞動中解脫出來，人們愈來愈重視人機界面開發(fā)工具（UIMS）的研制。UIMS的基本出發(fā)點用戶界面與應用功能模塊的分離，即用戶界面開發(fā)的獨立，用戶界面獨立的概念正在使用戶界面開發(fā)的理論與技術成為計算機科學中一個新的研究領域——“人機界面軟件工程學”。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā),GIS用戶界面的開發(fā)方法原型化開發(fā)模型體現了人機界面設計過程的反復性，即由人-機界面需求快速設計建立界面原型。然后由用戶進行評價，再根據他們的意見進行需求調整，建立新的原型。此過程反復進行，直至產生用戶滿意的界面產品為止。GIS用戶界面設計的主要部分輸入設計輸出設計,二、GIS用戶界面設計與開發(fā),第七節(jié)GIS用戶界面設計,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)GIS輸入設計GIS輸出設計,概念將空間數據編碼轉換為計算機可讀形式并把數據寫入空間數據庫的過程。數據類型空間數據和屬性數據空間數據描述了地理實體的空間位置。屬性數據提供如街道名稱、湖泊面積和林地植被組成等描述信息。空間數據和屬性數據輸入GIS后應正確地聯結起來。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸入設計,具體形式輸入方式設計主要是根據總體設計和數據庫設計的要求來確定數據輸入的具體形式。輸入方式鍵盤/鼠標輸入，模/數、數/模輸入，網絡數據傳送，光/磁盤讀入等。其中，鍵盤輸入雖然是最易于掌握和實現的輸入方式，也是最常用的輸入方式，但也是最繁瑣的輸入方式。通常在設計系統的輸入時，應盡量利用已有的設備和資源，避免大量數據重復多次從鍵盤輸入。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸入設計,不同的輸入方式的比較,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸入設計,概念空間數據經GIS處理和分析后，所得結果以各種形式（如各種地圖、圖表、數據報表、文本等）輸出給用戶，供生產、研究、管理、決策等使用。GIS的地圖輸出，是GIS輸出設計的重點。一個好的GIS應能提供一種良好的、交互式的環(huán)境供GIS使用者設計、制作和輸出所需的地圖。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸出設計,產品輸出有多種形式和介質,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸出設計,GIS產品輸出形式和輸出介質圖,地圖輸出要求地圖內容的可靠性地圖內容的可靠性是產品質量的重要保證，它包括輸入數據的正確性，所采用分析方法的合理性，以及分析結果的適用性。表示方法的適用性包括空間信息轉化為地圖符號的合理性，空間內容的科學分類和分級，符號配置的定位精度，同時，還要具備圖名、圖例和比例尺，使產品符合一定的質量規(guī)格等。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸出設計,產品輸出設計考慮因素產品輸出時應多考慮制圖輸出自動化的功能GIS為保證其產品的輸出，需設計輸出軟件，這些軟件包括數據輸出的放大和開窗，各種線條、顏色和符號的變換輸出，地圖圖面的配置選擇，繪圖儀輸出，屏幕顯示輸出，以及輸出數據向磁性介質的轉儲命令等。,二、GIS用戶界面設計與開發(fā)|GIS輸出設計,第八節(jié)GIS系統總體設計報告,內容類似于計算機軟件工程中的“系統總體設計報告”。它是下一步系統實施的依據。GIS總體設計報告應該包括空間數據庫的總體設計。,第八節(jié)GIS系統總體設計報告,第八節(jié)GIS系統總體設計報告,GIS系統總體設計報告的主要內容,第八節(jié)GIS系統總體設計報告,GIS系統總體設計報告的主要內容（續(xù)上表）,問題討論,問題：如何應用系統定義成果，有效地開展系統總體設計？功能、性能、環(huán)境、數據需求如何體現在系統總體設計中？系統定義成果如何應用在系統總體設計中結構化系統分析設計：數據流圖=>層次圖、HIPO圖、結構圖面向對象系統分析設計：用例圖等=>類圖,問題討論,問題：系統總體設計中的“功能模塊設計”與系統定義中的“系統功能分析”有何差異和聯系？,