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1、在系统定义阶段确定系统建设的目标和任务之后，需要进行系统的总体设计。系统总体设计阶段的主要任务是将系统需求转换为数据结构和软件体系结构，即数据设计和体系结构设计。数据设计就是把分析阶段所建立的信息域模型变换成软件实现中所需的数据结构。体系结构设计则是把系统的功能需求分配给软件结构，形成软件的模块结构图，并设计模块之间的接口关系。在总体设计阶段，各模块还处于黑盒子状态，模块通过外部特征标识符（如名字）进行输入和输出。使用黑盒子的概念，设计人员可以站在较高的层次上进行思考，从而避免过早地陷入具体的条件逻辑、算法和过程步骤等实现细节，以便更好地确定模块和模块间的结构。第1页/共98页一、总体设计的任
2、务、方法和准则二、系统总体设计工具三、系统总体设计报告四、GIS应用分析模型设计五、GIS接口设计六、GIS用户界面设计七、基于GIS的物流管理信息系统集成方法退出退出教学提纲第2页/共98页一、总体设计的任务、方法和准则（一）总体设计的任务和方法（二）总体设计的准则返回返回第3页/共98页 总体设计的任务是要求系统设计人员遵循统一的准则和采用标准的工具来确定系统应包含哪些模块、用什么方法联结在一起，以构成一个最优的系统结构。总体设计一般采用结构化设计方法进行实现。结构化设计强调软件总体结构的设计，是一种自顶向下、逐步求精和分阶段实现的设计策略。总体设计的任务和方法第4页/共98页结构化设计的
3、基本特点由问题结构导出系统结构，即问题结构到系统结构的映射。问 题结构主要用数据流图（DFD）来描述系统的逻辑模型，而系 统结构是指用系统的模块结构图来描述软件结构通过自顶向下分解和层次组织的方法来简化系统，产生模块结 构运用一系列的图表工具。为使系统设计流程易于理解，结构化 设计使用了两种主要的图表工具：伪码和结构图。伪码描述的 是模块的处理逻辑，用来表达程序的设计思路；结构图用于描 述软件的总体结构，采用自顶向下、层次组织的方法第5页/共98页提供一系列的系统设计策略。结构化设计提供了两种设计 策略，它们分别是面向过程的数据流方法与面向数据结构 的Jackson方法和Warnier-Orr
4、方法。提供一组评价系统设计质量的准则。结构化设计方法提供 了一系列评估准则，如耦合、内聚、扇入和扇出、信息隐 蔽以及模块化等。第6页/共98页结构化设计方法一般设计方法设计工具数据流图，模块结构图，图表工具系统流程图设计思想自顶向下，逐层分解自底向上，统一组装设计重心强调软件总体结构，其次才考虑软件模块的内部处理逻辑(程序结构)采用系统流程图描述源程序的处理逻辑，强调的是系统实现设计过程分为总体设计和详细设计没有明确的阶段划分性 能系统具有较好灵活性和可维护性，系统整体性好，易于把握用户需求目标系统结构性差，缺乏灵活性和可维护性，并且可靠性和效率不高结构化设计方法与一般设计方法的比较第7页/共
5、98页设计方法和策略问题如何构造（导出）软件的总体结构软件评估准则问题什么样的软件结构是“最优”的软件设计工具问题如何表述软件的结构采用结构化设计方法需解决的问题第8页/共98页在结构化设计过程中，模块是一个重要的概念。模块指的是具有输入和输出、逻辑功能、运行程序、内部数据四种属性的一组程序语句。其中，输入、输出和逻辑功能是其外部属性，反映功能，是可见的；运行程序、内部数据是其内部属性，反映具体实现途径，是不可见的。除了上述四个主要属性外，模块还有其它的属性。例如，它有一个名称，可以使用别的模块，也可以被别的模块使用，即“调用”和“被调用”。在结构化系统总体设计中，主要关心的是模块的外部属性，
6、即它的功能，而不是它的内部属性，即如何去实现。结构化设计中的模块返回返回第9页/共98页总体设计的准则采用结构化设计方法进行系统总体设计的最大优势是它提供了一种便于衡量软件设计质量的广泛的评价准则。这些评价软件设计质量的主要准则包括：模块化抽象和信息隐蔽模块独立性第10页/共98页软件可以简单地理解为模块的集成。目前，几乎所有的软件体系结构都体现为模块化。模块化是软件设计的一个基本准则，它使得一个程序易于为人们所理解、设计、测试和维护。高层模块可使我们从整体上把握问题，隐蔽细节以免分散我们的注意力，在需要时，又可以深入到较低的层次以了解进一步的细节。模块化往往将较复杂的问题转化为一些简单问题的
7、集合，使我们可以将工作量分散到各个工作组以集中力量解决各个问题。模块化第11页/共98页每一个模块表示一个自我包含的逻辑任务；每个模块都是简单的；每个模块都是封闭的；每个模块都是可以独立测试的；每个模块对应单一、独立的程序功能；每个模块有单一的入口和出口；每个模块都由一个标准返回点返回上层模块开始执行该模块的那 一点；可以把多个模块组合成较大的模块，而不必了解模块内部构造的 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。模块化原则第12页/共98页抽象和信息隐蔽抽象是抽出事物的本质特性而暂时不
8、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13页/共98页信息隐蔽是模块的另一重要特征。“信息隐蔽”意味着有效的模块化可以通过定义一组独立的模块来实现，这些独立的模块彼此之间仅仅交换那些为了完成系统功能所必须交换的信息。一个模块内部所包含的信息（数据或过程），如果它不允许
9、外部的模块访问的话，其它模块是不能对它们访问的。抽象和信息隐蔽从两个不同方面说明了模块化设计的特征。“抽象”帮助定义构成软件的过程实体，而“信息隐蔽”实施对过程细节的存取约束。第14页/共98页模块独立性模块独立性的概念是模块抽象和信息隐蔽的直接结果，是保证软件质量的关键性因素。采用结构化设计方法进行系统总体设计强调把系统设计成具有层次式的模块化结构。模块独立性程度较高的软件，其功能易于划分，接口简单，因此开发、测试和维护都较容易，修改引起的副作用也较小。模块独立性有两个定性的标准来度量，即内聚（cohesion，又称块内联系）和耦合（coupling，又称块间联系）。内聚是模块内部各成分之间
10、的联系，如果一个模块的内聚度大，模块的独立性则会提高。耦合是指模块间的联系，耦合度是对模块独立性的直接衡量，很显然，块间联系越小，模块的独立性则会越高，耦合度就会降低。在系统中，内聚度和耦合度是相互联系的，模块的内聚度越高，则耦合度就越低。第15页/共98页 采用好的设计规则，改进软件结构，提高模块独立性，设计出软件初步结构以后，应该审查和分析这个结构，通过模块的分解和合并，力求降低模块耦合度，提高模块内聚度。例如，多个模块公用的一个子功能可以独立成一个模块，供这些模块调用。有时则可通过分解或合并模块以减少控制信息的传递及对全局数据的引用，降低接口的复杂程度。经验表明，模块规模应当适中，过大则
11、可能导致独立性降低，引起开发、测试和维护的不便。返回返回第16页/共98页二、系统总体设计工具（一）层次图（二）HIPO图（三）结构图返回返回第17页/共98页层次图 层次图（hierarchical chart）是在软件总体设计阶段最常用的工具之一，用来描绘软件的层次结构。下图为某土地定级信息系统的局部层次图，图中的每个方框代表一个模块，方框间的连线表示模块的调用关系。层次图适合于在自顶而下设计软件的过程中使用。第18页/共98页某土地定级信息系统数据输入数据编辑 因子分析因素复合级别划定 面积量算 专题制图 成果输出空间内插分析地形坡度分析平均高程分析曲面分级引力模型空间扩散分析分值频率分
12、析分值分级样点级别提取级差收益测算返回返回第19页/共98页HIPO图 HIPO图是由美国IBM公司发明的“层次输入处理输出图”的英文缩写。HIPO图实际上由H图（即层次图）和IPO图两部分组成。这里的H图是在层次图的基础上对每个方框进行编号，使其具有可跟踪性。编号规则如下：最顶层方框不编号，第一层中各模块的编号依次为1.0，2.0，3.0，；如果模块2.0还有下层模块，那么下层模块的编号依次为2.1，2.2，2.3，；如果模块2.2又有下层模块，则下一层各模块的编号根据上面的规律依次为2.2.1，2.2.2，2.2.3，依次类推。第20页/共98页某土地定级信息系统数据输入1.0数据编辑2.
13、0因子分析3.0因素复合4.0级别划定5.0面积量算6.0专题制图7.0成果输出8.0空间内插分析3.1地形坡度分析3.2平均高程分析3.3曲面分级3.4引力模型3.5缓冲区分析3.6分值频率分析5.1分值分级5.2样点级别提取5.3级差收益测算5.4H图举例（某土地定级信息系统的局部H图）第21页/共98页和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。
14、如下图描述的是缓冲区分析模块，对应的编号是3.6。净化后数据影响度空间影响半径1.选择影响模型2.提取影响主体3.计算模型参数4.缓冲带操作图形输出数据存储输入处理输出 IPO图举例（缓冲区分析模块的IPO图）返回返回第22页/共98页结构图 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。第23页/共98页模块A模块B调用模块(C
15、aller)被调用模块(Subordinate)控制标识数据传递在结构图中通常还用带注释的箭头表示模块调用过程中来回传递的信息，如果希望进一步标明传递的信息是数据还是控制信息，则可以利用注释箭头尾部的形状来区分：尾部是空心圆表示传递的是数据，尾部是实心圆表示传递的是控制信息。此外，还可以附加一些符号以表示模块的选择调用或循环调用关系。第24页/共98页在结构图中，关键要描述的内容有两个：一是模块的功能，通常是由模块的名称来标识的；二是要描述模块与模块之间的接口。构造结构图时，要注意以下几个问题：首先，一个模块可以被不同的模块所调用；其次，在同一层次中，模块的调用次序不一定是自左向右。结构图并不
16、严格地表示模块的调用次序，虽然多数人习惯于按照调用次序从左到右描述模块，但也可以出于其它考虑（例如为了减少交叉线），完全不按这种次序画。模块的调用次序在很多情况下可以根据模块所传递的数据和控制来区分。此外，结构图和层次图一样，并不指明什么时候调用下层模块。通常上层模块中除了调用下层模块的语句外还有其它语句，究竟是先执行调用下层模块的语句还是先执行其它语句，在图中并没有表示。返回返回第25页/共98页系统总体设计阶段的最终结果是系统总体设计报告，它是下一步系统实施的依据。下表中列出系统总体设计报告的主要内容。总体设计报告应该包括数据库的总体设计，考虑到数据库设计在GIS设计中的重要地位，数据库总
17、体设计和详细设计以及数据库建库的过程单独作为一章进行详细介绍。三、系统总体设计报告第26页/共98页1引言1.1编写目的说明编写本软件设计说明书的目的1.2背景说明给出待开发的软件产品的名称说明本项目的提出者、开发者及用户2 用户需求分析成果 包括系统功能需求和性能要求等。3 总体设计3.1 设计目标、依据和方法3.2 软件结构体系3.3 软、硬件配置方案3.4 软件模块设计在DFD图的基础上，用模块结构图来说明各层模块的划分及其相互关系，划分原则上应细到程序级(程序单元)，每个单元必须执行单独一个功能(即单元已不可在细分)3 接口设计说明内部接口：说明本软件内部各模块间的接口关系，包括：名称
18、、意义、数据类型、有效范围、I/O标志；外部接口：说明本软件同其它软件及硬件间的接口关系，包括：名称、意义、数据类型、有效范围、I/O标志、格式(指输入或输出数据的语法规则和有关约定)、媒体；用户接口4 数据库设计4.1 目的、引用的法规政策以及遵循的标准规范4.2 数据库总体设计包括空间数学基础、命名规范、编码标准、分层分幅标准以及属性表的设计等5 界面设计 总体设计报告的主要内容返回返回第27页/共98页四、GIS应用分析模型设计（一）GIS空间处理与分析设计（二）GIS地理建模返回返回第28页/共98页GIS空间处理与分析设计主要内容GISGIS空空间数据间数据处理处理编辑处理：图形数据
19、和属性数据的编辑，图形数据的拼接和分割等；变换处理：投影变换、坐标变换、比例尺变换、几何校正等；编码和压缩处理：数据编码、多余节点去除以及栅格数据压缩等；数据的插值：点的内插、区域的内插等；数据类型转换：矢量与栅格数据转换、系统间数据格式的转换等GISGIS空空间分析间分析设计设计查询分析：如拓扑查询、条件查询等；几何分析：如面积周长距离量算、开窗分析、多边形合并等；地形分析：如空间内插分析、等值线分析、坡度和坡向分析、分水岭分析、淹没分析 流域分析：如地形剖面分析、三维地形显示与分析等；叠置分析：如多边形叠置分析、视觉信息复合分析、条件与非条件叠置分析等。邻域分析：如缓冲带分析、走廊分析、泰
20、森多边形分析、拟合分析等；网络分析：如最佳路径分析、时空规划分析、网络流量模拟分析等；图像分析：如图像增强、图像分割、图像细化、空间滤波、高程影像叠置分析等；多元分析：如聚类分析、主成分分析、判别因子分析、趋势面分析、回归分析等；应用模型分析：与本GIS应用密切相关的各种应用模型分析返回返回第29页/共98页GIS地理建模（一）地理模型是对地理实体的特性及其变化规律的一种表示或者抽象，同时也是对地理实体的那些所要研究的特定特征进行定量的抽象。可以说，地理模型是地理实体通过适当的过滤，用适当的表示规则简洁描述的模仿品。通过这个模仿品，我们可以了解到所研究地理实体的本质，从而便于对地理实体进行分析
21、和处理。第30页/共98页地理建模主要是运用数学语言、地理知识和程序设计工具，对地理信息（如地理现象、地理数据等）加以翻译和归纳。地理模型经过演绎、求解及推断过程，给出数学上和地理上的分析、预报、决策或控制，再经过翻译和解释回到现实世界中，完成实践-理论-实践的循环。如果检验结果是正确或可行的，即可用于GIS分析和操作，否则，就要重新考虑翻译、归纳过程，重新修改地理模型。GIS地理建模（二）第31页/共98页1、地理建模过程2、GIS应用模型库的设计3、GIS模型库管理GIS地理建模返回返回第32页/共98页地理建模过程地理建模是一项复杂而具有创造性的活动（改造已有模型或创造新模型），建立地理
22、模型没有固定的模式，下图大致归纳了地理建模的一般过程。建模准备模型假设建立模型模型求解模型分析模型检验建模准备模型应用模型分析与检验建模假设建立模型模型求解地理建模流程图第33页/共98页建模准备建模准备包括了解地理问题的实际背景、明确地理建模的目的、掌握地理对象的各种信息（如数据资料等）以及搞清对象的特征。为了做好准备，有时建模者需进行深入细致的调查研究，碰到问题要虚心向有关方面的专家请教，按模型的需要有目的地收集所需资料。本阶段的重点是进行模型的因子分析。第34页/共98页模型假设模型假设是根据地理对象的特性和建模的目的，对问题进行必要的简化，并且用精确的语言作出假设。这是地理建模的第二步
23、，也是关键的一步。有时，假设过于详细，试图把复杂的实际现象的各个因素都考虑进去，可能使得建模者很难继续下一步的工作。因此要善于辨别问题的主要和次要方面，尽量将问题均匀化、线性化。第35页/共98页建立模型建立模型是指根据所做的假设，利用适当的数学工具，确定各因子之间的联系，通过表格、图形或是其它数学结构建立地理模型。这是地理建模的第三步。为了完成这项地理建模的主体工作，建模者需要掌握较为广泛的数学知识，有时还要用到规划论、排队论、图论、对策论等知识，但并不要求建模者对数学的每个分支都精通。事实上，建模的一个原则就是尽量采用简单明了的数学工具，供更多的人了解和使用。第36页/共98页模型求解 对
24、以上建立的模型进行数学上的求解，包括解方程、画图形、逻辑推理、稳定性讨论等。模型求解不仅要求建模者掌握相应的数学知识，还要掌握一些常用数据分析软件，如集计算和可视化于一体的Matlab软件及用于统计分析的SPSS软件等。第37页/共98页模型分析对模型求解的结果进行数学和地理上的分析。这一阶段有时需根据地理问题的性质，分析各变量之间的依赖关系；有时要求对结果进行预测、最优决策或控制等。第38页/共98页 模型检验 将模型分析的结果“翻译”到地理对象中，用实际现象或数据检验模型的合理性和适用性，即检验模型的正确性。若检验结果正确，模型即可用；若检验结果有误，则需修改或重新建模。经验表明，模型假设
25、是最易导致结果有误的环节。返回返回第39页/共98页GIS应用模型库的设计GIS有着强大的空间分析功能，如缓冲区分析、邻近分析、叠加分析等。只有建立与之相应的GIS应用模型，GIS才真正有用武之地。下表反映了GIS应用模型的分类情况。空间模型空间模型非空间模型非空间模型适宜性分析模型预测模型模拟模型最优化模型影响模型计量经济模型经济控制论模型投入产出模型系统动力学模型GIS应用模型分类第40页/共98页 其中，适宜性分析模型（Suitability）主要通过因子分析、专家打分和判别标准来建模，例如土地适宜性模型，地址选择模型；预测模型（Predictive）主要是根据以往的数据分析事件发生的可
26、能性，建立模型，如洪水预测模型，人口扩散模型；模拟模型（Simulation）主要是根据不同自然条件和人为条件下产生的可能结果进行模拟，如森林的增长模型，地下水沉降模型；最优化模型（Optimization）是从多种可能性中选择一个最佳解决方案，如道路的最佳选线、资源的最优化配置等；影响模型（Influence）是由一个事件而引起的对周围地区的影响模型，如建一个有污染的工厂对周围环境的影响程度，海上油轮泄露对周围渔业的影响等。第41页/共98页GIS应用模型的设计是GIS设计的核心内容之一，其优劣直接影响到系统功能运行效率。好的GIS应用模型，要求设计者具有较为丰富的地理知识（包括GIS知识）
27、、数学知识和专业知识。设计GIS应用模型时，主要考虑要用它来解决什么问题，有哪些数据可用，采用何种建模方法为切入点或有哪些现成模型可供借鉴。由于这些模型大部分都要通过GIS的缓冲区分析、叠置分析等功能体现出来，即模型结果要高度可视化，数字、图形、表格是可视化最基本的表达方式。第42页/共98页另外，要考虑GIS与应用模型的结合方式，可以是直接结合，也可以是间接结合。直接结合是指用GIS软件提供的二次开发语言来建立应用模型，这种结合方式较为紧密，但应用模型的通用性较差。间接结合采用GIS与应用模型相对分离的方法，通过动态链接技术（如OLE、ActiveX等）实现两者的结合。这种方式较为松散，应用
28、模型的通用性较强。在利用GIS解决实际问题时，常常需要结合多个模型，构成模型库来解决特定问题。其中每个模型以某方面为重点，主要解决某一具体问题，模型之间通过一定的环节连接起来实现相互之间的反馈和协调。第43页/共98页下面以耕地保护预警系统（以江苏省江阴市为背景）的模型库为例，介绍GIS应用模型库的设计。耕地保护预警系统是在确保区域发展及安定的基础上，在合理配置、利用区域各类资源的同时，为了保证在社会发展的一定阶段下的人民生活标准的稳定，而对该阶段区域人口发展所确定的最低耕地量的临界警戒线。其目的是为区域的宏观决策提供支持，为区域耕地资源的开发、利用提供度量标准，以实现区域各方面、尤其是区域耕
29、地与社会的协调统一发展。因此，根据区域耕地资源开发利用的先后顺序，可以设计出以下具有特定顺序关系的模型，它们构成了本系统的模型库。耕地保护预警系统的模型库第44页/共98页 区域耕地资源综合评价模型区域耕地资源综合评价模型从区域耕地资源系统整体出发，对其数量、质量以及组合进行分析和评价。具体包括耕地资源评价模型、耕地资源潜力估算模型以及耕地资源经济利用评价模型等。区域耕地资源动态分析和供需预测模型分析区域耕地资源动态变化过程是其资源供需预测的基础。前者表现为在时间维上多因素的综合作用；后者则需要从时空变化两个方面来考察。因此，区域资源区位模型和预测推断模型占重要地位。第45页/共98页区域耕地
30、资源开发规划和分配模型模型为区域耕地资源开发和利用提供优化方案或对其原有方案进行优化。在各种资源优化分配中，土地利用优化是区域资源开发规划的核心。目前，区域土地利用除了农业利用之外，部分还涉及到市内工业、交通以及居民点用地，并且农业土地利用结构的设计还涉及到许多其它因素（固定的、变化的、随机的等）。这使区域农业土地利用结构模型的结构设计大为复杂。区域耕地资源承载力分析模型与补充潜力分析立足资源开发、考虑经济发展和社会进步是区域耕地资源开发的主要指导，而资源的人口承载力研究则是区域资源开发合理程度的度量标准。区域的耕地增加数量总有上限，对区域耕地利用的补充分析是耕地保护利用度的最佳体现。第46页
31、/共98页耕地保护临界预警模型在上述4个模型的基础上，选择人均粮食量为模型临界阈值，以区域耕地资源的数量、质量、单产、人口预测值为主要因子构建预警临界模型，并确定预警警示的触发分量。这是对区域耕地资源主要评价因子的综合评定，也是对区域耕地保护的总体成效的鉴定。下面重点谈耕地保护临界预警模型的建立过程。图下所示为耕地保护临界预警模型建立的流程图模型因子分析区域耕地数量总量、区域耕地质量总水平、区域某时间人口总量、某时段内区域耕地平均亩产量选择预警临界域值（达到区域粮食生产的供需平衡）建立预警模型第47页/共98页 模型因子选择应着重考虑图5.6中给出的4个基本因子，其它因子（如气候资源、水资源、
32、生物资源、人口劳动力资源、基础设施条件、经济条件等）虽然对区域的耕地保护工作有一定影响，但影响的深度和广度不仅难以评述和量化，而且部分因子与模型因子间存在相关关系或已包容在模型因子中，故将其设为定值，对模型的应用不产生作用，而在今后的研究中，可根据实际需要进行模型微调。选择预警临界阈值预警临界阈值应能与区域社会、经济、生态的发展需要相适，以达到区域粮食生产的供需平衡。在此，系统阈值采用江苏省农科院确定的人均原粮警戒线420公斤。第48页/共98页 预警模型的建立。在以上分析的基础上，设置系统变量如下：Q：某一时间区域耕地的数量总量，由系统数据库及图库面积查询得到；S：某一时间区域耕地的“等”指
33、数，由土地质量指数、土地利用系数、土地经济系数三者的计算得到；M：某一时间区域单位面积耕地的生产能力，由FAO推荐的“农业生态区域法”（AEZ法）结合灰色GM（1，1）趋势分析模型相互校正后得到；R：某一时间区域的人口规模，由区域现有人口数量和区域人口的增长率共同计算得到；G：区域粮食生产相对于理论需要量的理想满足程度；Z：某一时间区域的人均原粮量。确定系统Z值对系统预警的触发分量如表所示。第49页/共98页Z 值缺乏程度D类 型Z5000非450Z5001轻警420Z4502中警Z4203重警Z值对系统预警的触发分量返回返回第50页/共98页GIS模型库管理 当GIS中应用模型很多时，有必要
34、对它们实施管理，包括模型运行结果的管理，如不同时段的同一地理对象的数据经同一应用模型运行后得到的结果，这些结果对于地理对象的空间和时间序列分析是很重要的。对GIS模型库的管理有助于系统设计人员和用户对模型的功能、数据、存储位置等具有清晰的认识，便于对模型库中的模型进行增加、修改、删除、查询等操作，使模型库趋于完善。第51页/共98页文本形式的管理方式该方式用文字来描述模型的各种参数，如模型名称、模型功能、存储位置等，并用文本文件存储起来；模型库中各个模型的建模过程的说明也可用文本形式的方式来管理。但这种方式只能起浏览的作用。数据库形式的管理方式该方式采用关系型数据库的关系表来存储应用模型的内容
35、，也用关系表来存储不同时段的同一地理对象的数据经同一应用模型运行后得到的结果。这种管理方式在实际中用得较多，且可做成统一的界面进行模型的管理与维护，它相当于一个小的关系型数据库管理信息系统。采用这种管理方式，需要设计两种表：模型字典表和模型结果表。GIS模型库管理方式第52页/共98页模型字典表的一般结构模型编号模型名称功能描述存放位置所需数据格式运行环境与之相关联的模型开发者开发时间 模型结果表的一般结构所用数据的时间所用数据的名称所用数据的存放位置所用的模型名称结果名称结果存放位置返回返回第53页/共98页四、GIS接口设计（一）系统与标准数据的接口（二）互操作接口（三）空间数据与属性数据
36、的接口（四）GIS与系统开发环境的接口 返回返回第54页/共98页系统与标准数据的接口 当我们设计一个GIS软件时，需要设计系统与标准数据的接口。所谓“标准数据”是指常用的商业GIS软件的数据格式，如Arc/Info的Coverage、ArcView的Shp、MapInfo的 Mif、Intergraph的 MGE工 程、DGN文 件 和FRAME文件等格式。第55页/共98页一种是直接存取，所开发的软件提供对该数据格式的支持。这种方法使用较为方便，也不存在数据损失，但是实现起来较为繁琐。而且，目前，常用的GIS数据格式种类很多，很难实现对所有格式的支持。另一种是通过导入/导出机制进行数据转换
37、，提供一种标准数据格式，用来与其它标准数据格式进行转换。如MapInfo软件的交换数据格式Mif格式，可以导出成为Dxf格式；同时，用Dxf格式存储的数据也可以用导入的方式转换成为Mif格式，从而实现MapInfo支持的数据格式与其它标准数据格式的交流。使用该方法与标准数据的交换，在数据格式变换过程中可能存在一定的数据损失。接口的形式返回返回第56页/共98页互操作接口 互操作接口设计是指设计GIS之间、GIS内各子系统之间和子系统内各个模块之间的接口，使它们能够较好地进行通讯和实现功能共享。异质环境下的GIS互操作设计GIS子系统之间以及子系统各模块之间的接口设计 第57页/共98页对于异质
38、环境下的GIS互操作，要考虑到因网络、操作系统、GIS软件平台等的不同而带来的接口设计问题。通常，异质环境下的GIS接口设计，主要采用中间件来实现，如Microsoft的COM/DCOM或OMG的CORBA等。中间件处于应用软件和系统软件之间，是客户与服务器之间的连接件，它能屏蔽硬件、网络环境、操作系统和异构数据库等的差别。中间件的种类有终端仿真/屏幕转换、数据访问中间件、远程过程调用中间件、消息中间件、交易中间件和对象中间件等。异质环境下的GIS互操作设计第58页/共98页GIS子系统之间以及子系统各模块之间的接口设计 GIS内部接口设计需确定接口约定，主要包括以下内容：命名约定 命名约定用
39、来解决不同语言在命名方面的差别所带来的问题。各种语言对用来标识程序对象的标识符（或称名字）都有自己的规定，因而在混合编程时必须有一套转换规则。程序员只有遵守它，相应的语言编译程序才能实现它。调用约定 调用约定主要解决子程序的参数传递顺序问题。子程序的调用者和被调用者之间并非直接传递参数，一般是通过堆栈进行的。调用约定规定子程序调用者以什么顺序将子程序的实参推入堆栈，被调用者以什么顺序从堆栈中取走实参。第59页/共98页参数传递约定参数传递约定确定参数是按值传递还是按引用传递。GIS内部接口设计的形式有多种，主要包括消息传递、直接引用、用过程语句调用等。其中，消息传递在面向对象程序设计中用得很多
40、；直接引用是指一个模块直接存取另一个模块的某些信息，例如全程变量、共享的通信区等；而用过程语句调用是指通过模块的名字调用整个模块，一个模块只有一个入口，所有数据来往都以参数形式出现。采用何种内部接口形式需要根据实际需要进行选择。返回返回第60页/共98页空间数据与属性数据的接口 在GIS中，空间数据与属性数据的结合有两种形式：绑定式和分离式，下表给出两种结合方式的比较。绑定式分离式思路空间数据与属性数据都由GIS软件来管理空间数据由GIS软件来管理，属性数据由通用的关系型数据库来管理 优点不需要考虑接口问题对数据的利用更为灵活，能为其它MIS系统提供属性数据共享服务缺点空间数据与属性数据绑定，
41、属性数据不灵活要考虑接口问题软件 举例MapInfoArc/Info第61页/共98页分离式的空间数据与属性数据的接口设计可以通过唯一的ID码联系在一起，然后通过GIS软件提供的专用接口与标准商用数据库连接或使用ODBC等技术来实现两者的互访。随着网络和分布式技术的发展，属性数据可能分布在不同的站点上，可采用远程ODBC来访问远程数据。在GIS设计中，通过ODBC与关系型数据库连接也有两种形式，一是GIS软件本身内置了ODBC应用程序，如MapInfo通过它自己的远程ODBC访问远程数据；第62页/共98页另一种形式是通过程序设计语言（如VC、VB、Delphi等），用标准的ODBC与关系型数
42、据库互连。例如，在VB中，先通过ODBC连接数据库源(Oracle、Sybase、Informix、DB2等)，再通过RDO(Remote Data Object)和SQL来访问数据；Delphi则通过BDE(Borland DataBase Engine)和SQL来访问数据。数据库接口技术也在不断发展，常用数据库接口技术有：开放式数据库连接ODBC、OLE DB、ADO(ActiveX Data Object)等，这些接口都用SQL作为查询语言对数据库进行操作。返回返回第63页/共98页GIS与系统开发环境的接口 CAD、OA、RDBMS是政府部门GIS工程方案中系统开发环境的组成部分。CA
43、D是指某些部门（如规划局）用计算机辅助设计软件（如AutoCAD）建立起来的数据，OA是指办公自动化，主要是通过网络分发数据、文档、图形（含地图）和通知等，RDBMS是指用关系型数据库管理的数据。将这三者和GIS集成起来，设计良好的接口，组建高效的图文信息系统，是GIS工程方案的核心内容之一。GIS软件可通过直接读取的方式实现与CAD（Dxf格式）数据的交互，或通过导入/导出机制来解决数据格式差异带来的不兼容问题。GIS与OA的接口则一般采用OLE或DDE技术来实现，如用Delphi程序设计语言通过创建OLE对象将MapInfo功能和Word功能集成在一块。第64页/共98页设计良好的GIS与
44、系统开发环境的接口，实现GIS与系统开发环境的高效集成，这也是开放式GIS和组件式GIS的发展趋势，下图表示了这种模式在电力局电力系统中的应用。Arc/Info组件实时监控营业系统RDBMSArcSDECoverage/Library应 用 界 面工程数据CAD第65页/共98页系统除了采用Arc/Info组件来分析显示地理及地理相关信息外，还可以通过实时监测系统实现对电力系统运行的监视。电力网状态可以以图形形式显示出来，同时，在对某一开关操作之前，可以用Arc/Info的网络分析功能进行分析，预测断电区域、负荷变化等。在意外断电时可分析断电原因、辅助故障定位并制定恢复供电方案。要注意的是这些
45、工作能在一个界面上完成，而不需要切换应用界面，任何操作都可以在界面上立即反映出来。这种应用所占用的系统资源要比两个单独的通过其它方法通信的应用所占用的资源少得多。另外，Arc/Info的功能可以嵌入到营业和设备管理系统中，它们可以共用一个数据库，设备管理和营业数据可以以图形方式来管理，更直观形象，可以为电力用户提供更好的服务，也为野外设备维修提供更详细的地理位置及车辆行驶调度方案等。返回返回第66页/共98页 GIS用户界面是GIS用户与GIS系统之间传递、交换信息的媒介，是用户使用系统的综合操作环境和与系统交互的唯一通道。在GIS设计中，作为处理空间信息和可视化表达的GIS要真正融入IT信息
46、世界就必须考虑用户界面问题。所以，用户界面设计在GIS设计中占有非常重要的地位。五、GIS用户界面设计 第67页/共98页六、GIS用户界面设计（一）以用户为中心的人机界面（二）GIS用户界面设计与开发返回返回第68页/共98页以用户为中心的人机界面GIS的用户分析人机交互方式GIS用户界面的设计原则返回返回第69页/共98页GIS的用户分析 GIS已经从学术研究逐步走进了政府、企业及大众，开始在城市规划、土地利用、环境保护、商业选址分析、在线旅游等众多应用领域发挥愈来愈重要的作用。用户的多样化和他们的知识背景、计算机应用水平都使GIS的设计具有面向大众的多层次目标，GIS的发展从实验技术驱动
47、向市场应用驱动转变已是大势所趋。从人机界面学的角度来看，必须了解各种用户的习性、技能、知识和经验，并预测他们对人机界面的不同需求和反应，为用户界面系统的分析设计提供科学依据。考虑到GIS应用的特殊性（具有地学应用特性的空间信息处理），GIS用户分类如图所示。第70页/共98页 专业人员：来自传统测绘、地图学、遥感等 按专业程度 领域，具有坚实的地理学和测绘学基础 非专业人员 专家用户：某个应用领域需要空间信息支持其研究的专家 用户分类 按应用领域 一般应用人员：具有一定的专业知识的系统操作人员 非专业用户：包括政府决策人员以及广大的普通用户 高级用户：具有硬软件开发能力 按计算机熟练程度 熟练
48、用户：熟练使用计算机 生疏用户：很少接触结算机 GIS用户分类示意图返回返回第71页/共98页人机交互方式人机交互是通过计算机语言来表示用户任务，并能被计算机有效识别和执行的人机交流手段，目前主要有五种基本方式（如表所示）。第72页/共98页命令语言菜单选择填表方式自然语言直接操纵方式系统提示命令屏幕选择命令屏幕操作序列类自然语言可视对象与动作特点严格的句法功能直观易操作符合人类交流习惯以用户为中心缺点需记忆大量命令灵活性、功能方面较欠缺仅适用于数据录入尚未成熟表达的内容有限优点比较灵活学习和记忆负担最小 易操作，用户掌握主动权易掌握、智能控制水平高简单易学、速度快、操作灵活适用范围适用于专家
49、型用户和高级用户各种应用系统多用于向系统输入大量数据多用于专家系统面向非专业用户和生疏用户返回返回第73页/共98页GIS用户界面的设计原则 基于标准窗口系统，具有统一界面风格的图形用户界面已经成为GIS用户界面发展的主流。成功的GIS系统应具备完善的功能和友好的图形界面，能使用户集中精力于他们的任务本身，给他们带来愉悦而没有“障碍”的感觉，并能对他们的每一个操作的反应作出预测。GIS用户界面设计的基本原则是以用户为中心，具体应遵循以下原则：第74页/共98页 一致性原则 一致性原则具体包括以下两方面：追求设计者模型、系统映象和用户概念模型的一致性。系统映象反映设计者的意图越好，设计者模型就会
50、越接近于用户形成的概念世界。即界面的概念表达方式应尽可能接近用户的想法。控制应用方式的一致性。在类似的情况下，必须有一致的操作序列，并尽可能采用国家及行业标准和用户习惯的方式。合适的功能 功能欠缺的系统会使用户丧失兴趣；而过多繁琐的功能则会 大量增加系统的复杂性。第75页/共98页封装性界面要尽量掩藏复杂的内部实现细节，使用户可以集中精力解决专业应用问题。GIS用户主观上把客观世界理解成许多数据层，即用户视图。而在计算机内部，GIS设计者将数据抽象为不同数据类型，这一抽象是基于软件设计者的数据模型视图的，应采用一定的封装方法将其与用户的数据视图联系起来。灵活性界面应该灵活地安排各种对话方式，充