地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計原理與方法

第二講地理信息系統(tǒng)

工程設(shè)計綜述程承旗北京大學(xué)遙感所一、GIS工程設(shè)計綜述

GIS軟件危機(jī)與GIS工程危機(jī)西方計算機(jī)科學(xué)家把軟件開發(fā)和維護(hù)過程中遇到的一系列嚴(yán)重問題統(tǒng)稱為“軟件危機(jī)”，GIS軟件開發(fā)同樣存在危機(jī)GIS工程危機(jī)軟件危機(jī)

1968年北大西洋公約組織的計算機(jī)科學(xué)家在聯(lián)邦德國如開國際會議，討論軟件危機(jī)問題，在這次會議上正式提出并使用了“軟件工程”這個名詞，一門新興的工程學(xué)科就此誕生。什么是GIS工程危機(jī)

概括地說，GIS工程危機(jī)包含下述兩方面的問題，如何開發(fā)軟件，怎樣滿足對軟件的日益增長的需求；如何維護(hù)數(shù)量不斷膨脹的軟件與數(shù)據(jù)。（1）

對軟件開發(fā)成本和進(jìn)度的估計常常很不準(zhǔn)確（2）

用戶對“已完成的”軟件系統(tǒng)不滿意的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。（3）

軟件產(chǎn)品的質(zhì)量往往靠不住。（4）

軟件常常是不可維護(hù)的。（5）

軟件與數(shù)據(jù)通常沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。（6）

軟件與數(shù)據(jù)成本在計算機(jī)系統(tǒng)總成本中所占的比例逐年上升。產(chǎn)生GIS工程危機(jī)的原因

在工程開發(fā)和維護(hù)的過程中存在許多多嚴(yán)重問題，一方面與軟件本身的特點(diǎn)有關(guān)，另一方面也和工程開發(fā)與維護(hù)的方法不正確有關(guān)。GIS工程是系統(tǒng)軟硬件、數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)開發(fā)、集成、使用和維護(hù)需要的所有文檔。根據(jù)美國一些軟件公司的統(tǒng)計資料，在后期引入一個變動比在早期引入相同變動所需付出的代價高2~3個數(shù)據(jù)量級。圖1定性地描繪了在不同時期引入一變動需要付出代價的變化趨勢。圖2是美貝爾實(shí)驗(yàn)室編統(tǒng)計得出的定量結(jié)果。

1圖1

解決GIS工程危機(jī)的途徑

GIS工程學(xué)正是從管理和技術(shù)方面研究如何更好地開發(fā)和維護(hù)GIS工程的一門新興學(xué)科。GIS工程設(shè)計的基本原則

（一）計劃管理原則用分階段的生命周期計劃嚴(yán)格管理Boehm認(rèn)為，在工程的整個生命周期應(yīng)該制定并嚴(yán)格執(zhí)行六類計劃，它們是項目概要計劃，里程碑計劃，項目控制計劃，產(chǎn)品控制計劃，驗(yàn)證計劃，運(yùn)行維護(hù)計劃。（二）堅持進(jìn)行階段評審原則

第一，大部分錯誤是在編碼之前造成的，Boehm等人的統(tǒng)計，設(shè)計錯誤占軟件錯誤的63%，編碼錯誤僅占37%；第二，錯誤發(fā)現(xiàn)與改正行越晚，所需付出的代價也越高（參見圖1和圖2）（三）嚴(yán)格的產(chǎn)品控制原則

為了保持系統(tǒng)各個配置成分的一致性，必須實(shí)行嚴(yán)格的產(chǎn)品控制，其中主要是實(shí)行基準(zhǔn)配置管理。所謂基準(zhǔn)配置又稱為基線配置，它們是經(jīng)過階段評審后的系統(tǒng)配置成分（各個階段產(chǎn)生的文檔或程序代碼）?；鶞?zhǔn)配置管理也稱為變動控制：一切有關(guān)修改系統(tǒng)的建議，特別是涉及到對基準(zhǔn)配置的個性建議，都必須按照嚴(yán)格的規(guī)程進(jìn)行評審，獲得批準(zhǔn)以后才能實(shí)施修改。

4、采用現(xiàn)代程序設(shè)計技術(shù)原則5、結(jié)果應(yīng)能清楚地審查原則6、開發(fā)小組的人員應(yīng)該少而精原則當(dāng)開發(fā)小組人員數(shù)為N時，可能的通信路徑有N（N-1）/2條。7、承認(rèn)不斷改進(jìn)工程實(shí)踐的必要性原則按照這條原則，不僅要積極主動地采納新的軟件技術(shù)，而且要注意不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，例如，收集進(jìn)度和資源耗費(fèi)數(shù)據(jù)，收集出錯類型和問題報告數(shù)據(jù)等等。GIS工程的生命周期方法學(xué)GIS工程采用的生命周期方法學(xué)就是從時間角度對軟件開發(fā)和維護(hù)的復(fù)雜問題進(jìn)行分解，把軟件生成的漫長周期依次劃分為若干個階段，每個階段有相對獨(dú)立的任務(wù)，然后逐步完成每個階段的任務(wù)。生命周期各階段的基本任務(wù)

1、問題定義

問題定義階段必須回答的關(guān)鍵問題是：“要解決的問題是什么？”問題定義階段的工作，系統(tǒng)分析員應(yīng)該提出關(guān)于問題性質(zhì)、工程目標(biāo)和規(guī)模的書面報告。問題定義階段是生命周期中最簡短的階段，一般只需要一天甚至更少的時間。2、可行性研究

這個階段要回答的關(guān)鍵問題是：“對于上一個階段所確定的問題有可行的解決辦法或值得做嗎？可行性研究比較簡短，這個階段的任務(wù)不是具體解決問題，而是研究問題的范圍，探索這個問題是否值得去解，是否有可行的解決辦法。在問題定義階段提出的對工程目標(biāo)和規(guī)模的報告通常比較含糊?？尚行匝芯繎?yīng)該導(dǎo)出系統(tǒng)的高層邏輯模型（通常用數(shù)據(jù)流圖表示），并且在此基礎(chǔ)上更準(zhǔn)確、更具體地確定工程規(guī)模和目標(biāo)。然后分析員更準(zhǔn)確地估計系統(tǒng)的成本和效益，對建議的系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的成本/效益分析是這個階段的主要任務(wù)之一?？尚行匝芯康慕Y(jié)果是使用部門負(fù)責(zé)人決定是否進(jìn)行這項工程的重要依據(jù)。3、需求分析

這個階段的任務(wù)仍然不是具體地解決問題，而是準(zhǔn)確地確定“為了解決這個問題，目標(biāo)系統(tǒng)必須做什么”，主要是確定目標(biāo)系統(tǒng)必須具備哪些功能。系統(tǒng)分析員在需求分析階段必須和用戶密切配合，充分交流信息，以得出經(jīng)過用戶確認(rèn)的系統(tǒng)邏輯模型。通常用數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典和簡要的算法表示系統(tǒng)的邏輯模型。4、總體設(shè)計

這個階段必須回答的關(guān)鍵問題是：“概括地說，應(yīng)該如何解決這個問題”首先，應(yīng)該考慮幾種可能的解決方案。（1）

低成本的解決方案；（2）

中等成本的解決方案。（3）

高成本的“十全十美”的系統(tǒng)。系統(tǒng)分析員應(yīng)該使用系統(tǒng)流程圖或其他工具描述每種可能的系統(tǒng)，估計每種方案的成本和效益，還應(yīng)該在充分權(quán)衡各種方案的利弊的基礎(chǔ)上，推薦一個較好的系統(tǒng)（最佳方案），并且制定實(shí)現(xiàn)所推薦的系統(tǒng)的詳細(xì)計劃。如果用戶接受分析員推薦的系統(tǒng)，則可以著手完成本階段的另一項主要工作。

上面的工作確定了解決問題的策略以及目標(biāo)系統(tǒng)需要哪些程序，但是，怎