1、第十章 城市地理信息系統(tǒng)軟件工程,第一節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)軟件工程概述 第二節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)規(guī)劃 第三節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)分析 第四節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)設計 第五節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)實施,第一節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)工程概論,1、地理信息系統(tǒng)工程特色 2、城市地理信息系統(tǒng)工程特色,1、地理信息系統(tǒng)工程特色,（1）系統(tǒng)復雜度大 交付的文檔的質量和數(shù)量； 軟件的微觀復雜度； 軟件的宏觀復雜性。 （2）數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中具有特別的地位 數(shù)據(jù)的質量； 數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性； 合理的數(shù)據(jù)組織結構。 （3）系統(tǒng)表達方式復雜 表達的內容復雜； 表達的對象具有時空性。,2、城市地理信息系統(tǒng)工程特色,（1）系統(tǒng)對象復雜 （2

2、）數(shù)據(jù)標準具有地方特色 （3）系統(tǒng)更新速度快 （4）系統(tǒng)維護工作量大 （5）易操作性要求高,第二節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)規(guī)劃,一、城市地理信息系統(tǒng)規(guī)劃概論 二、可行性分析 三、制定開發(fā)計劃,一、城市地理信息系統(tǒng)規(guī)劃概論,1、UGIS規(guī)劃任務 2、UGIS規(guī)劃原則,1、UGIS規(guī)劃任務,（1）制定UGIS的發(fā)展戰(zhàn)略 調查用戶的職能和戰(zhàn)略目標；評價現(xiàn)行信息系統(tǒng)的功能、環(huán)境和應用狀況；分析所開發(fā)的UGIS的客觀環(huán)境，包括數(shù)據(jù)狀況、系統(tǒng)與現(xiàn)行系統(tǒng)之間的關系；客觀評價能夠達到用戶期望程度和系統(tǒng)發(fā)展趨勢。 （2）可行性分析 （3）制定信息系統(tǒng)的總體方案，安排項目開發(fā)計劃,2、UGIS規(guī)劃原則,（1）系統(tǒng)目標客

3、觀可行 （2）兼顧各個層次用戶的需求 （3）系統(tǒng)模型與用戶特性良好互動 （4）內容不宜過細 （5）規(guī)范的規(guī)劃流程和方法 （6）便于實施,二、可行性分析,1、技術可行性 2、經濟可行性 3、社會可行性 4、抉擇,1、技術可行性,技術條件包括：硬件、 軟件、 數(shù)據(jù)、 技術人員,做得了嗎？做得好嗎？做得快嗎？,對待開發(fā)的UGIS進行功能、性能和限制條件的分析，確定在現(xiàn)有的資源的條件下，技術風險有多大，系統(tǒng)能否實現(xiàn)。,2、經濟可行性,經濟可行性是指對UGIS進行開發(fā)成本的估算及可能取得效益的評估，確定待開發(fā)系統(tǒng)是否值得投資開發(fā)。 經濟可行性分析是避免投資浪費、提高信息化科學決策、確定合理的系統(tǒng)目標的重

4、要手段，通過估計項目的成本和效益，分析項目經濟上的是否合理。,成本估計：籌辦費用、開辦費用、與項目開發(fā)有關的費用、運行維護費用等。 系統(tǒng)效益：經濟效益、社會效益、生態(tài)效益； 有形的效益和無形的效益。 經濟效益：使用新系統(tǒng)而增加的收入+使用新系統(tǒng)可以節(jié)省的運行費用-系統(tǒng)投資。,3、社會可行性,社會可行性是指UGIS能否在使用單位實現(xiàn)，在當前客觀環(huán)境下能否很好地運行，即用戶組織內外是否具備接受和使用新系統(tǒng)的條件。,4、抉擇,對系統(tǒng)開發(fā)的不同方案進行比較評估，在成本和時間的限制下，對于一個合理的方案加以考慮，獲得一個最切實際的方案。,三、制定開發(fā)計劃,1、制定開發(fā)計劃的原則 2、制定開發(fā)計劃的方法

5、3、推算各階段時間的方法 4、開發(fā)計劃的表達方式,1、制定開發(fā)計劃的原則,（1）總結系統(tǒng)開發(fā)各階段工作的經驗 （2）開發(fā)計劃應該具有足夠的靈活性 （3）建立各階段的評審制度,2、制定開發(fā)計劃的方法,制定開發(fā)計劃受制于用戶、開發(fā)公司和項目因素。,如下步驟開展制定工作： （1）根據(jù)系統(tǒng)工程和UGIS的構成特性，對系統(tǒng)進行分解，分為具有一定獨立性的工作任務。 （2）對任務進行分類，確定任務的性質。 任務分類：承前啟后性任務、獨立性任務、依附性任務。 （3）確定各個任務需要投入的資源 （4）組合任務，形成項目計劃。,3、推算各階段時間的方法,經驗法里主要考慮以下因素： （1）各個階段工作量比例 （2）

6、確定各個階段的人員數(shù)量 （3）確定軟硬件、設備等資源能夠獲得的時間 （4）對資源合理配置后，取時間最長者為階段時間,4、開發(fā)計劃的表達方式,開發(fā)計劃往往是通過甘特圖進行表示。 兩種方式： 采用公歷法表示 采用時間期間進行表示,資源列表,第三節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)分析,一、系統(tǒng)分析概論 二、系統(tǒng)分析的過程 三、系統(tǒng)需求分析的方法 四、需求調查的組織實施,一、 系統(tǒng)分析概論,1.系統(tǒng)分析是應用系統(tǒng)論思想和方法，確定系統(tǒng)的開發(fā)對象，把復雜的對象分解成簡單的組成部分，找出這些部分的基本屬性和彼此間的關系。,2.基本任務：系統(tǒng)分析員與用戶在一起，充分了解用戶的要求，并把對方的理解用軟件需求規(guī)則說明書表達出

7、來。 核心：用戶需求分析。解決系統(tǒng) Do What？,3、系統(tǒng)分析的要求,（1）系統(tǒng)分析人員既要具備良好的UGIS開發(fā)知識，也要了解用戶專業(yè)知識。 （2）用戶與系統(tǒng)分析員具有良好溝通能力和合作精神。 （3）確定總體規(guī)劃、分階段進行的思路。,二、系統(tǒng)分析的過程,1、問題識別 2、分析綜合 3、編制需求分析的文檔 4、需求分析評審,1、問題識別,研究可行性分析報告和項目開發(fā)計劃。 從系統(tǒng)的角度來理解軟件并評審用于產生計劃估算的軟件范圍是否恰當。 確定對目標系統(tǒng)的綜合要求，即軟件的需求。 提出滿足這些需求實現(xiàn)條件，以及需求應達到的標準。,這些需求包括：功能需求、性能需求、數(shù)據(jù)需求、環(huán)境需求、可靠性需

8、求、安全保密要求、用戶界面要求、資源使用需求、軟件成本消耗與開發(fā)進度需求、預先估計以后系統(tǒng)可能達到的目標。,2、分析綜合,分析員從數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)結構出發(fā)，逐步細化所有的系統(tǒng)功能，找出系統(tǒng)各元素之間的聯(lián)系、接口特性和設計上的限制，分析它們是否滿足功能要求，是否合理。 依據(jù)功能要求、性能要求、運行環(huán)境要求，剔除其不合理部分，增加其需要部分。 最后綜合成系統(tǒng)的解決方案，給出目標系統(tǒng)的詳細邏輯模型。 分析和綜合反復進行。,3、編制需求分析的文檔,軟件需求規(guī)格說明書 數(shù)據(jù)要求說明書 初步的用戶手冊,4、需求分析評審,系統(tǒng)定義的目標是否與用戶的要求一致； 系統(tǒng)需求分析階段提供的文檔資料是否齊全； 文檔中所有

9、描述是否完整、清晰、準確反映用戶要求； 與所有其他系統(tǒng)成分的重要接口是否都已經描述； 所開發(fā)項目的數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)結構是否足夠與確定； 所有圖表是否清楚，在不補充說明時能否理解；,對功能的正確性、完整性和清晰性，以及其它需求給予評價。 評審的主要內容：,主要功能是否已包括在規(guī)定的軟件范圍之內，是否都已充分說明； 設計的約束條件或限制條件是否符合實際； 開發(fā)的技術風險是什么； 是否考慮過將來可能會提出的軟件需求； 是否詳細規(guī)定了檢驗標準，它們能否對系統(tǒng)定義成功進行確認； 有沒有遺漏、重復或不一致的地方； 用戶是否審查了初步的用戶手冊； 軟件開發(fā)計劃中的估算是否受到了影響等。,三、系統(tǒng)需求分析的方法,

10、1. 系統(tǒng)分析方法概論 2. 數(shù)據(jù)流程圖 3. 數(shù)據(jù)字典,1、系統(tǒng)分析方法概論,系統(tǒng)需求分析方法由對軟件的數(shù)據(jù)域和功能域的系統(tǒng)分析過程及其表示方法組成。,在UGIS中，常用的分析方法： （1）面向數(shù)據(jù)流的結構化分析方法 按照系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)傳遞、變換的關系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能要求的所有可實現(xiàn)的軟件為止。 （2）面向對象的分析方法,2、數(shù)據(jù)流程圖,（1）數(shù)據(jù)流程圖的主要圖形元素 （2）數(shù)據(jù)流與加工之間的關系表示方法 （3）分層的數(shù)據(jù)流圖 （4）數(shù)據(jù)流圖的畫法 （5）進行檢查和修改的原則 （6）數(shù)據(jù)流程圖實例,指從數(shù)據(jù)傳遞和加工的角度，以圖形的方式刻畫數(shù)據(jù)流從輸入到輸出的移動變換過程。

11、,3、數(shù)據(jù)字典,系統(tǒng)分析中所使用的數(shù)據(jù)字典，主要用來描述數(shù)據(jù)流程圖中的數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、處理過程和外部實體。,屬性數(shù)據(jù)字典條目 空間數(shù)據(jù)字典條目,屬性數(shù)據(jù)字典項目,數(shù)據(jù)元素 數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 外部實體,名稱 層名 層元素性質 拓撲關系 屬性表 關聯(lián)屬性項關聯(lián)字段 文件位置 操作限制 元數(shù)據(jù)文件或表名 備注,空間數(shù)據(jù)字典項目,四、需求調查的組織實施,1.對用戶行業(yè)的調查 2.對用戶領導與業(yè)務人員的調查 3.對用戶信息技術人員的調查,第四節(jié)、 城市地理信息系統(tǒng)設計,一、系統(tǒng)設計的目標和任務 二、系統(tǒng)設計的方法 三、數(shù)據(jù)庫設計 四、過程設計 五、界面設計,一、系統(tǒng)設計的目標和任務

12、,在系統(tǒng)設計階段，根據(jù)數(shù)據(jù)域需求和功能域及性能需求，采用某種設計方法進行數(shù)據(jù)設計、系統(tǒng)結構設計、界面設計和過程設計。 數(shù)據(jù)設計側重于數(shù)據(jù)結構的定義；系統(tǒng)結構設計定義軟件系統(tǒng)各主要成分之間的關系；界面設計側重于與用戶交互的界面的設計；過程設計則是把結構成分轉換成軟件的過程性描述。,1）制定規(guī)范 2）軟件系統(tǒng)結構的總體設計 3）處理方式設計 4）數(shù)據(jù)結構設計 5）可靠性設計 6）編寫概要設計階段的文檔 7）概要設計評審,一、系統(tǒng)設計的目標和任務,1.概要設計,1）制定規(guī)范,閱讀和理解軟件需求說明書，在給定預算范圍內和技術現(xiàn)狀下，確認用戶的要求能否實現(xiàn)。若能實現(xiàn)，則明確實現(xiàn)的條件，確定設計的目標，以

13、及它們的優(yōu)先順序。 根據(jù)目標確定最合適的設計方法。 確定設計文檔的編制標準。 通過代碼設計確定代碼設計，與硬件、操作系統(tǒng)的接口規(guī)則，命名規(guī)則等。,2）軟件系統(tǒng)結構的總體設計,采用某種設計方法，將一個復雜的系統(tǒng)按功能劃分成模塊的層次結構 確定每個模塊的功能，建立與已確定的軟件需求的對應關系 確定模塊間的調用關系 確定模塊間的接口，即模塊間傳遞的信息。設計接口的信息結構 評價模塊劃分的質量及導出模塊結構的規(guī)則,3）處理方式設計,確定為實現(xiàn)軟件系統(tǒng)的功能需求所必需的算法，評價算法性能 確定為滿足軟件系統(tǒng)的性能需求所必需的算法和模塊間的控制方式（性能設計）。 性能指標：周轉時間、響應時間、吞吐量、精度

14、 確定外部信號的接收發(fā)送形式,4）數(shù)據(jù)結構設計,確定軟件涉及的文件系統(tǒng)的結構以及數(shù)據(jù)庫的模式、子模式，進行數(shù)據(jù)完整性和安全性的設計。,5）可靠性設計,程序和文檔中的錯誤少。,2.詳細設計,1）確定軟件各個組成部分內的算法以及各部分的內部數(shù)據(jù)結構； 2）確定各個組成部分的邏輯過程； 3）針對各個功能，根據(jù)界面設計風格，設計各類界面的樣式； 4）進行詳細設計的評審。,一、系統(tǒng)設計的目標和任務,二、 系統(tǒng)設計的方法,面向對象設計方法 結構化設計方法 是基于模塊化、結構化程序設計等程序設計技術基礎上發(fā)展起來的，它的目標是獲得系統(tǒng)結構圖。,系統(tǒng)結構圖的基本組成 傳入模塊：下屬模塊該模塊上級模塊 傳出模塊

15、：上級模塊該模塊下屬模塊 交換模式：取得數(shù)據(jù)，經過處理，再傳送上級模塊 協(xié)調模塊：對下屬模塊進行協(xié)調管理 系統(tǒng)結構圖分類： 變換型系統(tǒng)結構圖:線性結構。輸入、中心變換、輸出組成。 事務型系統(tǒng)結構圖：將輸入分析成一串平行數(shù)據(jù)流。,1.系統(tǒng)結構圖,二、系統(tǒng)設計的方法,2. 數(shù)據(jù)流圖變換為系統(tǒng)結構圖的方法,1）變換分析設計方法 重畫數(shù)據(jù)流圖；確定系統(tǒng)的邏輯輸入、邏輯輸出、中心變換部分；一級分解；二級分級。 2）事務分析 識別事務源、確定適當?shù)氖聞招徒Y構、識別各種事務和它們定義的操作。 3）系統(tǒng)結構圖完善,二、系統(tǒng)設計的方法,三、數(shù)據(jù)庫設計,1.數(shù)據(jù)庫概念化設計,數(shù)據(jù)庫概念化設計是從抽象和宏觀的角度來

16、設計數(shù)據(jù)庫，既定義UGIS數(shù)據(jù)全局性的規(guī)范，保證數(shù)據(jù)庫內容完整、組織合理和便于應用。 一般應包含數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組成、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)內部組織等核心內容，并在此基礎上形成數(shù)據(jù)庫概要設計報告。,1）概念化設計工作內容 數(shù)據(jù)庫的宏觀地理定義：比例尺、地圖投影、坐標系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫的地理特征定義：層次關系、各層幾何表達形式和拓撲關系 屬性數(shù)據(jù)表格及其關系設計 數(shù)據(jù)庫概要設計報告 數(shù)據(jù)庫概念化設計的評定,1. 數(shù)據(jù)庫概念化設計,2）數(shù)據(jù)模型,網狀、層次、關系、對象模型 UGIS數(shù)據(jù)模型模式： 文件結構性模型 混合結構數(shù)據(jù)模型 無縫數(shù)據(jù)庫管理模型,1.數(shù)據(jù)庫概念化設計,3）數(shù)據(jù)的分層管理,1. 數(shù)據(jù)庫概念化設計

17、,2.數(shù)據(jù)庫詳細設計,1）數(shù)據(jù)源設計 2）修訂數(shù)據(jù)標準與數(shù)據(jù)字典 3）數(shù)據(jù)質量控制方案 4）數(shù)據(jù)存儲、讀取、查詢和管理結構的設計 用戶安全設計、數(shù)據(jù)更新的質量控制、合理數(shù)據(jù)分級體系的設定、數(shù)據(jù)恢復能力、數(shù)據(jù)庫網絡模型。,三、數(shù)據(jù)庫設計,四、過程設計,表達過程規(guī)格說明的工具： 圖形工具 表格工具 語言工具,也叫做詳細設計或者程序設計。 過程設計階段，要決定各個模塊的實現(xiàn)算法， 并精確地表達這些算法。,應采用自然語言來表達,五、界面設計,界面設計 規(guī)范用戶與計算機進行信息交換的形式，主要包括系統(tǒng)輸入、輸出、處理過程中各類信息在計算機屏幕等輸出設備上的表現(xiàn)形式和布局，也包括鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀等輸入

18、設備的布局和操作方式。,1. 用戶界面的特性,1）可用性 使用的簡單性、術語的表準化和一致性、HELP幫助、快速的系統(tǒng)響應和低的系統(tǒng)成本、具有容錯能力。 2）靈活性 3）復雜性和可靠性,五、界面設計,2. 用戶界面任務和工作設計,1）任務分配 任務分配給：計算機、用戶或二者。 2）工作方式和工作設計 工作方式兩種：單獨完成、任務進展跟蹤。 工作方式應在任務復雜性與人的專注程度之間權衡。 工作設計的目的是使任務需求與操作員的能力相匹配。,五、界面設計,3. 界面設計的步驟,1）確定整個UGIS的界面風格 2）確定系統(tǒng)界面的主框架 3）確定各類界面的界面特征 4）設計各個功能的主要界面,五、界面設

19、計,4.界面的類型,1）字符界面 特例向導 2）圖形用戶界面 保證GUI的規(guī)范性、一致性、合理的反饋設計、完善的基于鍵盤的界面系統(tǒng)、界面布局安排合理。,五、界面設計,操作向導式的交互界面,菜單及工具欄,對話框及其它元素,5.輸入界面設計,以數(shù)據(jù)輸入對話設計為例： 確認輸入、交互動作、明確取消、確認刪除、提供反饋、允許編輯、提供復原、自動格式化、提示輸入的范圍。,五、界面設計,6.輸出界面,1）選擇顯示內容應當考慮的規(guī)則 2）安排顯示結構的規(guī)則 3）屏幕布局時考慮的規(guī)則,五、界面設計,第五節(jié) 城市地理信息系統(tǒng)實施,一、系統(tǒng)實施準備 二、程序編碼 三、軟件測試,一、系統(tǒng)實施準備,1. 硬件準備 2. 軟件準備 3. 開發(fā)人員準備 4. 數(shù)據(jù)準備,二、程序編