15 GIS软件工程技术与项目组织管理

北京大学遥感与地理信息系统研究所GIS软件工程技术与应用项目组织管理GIS软件工程方法GIS项目组织管理GIS应用工程实例软件工程概念一门指导计算机软件开发和维护的工程学科应用计算机科学、数学及管理科学等原理，借鉴传统工程的原则、方法，创建软件以达到提高质量，降低成本的目的目标生产具有正确性、可用性以及开销合宜的产品基本原则：选取适宜的开发模型采用合适的设计方法提供高质量的工程支持重视开发过程的管理活动需求分析：定义系统目标，满足用户需求系统设计：总体设计和详细设计系统实现：编写程序确认：软件测试支持：软件维护GIS领域分析领域共享某种功能性的系统或应用程序的集合表现了一组应用系统共性的方面对于领域，可以实施领域工程，得到领域模型，并建立领域特定的软件体系结构领域构件GIS领域根据应用目的，GIS可以分为区域地理信息系统专题地理信息系统地理信息系统工具它们共同组成了GIS领域GIS的核心功能空间数据的输入、管理、分析以及表现这些功能形成了一个比较完全的数据处理流程操作系统地理信息系统工具区域GIS专题GIS领域应用系统具体,专用抽象,通用GIS的软件开发方法典型桌面或专业GIS软件的体系结构：三层结构图形用户界面层工具层数据管理层GIS的核心功能空间数据的输入、管理、分析和表现基于组件的GIS二次开发方法基于组件的GIS二次开发过程图形用户界面GIS分析处理工具数据管理数据库使用复用的系统设计需求描述组件分析需求修改开发和集成系统有效性验证系统需求搜寻可复用的组件按照发现的组件修改需求系统体系结构设计搜索可复用的组件使用组件设计系统GIS需求分析（1）用户需求功能性需求非功能性需求一般性需求内容物理环境：物理设备的位置以及其分布的集中程度接口：与其它软件系统的接口以及对数据格式的要求用户或人的因素：系统用户熟练程度，使用系统需要接受的训练功能：系统要完成什么，性能如何文档：需要哪些文档以及其针对的读者数据：数据格式、数据精度、数据量、接收和发送数据的频率资源：使用系统需要的设备，开发需要的人力资源、计算机资源、时间表安全性：对访问信息的控制程度，数据的备份等质量保证：对系统的可靠性要求，平均系统出错时间，可移植性，可维护性等GIS需求分析（2）GIS系统需求的额外内容数据数据的输出样式：包括屏幕显示、Web发布、出版、工程图等输出数据的内容和要求：输出数据要包括哪些内容，数据的精度，比例尺等数据的分布性：数据是集中管理还是分布管理现有的纸质地图：图的内容，比例尺、时效性、是否涉及保密现有的电子数据：数据形式（栅格/矢量/属性数据库）、数据格式、完整性、精度、投影方式、比例尺等因素数据录入：数据量大小，输入设备，包括数字化仪、扫描仪，软件的支持程度，进行数据录入的人员数目，能否在预定时间内完成数据录入数据购买：数据量以及价格人员针对专业领域的，在进行需求获取时要考虑一般用户要听取领域专家的意见，将他们的理论、经验模型化，并在系统中完成组织现有的组织机构，有关部门的职责，业务流程GIS如何在其业务流程中体现，因为应用GIS所可能引起的组织机构的变化GIS数据管理设计（1）目的是确定在数据管理系统中存储和检索数据的基本结构原则是要隔离数据管理方案对整体系统的影响主要的数据管理方法普通文件管理提供基本的文件处理和分类能力。关系型数据库管理系统（RDBMS）建立在关系理论的基础上，采用多个表来管理数据每个表的结构遵循一系列“范式”进行规范化，以减少数据冗余。面向对象的数据库管理系统通过增加抽象数据类型和继承特性以及一些用来创建和操作类和对象服务，实现对象的持续存储GIS需要管理的数据空间几何体数据时间数据结构化的非空间属性数据非结构化的描述数据GIS数据管理设计（2）GIS数据管理的主要方案全部采用文件管理文件结合关系数据库管理全部采用关系数据库管理采用面向对象数据库(OO-DBMS)管理空间数据库数据库访问接口空间模型服务GIS应用GIS应用GIS应用RDBMSGIS空间数据访问接口集成化GIS数据管理空间数据库数据库访问接口空间模型服务GIS应用GIS应用GIS应用OO-DBMSGIS空间模型服务OO-DBMSGIS数据管理GIS系统界面设计（1）图形用户界面(GraphicalUserInterface,GUI)人机交互的接口，要使用户更容易掌握系统，增加用户对系统的接受程度数据选择输入命令语句通过菜单选择填充一个表单使用鼠标选择数据表现图形显示多边形轮廓、多边形填充、线、点、符号正确地表达地物对象的含义，并被用户理解数据处理面向对象的界面设计以象形符号表现地理实体及操作点击、拖放等操作SQLGeoSQL语句标准SQL与空间查询的界面可视化以可视化的形式表现各种信息表达的所见即所得GIS系统界面设计（2）GIS系统主要的界面元素菜单有普通菜单、下拉式菜单、弹出式菜单和图形菜单等类型一般按类型和层次将主要功能操作组织为下拉式菜单在窗口或主要部分提供弹出式菜单；工具条窗口顶部的主工具条还可以沿窗口的不同部分放置工具条，或者浮动在窗口之中目录树在GIS中显示数据的分层组织通常可以使用树状的控件状态栏在状态栏上可以显示当前活动图层、地图当前比例尺、光标所在的地理位置以及操作进程条等内容分隔式窗口当地图、数据表、制图版等多种内容需要同时显示时，可以使用分隔式窗口导航器又称鹰眼可以为主地图窗口建立一个全局的图形索引GIS界面要素示例菜单工具条目录树状态栏导航器浮动窗体主窗口ArcMap主界面GIS应用模式与分类按照其应用模式分类科学研究工具办公服务系统空间事务处理系统(STPS)空间信息管理系统(SMIS)空间决策支持系统(SDSS)专家系统（ES）按应用规模分类小型GIS使用数据量小，使用系统的用户少，主要针对一个部门或特定领域，注重于专业模型的开发和应用中型应用GIS应用于多个部门，数据量大，运行于局域网或城域网环境，侧重于决策支持大型GIS拥有非常多的用户和海量的数据，注重数据的管理，并通过网络实现分布式的计算和数据管理，并通过Internet发布空间信息GIS应用项目GIS应用系统开发方式购买相应的GIS软件或系统，在本地区或本领域内部署实施请软件开发商来开发由组织内部人员自己开发GIS应用项目通过系统开发建立GIS应用，从开始确立需求，到最终的系统投入运行，这一个时间段内的活动统称为GIS应用项目项目的生命周期识别需求提出解决方案执行项目结束项目造成GIS应用开发失败的因素GIS应用项目策略性规划应用项目策略性规划对应于项目生命周期的识别需求阶段主要目的是确定要建立怎样的GIS应用，组织现有的条件，包括资金、人员、设备、场地等等，能否支持GIS的建立和应用GIS项目策略性规划一般包括五个主要部分机构的状况分析和调查机构的GIS系统开发目标系统开发的可行性主要包括资金、技术力量和组织运作三个方面要对风险进行客观的评价，并作出相应的防范措施系统开发的方案选择GIS系统决策规划书的起草应用项目合同应用项目实施性规划——软硬件配置项目具体考虑因素软件数据量数据的分布性已有数据需要二次开发系统需要与其它软件协作现有的软硬件平台需要与Internet结合如果数据量大，要关注软件对大数据量处理的性能，是否支持图库如果数据是分布管理的，需要软件支持网络软件能否顺利地读入现有的数据软件是否具支持二次开发，支持方式（API，控件，宏语言）软件对数据库是否支持软件必须能够运行于现有的软硬件平台上软件是否支持Web，具体方式(ActiveX,Java等)硬件数据量大，并且需要共享数据需要定期备份大量的数据录入地图输出高质量、大幅面地图输出数据采集移动计算已选择的软件选择数据服务器磁带机，光盘课录机扫描仪，数字化仪彩色喷墨打印机喷墨绘图仪，其它高档绘图仪GPS接收机，平板测图仪笔记本电脑使软件能够运行良好的硬件平台网络局域网远程访问接入Internet细缆线/双绞线，集线器拨号网络支持各种专线子项目划分常用的GIS项目任务项目规划1.可行性分析2.市场调查3.技术调查和评价4.起草报告试点项目1.数据收集2.数据数字化3.数据转换4.数据质量控制5.制图6.设备购买7.设备安装数据库生成1.数据库概念设计2.数据库详细设计3.数据收集4.数据数字化5.数据转换6.数据编辑7.数据质量控制8.数据修改9.自动化编程数据输出1.制图2.数据制表3.自动化编程GIS分析1.分析模型定义2.分析模型的过程设计3.分析模型实施4.分析制图5.分析制表6.分析自动化编程7.分析报告生成应用系统开发1.系统的用户需求分析2.系统的设计3.系统设计报告起草4.系统编程5.系统测试1.系统运行报告和安装2.系统培训3.系统的用户报告4.系统维护报告5.系统维护的技术服务其它1.人员技术培训2.项目管理3.系统维护4.数据安全备案5.项目技术会议6.项目中期报告7.项目终期报告进度安排原则估计每项活动从开始到完成所需要的时间活动之间的依赖关系（必须完成一项才能进行下一项）各个活动的最早开始-结束时间和最迟开始-结束时间保证参与人员有足够时间来完成各项任务表示方法里程碑表示法(MilestoneChart)甘特图法（GanttChart）关键路径法（CPM-CriticalPathMethod）墙纸法（WallPaperMethod）项目预算人力费用拥有和使用人力资源来完成任务的费用主要包括员工的工资和福利材料和办公用品费用包括购买各种办公用品、书籍、图件等的费用设备费用主要包括计算机硬件的购买或租赁费用软件费用计算机软件的购买或租赁费用。软件和硬件维护费用内部服务费用主要包括机构内部某些部门的维持费用，它们间接支持项目和整个机构的运行还包括保险、办公场所租赁、通讯费用等等其他费用不属于以上任何一类的费用包括旅行费用、培训等项目管理人员管理项目管理人员系统开发人员数据录入和处理人员开发支持人员领域专家用户其它支持人员软件开发管理用分阶段的生命周期计划严格管理坚持进行阶段评审实行严格的产品控制采用现代程序设计技术结果应能够清楚地审查开发小组的人员应该少而精承认不断改进软件工程实践的必要性数据管理数据的录入和处理过程数据质量控制定义文件命名规则元数据，数据字典项目控制与评估程序：数量和质量；数据：数量和质量；参与人员：工作时间和效率；资金：使用情况和使用效率；设备：占用情况和效率GIS应用项目的软件文档软件文档的分类可行性研究与计划需求分析软件设计编码与单元测试集成与测试运行维护开发文档可行性研究报告√项目开发计划√√软件需求说明书√数据要求说明书√概要设计说明书√详细设计说明书√用户文档用户手册√√√操作手册√√软件需求说明书√维护修改建议√管理文档测试计划√√测试分析报告√开发进度月报√√√√√项目开发总结报告√项目开发计划√√GIS工程实例－中国国家公路地理信息系统建设单位全国公路数据库组主要内容背景系统需求系统目标数据组织软件选型系统功能进度安排背景国际背景当今世界公路交通作为国民经济的大动脉，越来越为各国政府高度重视随着全球信息化的迅猛发展，尤其是发达国家都努力采用最新技术建立高效、智能化的路网管理体系，用以解决公路路网在管理、规划、设计、通讯、监控等领域的标准化、系统化、自动化的问题；提高管理决策的准确度和可靠性，为国民经济的发展创造最佳的支撑环境国内背景随着经济建设的高速发展，我国的公路建设也取得了巨大成就，近年来公路建设规模大、发展快、无论是公路里程、技术等级、还是路面等级都有了突飞猛进的发展国民经