地理信息系统设计与开发

地理信息系统设计与开发五GIS详细设计系统总体设计阶段已经确定了软件的模块结构和接口描述，划分出不同的GIS目标子系统，即各个功能模块，并编写了总体设计文档，但此时每个模块仍处于黑盒子级，需要进行更进一步的设计。详细设计阶段的根本目标是确定怎样具体地实现所定义的系统，也就是为各个在总体设计阶段处于黑盒子级的模块设计具体的实现方案。详细设计的任务教学提纲1详细设计的内容2详细设计的表达工具3数据结构和数据库详细设计4详细设计规格说明书1详细设计的内容系统详细设计的主要内容是在具体进行程序编码之前，根据总体设计提供的文档，细化总体设计中已划分出的每个功能模块，为之选一具体的算法，并清晰、准确的描述出来，从而在具体编码阶段可以把这些描述直接翻译成用某种程序设计语言书写的程序。其设计成果可用程序流程图描述，还可用形式化软件设计语言描述。详细设计的结果基本上决定了最终程序代码的质量。空间数据库系统是GIS软件设计的核心内容，进行空间数据库系统设计的主要任务是确定空间数据库的数据模型以及数据结构，并提出空间数据库相关功能的实现方案；空间数据库系统实现的主要任务是将设计的空间数据库系统的结构体系进行编码实现，并将收集来的空间数据入库，建立空间数据库管理信息系统。1.1详细设计与总体设计区别详细设计以总体设计阶段的工作为基础，但又不同于总体设计阶段，这主要表现为以下两个方面：在总体设计阶段，数据项和数据结构以比较抽象的方式描述，例如，总体设计阶段可以声明矩阵在概念上可以表示一幅遥感图像，详细设计就要确定用什么数据结构来表示这样的数字矩阵。详细设计要提供关于算法的更多细节，在详细设计阶段为每个模块增加足够的细节，使得程序员能够以相当直接的方式对每个模块编码。1.2详细设计的模块内容详细的算法数据表示和数据结构实现的功能和使用的数据之间的关系1.3详细设计的具体任务细化总体设计的体系流程图，绘出程序结构图，直到每个模块的编写难度可被单个程序员所掌握为止。为每个功能模块选定算法。确定模块使用的数据组织。确定模块的接口细节，及模块间的调度关系。描述每个模块的流程逻辑。编写详细设计文档。主要包括细化的系统结构图及逐个模块的描述，如功能、接口、数据组织、控制逻辑等。2详细设计的表达工具系统详细设计的任务是给出软件模块结构中各个模块的内部过程描述，也就是模块内部的算法设计。根据软件工程的思想，在GIS软件设计过程中，尤其是大型GIS软件的开发，系统设计和系统实现是两个阶段的任务，通常由不同的人员来进行。因此，需要采用一种标准的、通用的设计表达工具来实现两阶段的沟通，使设计人员设计的系统，实现人员通过分析设计的文本和资料得到无歧义的理解，即详细设计表达工具的选择可以促进系统设计成果的表达和实现。程序流程图程序流程图（ProgramFlowChart，简称PFC）又称为程序框图，它是应用最广泛的描述过程的方法，具有简单、直观、易于掌握的优点，特别适用于具体模块小程序的设计。下图所示为程序流程图常用符号，图中方框表示处理步骤，菱形框表示逻辑判断，箭头表示控制流。(1)(2)(3)(4)(5)(6)程序流程图常用符号程序流程图的缺陷程序流程图本质上不是逐步求精的好工具，它使程序员过早地考虑程序的控制流程，而不去考虑程序的全局结构；程序流程图中用箭头代表控制流，因此程序员可以完全不顾结构化程序设计的精神，随意转移控制；程序流程图不易表示数据结构。详细的程序流程图每个符号对应于源程序的一行代码，对于提高大型系统的可理解性作用甚微。3数据库详细设计建立一个良好的数据组织结构和数据库，使整个系统都可以迅速、方便、准确地调用和管理所需的数据，是系统开发的必然要求。通常，GIS数据库建设分为关系型数据库和空间数据库建设两部分内容，其中，空间数据库在某些情况下也可以用关系型数据库进行管理。主要包含：（一）空间数据输入设计（二）空间数据检索设计（三）空间数据输出设计（四）空间数据更新设计3.1空间数据输入设计空间数据输入包括图形数据输入和属性数据输入。空间数据输入设计原则良好的交互性。为用户提供反馈信息和帮助信息允许用户进行简单的数据编辑提供恢复功能。允许恢复到错误输入前的正确状态对于表格数据的输入，要提供缺省值、输入格式、有效性检验等功能，使用户快速而准确地输入数据空间数据输入设计考虑因素数据的组织和存放。结构要清晰设计并建立完整的符号库，包括点状符号、线状符号、面状符号和特殊的符号良好的输入界面和数据接口3.2空间数据检索设计目的：从空间数据库中快速高效地检索出所需要的数据实质：按一定条件对空间实体的图形数据和属性数据进行查询检索，形成一个新的空间数据子集方法：根据GIS应用的实际要求，用SQL语言、扩展SQL语言和具有检索功能的GIS命令来实现注：空间检索是目前空间数据检索研究的热点，最常见空间数据检索是基于拓扑关系（包括邻接、关联、包含等）的空间检索3.3空间数据输出设计描述：指按实际应用的要求和可视化原则，将GIS操作和分析的结果展示在屏幕上或打印到图纸上的过程原则：应从美学原则出发，布局图中各个内容的位置，调配大小和色彩，设计优美的地图整饰等空间数据的输出应带有很大的灵活性，允许用户对输出内容进行动态组合为常用的输出格式设计模板以方便用户输出数据的表达形式尽可能多样化，如采用多媒体技术等3.4空间数据更新设计空间数据更新设计是GIS空间数据库设计的重要内容，因为数据更新是GIS活力源泉之一。随着GIS应用的深入，数据成为制约GIS发展的瓶颈，因此，迫切要求数据获取手段和数据更新手段不断得到完善。空间数据包括几何数据、属性数据和拓扑数据三种，根据空间数据发生变化的数据类型，可以将空间数据的变更分为三种类型：几何数据属性数据宗地数据举例第一种不变改变一块宗地形状未变，权属变第二种改变不变一块宗地形状变，权属不变第三种改变改变一块宗地形状变，权属也变数据更新模型连续快照模型：用一系列状态所对应的地图来反映地理现象的时空演化过程。连续快照仅代表地理现象的状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含的对象在时间上的拓扑联系。易于实现，但冗余大底图修改模型：首先确定数据的初始状态，然后仅记录时间片段后发生变化的区域，通过叠加操作来建立现时的状态数据，其中，每一次叠加则表示状态的一次变化时空合成模型：将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的积累形成最小变化单元，由这些变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系在一起，则可较完整地表达数据的时空特征4详细设计规格说明书详细设计规格说明书模块说明表4.1详细设计规格说明书1引言1.1背景说明该软件系统名称、开发者、详细设计原则和方法1.2参考资料列出有关参考资料名称、作者、发表日期、出版单位1.3术语和缩写语列出本文件中专用的术语、定义和缩写语2程序(模块)系统的组织结构用图表列出本程序系统内每个模块(或子程序)的名称、标识符，以及这些模块(或子程序)之间的层次关系3模块(或子程序)1(标识符)设计说明从本文件3开始，逐个给出上述每个模块(或子程序)的设计考虑3.1模块(子程序)描述简要描述本模块(子程序)的目的意义、程序的特点3.2功能详细描述此模块(子程序)要完成的主要功能3.3性能描述此模块(子程序)要达到的主要技术性能3.4输入项描述每一个输入项的特征，如：标识符、数据类型、数据格式、数值的有效范围、输入方式3.5输出项描述每一个输出项的特征，如：标识符、数据类型、数据格式、数值的有效范围、输出方式3.6处理过程详细说明模块(子程序)内部的处理过程，采用的算法、出错处理3.7接口分别列出和本模块(子程序)有调用关系的所有模块(子程序)及其调用关系，说明与本模块(子程序)有关的数据结构3.8存储分配3.9注释设计3.10限制条件说明本模块(子程序)运行中受到的限制条件3.11测试计划4模块(或子程序)2(标识符)设计说明用类似3的方式，说明第二个模块(子程序)乃至第N个模块(或子程序)的设计考虑4.2模块说明表模块名：模块编号：设计者：模块所在文件：模块所在库：调用本模块的模块名：本模块调用的其它模块名：功能概述：处理描述：引用格式：返回值：名称意义数据类型数值范围I/O标志内部接口名称意义数据类型I/O标志格式媒体外部接口用户接口