10.3应用系统开发

知识要点

一、需求分析

二、总体设计

三、功能设计

四、空间数据库设计

五、模块设计

六、网络结构设计

七、运行环境设计

八、系统安全设计

知识点一、需求分析

1.数据需求分析

按照相关部门规定和需求，需要将以下数据纳入数据库统一管理：

(1)全市范围1:10万、1:5万、1:5000、1:2000、1:1000、1:500比例尺的地形图。

(2)覆盖全市约1000km2卫星遥感影像数据、高清晰数码航片影像数据。

(3)控制测量成果包括二等水准网、三等水准网、沉降观测网、三等gps网、四等gps网及点之记坐标和远景近景信息。

(4)约4.8 km2范围10类管线数据，累计长度达到115km，管段约8600段。

(5)市域范围内行政区划、绿地、水系、政府机关、科研教育、大专院校等约62类电子地图数据。

(6)城区50个社区，约21000个门牌地名数据。

(7)其他专题数据（国土、城建、规划、文保、控保、古井、古牌坊、古树名木等）。

2.业务需求分析

根据应用需求，系统需具备如下功能：

(1)数据入库、出库操作。

(2)地图查阅基本操作，包括浏览、平移、放大、缩小等图形基本操作功能。

(3)查询、统计与分析，包括坐标查询、距离查询、面积查询、图号查询、条件查询、模糊查询、条件查询、缓冲区分析、自定义条件统计、空间分析等功能。

(4)地图编辑功能，包括点、线、面、文字等图形要素编辑功能，类似计算机辅助设计（cad）的地图编辑功能。

(5)地图输出功能，包括屏幕拷贝、打印机输出、绘图仪输出等功能。

3.数据成果基本要求

(1)数学基础要求。平面坐标系采用1980西安坐标系；投影采用高斯-克吕格投影，按3°分带；高程基准采用1985国家高程基准。

(2)数据内容要求。

基础地理数据，是整个系统的空间定位框架，由数字线划图（dlg）数据、数字栅格地图（drg）数据、数字正射影像图（dom）数据、数字高程模型（dem）数据和地名数据库（pn）共五部分内容构成。

专题地理数据，包括土地利用数据、规划管理数据、土木建设数据等。

多媒体数据，包括管理过程中产生的文本和图像数据以及可能产生的录音、录像等数据。

4.质量管理与控制要求

质量是系统建设成败的关键，质量控制是项目管理的重要内容。为保证最终数据和应用平台软件的质量，需要建立全程质量监督制度，即从项目组织实施、设计、技术实现等方面采取一系列措施，进行严格控制。

(1)数据库质量管理要求。

数据生产和建库参照iso9000标准体系，结合本项目的特点，实行统一设计、统一组织、分工明确、全程监控的项目管理体制。

采取多级检查和验收方式，所完成数据上交前要经过生产单位作业人员的自检和质量监督组的验收，完成一级检查验收；上交后再由项目技术监督组组织人员对上交的数据统一进行二级检查和验收。

一、二级检查时所有图幅必须100%全面检查。验收时抽取的样本不少于10%，并对样本进行详查，对样本外的产品进行概查。

(2)软件质量管理要求。

在项目设计过程中，应遵循计算机软件工程规范，采用软件工程的方法设计和开发软件；与用户必须充分接触，开展需求调研工作，建立明确的软件需求；充分重视系统软件的正确性、可靠性、可维护性、效率、安全性、灵活性、可实用性。

知识点二、总体设计

1.空间数据存储方式

关系数据库是目前数据库发展的主流。利用关系数据库实现空间数据的全关系化存储已经成为许多gis软件开发商和构建应用系统的一个主要趋势，它不仅可以保证几何与属性信息的无缝接合，而且可以方便创建与维护各类空间数据之间关联关系，也可以实现数据的并发操作，更好地维护数据的安全。

采用空间数据库引擎（如arcsde）实现对空间数据的高效访问。

2.系统开发方法

组件技术在gis中的应用已经非常广泛，主要的gis厂商都推出了自己的组件产品，如esri公司的arcobjects、mapinfo公司的mapx、supermap公司的supermap等。vb、vc、delphi等支持组件标准的可视化集成开发环境都支持组件式系统开发。

本系统采用c/s系统架构，图形操作功能只能通过客户端实现，而系统配置和空间数据库管理模块可以同时位于服务器端或客户端。

系统采用模块化开发方式，每个模块以dll或exe形式存在，利用面向对象的方法集成各个模块。

3.多尺度空间数据入库

多尺度空间数据包括影像数据、栅格数据和矢量数据，入库时存在格式读取复杂、投影变换等问题，

因此可以借助第三方软件（如arcgis的toolbox）实现。

知识点三、功能设计

空间数据管理与应用子系统是为保证空间数据库的正常运转和基于空间数据库的应用而开发的系统平台。

为实现这一功能，该子系统细化为系统管理、数据质检入库、图形操作、数据管理、信息查询、数据更新等模块。系统的功能框架如图10.3.1所示。

知识点四、空间数据库设计

基础地理信息数据库设计：

基础地理信息数据库是以狭义gis空间数据为主要对象，具体设计方法参考§10.1的相关内容，此处不再赘述。

专题地理信息数据库设计：

专题地理信息数据库是指面向业务专用、部门所属的空间数据，其具体设计方法参考§10.2的相关内容，此处不再赘述。

知识点五、模块设计

以“用户管理”和“数据库备份与恢复”两个模块为例，详细讲述模块设计。

1.系统功能模块设计

“系统管理”的子功能模块设计见表10.3.1。

表10.3.1 “系统管理”的子功能模块设计（原表10-4-1）

2.用户管理设计

如表10.3.1所示，用户管理模块的功能标识号为smm10，下面详述该模块的设计思路。

(1)用户管理模块流程设计。

用户管理模块流程如图10.3.2所示。

(2)用户管理模块类图设计。用户管理模块类图如图10.3.3所示。

3.数据库备份与恢复设计

如表10-3-1所示，数据库备份与恢复模块的功能标识号为smm40，下面详述该模块的设计思路。

(1)数据库备份与恢复模块流程设计。数据库备份与恢复模块流程如图10.3.4所示。

(2)数据库备份与恢复模块类图设计。数据库备份与恢复主要指对数据库的备份和恢复操作，通过选择数据库备份表中项，对于备份将信息导入到选择的一个目标文件中，对于恢复则选择恢复。

知识点六、网络结构设计

基础空间数据管理与应用系统以处理图形数据为主，数据量大、网络传输量大、安全性要求高。针对这些特点及网络的基本要求，在进行网络设计时重点考虑了以下原则：

(1)网络系统应符合国际规范和标准，具有开放性，便于以后的扩充。

(2)合理进行网络层次划分和网络分段，针对不同的网络层次和网段，采用不同的网络技术，以提高系统的整体性能。

(3)提高网络的吞吐量，选择良好的硬件和外部设备。

(4)保证可靠性与安全性。

(5)网络中尽量避免出现通道瓶颈。

基础空间数据管理与应用系统将网络设计分为两个层次：      

一是连接外部用户的外部网，

二是管理部门内部的局域网。

内部网与外部网在物理上完全隔离；内部网实现数据共享和传递，构成“客户机—服务器”的工作模式，外部网建立地理信息发布服务的途径。

网络结构如图10.3.5所示，内部局域网选择百兆以太网，通过物理布线和配置相应级别的交换机连接各前端机，采用三层网络结构，

即数据库服务器端、应用服务器端和局域网客户端。

数据库采用双机备份机制，当其中一台数据库出现故障，另外一台能立即进入服务状态。

知识点七、运行环境设计

依据前期调研的用户现有软硬件平台以及系统建设对软硬件的需求，推荐如表10.3.2至表10.3.5所示的系统软硬件平台。

表10.3.2 服务器配置(原表10-4-2)

表10.3.3 客户端配置(原表10-4-3)

表10.3.4 其他设备选型(原表10-4-4)

表10.3.5 软件选型(原表10-4-5)

知识点八、系统安全设计

系统的安全设计包括网络安全设计与软件功能稳定性安全设计。

网络安全设计主要依赖于涉密专网及防火墙等硬件设施；软件功能稳定性设计，可以从软件设计、编码规范、软件测试等环节加强监管，实现防范与监督的管理模式。

案例样题

第一题

以“某市基础空间数据管理与应用系统”开发设计为例。

基础空间数据管理与应用系统是数字城市建设的基础内容，实现基础地理空间数据（包括4d数据以及其他专题数据）的统一管理，为数字城市其他业务系统模块实现数据准备与提取，既提供了一个统一的数据来源和基础，又能方便实现空间数据管理的一致性。

1.系统建设目标

基础空间数据管理与应用系统是数字城市建设中的基础内容，实现基础地理空间数据（包括4d数据以及其他专题数据）的统一管理，主要包括空间数据的输入、格式输出、编辑更新、查询统计、空间分析、制图输出、专题图、历史库管理、3d分析等应用。系统具有海量数据管理、高效智能无缝拼接处理、多源数据融合、动态更新维护等特点。

2.系统建设任务

为完成系统建设目标，需完成以下任务。

(1)多尺度空间数据库的建立。

制定数据格式标准与数据转换技术方案：对基础地理数据、专题地理空间数据和多媒体数据按照一定的技术标准和要求进行集成，实现各种数据的整合与一体化管理；统一数学基础为1980西安坐标系、1985国家高程基准、地理坐标。

收集并处理各种数据：包括数字线划图（dlg）数据、数字栅格地图（drg）数据、数字正射影像图（dom）数据、数字高程模型（dem）数据、地名数据库（pn）。

数据转换与入库：根据数据转换与入库技术方案完成空间数据的转换与入库工作。

(2)系统应用软件平台的研制。在4d基础数据基础上，实现多尺度（多分辨率）空间数据入库功能；基于多尺度空间数据库实现空间数据管理功能和地图浏览、地图编辑、查询分析、地图输出等地图操作功能。

3.提交成果

(1)多尺度数据库及入库技术方案。

(2)全套技术文档。

(3)空间数据管理软件系统一套。

[问题]

1. 简述应用系统设计与开发总体思路。
2. 简述c/s网络结构下的gis开发方法。
3. 简述本系统运行的网络体系结构。
4. 根据该项目的实际特点和目前计算机技术发展趋势，设计分析系统开发与运行的软硬件环境。

[参考答案]

1.按照一般性原则，gis应用系统的设计与开发基本上从数据库与专业应用功能两方面来考虑。

数据库设计主要包括概念设计、逻辑设计、存储设计、元数据设计等。

从概念上讲数据库由基础地理数据、专题空间数据、多媒体数据共三部分构成，它们的数据源、类型、格式都是多样的，需要一个能够有力管理这些复杂数据的数据库逻辑模型。

目前，在gis应用中多采用二维表的关系模型，将数据按照数据集、数据区与数据层这三个逻辑单元进行组织与存储。

专业应用功能的设计和实现，要紧紧围绕用户需求，针对实际管理的业务要求和工作流程，开展应用功能设计，同时包括系统运行的网络体系结构的设计。

在统一标准体系、数据规则的前提下，将所有业务和问题集成到gis平台上，进行统一存储、管理、关联，提供符合用户管理实际要求的专业化业务模块和各类业务综合分析功能。

一般应包括基础数据管理、通用数据查询、桌面业务处理、机助专题制图、辅助分析决策、动态数据交换、网络信息发布、运行维护管理共八大功能模块。

2.c/s网络结构下的gis应用系统一般都要求具有较强的gis分析和查询功能。在c/s网络结构下gis的开发主要采用组件技术实现。

组件技术在gis中的应用已经非常广泛，主要的gis厂商都推出了自己的组件产品，如esri公司的arcobjects、arcengine、mapinfo公司的mapx等。vb、vc、delphi等支持组件标准的可视化集成开发环境的都支持组件式gis开发方式。目前，常用的组件gis开发以arcengine较多。

arcengine的开发主要依赖于arcgis产品体系中所提供的若干类和接口，这些类和接口分别封装在20多个arcgis库文件中。在开发时只需要找到对应接口，并熟悉接口调用，即能实现所需gis功能。

3.为适应分布在不同区域的多用户使用系统的特点，并考虑系统中部分数据属于保密信息的情况，系统应分别采用c/s和b/s两种分布式模式，以适应并支持局域网和城域网（或互联网）两种网络环境。

系统管理工作在内部的局域网采用c/s架构完成，具备数据入库、操作与查询功能的客户端层构成客户端，空间数据引擎与数据库构成服务器端；在全用户范围的城域网内采用b/s架构，仅能浏览、查询、检索空间数据库的客户端层构成浏览器端；空间数据引擎、webgis服务器与数据库服务器构成服务器端。

4.系统开发与运行的软硬件环境如下：

(1)软件环境。

Ÿ操作系统采用windows 2000系列或windows xp操作系统，其中服务器可采用windows server2000或unix操作系统。

Ÿ数据库可采用sqlserver或oracle数据库。

Ÿgis平台可在arcgis或国产优秀gis软件任选一种。

Ÿ系统开发语言可选vc、delphi、vb或.net。

Ÿ办公软件采用office 2003或office 2010。

(2)硬件环境。

Ÿ数据存储设备可以采用光通道磁盘阵列，通过光纤交换机与数据服务器相连。

Ÿ数据备份设备可采用磁带机（20g或40g容量磁带）。

Ÿ服务器采用1台4cpu以上的服务器，兼作数据服务器和gis服务器。

Ÿ客户端不用特别要求，选用一般主流微机即可。

Ÿ其他外设可以配置a0幅面绘图仪、a0幅面扫描仪、打印机等。

案例样题

第二题

将webgis技术引入“数字社区”，实现社区基础地理空间数据与各种专题业务数据的高效管理，实现gis与业务oa的紧密结合，实现社区的精细化管理和高效的便民服务是“数字社区”发展的普遍趋势。在此背景下，某城市街道拟开展“数字社区信息平台”建设。

[问题]

1.简述c/s、b/s结构各自的特点及优缺点。

2.简述一般webgis系统的基本功能。

3.简述该平台数据库建设的技术流程。

[参考答案]

1.client/server是建立在局域网的基础上的。browser/server是建立在广域网的基础上的。c/s客户端的计算机电脑配置要求较高。b/s客户端的计算机电脑配置要求较低。

c/s模式的优点：由于客户端实现与服务器的直接连接，没有中间环节，因此响应速度快；操作界面漂亮、形式多样，可以充分满足客户自身的个性化要求；管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。

c/s模式的缺点：

需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络条件的用户群体，不能够实现快速部署安装和配置；兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性；若采用不同工具，需要重新改写程序；开发成本较高，需要具有一定专业水准的技术人员才能完成。

b/s模式的优点：

具有分布性特点，可以随时随地进行查询、浏览等业务处理；业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能；维护简单方便，只需要改变网页，既可实现所有用户的同步更新；开发简单，共享性强。

b/s模式的缺点：

个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求；操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求；页面动态刷新，响应速度明显降低；无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力；功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。

2.主要包括以下几个方面：

（1）地理信息的空间分布式获取。

webgis可以在全球范围内通过各种手段获取各种地理信息。将已存在图形数据语言通过数字化转化为 webgis的基础数据，使数据的共享和传输更加方便。

（2）地理信息的空间查询、检索和联机处理。

利用浏览器的交互能力， webgis 可以实现图形及属性数据的查询检索，并通过与浏览器的交互使不同地区的客户端来操作这些数据。

（3）空间模型的分析服务。

在高性能的服务器端提供各种应用模型的分析与方法，通过接收用户提供的模型参数，进行快速的计算与分析，即时将计算结果以图形或文字等方式返回至浏览器端。

（4）互联网上资源的共享。

互联网上大量的信息资源多数都具有空间分布的特征，利用webgis对这些信息进行组织管理，为用户提供基于空间分布的多种信息服务，提高资源的利用率和共享程度。

3.数据库建库实施流程一般包括

入库前的数据整理、

数据预入库、

数据处理与修改、

元数据整理、

数据正式入库及数据库功能开发