GIS软件设计方法精品课件

通过与用户沟通，明确软件需要 实现的功能和目标，为后续设计 提供依据。
02
需求调研与收集
深入了解用户需求，收集相关资 料，为需求分析提供充分的信息 。
03
需求规格说明书编 写
将需求调研结果整理成需求规格 说明书，明确软件需求细节和要 求。
设计阶段
系统架构设计
根据需求规格说明书，设计软件的整体架构和 模块划分。
20世纪90年代，随着软件工 程理论和方法的发展，GIS 软件工程逐渐形成并发展起 来。早期的GIS软件工程主 要关注GIS系统的开发过程 和工具，后来逐渐扩展到 GIS系统的规划、设计、测 试和维护等方面。
目前，GIS软件工程已经成 为一个相对成熟的学科领域 ，形成了较为完善的理论和 方法体系。同时，随着云计 算、大数据等技术的发展， GIS软件工程也在不断发展 和创新。
SUMMAR Y
01
GIS软件工程概述
GIS软件工程的定义
GIS软件工程是指将软件工程的理论 和方法应用于地理信息系统（GIS） 的开发和维护过程中，以确保其质量 和效率的一门学科。
GIS软件工程涉及GIS技术、计算机科 学、系统工程等多个领域，旨在为地 理信息系统的规划、设计、开发、测 试、部署和维护提供一套系统的方法 和工具。
GIS数据模型与数据库设计
阐述GIS数据模型与数据库设计的重要性
GIS数据模型与数据库设计是GIS软件开发中的重要环节，它决定了GIS软件的数据存储、处理和查询能力。合理的数据模型 与数据库设计可以提高GIS软件的性能、可靠性和可维护性。
GIS软件的可扩展性与模块化设计
介绍GIS软件的可扩展性与模块化设 计
界面设计
根据用户需求和习惯，设计软件界面布局和风 格。

ppt课件
3
面向对象方法（object-oriented，简称OO）
OO方法
是分析问题和解决问题的方法
出发点：
模仿人类认识世界的方法
基本方法：
将客观世界的任何事物看作对象 Object 进而分析事物的组成关系和交互关系 建立描述客观世界的抽象模型
物质↔意识 具体↔抽象 对象（实例）↔ 类 举例：（长江↔河流，7-501房间↔房屋，……）


ppt课件
16
ppt课件
17
UML的内容
UML的语义
元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供简单、一致、通用 的定义性说明； UML支持对元模型的扩展定义
UML的表示法
模型元素的符号表示 通用表示 – 字符串 – 名字 – 标号 – 特定字符串 – 类型表达式 – 定制
步骤 内容 目标
简洁明确地抽象出目标系 统必须做的事情，对真实 世界建模
决定系统的整体风格；使 多个设计者能独立地进行 子系统设计；确定需优化 的性能，选择问题处理的 策略和初步配置资源 在分析的基础上，对设 计模型加入一些实现上的考 虑，将系统设计中的一些实 现细节加入到设计模型中 实现系统
14
从问题陈述入手，与需求一起工作 系统分析 ，以理解问题要求， 主要包括对象 建模、动态建模、功能建模等内容
ppt课件
12
OMT的两个特点
OMT是一种围绕着真实世界中的概念，是从三种不同的角 度建立系统的面向对象模型的技术。 OMT主要有两个特点：

使用领域专家或用户熟悉的概念和术语； 对应用域的对象和计算机域中的对象使用一致的面向 对象的概念和表示法来建模、设计和实现。

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
程序流程图常用符号
在程序流程图中，结构化单元可以嵌套，例如一个if-then-else构 造单元的then部分是一个repeat-until构造单元，而else部分是一个 选择构造。而这个外层的选择构造单元又是顺序构造中的第二个 可执行单元。下图所示为结构化单元嵌套示意图，以此嵌套结构 可以导出复杂的程序结构。
三、详细设计的表达工具
（一） 程序流程图 （二） N-S盒式图 （三） 问题分析图 （四） 类程序设计语言
返回
程序流程图
程序流程图（Program Flow Chart，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。
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，也可用伪码描述，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。
教学提纲
一、详细设计的基本原则 二、详细设计的内容和具体任务 三、详细设计的表达工具 四、数据结构和数据库详细设计 五、详细设计规格说明书
退出
一、详细设计的基本原则
结构化程序设计（Structured programming）是进行以模块 功能和处理过程设计为主的详细设计的基本原则。结构化 程序设计概念最早由Dijkstra于1965年提出，是软件发展的 一个重要里程碑，它的概念、方法和其支持的软件工具组 成了所谓的“结构化革命”。结构化程序设计技术采用自 顶向下、逐步求精的设计方法和单入口/单出口的控制结构 ，并且只包含顺序、选择和循环三种结构。结构化程序设 计的目标之一是使程序的控制流程线性化，即程序的动态 执行顺序符合静态书写结构，这就增强了程序的可读性， 不仅容易理解、调试、测试和排错，而且给程序的形式化 证明带来了方便。

第四节 GIS结构设计
GIS结构设计的主要内容包括：
➢ 软件选择：操作系统、数据库、GIS等软件的评估与 选择
➢ 网络选择：网络结构、通讯速率、网络安全等设计 ➢ 硬件选择：服务器、客户机、绘图仪等设备的型号选
择与配置选择 ➢ 系统集成方式：数据是否集中管理？如何实现数据共
享？是C/S结构还是B/S等？ ➢ 系统配置与优化
➢组织设计：GIS系统如何与组织的结构、业 务、管理与目标相互适应和协调？对项目 建设所引发的投资、组织、政策、用户等 问题进行协调。
GIS设计中要重点回答以下问题：
1. 系统产生什么样地图成果或地图产品？ 2. 系统需要什么样的数据？ 3. 地图和其他数据如何被加工处理？ 4. 谁更新数据以及更新后的数据如何分发给用户？ 5. 需要什么软件、硬件和网络配置？ 6. 哪些人需要哪些设备？ 7. 需要什么样的技术人员支持系统的运行？ 8. 谁需要培训？培训内容是什么？ 9. 拟采用的GIS软件的功能、性能、可靠性如何？ 10.如何充分利用现有资源
第六章 GIS设计原理与方法
第一节 GIS软件设计综述
一、定义：
1.软件设计即运用一些基本的设计概念和各种有效的 方法和技术，把软件需求转化为软件表示，使它 能在机器上实现。
2.软件设计的任务即把分析阶段产生的软件需求规格 说明书转换为适当➢总体设计：将系统需求转化为数据结构和软
层次结构：C/S、B/S、三层C/S
案例1：
美国IOWA州Scott县拟建成一个多方参与的、多用 途的、覆盖多个政府部门的企业级GIS，2002年12月 ，该县委托GeoAnalytics公司完成了GIS总体设计草 案，报告目录如下
1. 介绍：设计背景、目的、方法及战略事项

对于共同完成的任务，将任务的每一个动作分配给计算机 或人。
构成新的计算机的任务网络和人的任务网络。 再进一步细化计算机与人的协同动作，以确定人和计算机
如何交互。 一个任务可以划分成一些子任务，按照某种顺序执行这些
子任务，实现任务所要达到的目标，因此需要做出结构性 的任务序列。 但许多事务处理任务是非结构性的，图书馆的馆长会以一 个不可预测的顺序来召集一个碰头会、查询馆内各种业务 情况。在这种情况下，不存在一个人的任务网络，而仅仅 是一些用户需要个别完成的互不联系的任务。
任务的细节可以使用结构化语言来表达。它描述了动 作完成的序列及在完成动作时的所有例外情况。
例如，下面是图书馆中借阅图书的活动描述。
TASK：loanbooks
DO WHILE borrowers
request reader_ID
check reader_ID
IF reader_ID invalid pass to membership_check
– 在完成预定功能的前提下，应使用户界面越简单越 好。但不是把所有功能和界面安排成线性序列就一 定简单。
– 用户界面的可靠性是指无故障使用的间隔时间。 – 用户界面应能保证用户正确、可靠地使用系统，保
证有关程序和数据的安全性。
二、用户界面设计的任务分析
这一部分工作应与软件系统的需求分析同步进行。 它主要包括 ➢ 用户特性分析 ➢ 用户工作分析 ➢ 记录有关系统的概念和术语 ➢ 确定界面类型
在做工作设计时，应该检查任务流程以确认不 会出现任务过载。 – 如果同时有多个任务需要用户给予注意，往 往由于命令的时间冲突而使用户陷入困境， 结果出现任务过载。 – 即使任务流程计划的很好，但由于错误和一 些意料之外的事情发生，如果错误处理过程 计划的不完全、无条理，也会出现任务过载。

计
❖ OOA和OOD
❖ 体现了类和类层次
武
汉 ➢ OMT方法
设 计
➢ 数据工程量特别大
➢ 软件生产效率低
武
汉 大
➢ 软件可重用性差
学
资
环 蔡境 忠学 亮院
第一章 GIS软件工程概述
面 向
1.2 GIS软件工程的特色
对
象 ➢ 系统复杂度大
的
❖ 成果质量何数据
GIS
❖ 微观复杂度（数据、功能、动态、三维等）
程
❖ 宏观复杂性（空间概念等）
序 ➢ 数据在系统中具有重要地位
段
毕硕本，2003
G IS系 统 设 计 G IS程 序 编 码 G IS产 品 测 试 G IS运 行 与 维 护
第一章 GIS软件工程概述
面 向
1.4 GIS软件工程的建设过程
对 2、系统分析
象 的
➢ 系统分析的目标和内容
❖ 目标（低成本、符合要求、性能可靠、重用性好、易维护、
GIS
按期完成）
序 设
第二章 面向对象的GIS软件设计
计
第三章 统一建模语言（UML）
武
第四章 GIS软件设计实例
汉
大
学
资
环
蔡境
忠学
亮院
第一章 GIS软件工程概述
面 向
1.1 GIS软件开发中存在的问题
对
象 ➢ 经费预算经常突破，时间一再拖延
的 ➢ 软件不能满足用户需求
GIS
程 ➢ 软件可维护性差
序 ➢ 软件可靠性差
面 向
面向对象的GIS程序设计
对
象
的
GIS
程
序

五、空间数据可视化
空间数据间数 据可视化的概念和方法，以及工具和技巧，将帮助你更好地展示和传达地理 信息。
六、案例分析
通过实际案例来介绍MAPGIS在各个领域中的应用。分析案例中MAPGIS的作用 和优势，帮助大家更好地理解和应用该软件。
七、总结与展望
《MAPGIS图文教程》PPT 课件
# MAPGIS图文教程PPT课件
本PPT课件旨在介绍MAPGIS软件的基本知识、空间数据处理、地图制图、空 间数据可视化等内容，帮助大家更好地理解和应用MAPGIS。
一、介绍
MAPGIS是一款功能强大的地理信息系统软件，具有高效的数据处理能力和丰 富的数据可视化功能。本节将介绍MAPGIS的定义、特点和应用领域。
总结MAPGIS的发展趋势和前景，展望其在未来的应用前景。同时，回顾本课件的内容，巩固所学知识。
二、基础知识
学习MAPGIS前，首先需要了解软件的安装与配置、界面介绍以及基本操作技 巧。本节将详细介绍这些基础知识。
三、空间数据处理
空间数据处理是地理信息系统的核心内容之一。了解空间数据的概念和分类、 采集与处理、存储和管理、分析和应用将有助于提升MAPGIS的应用能力。
四、地图制图
地图制图是地理信息系统的重要应用领域之一。通过学习地图制图的基本概 念、方法和流程，以及设计与美化和输出与传播，可以创建出具有吸引力和 实用性的地图。

1.1 结构化生命周期法
特点 根据需求设计系统
结构化生命周期法特点及其目的
具体内容
目的
要求在未明确用户需求之前，不得进 行下一阶段的工作
保证工作质量和以后各阶段开发的正 确性，使系统开发减少了盲目性
严格按阶段进行
对生命周期的各个阶段严格划分，每 个阶段有其明确的任务和目标，而各 阶段又可被分为若干工作和步骤
基本 原理
与高层管理和业务流程相结合。系统 需求或目标来自顶层，自上而下传导 下去
由最终用户驱动，先实现初级功能，然后由低到高， 逐步增加计划、控制、决策等功能，自下而上地实现 系统总目标
阶段 划分
首先定义需求；其次设计伪代码；然 后进行编码；测试代码；最后各模块 和系统集成；进入维护阶段
阶段划分不明确，本质上非结构化，开发前，应大体 考虑子系统的划分及相互关系，并在各项目进行时经 常协商和统一意见，弥补整体性的不足
3 GIS系统设计
系统分析阶段要回答的中心问题是系统“做什么”，即明确 系统功能，这个阶段的成果是系统的逻辑模型。
系统设计要回答的中心问题是系统“怎么做”。 如何实现系统方案书规定的系统功能，在这一阶段，要根据
实际的技术条件、经济条件和社会条件，确定系统的实施方 案，即系统的物理模型。
强调阶段成果 审定和检验
阶段成果需得到用户、管理人员和专 家认可
减少系统开发工作中的隐患
结构化生命周期法可划分为六个主要阶段
系统开发准备阶段 调查研究及可行性研究阶段 系统分析阶段 系统设计阶段 系统实施阶段 维护和评价阶段
分类
结构化生命周期法两种开发类型的比较
类型
自顶向下方法
自底向上方法
风险分析的任务是，在给定的约束条件下，判断能否设计并实现系 统所需功能和性能。

道路剖面图
第4页/共221页
用户通过GIS的客户端软件，可直接对数据库进行查询、显示、统计、制 图及运行空间分析。
道路拓宽工程拆迁分析
第5页/共221页
土地能力和适用性分析
第6页/共221页街区信息查询第7页 Nhomakorabea共221页
建筑设计与管理
第8页/共221页
污染物泄漏扩散分析
第9页/共221页
第59页/共221页
4.5专业模型分析处理系统
• 地学模型设计 • 地理信息系统分析模型 • 空间分析函数 • 专业模型库 • 综合评价模型
第60页/共221页
4.6空间信息输出系统
• 屏幕制图显示 • 打印制图输出系统 • 矢量绘图输出系统 • 属性数据制表输出
第61页/共221页
4.7用户界面设计
第64页/共221页
设计模式四个基本部分
• 1）模式名称：描述一个设计问题、它的解法和后果； • 2）问题：告诉什么时候要使用该设计模式，解释问题及其背景； • 3）解决方案：描述设计的基本要素、它们的关系、各自的任务
以及相互之间的合作； • 4）后果：描述应用设计模式之后的结果和权衡。
第65页/共221页
第49页/共221页
4.1系统总体设计
• 主要侧重于： • 需求与可行性分析 • 总体结构描述 • 软、硬件选配（包括恰当的GIS软件） • 数据来源、规范内容确定 • 应用模型和产品输出形式设计 • GIS软件设计 • 系统维护与评价
第50页/共221页
4.1.1系统需求与可行性分析
• 系统需求： • 用户情况 • 系统目的和任务 • 信息容量和类型 • 具体功能的清晰描述（模块功能、数据结构） • 用户界面 • 运行的软、硬件环境 • 软件水平和使用周期

总体设计
——系统→模块 ➢ 每个模块的功能 ➢ 模块与模块之间的外部接口
详细设计
——每个模块的具体执行过程 亦称：过程设计，程序设计
4
一、概述
详细设计——给出：算法的逻辑关系（模块的实现算法，
精确地表达这些算法 ）， 过程细节 编码的依据
3类详细设计工具：
（1）图形工具： （2）表格工具：表——过程细节——输入、处理、输出 （3）语言工具：伪码
概况2
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
概况3
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
2
第6章 GIS软件工程的详细设计
详细设计的任务、方法、工具 用户界面设计的特性、类型、要素、方法 用户界面的任务分析、设计、基本样式 GIS软件工程标准化设计的内容
3
第一节 详细Βιβλιοθήκη 计➢ 1个主程序员 ➢ 1个后备程序员 ➢ 1个程序管理员
10
四、程序流程图
——亦称：程序框图 —— 最普遍采用
11
严重缺点：
（1）可以随心所欲地画控制流程线的流向， 造成非结构化的程序结构 ——措施：单入口，单出口
（2）不能反映逐步求精的过程，而是：最后结果 （3）不易表示数据结构
——措施： 3种结构只能嵌套，不能相互交叉 （4）符号不够规范
——措施：规范符号
12
画程序流程图遵循的规范
➢ 首先 ： 五种基本控制结构
——组合或嵌套
（1）顺序型 （2）选择型 （3）先判定（while）型循环 （4）后判定（until）型循环 （5）多情况（case）型选择
13
14
➢ 其次：使用规定符号
15
➢ 最后：注意： （1）循环的界限

分 析
分 析
分 析
3.4
3.5
析分 3.6 析
5.2
提 取
测 算
3.1 3.2 3.3
5.1
5.3 5.4
2021/1/15
H图举例（某土地定级信息系统的局部H图）
和H图中每个方框相对应，应该有一张IPO图描述这个方框所 代表的模块的信息处理过程。IPO图使用简洁的方框来方便地 描述数据输入、数据处理和数据输出三部分之间的关系。值 得强调的是，HIPO图中的每个IPO图都应该明显地标出它们 所描绘的模块在H图中的编号，以便跟踪了解这个模块在软件 结构中的位置。如下图描述的是缓冲区分析模块，对应的编 号是3.6。
输入
净化后数据 影响度 空间影响半径
处理
1.选择影响模型 2.提取影响主体 3. 计 算 模 型 参 数 4.缓冲带操作
输出
图形输出 数据存储
2021/1/15
IPO图举例（缓冲区分析模块的IPO图）
返回
结构图
Yourdon提出的结构图（Structured chart）是进行软件结构化设 计的另一种有力的工具。结构图和层次图类似，也是用来描 述软件结构的，但其描述能力比层次图更强。如下图，图中 每个方框代表一个模块，框内注明模块的名字或主要功能， 模块的名称通常是动宾结构的名词，方框之间的箭头（或直 线）表示模块间的调用关系。
知识； ➢每个模块都有严格规定的接口，其中包括由入口和出口形成的控
制连接、由参数和共享的公用数据形成的数据连接以及由模块间 的服务支持形成的功能连接。
2021/1/15
抽象和信息隐蔽
抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节， 它反映在数据和过程两方面。在模块化问题求解时，在 最高抽象级可以采用面向问题环境语言的抽象术语进行 叙述；而在较低抽象级，则可采用过程性术语。模块化 的概念加上逐步求精的方法将面向问题的术语和面向实 现的术语两者结合起来，前者是后者的一种抽象。在软 件模块结构图中，下层模块是上层模块的细化，因此顶 层或上层模块的抽象程度较高，而在下层模块中则体现 功能实现的细节。

第二章 GIS设计 方法
课堂提要
§2.1 结构化生命 周期法 §2.2 原型法 §2.3 面向对象设计 方法 §2.4 GIS基本设计 方法比较与选择
GIS 软件工程
4、修正和改进原型 开发人员根据第三阶段中用户提出 的修改意见或发现的问题，对初始原 型系统进行修改、扩充和完善。这是 一个多次反复的过程，直到用户满意 为止。如果用户满意，则修改过的原 型成为一个运行原型，运行原型可能 成为一个新的应用系统，也可能作为 应用系统开发的基础。
第二章 GIS设计 方法
GIS 软件工程
2.1.2 结构化生命周期法的类型划分 结构化生命周期法根据其系统开 发思想的不同又可以划分为两种类型： 自顶向下方法和自底向上方法。
第二章 GIS设计 方法
课堂提要
§2.1 结构化生命 周期法 §2.2 原型法 §2.3 面向对象设计 方法 §2.4 GIS基本设计 方法比较与选择
第二章 GIS设计 方法 为了保证信息系统的开发质量、降
GIS 软件工程
低开发费用及提高系统开发的成功率， 必须借助于科学的设计方法。 几十年来，人们在大量的系统开发 实践中，探索和发展了许多指导系统 开发的理论和方法，这些方法都相对 成熟和完善，而且在实践中应用相当 广泛。 本章将主要对结构化生命周期法、 原型法和面向对象法进行介绍。
第二章 GIS设计 方法
课堂提要
§2.1 结构化生命 周期法 §2.2 原型法 §2.3 面向对象设计 方法 §2.4 GIS基本设计 方法比较与选择
GIS 软件工程
3、系统分析阶段 是新系统的逻辑设计阶段。系统分 析旨在对现行系统进行调查研究的基 础上，使用一系列的图表工具进行系 统的目标分析，划分子系统以及功能 模块，构造出新系统的逻辑模型，确 定其逻辑功能需求，交付新系统的逻 辑功能说明书。

9/107
数据流风格的体系结构
• 这种结构适用于输入数据被一系列的计算 或者处理部件变换成输出数据。
10/107

调用和返回风格的体系结构
• 这种风格使一个软件设计者设计出非常容 易修改和扩充的体系结构。 • 包含：主程序/子程序风格体系结构和远 程过程调用风格的体系结构
11/107
• 在这里要了解几个概念：
– 程序结构的深度：程序结构的层次数称为结 构的深度。结构的深度在一定意义上反映了 程序结构的规模和复杂程度。 – 程序结构的宽度：层次结构中同一层模块的 最大模块个数称为结构的宽度。
– 模块的扇入和扇出：扇出表示一个模块直接 调用（或控制）的其它模块数目。扇入则定 义为调用（或控制）一个给定模块的模块个 数。多扇出意味着需要控制和协调许多下属 模块。而多扇入的模块通常是公用模块。
电费 计算电费
“住户情况”是一个数据结构,图中模块都与此数据 结构有关. “计算水费”和“计算电费”本无关,由于引用了此 数据结构产生依赖关系,它们之间也是标记偶合.
26/107
将标记耦合修改为数据耦 合举例
计算水电费
本月 用水量 水费 电费 计算水费 计算电费
27/107
本月 用电量
(4) 控制耦合
12/107
面向对象风格的体系结构
• 系统部件封装数据和操作数据的 方法。 • 部件之间的交互和协调通过消息 来传递。
13/107
层次式风格的体系结构
• 在这种结构中，定义不同的层次，每层都 完成了相对外层更靠近机器指令的操作
14/107
评估可选的体系结构
• 对于同一个软件需求，由于各种设计方法 的原理不同，会导出不同的软件结构。 • 同一问题的不同软件结构：