GIS系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計

GIS系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計在系統(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。GIS總體設(shè)計階段的主要任務(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)計和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。數(shù)據(jù)設(shè)計就是把分析階段所建立的信息域模型變換成軟件實現(xiàn)中所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計則是把系統(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)計模塊之間的接口關(guān)系。在總體設(shè)計階段，各模塊還處于黑盒子狀態(tài)，模塊通過外部特征標(biāo)識符（如名字）進(jìn)行輸入和輸出。使用黑盒子的概念，設(shè)計人員可以站在較高的層次上進(jìn)行思考，從而避免過早地陷入具體的條件邏輯、算法和過程步驟等實現(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)計的任務(wù)、方法和準(zhǔn)則二、系統(tǒng)總體設(shè)計工具退出一、總體設(shè)計的任務(wù)、方法和準(zhǔn)則（一）總體設(shè)計的任務(wù)和方法（二）總體設(shè)計的準(zhǔn)則返回總體設(shè)計的任務(wù)是要求系統(tǒng)設(shè)計人員遵循統(tǒng)一的準(zhǔn)則和采用標(biāo)準(zhǔn)的工具來確定系統(tǒng)應(yīng)包含哪些模塊、用什么方法聯(lián)結(jié)在一起，以構(gòu)成一個最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？傮w設(shè)計一般采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法進(jìn)行實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計強(qiáng)調(diào)軟件總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，是一種自頂向下、逐步求精和分階段實現(xiàn)的設(shè)計策略?？傮w設(shè)計的任務(wù)和方法結(jié)構(gòu)化設(shè)計的基本特點由問題結(jié)構(gòu)導(dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即問題結(jié)構(gòu)到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的映射。問題結(jié)構(gòu)主要用數(shù)據(jù)流圖（DFD）來描述系統(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)圖來描述軟件結(jié)構(gòu)通過自頂向下分解和層次組織的方法來簡化系統(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)計流程易于理解，結(jié)構(gòu)化設(shè)計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，用來表達(dá)程序的設(shè)計思路；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)計策略。結(jié)構(gòu)化設(shè)計提供了兩種設(shè)計策略，它們分別是面向過程的數(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。

提供一組評價系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的準(zhǔn)則。結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法提供了一系列評估準(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)計方法一般設(shè)計方法設(shè)計工具數(shù)據(jù)流圖，模塊結(jié)構(gòu)圖，圖表工具系統(tǒng)流程圖設(shè)計思想自頂向下，逐層分解自底向上，統(tǒng)一組裝設(shè)計重心強(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)實現(xiàn)設(shè)計過程分為總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計沒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)計方法與一般設(shè)計方法的比較設(shè)計方法和策略問題——如何構(gòu)造（導(dǎo)出）軟件的總體結(jié)構(gòu)軟件評估準(zhǔn)則問題——什么樣的軟件結(jié)構(gòu)是“最優(yōu)”的軟件設(shè)計工具問題——如何表述軟件的結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法需解決的問題在結(jié)構(gòu)化設(shè)計過程中，模塊是一個重要的概念。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，反映具體實現(xiàn)途徑，是不可見的。除了上述四個主要屬性外，模塊還有其它的屬性。例如，它有一個名稱，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，即如何去實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)化設(shè)計中的模塊返回總體設(shè)計的準(zhǔn)則采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計的最大優(yōu)勢是它提供了一種便于衡量軟件設(shè)計質(zhì)量的廣泛的評價準(zhǔn)則。這些評價軟件設(shè)計質(zhì)量的主要準(zhǔn)則包括：模塊化抽象和信息隱蔽模塊獨立性軟件可以簡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)計的一個基本準(zhǔn)則，它使得一個程序易于為人們所理解、設(shè)計、測試和維護(hù)。高層模塊可使我們從整體上把握問題，隱蔽細(xì)節(jié)以免分散我們的注意力，在需要時，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)雜的問題轉(zhuǎn)化為一些簡單問題的集合，使我們可以將工作量分散到各個工作組以集中力量解決各個問題。模塊化每一個模塊表示一個自我包含的邏輯任務(wù)；每個模塊都是簡單的；每個模塊都是封閉的；每個模塊都是可以獨立測試的；每個模塊對應(yīng)單一、獨立的程序功能；每個模塊有單一的入口和出口；每個模塊都由一個標(biāo)準(zhǔn)返回點返回上層模塊開始執(zhí)行該模塊的那一點；可以把多個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；每個模塊都有嚴(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)特性而暫時不考慮它們的細(xì)節(jié)，它反映在數(shù)據(jù)和過程兩方面。在模塊化問題求解時，在最高抽象級可以采用面向問題環(huán)境語言的抽象術(shù)語進(jìn)行敘述；而在較低抽象級，則可采用過程性術(shù)語。模塊化的概念加上逐步求精的方法將面向問題的術(shù)語和面向?qū)崿F(xiàn)的術(shù)語兩者結(jié)合起來，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定義一組獨立的模塊來實現(xiàn)，這些獨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。一個模塊內(nèi)部所包含的信息（數(shù)據(jù)或過程），如果它不允許外部的模塊訪問的話，其它模塊是不能對它們訪問的。抽象和信息隱蔽從兩個不同方面說明了模塊化設(shè)計的特征?！俺橄蟆睅椭x構(gòu)成軟件的過程實體，而“信息隱蔽”實施對過程細(xì)節(jié)的存取約束。模塊獨立性模塊獨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)計方法進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計強(qiáng)調(diào)把系統(tǒng)設(shè)計成具有層次式的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊獨立性程度較高的軟件，其功能易于劃分，接口簡單，因此開發(fā)、測試和維護(hù)都較容易，修改引起的副作用也較小。模塊獨立性有兩個定性的標(biāo)準(zhǔn)來度量，即內(nèi)聚（cohesion，又稱塊內(nèi)聯(lián)系）和耦合（coupling，又稱塊間聯(lián)系）。內(nèi)聚是模塊內(nèi)部各成分之間的聯(lián)系，如果一個模塊的內(nèi)聚度大，模塊的獨立性則會提高。耦合是指模塊間的聯(lián)系，耦合度是對模塊獨立性的直接衡量，很顯然，塊間聯(lián)系越小，模塊的獨立性則會越高，耦合度就會降低。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)計規(guī)則，改進(jìn)軟件結(jié)構(gòu)，提高模塊獨立性，設(shè)計出軟件初步結(jié)構(gòu)以后，應(yīng)該審查和分析這個結(jié)構(gòu)，通過模塊的分解和合并，力求降低模塊耦合度，提高模塊內(nèi)聚度。例如，多個模塊公用的一個子功能可以獨立成一個模塊，供這些模塊調(diào)用。有時則可通過分解或合并模塊以減少控制信息的傳遞及對全局?jǐn)?shù)據(jù)的引用，降低接口的復(fù)雜程度。經(jīng)驗表明，模塊規(guī)模應(yīng)當(dāng)適中，過大則可能導(dǎo)致獨立性降低，引起開發(fā)、測試和維護(hù)的不便。返回二、系統(tǒng)總體設(shè)計工具（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)計階段最常用的工具之一，用來描繪軟件的層次結(jié)構(gòu)。下圖為某土地定級信息系統(tǒng)的局部層次圖，圖中的每個方框代表一個模塊，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)計軟件的過程中使用。某土地定級信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)編輯因子分析因素復(fù)合級別劃定面積量算專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引力模型空間擴(kuò)散分析分值頻率分析分值分級樣點級別提取級差收益測算返回HIPO圖

HIPO圖是由美國IBM公司發(fā)明的“層次＋輸入／處理／輸出圖”的英文縮寫。HIPO圖實際上由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)上對每個方框進(jìn)行編號，使其具有可跟蹤性。編號規(guī)則如下：最頂層方框不編號，第一層中各模塊的編號依次為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根據(jù)上面的規(guī)律依次為，，，……，依次類推。某土地定級信息系統(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級別劃定5.0面積量算6.0專題制圖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5.2樣點級別提取5.3級差收益測算5.4H圖舉例（某土地定級信息系統(tǒng)的局部H圖）和H圖中每個方框相對應(yīng)，應(yīng)該有一張IPO圖描述這個方框所代表的模塊的信息處理過程。IPO圖使用簡潔的方框來方便地描述數(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，以便跟蹤了解這個模塊在軟件結(jié)構(gòu)中的位置。如下圖描述的是緩沖區(qū)分析模塊，對應(yīng)的編號是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.計算模型參數(shù)4.緩沖帶操作圖形輸出數(shù)據(jù)存儲輸入處理輸出

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)計的另一種有力的工具。結(jié)構(gòu)圖和層次圖類似，也是用來描述軟件結(jié)構(gòu)的，但其描述能力比層次圖更強(qiáng)。如下圖，圖中每個方框代表一個模塊，框內(nèi)注明模塊的名字或主要功能，模塊的名稱通常是動賓結(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)用過程中來回傳遞的信息，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區(qū)分：尾部是空心圓表示傳遞的是數(shù)據(jù)，尾部是實心圓表示傳遞的是控制信息。此外，還可以附加一些符號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：一是模塊的功能，通常是由模塊的名稱來標(biāo)識的；二是要描述模塊與模塊之間的接口。構(gòu)造結(jié)構(gòu)圖時，要注意以下幾個問題：首先，一個模