GIS系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)

GIS系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)定義階段確定系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)之后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。GIS總體設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是將系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)就是把分析階段所建立的信息域模型變換成軟件實(shí)現(xiàn)中所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是把系統(tǒng)的功能需求分配給軟件結(jié)構(gòu)，形成軟件的模塊結(jié)構(gòu)圖，并設(shè)計(jì)模塊之間的接口關(guān)系。在總體設(shè)計(jì)階段，各模塊還處于黑盒子狀態(tài)，模塊通過(guò)外部特征標(biāo)識(shí)符（如名字）進(jìn)行輸入和輸出。使用黑盒子的概念，設(shè)計(jì)人員可以站在較高的層次上進(jìn)行思考，從而避免過(guò)早地陷入具體的條件邏輯、算法和過(guò)程步驟等實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以便更好地確定模塊和模塊間的結(jié)構(gòu)。教學(xué)提綱一、總體設(shè)計(jì)的任務(wù)、方法和準(zhǔn)則二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工具退出一、總體設(shè)計(jì)的任務(wù)、方法和準(zhǔn)則（一）總體設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法（二）總體設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則返回總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員遵循統(tǒng)一的準(zhǔn)則和采用標(biāo)準(zhǔn)的工具來(lái)確定系統(tǒng)應(yīng)包含哪些模塊、用什么方法聯(lián)結(jié)在一起，以構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？傮w設(shè)計(jì)一般采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)軟件總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是一種自頂向下、逐步求精和分階段實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)策略。總體設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)由問(wèn)題結(jié)構(gòu)導(dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即問(wèn)題結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的映射。問(wèn)題結(jié)構(gòu)主要用數(shù)據(jù)流圖（DFD）來(lái)描述系統(tǒng)的邏輯模型，而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指用系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖來(lái)描述軟件結(jié)構(gòu)通過(guò)自頂向下分解和層次組織的方法來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)，產(chǎn)生模塊結(jié)構(gòu)運(yùn)用一系列的圖表工具。為使系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程易于理解，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)使用了兩種主要的圖表工具：偽碼和結(jié)構(gòu)圖。偽碼描述的是模塊的處理邏輯，用來(lái)表達(dá)程序的設(shè)計(jì)思路；結(jié)構(gòu)圖用于描述軟件的總體結(jié)構(gòu)，采用自頂向下、層次組織的方法提供一系列的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)提供了兩種設(shè)計(jì)策略，它們分別是面向過(guò)程的數(shù)據(jù)流方法與面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Jackson方法和Warnier-Orr方法。

提供一組評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法提供了一系列評(píng)估準(zhǔn)則，如耦合、內(nèi)聚、扇入和扇出、信息隱蔽以及模塊化等。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法一般設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)工具數(shù)據(jù)流圖，模塊結(jié)構(gòu)圖，圖表工具系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)思想自頂向下，逐層分解自底向上，統(tǒng)一組裝設(shè)計(jì)重心強(qiáng)調(diào)軟件總體結(jié)構(gòu)，其次才考慮軟件模塊的內(nèi)部處理邏輯(程序結(jié)構(gòu))采用系統(tǒng)流程圖描述源程序的處理邏輯，強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程分為總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)沒(méi)有明確的階段劃分性能系統(tǒng)具有較好靈活性和可維護(hù)性，系統(tǒng)整體性好，易于把握用戶(hù)需求目標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性差，缺乏靈活性和可維護(hù)性，并且可靠性和效率不高結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法與一般設(shè)計(jì)方法的比較設(shè)計(jì)方法和策略問(wèn)題——如何構(gòu)造（導(dǎo)出）軟件的總體結(jié)構(gòu)軟件評(píng)估準(zhǔn)則問(wèn)題——什么樣的軟件結(jié)構(gòu)是“最優(yōu)”的軟件設(shè)計(jì)工具問(wèn)題——如何表述軟件的結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法需解決的問(wèn)題在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，模塊是一個(gè)重要的概念。模塊指的是具有輸入和輸出、邏輯功能、運(yùn)行程序、內(nèi)部數(shù)據(jù)四種屬性的一組程序語(yǔ)句。其中，輸入、輸出和邏輯功能是其外部屬性，反映功能，是可見(jiàn)的；運(yùn)行程序、內(nèi)部數(shù)據(jù)是其內(nèi)部屬性，反映具體實(shí)現(xiàn)途徑，是不可見(jiàn)的。除了上述四個(gè)主要屬性外，模塊還有其它的屬性。例如，它有一個(gè)名稱(chēng)，可以使用別的模塊，也可以被別的模塊使用，即“調(diào)用”和“被調(diào)用”。在結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，主要關(guān)心的是模塊的外部屬性，即它的功能，而不是它的內(nèi)部屬性，即如何去實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的模塊返回總體設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)是它提供了一種便于衡量軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量的廣泛的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。這些評(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要準(zhǔn)則包括：模塊化抽象和信息隱蔽模塊獨(dú)立性軟件可以簡(jiǎn)單地理解為模塊的集成。目前，幾乎所有的軟件體系結(jié)構(gòu)都體現(xiàn)為模塊化。模塊化是軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)基本準(zhǔn)則，它使得一個(gè)程序易于為人們所理解、設(shè)計(jì)、測(cè)試和維護(hù)。高層模塊可使我們從整體上把握問(wèn)題，隱蔽細(xì)節(jié)以免分散我們的注意力，在需要時(shí)，又可以深入到較低的層次以了解進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。模塊化往往將較復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一些簡(jiǎn)單問(wèn)題的集合，使我們可以將工作量分散到各個(gè)工作組以集中力量解決各個(gè)問(wèn)題。模塊化每一個(gè)模塊表示一個(gè)自我包含的邏輯任務(wù)；每個(gè)模塊都是簡(jiǎn)單的；每個(gè)模塊都是封閉的；每個(gè)模塊都是可以獨(dú)立測(cè)試的；每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)單一、獨(dú)立的程序功能；每個(gè)模塊有單一的入口和出口；每個(gè)模塊都由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)返回點(diǎn)返回上層模塊開(kāi)始執(zhí)行該模塊的那一點(diǎn)；可以把多個(gè)模塊組合成較大的模塊，而不必了解模塊內(nèi)部構(gòu)造的知識(shí)；每個(gè)模塊都有嚴(yán)格規(guī)定的接口，其中包括由入口和出口形成的控制連接、由參數(shù)和共享的公用數(shù)據(jù)形成的數(shù)據(jù)連接以及由模塊間的服務(wù)支持形成的功能連接。模塊化原則抽象和信息隱蔽抽象是抽出事物的本質(zhì)特性而暫時(shí)不考慮它們的細(xì)節(jié)，它反映在數(shù)據(jù)和過(guò)程兩方面。在模塊化問(wèn)題求解時(shí)，在最高抽象級(jí)可以采用面向問(wèn)題環(huán)境語(yǔ)言的抽象術(shù)語(yǔ)進(jìn)行敘述；而在較低抽象級(jí)，則可采用過(guò)程性術(shù)語(yǔ)。模塊化的概念加上逐步求精的方法將面向問(wèn)題的術(shù)語(yǔ)和面向?qū)崿F(xiàn)的術(shù)語(yǔ)兩者結(jié)合起來(lái)，前者是后者的一種抽象。在軟件模塊結(jié)構(gòu)圖中，下層模塊是上層模塊的細(xì)化，因此頂層或上層模塊的抽象程度較高，而在下層模塊中則體現(xiàn)功能實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。信息隱蔽是模塊的另一重要特征?！靶畔㈦[蔽”意味著有效的模塊化可以通過(guò)定義一組獨(dú)立的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些獨(dú)立的模塊彼此之間僅僅交換那些為了完成系統(tǒng)功能所必須交換的信息。一個(gè)模塊內(nèi)部所包含的信息（數(shù)據(jù)或過(guò)程），如果它不允許外部的模塊訪問(wèn)的話，其它模塊是不能對(duì)它們?cè)L問(wèn)的。抽象和信息隱蔽從兩個(gè)不同方面說(shuō)明了模塊化設(shè)計(jì)的特征。“抽象”幫助定義構(gòu)成軟件的過(guò)程實(shí)體，而“信息隱蔽”實(shí)施對(duì)過(guò)程細(xì)節(jié)的存取約束。模塊獨(dú)立性模塊獨(dú)立性的概念是模塊抽象和信息隱蔽的直接結(jié)果，是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成具有層次式的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊獨(dú)立性程度較高的軟件，其功能易于劃分，接口簡(jiǎn)單，因此開(kāi)發(fā)、測(cè)試和維護(hù)都較容易，修改引起的副作用也較小。模塊獨(dú)立性有兩個(gè)定性的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)度量，即內(nèi)聚（cohesion，又稱(chēng)塊內(nèi)聯(lián)系）和耦合（coupling，又稱(chēng)塊間聯(lián)系）。內(nèi)聚是模塊內(nèi)部各成分之間的聯(lián)系，如果一個(gè)模塊的內(nèi)聚度大，模塊的獨(dú)立性則會(huì)提高。耦合是指模塊間的聯(lián)系，耦合度是對(duì)模塊獨(dú)立性的直接衡量，很顯然，塊間聯(lián)系越小，模塊的獨(dú)立性則會(huì)越高，耦合度就會(huì)降低。在系統(tǒng)中，內(nèi)聚度和耦合度是相互聯(lián)系的，模塊的內(nèi)聚度越高，則耦合度就越低。采用好的設(shè)計(jì)規(guī)則，改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)，提高模塊獨(dú)立性，設(shè)計(jì)出軟件初步結(jié)構(gòu)以后，應(yīng)該審查和分析這個(gè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)模塊的分解和合并，力求降低模塊耦合度，提高模塊內(nèi)聚度。例如，多個(gè)模塊公用的一個(gè)子功能可以獨(dú)立成一個(gè)模塊，供這些模塊調(diào)用。有時(shí)則可通過(guò)分解或合并模塊以減少控制信息的傳遞及對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)的引用，降低接口的復(fù)雜程度。經(jīng)驗(yàn)表明，模塊規(guī)模應(yīng)當(dāng)適中，過(guò)大則可能導(dǎo)致獨(dú)立性降低，引起開(kāi)發(fā)、測(cè)試和維護(hù)的不便。返回二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工具（一）層次圖（二）HIPO圖（三）結(jié)構(gòu)圖返回層次圖層次圖（hierarchicalchart）是在軟件總體設(shè)計(jì)階段最常用的工具之一，用來(lái)描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)。下圖為某土地定級(jí)信息系統(tǒng)的局部層次圖，圖中的每個(gè)方框代表一個(gè)模塊，方框間的連線表示模塊的調(diào)用關(guān)系。層次圖適合于在自頂而下設(shè)計(jì)軟件的過(guò)程中使用。某土地定級(jí)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)編輯因子分析因素復(fù)合級(jí)別劃定面積量算專(zhuān)題制圖成果輸出空間內(nèi)插分析地形坡度分析平均高程分析曲面分級(jí)引力模型空間擴(kuò)散分析分值頻率分析分值分級(jí)樣點(diǎn)級(jí)別提取級(jí)差收益測(cè)算返回HIPO圖

HIPO圖是由美國(guó)IBM公司發(fā)明的“層次＋輸入／處理／輸出圖”的英文縮寫(xiě)。HIPO圖實(shí)際上由H圖（即層次圖）和IPO圖兩部分組成。這里的H圖是在層次圖的基礎(chǔ)上對(duì)每個(gè)方框進(jìn)行編號(hào)，使其具有可跟蹤性。編號(hào)規(guī)則如下：最頂層方框不編號(hào)，第一層中各模塊的編號(hào)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(hào)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(hào)根據(jù)上面的規(guī)律依次為，，，……，依次類(lèi)推。某土地定級(jí)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入1.0數(shù)據(jù)編輯2.0因子分析3.0因素復(fù)合4.0級(jí)別劃定5.0面積量算6.0專(zhuān)題制圖7.0成果輸出8.0空間內(nèi)插分析3.1地形坡度分析3.2平均高程分析3.3曲面分級(jí)3.4引力模型3.5緩沖區(qū)分析3.6分值頻率分析5.1分值分級(jí)5.2樣點(diǎn)級(jí)別提取5.3級(jí)差收益測(cè)算5.4H圖舉例（某土地定級(jí)信息系統(tǒng)的局部H圖）和H圖中每個(gè)方框相對(duì)應(yīng)，應(yīng)該有一張IPO圖描述這個(gè)方框所代表的模塊的信息處理過(guò)程。IPO圖使用簡(jiǎn)潔的方框來(lái)方便地描述數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出三部分之間的關(guān)系。值得強(qiáng)調(diào)的是，HIPO圖中的每個(gè)IPO圖都應(yīng)該明顯地標(biāo)出它們所描繪的模塊在H圖中的編號(hào)，以便跟蹤了解這個(gè)模塊在軟件結(jié)構(gòu)中的位置。如下圖描述的是緩沖區(qū)分析模塊，對(duì)應(yīng)的編號(hào)是3.6。凈化后數(shù)據(jù)影響度空間影響半徑1.選擇影響模型2.提取影響主體3.計(jì)算模型參數(shù)4.緩沖帶操作圖形輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸入處理輸出

IPO圖舉例（緩沖區(qū)分析模塊的IPO圖）返回結(jié)構(gòu)圖Yourdon提出的結(jié)構(gòu)圖（Structuredchart）是進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的另一種有力的工具。結(jié)構(gòu)圖和層次圖類(lèi)似，也是用來(lái)描述軟件結(jié)構(gòu)的，但其描述能力比層次圖更強(qiáng)。如下圖，圖中每個(gè)方框代表一個(gè)模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能，模塊的名稱(chēng)通常是動(dòng)賓結(jié)構(gòu)的名詞，方框之間的箭頭（或直線）表示模塊間的調(diào)用關(guān)系。模塊A模塊B調(diào)用模塊(Caller)被調(diào)用模塊(Subordinate)控制標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)傳遞在結(jié)構(gòu)圖中通常還用帶注釋的箭頭表示模塊調(diào)用過(guò)程中來(lái)回傳遞的信息，如果希望進(jìn)一步標(biāo)明傳遞的信息是數(shù)據(jù)還是控制信息，則可以利用注釋箭頭尾部的形狀來(lái)區(qū)分：尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù)，尾部是實(shí)心圓表示傳遞的是控制信息。此外，還可以附加一些符號(hào)以表示模塊的選擇調(diào)用或循環(huán)調(diào)用關(guān)系。在結(jié)構(gòu)圖中，關(guān)鍵要描述的內(nèi)容有兩個(gè)：一是模塊的功能，通常是由模塊的名稱(chēng)來(lái)標(biāo)識(shí)的；二是要描述模塊與模塊之間的接口。構(gòu)造結(jié)構(gòu)圖時(shí)，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，一個(gè)模