(精品)第八章 地理信息系统工程.ppt
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1、第八章第八章 地理信息系统地理信息系统工程工程GIS的开发建设和应用是一项系统工程,涉及到系统的最优设计、最优控制运行、最优管理,以及人、财、物资源的合理投入、配置和组织等诸多复杂问题。需要运用系统工程、软件工程等的原理和方法,结合空间信息系统的特点进行实施建设。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼GIS工程设计综述地理信息系统的开发研究分为四个阶段:系统分析、地理信息系统的开发研究分为四个阶段:系统分析、系统设计、系统实施、系统评价及维护。系统分系统设计、系统实施、系统评价及维护。系统分析阶段的需求功能分析、数据结构分析和数据流析阶段的需求功能分析、数据结构分析和数据流
2、分析是系统设计的依据。系统分析阶段的工作是分析是系统设计的依据。系统分析阶段的工作是要解决要解决“做什么做什么”的问题,它的核心是对地理信的问题,它的核心是对地理信息系统进行逻辑分析,解决需求功能的逻辑关系息系统进行逻辑分析,解决需求功能的逻辑关系及数据支持系统的结构,以及数据与需求功能之及数据支持系统的结构,以及数据与需求功能之间的关系;系统设计阶段的核心工作是要解决间的关系;系统设计阶段的核心工作是要解决“怎么做怎么做”的问题,研究系统由逻辑设计向物理设的问题,研究系统由逻辑设计向物理设计的过渡,为系统实施奠定基础。计的过渡,为系统实施奠定基础。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系
3、 谢元礼谢元礼GIS软件危机与GIS工程危机uu西方计算机科学家把软件开发和维护过程中遇到的一系列严重问题统称为“软件危机”,GIS软件开发同样存在危机uuGIS工程危机西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼软件危机uu1968年北大西洋公约组织的计算机科学家在联邦德国如开国际会议,讨论软件危机问题,在这次会议上正式提出并使用了“软件工程”这个名词,一门新兴的工程学科就此诞生。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼什么是GIS工程危机 概概括括地地说说,GISGIS工工程程危危机机包包含含下下述述两两方方面面的的问问题题,如如何何开开发发软软件件,怎怎样
4、样满满足足对对软软件件的的日日益益增增长长的需求;如何维护数量不断膨胀的软件与数据。的需求;如何维护数量不断膨胀的软件与数据。(1 1)对软件开发成本和进度的估计常常很不准确)对软件开发成本和进度的估计常常很不准确(2 2)用用户户对对“已已完完成成的的”软软件件系系统统不不满满意意的的现现象象经常发生。经常发生。(3 3)软件产品的质量往往靠不住。软件产品的质量往往靠不住。(4 4)软件常常是不可维护的。软件常常是不可维护的。(5 5)软件与数据通常没有适当的文档资料。软件与数据通常没有适当的文档资料。(6 6)软软件件与与数数据据成成本本在在计计算算机机系系统统总总成成本本中中所所占占的比
5、例逐年上升。的比例逐年上升。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼产生GIS工程危机的原因uu 在在工工程程开开发发和和维维护护的的过过程程中中存存在在许许多多多多严严重重问问题题,一一方方面面与与软软件件本本身身的的特特点点有有关关,另另一一方方面面也也和和工工程程开开发发与与维护的方法不正确有关。维护的方法不正确有关。uu GISGIS工工程程是是系系统统软软硬硬件件、数数据据以以及及系系统统开开发发、集集成成、使用和维护需要的所有文档。使用和维护需要的所有文档。uu 根根据据美美国国一一些些软软件件公公司司的的统统计计资资料料,在在后后期期引引入入一一个个变变动动比比
6、在在早早期期引引入入相相同同变变动动所所需需付付出出的的代代价价高高2323个个数数据据量量级级。图图1 1定定性性地地描描绘绘了了在在不不同同时时期期引引入入一一变变动动需需要要付付出出代代价价的的变变化化趋趋势势。图图2 2是是美美贝贝尔尔实实验验室室编编统统计计得得出出的的定定量量结果。结果。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼 1图1西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼 uu西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼解决GIS工程危机的途径uuGIS工程学正是从管理和技术方面研究如何更好地开发和维护GIS工程的一门新兴学科。西
7、北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼GIS工程设计的基本原则西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼(一)计划管理原则用分阶段的生命周期计划严格管理Boehm认为,在工程的整个生命周期应该制定并严格执行六类计划,它们是项目概要计划,里程碑计划,项目控制计划,产品控制计划,验证计划,运行维护计划。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼(二)坚持进行阶段评审原则uu第一,大部分错误是在编码之前造成的,Boehm等人的统计,设计错误占软件错误的63%,编码错误仅占37%;第二,错误发现与改正行越晚,所需付出的代价也越高(参见图1和图2)西北大
8、学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼(三)严格的产品控制原则为为了了保保持持系系统统各各个个配配置置成成分分的的一一致致性性,必必须须实实行行严严格格的的产产品品控控制制,其其中中主主要要是是实实行行基基准准配配置置管管理理。所所谓谓基基准准配配置置又又称称为为基基线线配配置置,它它们们是是经经过过阶阶段段评评审审后后的的系系统统配配置置成成分分(各各个个阶阶段段产产生生的的文文档档或或程程序序代代码码)。基基准准配配置置管管理理也也称称为为变变动动控控制制:一一切切有有关关修修改改系系统统的的建建议议,特特别别是是涉涉及及到到对对基基准准配配置置的的个个性性建建议议,都都必必
9、须须按按照照严严格格的的规规程程进进行行评评审审,获得批准以后才能实施修改。获得批准以后才能实施修改。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼 uu采用现代程序设计技术原则uu结果应能清楚地审查原则uu开发小组的人员应该少而精原则 当当开开发发小小组组人人员员数数为为N N时时,可可能能的的通通信信路路径径有有NN (N-1N-1)/2/2条。条。uu承认不断改进工程实践的必要性原则 按按照照这这条条原原则则,不不仅仅要要积积极极主主动动地地采采纳纳新新的的软软件件技技术术,而而且且要要注注意意不不断断总总结结经经验验,例例如如,收收集集进进度度和和资资源源耗耗费费数数据据,
10、收集出错类型和问题报告数据等等。收集出错类型和问题报告数据等等。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼GIS工程的生命周期方法学 GISGIS工工程程采采用用的的生生命命周周期期方方法法学学就就是是从从时时间间角角度度对对软软件件开开发发和和维维护护的的复复杂杂问问题题进进行行分分解解,把把软软件件生生成成的的漫漫长长周周期期依依次次划划分分为为若若干干个个阶阶段段,每每个个阶阶段段有有相相对对独独立立的的任任务务,然然后后逐逐步步完完成成每每个阶段的任务。个阶段的任务。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼瀑布模型 传传统统的的生生命命周周期期方方法法
11、学学可可以以用用瀑瀑布布型型(WaterfallWaterfallmodelmodel)来模拟,如图来模拟,如图3 3所示所示几个特点:几个特点:(1 1)阶段间具有顺序性和依赖性阶段间具有顺序性和依赖性(2 2)推迟实现的观点推迟实现的观点 清清楚楚区区分分逻逻辑辑设设计计与与物物理理设设计计,尽尽可可能能推推迟迟程程序序的的物物理理实实现现,是是按按照照瀑瀑布布模模型型开开发发软软件件的的一一条条重重要要的的旨旨导思想。导思想。(3 3)质量保证的观点质量保证的观点第第一一,每每个个阶阶段段都都必必须须完完成成规规定定的的文文档档,没没有有交交出出合合格格的文档就是没有完成该阶段的任务。的
12、文档就是没有完成该阶段的任务。第二,第二,第个阶段结束前都要对所完成的文档进行评审。第个阶段结束前都要对所完成的文档进行评审。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼技术审查和管理复审uu进行审查和复审的必要性进行审查和复审的必要性技术审查也是降低软件成本的一个重要措施。技术审查也是降低软件成本的一个重要措施。uu技术审查的标准和方法技术审查的标准和方法成成立立一一个个由由技技术术专专家家组组成成的的审审查查小小组组来来承承担担技技术术审审查查的的工工作作,审审查查小小组组的的基基本本成成员员有有四四个个人人组组长、作
13、者和两名评审员。长、作者和两名评审员。uu完完整整的的技技术术审审查查过过程程一一般般由由下下述述六六个个步步骤骤组组成成;准准备备,简简要要介介绍绍情情况况,阅阅读读被被审审查查的的文文档档,开开审审查会,返工,复查。查会,返工,复查。uu复查会的目的是发现错误而不是改正错误。复查会的目的是发现错误而不是改正错误。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼生命周期各阶段的基本任务 uu西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼1、问题定义问题定义阶段必须回答的关键问题是:“要解决的问题是什么?”问题定义
14、阶段的工作,系统分析员应该提出关于问题性质、工程目标和规模的书面报告。问题定义阶段是生命周期中最简短的阶段,一般只需要一天甚至更少的时间。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼2、可行性研究 这这个个阶阶段段要要回回答答的的关关键键问问题题是是:“对对于于上上一一个个阶阶段段所所确确定定的的问问题题有有可可行行的的解解决决办办法法或或值值得得做做吗吗?可可行行性性研研究究比比较较简简短短,这这个个阶阶段段的的任任务务不不是是具具体体解解决决问问题题,而而是是研研究究问问题题的的范范围围,探探索索这这个个问问题题是是否否值值得得去去解解,是否有可行的解决办法。是否有可行的解决
15、办法。在在问问题题定定义义阶阶段段提提出出的的对对工工程程目目标标和和规规模模的的报报告告通通常常比比较较含含糊糊。可可行行性性研研究究应应该该导导出出系系统统的的高高层层逻逻辑辑模模型型(通通常常用用数数据据流流图图表表示示),并并且且在在此此基基础础上上更更准准确确、更更具具体体地地确确定定工工程程规规模模和和目目标标。然然后后分分析析员员更更准准确确地地估估计计系系统统的的成成本本和和效效益益,对对建建议议的的系系统统进进行行仔仔细细的的成成本本/效益分析是这个阶段的主要任务之一。效益分析是这个阶段的主要任务之一。可可行行性性研研究究的的结结果果是是使使用用部部门门负负责责人人决决定定是
16、是否否进进行行这项工程的重要依据。这项工程的重要依据。西北大学城市与资源学系西北大学城市与资源学系 谢元礼谢元礼这一阶段的工作主要包括:这一阶段的工作主要包括:1 1、用户需求调查。从上至下调查目前和将来发展业务上需、用户需求调查。从上至下调查目前和将来发展业务上需要些什么信息及今后的设想与建议;从下自上调查所需要要些什么信息及今后的设想与建议;从下自上调查所需要的数据和所采用的处理手段。的数据和所采用的处理手段。2 2、系统目的和任务:、系统目的和任务:空间信息管理与制图;空间信息管理与制图;空间指标空间指标量算;量算;空间分析与综合评价;空间分析与综合评价;空间过程模拟。空间过程模拟。3
17、3、数据源调查和评估。分析研究什么样的数据能变换成所、数据源调查和评估。分析研究什么样的数据能变换成所需要的信息,数据是否齐全,然后对现有数据形式、精度、需要的信息,数据是否齐全,然后对现有数据形式、精度、流通程度等作进一步分析,并确定它们的可用性和所缺数流通程度等作进一步分析,并确定它们的可用性和所缺数据的收集方法等。据的收集方法等。4 4、评价地理信息系统的年处理工作量、数据库结构和大小、评价地理信息系统的年处理工作量、数据库结构和大小、GISGIS的服务范围、输出形式和质量等。的服务范围、输出形式和质量等。5 5、系统的支持状况。部门管理者、工作人员对建立、系统的支持状况。部门管理者、工
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