（机械设计及理论专业论文）城市基础空间数据管理信息系统研究与开发.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 城市基础空间数据管理系统研究与开发 摘要 地理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是项以计算机为 基础的新兴技术，围绕这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性 的学科。在计算机软硬件支持下，它可以对空问数据按地理坐标或空间位置进行 各种处理，对数据进行有效管理、研究各种空间实体及相互关系。是实现城市规 划管理信息化的重要途径之一。 软件系统的分析设计是软件生命周期中最为关键的环节，成功的软件系统必 然建立在良好的分析与设计基础上。九十年代以来，面向对象技术已成为软件工 程领域内主流技术。统一建模语言u m l 是一种绘制软件蓝图的标准语言，适用 于对软件开发过程中所有重要的分析、设计和实现进行详细描述。此外，u m l 作为一种可视化建模语言，丌发人员使用它能够用图形清晰地描述系统体系结构 及其所有细节，有利于用户与开发人员之间的交流。 本文结合盘锦市基础地理信息系统实际项目中软件的实践开发和研制，利用 地理信息系统技术，针对基础空间数据管理系统( b a s em a pd a t am a n a g e m e n t s y s t e m ，简称b m s ) 的应用需求，着重探讨了基于u m l 的面向对象的建模技术 在软件开发中的相关技术问题，同时进行了系统数据管理和更新机制的研究。本 文的主要内容有： 1 在应用u m l 动态和静态建模技术基础上，完成了b m s 开发的需求分析 和系统设计，建立了该系统的业务模型、用例模型、分析模型和设计模 型。 2 分析和设计了b m s 的体系结构和所采用的技术路线，根据功能需求，对 系统的软硬件以及网络环境进行相应的配置。 3 在明确b m s 系统数据库的管理内容和体系结构的基础上，完成了系统数 据库的分析和设计工作，建立了数据入库和更新过程模型，并在此基础 上探讨和实现基础空间数据的管理和维护任务。 4 建立b m s 的数据更新机制，实现了数据更新后的有效集成和历史数据管 理。 东北犬学硕士学位论丈摘要 实践表明，基于u m l 的建模方法适用于b m s 软件的建模，该项技术的采用 能够较好地解决软件开发中面临的文档组织、工程化开发、升级、维护以及复用 等问题。本文所阐述的一些内容和方法，对其它工程软件的开发具有定的参考 价值。b m s 数据管理更新机制的探讨和实现，为其它类型信息管理系统海量数据 的管理及更新提供了参考解决方案。 关键词地理信息系统基础空间数据管理数据库设计更新机制u m l i i 查韭盔鲎墅主芏焦丝查垒! ! ! 竖! d e v e l o p m e n t a n dr e s e a r c ho fba s em a pd a t a i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m a b s 仃a c t g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( o l s ) i sae m e r g i n gt e c h n o l o g yb a s e do n c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，t h er e s e a r c h 、d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o na b o u tg i sh a sc a m e i n t ob e i n gac r o s s r e f e r e n c ea n dm a r g i n a ls c i e n c e w i t lt h es u p p o r to fs o f t w a r ea n d h a r d w a r eo fc o m p u t e r , i tc a nd e a lw i t hs p a t i a ld a t aa c c o r d i n gt og e o g r a p h i cc o o r d i n a t e o rs p a t i a lp o s i t i o no ft h ed a t a ，a tt h es a n l et i m e ；i tc a l lb o t hm a n a g eg e o g r a p h i cd a t a e f f i c i e n t l ya n dr e s e a r c ha l lk i n d so fs p a t i a le n t i t ya l o n gw i t ht h e i rr e l a t i o n s h i p s i tc a r l b es a i d t h a tg i si sa ni m p o r t a n ta p p r o a c ht oi m p l e m e n ti n f o r m a t i z a t i o no fc i t y p l a n n i n gm a n a g e m e n t s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g ni st h em o s ti m p o r t a n tp a r to f t h es o f t w a r el i f ec y c l e ，a s u c c e s s f u ls o f t w a r es y s t e mi sa l w a y sb a s e do ng o o da n a l y s i sa n dd e s i g n s i n c et h e 19 9 0 s ，o b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yh a sb e c a m et h et e n d e n c yo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h eu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) i st h ei n d u s t r y s t a n d a r dl a n g u a g et om a k ea b l u e p r i n to fs o f t w a r e ，w h i c hi ss u i t a b l ef o rs p e c i f y i n ga l ld e c i s i o n so fa n a l y s i s 、d e s i g n a n di m p l e m e n ti ns o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s s b e s i d e s ，u m li st h ev i s u a l i z e d m o d e l i n gl a n g u a g e ，w i t hw h i c hd e v e l o p e rc a ne x a c t l yd e s c r i b et h ea r c h i t e c t u r ea n d d e t a i l so fs o f t w a r es y s t e mi nt h ef o r mo fd i a g r a m ，w h i c hw i l lp r o m o t et h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc u s t o m e r sa n dd e v e l o p e r c o m b i n e dw i t ht h ed e v e l o p m e n ta b o u tp r o j e e lo fb a s eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n s y s t e mi np a n j i nc i t y , t h i st h e s i sa i m sa tt h ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n to f b a s em a pd a t a m a n a g e m e n ts y s t e m ( b m s ) b yu s i n gg i st e c h n o l o g y a n dp u te m p h a s i z eo nt h e t e c h n i c a li s s u e so ft e c h n o l o g i e so fm o d e l i n gw i t hu m li ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t i n t h em e a n t i m e ，w eh a v ea c c o m p l i s h e ds o m er e s e a r c ha b o u tt h em e c h a n i s mo fd a t a m a n a g e m e n ta n du p d a t e t h em a i nc o n t e n t so f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do nt h et h e o r yo fd y n a m i ca n ds t a t i c a lm o d e l i n gb yu m l ，w eh a v e a c h i e v e dt h er e q u i r e m e n ta n ds y s t e md e s i g no f t h eb m s sd e v e l o p m e n t a n d e s t a b l i s h e dt h es y s t e m sb u s i n e s sm o d e l 、u s ec a s em o d e l 、a n a l y s i sm o d e la n d d e s i g nm o d e l i i i 查韭叁兰塑堂堡垒查 垒! 坐噔 2 a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，w eh a v es e tu pt h ec o n f i g u r a t i o no f t h es y s t e m ss o f t w a r e 、h a r d w a r ea n dn e t w o r ke n v i r o n m e n t m o r e o v e r , w e h a v ea n a l y z e da n dd e s i g n e dt h ea r c h i t e c t u r ea n dt e c h n o l o g yo fb m s 3 o nt h eb a s i so ft h e p e r c e p t i o no ft h es y s t e m d a t a b a s e sc o n t e n t sa n d a r c h i t e c t u r e ，w eh a v ec o m p l e t e dt h ew o r ko fs y s t e md a t a b a s e sa n a l y s i sa n d d e s i g n ，m o d e l e dt h es t o r ea n du p d a t eo fd a t ai n f o r m a t i o n ，d i s c u s s e da n d i m p l e m e n t e dt h em a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c eo f b a s em a pd a t a 4 w eh a v ee s t a b l i s h e dt h em e c h a n i s mo fu p d a t e ，t h ew o r k so fd a t a si n t e g r a t i o n a n dm a n a g e m e n to f h i s t o r yd a t ah a v eb e e nd o n e t h ep r a c t i c ei n d i c a t e st h a tm o d e l i n gw i t hu m li s a c c e p t a b l ef o rb m s ，t h e a d o p t i o no ft h i st e c h n o l o g yc a nr e s o l v et h ep r o b l e m ss u c ha st h eo r g a n i z a t i o no f d o c u m e n t s 、e n g i n e e r i n gd e v e l o p m e n t 、u p g r a d e 、m a i n t e n a n c ea n do v e r l a p t h ec o n t e n t s a n dm e t h o d si nt h i st h e s i sc a nb r i n gs o m er e f e r e n c et od e v e l o p m e n t so fo t h e r e n g i n e e r i n gs o f t w a r e i np o i n to fb m s ，t h ed i s c u s sa n dr e a l i z a t i o no ft h ed a t a s m e c h a n i s mo fu p d a t ea n dm a n a g e m e n tw i l lt a k ear e f e r e n c e ds o l u t i o nf o ro t h e rt y p eo f i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m e s p e c i a l l y ，i nt h em a n a g e m e n ta n du p d a t eo fm a s s d a t ai n f o r m a t i o n k e yw o r d s g i s m n a g e m e n to f b a s em a p d a t a d e s i g no f d a t a b a s e m a c h a n i s m o f u p d a t e u m l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谓 意。 学位论文作者签名：参1 应芬 日期： 7 0 q 罗) 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据痒进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早三酉了匕 1 1 城市地理信息系统( u g i s ) 的发展现状与趋势 1 1 1 地理信息系统简介 地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ) ，是一种特定的空间信 息系统，它是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地 理分布信息有关的数据的空间信息系统。从实质上来讲，它是一个数据库管理系 统。与其它信息系统不同的是，它管理的是地理信息信息资源中一种十分重 要和广泛的信息。【1 】【2 】 地理信息系统以地理数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种 空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务。它具有以下三方面的特征： 一 具有采集、管理、分析和输出多种地学空间信息的能力，具有空间性和 动态性； 具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，能产生高层次高 质量的地理信息； 由计算机系统支持进行空间数据处理，并由计算机程序模拟常规或专门 的分析方法和模型，作用于空间数据，产生有用信息，快速、准确地提 供科学决策依据。 1 1 2 城市地理信息系统的发展 城市地理信息系统( u r b a ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，u g i s ) 是地理信 息系统的一个分支，是一种利用计算机技术及信息工程技术等实现对城市各种空 间信息和非空间信息及其属性数据进行采集、处理、存储、管理、查询、分析、 应用和维护更新的空间信息系统。城市地理信息系统是城市的一项基础设施建设， 是城市管理和决策的现代化工具。它为城市规划、建设和管理的定量化、科学化， 以及为城市地理信息进行快速查询和分析提供了先进的技术手段和方法，并为决 策提供辅助支持。 3 1 【4 1 国际上的城市地理信息系统研究始于7 0 年代初期，经过2 0 多年的迅猛发展， 目前发达国家已将它作为城市现代化标志与重要基础设施之一，用于城市动态管 理和规划发展，并将它作为对城市重大问题和突发性事件进行科学决策的现代化 东北大学硕士学位论文第一章绪论 手段。城市管理、规划和辅助科学信息化建设进程大致可分为以下三个阶段：【5 】 1 以m i s 为主结合g i s 的静态城市资源管理信息建设；如建立城市的基础 地理信息数据库、地籍数据和地下管网数据库等空间或非空间数据库， 实现城市资源的计算机管理。在登录、查询、检索和图形输出等方面， 比传统工作有了很大提高。 2 以u g i s ( 城市地理信息系统) 为主体结合o a 的动态规划管理信息建设： 面向城市规划，推进办公自动化，加强业务运行系统的建设，扩大服务 范围，提高城市动态模拟、实时监测与调控管理的能力。 3 以数字城市为长远目标面向城市可持续发展的全数字化作建设：这方面 目前正在探索。随着城市化进程加快，城市群落形成，环境，交通等日 趋紧张，网络化管理和动态调控需求增加。与遥感、全球定位系统、数 据自动采集系统和i n t e m e t 网络技术的结合应用，城市规划建设与管理的 数字化工程将促进数字城市的建设，在城市动态监测管理，公众信息发 布、自动辅助决策、宏观调控能力与城市持续发展等方面产生较大的进 步。 目前发达国家和部分发展中国家与地区在城市规划、市政工程、交通设施、 公共服务、动态监测等方面都广泛应用城市地理信息系统，在实际工作中发挥了 显著效益。如1 9 8 8 年法国巴黎市政府即开始建设城市信息系统( 城市地籍和地下 管线管理的g i s 系统) ，有力的协调了城市规划和管理部门之间的合作。产生了 良好的经济和社会效益。 我国城市地理信息系统的研究和应用，早在8 0 年代初就开始进行了有益的探 索。1 9 9 0 年后，随着我国国民经济建设城市化进程加快，计算机技术的迅速发展， 特别是经济特区和东南沿海城市地理信息系统建设出现的热潮及投入的加大，最 近这些年我国城市地理信息系统的建设以应用为导向的目标进一步明确，建设速 度加快，进入城市管理和规划的实际业务应用有了很大的提高，用户对城市地理 信息系统的需求无论从广度还是深度上都在迅速增加，出现了一个很好的形式。 我国目前有相当一批城市，例如北京、上海、广州、等大城市，深圳、海口、北 海、厦门、淄博等中小城市，中山市的小榄、辽宁的瓦房店市等小市、镇在过去 几年建立或初步建立了一批城市地理信息系统，诸如规划管理、土地管理、地下 管网、交通管理等。城市信息的查询，政府职能部门的办公自动化，土地、规划 或房产地籍管理的计算机化，乃至部分城市问题的分析评价与科学决策，以及一 些数据更新的自动化等都不同程度地借助城市地理信息系统实现了，产生了非常 明显的社会效益和经济效益。1 6 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 本课题研究的背景 作为辽宁省重要的工业城市，盘锦市地下蕴藏着丰富的石油、天然气、氯、 钠等多种金属和非金属矿物，是我国重要的石油、天然气、化工、能源基地，在 我国国民经济中起着重要作用。改革开放以来，盘锦市发生了巨大的变化，城市 经济以前所未有的速度发展，城市建设闩新月异，道路、建筑等基础设施成倍增 长，城市规模日益扩大。 然而，随着城市经济迅速发展和各项建设的大规模进行，给盘锦市城市规划 和城市管理工作带来了更高的要求和更大的压力。传统的城市规划、城市管理方 式已经越来越不适应经济发展的需要，城市管理部1 j j t j 城市建设部门迫切需要借 助于新的方法和技术进行城市规划和管理，指导城市建设。这些相关部门也曾自 发性、各自为政地开展过地理信息系统建设工作。但由于相互缺少组织、协调和 沟通，系统建设存在很多隐患。 另一方面，城市的重要基础设施，盘锦市市区街巷的地下和近郊区地下遍布 着给水、排水、电力、电信、燃气、热力、油田输气、油田输油、油田注水、乙 苯等各种工业及市政管线。过去出于管理手段的落后，时间的推移使得大量宝贵 的管线资料残缺不全，资料内容不完善，格式不统一。给城市建设、发展带来阻 碍和财产损失。 进入二十一世纪，城市建设速度加快，对城市规划管理部门提出了更高的要 求，原有的地理信息管理系统在管理应用上与当前先进的g i s 软件产生了较大差 距，已不能适应城市管理的需要。主要问题是随着城市经济发展以及城市建设速 度的加快，拆改扩建工程量加大，但原有系统数据更新手段落后，数据修改周期 长、现势性差。另外，紧急情况下的应变能力差，如发生地下管线事故时，需要 系统快速提供应急措施及可能会影响的管网范围，而原有系统不能实现。因此需 要建立更先进的系统柬管理城市各方面的信息，并作到信息共享，最大限度的发 挥g i s 系统的效益。 为了有效解决上述问题，推动盘锦市城市建设地理信息系统整体有序地发展， 使城市建设和管理走向定量化、定位化、科学化和自动化道路，促进城市规划、 建设和管理的现代化进程，进一步改善盘锦市的投资环境，尽快把盘锦市建成辽 宁省中西部地区具有水乡特色的综合型石油化工城市，盘锦市政府计划利用世界 银行贷款来开展城市地理信息系统建设。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 研究问题定义 本文将结合盘锦市城市地理信息系统建设的要求和实际情况，针对作为城市 地理信息系统的核心组成部分的基础空间数据管理子系统进行需求分析并导出系 统的逻辑设计方案，以及为保证数据质量而建立的数据管理及更新机制，满足整 体系统深层次的需求。 最终将投入使用的基础空间数据管理子系统，是针对基础空间数据管理所开 发的，它利用v b 语言，在由美国e s r i 公司所提供的a r c g i s 平台上进行二次开 发，并采用当今流行的o o p ( 面向对象方式) 的开发模式。该系统采用c s ( 客 户端朋r 务器) 和b s ( 浏览器端服务器端) 相结合的结构模式，对测绘部门采集 的基础空间数据进行入库、更新管理同时保证数据的完整性、正确性与现势性， 为其它子系统和部门提供所需的数据。 1 4 研究开发内容 基于上述所提出的问题，本文所进行的研究开发内容如下： 1 ) 参考已经成功的基础空间数据管理及更新机制，结合盘锦市的具体情况 进行比较分析，选择合适的基础空间数据管理及更新解决方案。 2 ) 借助u m l 统一建模语言来完成系统的需求分析、系统构架分析和设计。 3 ) 针对系统管理和更新数据的需求，完成系统数据库设计。 4 ) 采用v b 基于a r c g i s 进行二次开发，编制应用程序实现系统。 1 5 本文的结构与内容 本文共分为七个章节，主要内容是研究基于a r c g i s 平台的基础空间数据管 理与更新机制和系统的具体实现，以及在这个实现过程中利用u m l 语言进行建 模分析和设计。 第一章为绪论部分。首先讲述了城市地理信息系统技术的概念和应用现状， 盘锦市原有系统的使用情况；其次简单介绍了本系统所需研究和解决的问题，最 后描述了本次的工作目标、所做工作和论文的组织情况。 第二章为基础空间数据管理系统的需求分析部分，主要内容可分为三部分， 第一部分介绍了基础空间数据管理系统面向对象的特性以及u m l 统一建模语言 在本系统设计开发中的应用。第二部分概要描述了盘锦市城市地理信息系统所包 东北大学硕士学位论文第一章绪论 含的内容以及基础空间数据管理子系统的建设意义。第三部分结合u m l 建模语 言对系统进行需求分析。 第三章为系统的概要设计。主要阐述了系统建设目标、系统采用的体系结构 以及解决方案，并在此基础上，完成包括软硬件、网络在内的系统环境配置。 第四章为系统的数据库设计。主要讨论了系统数据库建设的内容和采取的结 构模式。建立了数据入库以及更新的一般过程，并利用该过程来指导实现各类基 础空间数据的入库和管理任务。 第五章为数据更新机制的研究与探讨。首先对g i s 数据更新策略和功能进行 简要介绍，然后根据已有的数掘更新方式来确定适合于基础空间数据管理系统的 数据更新机制。 第六章系统功能的具体设计与实现。在这一章里，作者首先对u m l 建模中 所涉及到的各类概念和方法进行介绍，在这些理论和方法的指导下，完成了对系 统功能模块的分解和具体模块的概要和详细设计工作。 第七章总结了本文的工作，包括三个方面：一是对u m l 在本系统软件开发 中的使用情况；二是对本系统采用的数据更新机制的应用前景进行分析，最后就 系统需进一步完善的些问题做了相关的探讨。 东北大学硕士学位论文第二章基础空问敷据管理系统需求分析 第二章基础空间数据管理系统需求分析 2 1 面向对象的分析及建模 2 1 1 面向对象思想在系统开发中的应用 2 2 1 1 面向对象的基本思想 面向对象技术( o b j e c t - o r i e n t e d ) 技术是在信息模型和面向对象程序设计语言 的基础上建立起来的种方法论。 0 0 方法学认为，客观世界是由各种各样的对象组成，每个对象之间的相互 作用和联系构成了各种不同的系统。这与人们认识世界的自然思维方式是一致的。 该方法是一种在分析和设计阶段独立于程序设计语言的概念化过程。它不仅是一 种程序设计技术，更是一种新的思维方式。其最大特点是能够帮助分析、设计人 员及用户清楚的描述抽象概念，便于相关人员在系统开发研制全过程中进行信息 交流。 0 0 的基本思想是对问题空间按对象进行自然划分，建立问题域模型，使所 建方案直接反映实际系统，构造出相对独立的、模块化的、具有可重用性、可扩 充性的系统，对客观实体进行结构和行为模拟。因此，该方法可以支持系统的并 行丌发。另外，该方法的对象分解较功能分解更接近于人们对客观世界的认识， 具有一定的稳定性。 7 1 【1 3 】 2 1 1 2 在系统中引入o o 方法的意义 o o 方法结合了功能抽象和数据抽象，不仅可以表达结构化数据，还可表达 非结构化数据。其封装和消息的处理机制与分稚式系统及网络系统相一致。且模 块间耦合较松，比传统的结构化方法更简便、更灵活、更有效，并且有利于系统 的维护和扩充。t 8 1 在本系统中引入0 o 方法具有重大的现实意义： 对于像基础空间数据管理予系统这样一个规模比较大的项目，在其设计开发 的初期，包括作者在内的所有设计、开发人员，不可能对项目的设计环节的每件 事情都了解得十分清楚。只有在具体开发过程中，随着对研究对象的认识的加深， 原来隐藏着的、没弄清楚的某些问题才会变得显而易见。另外，在对项目进行需 求分析时，客户也不可能十分明确的表达和提供完整而具体的需求，因此，系统 的功能需求也会随时作一些改变和调整。采用o o 方法，能够很方便地根据客户 东北大学硕士学位论文第二章基础空间数据管理系统需求分析 的需求和设计开发团队对项目的理解对系统进行实时调整，大大减少了在扩展和 修改已有系统的过程中所花费的时间和精力。【9 】 根据作者在开发过程中的体会，整个系统在开发过程，存在着不少重复性的 工作。采用o o 方法可以生成一些专用类库，从而提高工作效率，缩短开发周期。 2 1 2 软件系统建模概述 模型在数学上有着严格的定义和理论基础，生活中的模型由来已久且应用十 分广泛。人们无论是对一个实物的建造还是对于一个复杂问题的求解，在真正实 施前首先为其构造若干模型，例如建筑物的模型、汽车模型和设计蓝图等。模型 是为理解事物而对事物作出的一种抽象，由于它忽略了事物不必要的细节，因而 对事务的处理更加容易。抽象建模已成为处理复杂事务的一种基本手段。在计算 机应用领域，为了构件复杂的软件系统，开发者必须从不同角度考察该系统，使 用某种图形表示来构造抽象系统模型，并反复验证模型能否满足系统需求，最后 逐步完成整个系统的建模，这就是软件建模。n o 】 对软件系统进行建模的目的在于： ( 1 ) 理解应用领域中的知识，捕获用户的需求。 对系统进行分析的过程就是开发者不断学习用户领域知识的过程。当开发者 能建立一个用户满意的模型时，说明他已经理解了用户领域中的知识。正如j a m e s r u m b a u 曲所说：建模就是要抓住系统最本质的部分。 ( 2 ) 与用户沟通。 用户往往不是计算机专家，而开发者往往也不熟悉用户的领域，二者的沟通 就有一定的难度。通过建立一个双方都能理解的模型有利于这种沟通，可以使项 目投资者、分析人员、设计人员、程序员等达成一致，从而为建立正确的软件系 统打下良好的基础。 ( 3 ) 进行系统设计。 在编写代码以前，软件系统的模型可以帮助软件开发人员方便地研究软件的 多种构架和设计方案，从中找出最适合的解决方案，简化实现。模型能够说明在 最终设计中所要解决的许多问题。 ( 4 ) 使实现细节和需求分开。 软件系统的模型可以从多个角度来描述系统：有一些侧重于系统的外部行为 和系统中与现实世界对应的有关信息，有一些侧重于描述系统中的类以及类的内 部操作。通过模型，可以将实现细节和需求分开。 ( 5 ) 设计出有用的实际产品。 通过建模，可以得到这样一些实际产品：类的声明，数据库结构，配置草案， 东北大学硕士学位论文 第二章基础空间数据管理系统需求分析 或者还有初始的用户界面等，这些产品可以直接应用在后面的阶段中。 ( 6 ) 通过模型可以建立系统的文档。 软件系统用视图来组织信息：静态结构视图，状态视图，交互视图，反映需 求的用例视图等。通过这些视图可以组织、查找、检查以及编辑大型系统有关的 信息。 ( 7 ) 利于模型理解复杂系统。 对大型系统直接理解往往有困难，通过建立模型，对系统进行抽象，抓住系 统的主要方面，这样有利于理解系统。 本系统开发过程中应用r a t i o n a lr o s e 软件来进行计算机辅助系统分析、软件 设计、开发和文档生成，确保系统设计与开发符合软件工程的规范，保证能够开 发出规范化的、具有较高可移植性、可靠性的软件，并提高系统开发的效率。【1 2 1 【1 4 l 2 1 3u m l 在系统设计开发中的应用 随着面向对象技术的发展和人们对建模重要性的逐步认识，面向对象的建模 语言层出不穷。u m l 融合了众多面向对象的建模语言的长处，并通过在实际应用 中发现的问题几经修改完善，已成为面向对象技术界公认的标准。【1 i 】 u m l 的e t 标是以面向对象的模型图方式，描述任何类型的系统，利用u m l 提供的各种模型图，对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。 作为一种建模语言，u m l 的定义包括u m l 语义和u m l 表示法两个部分。 ( 1 ) u m l 语义描述基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u m l 的所有 元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义 上取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外u m l 还支持 对元模型的扩展定义。 ( 2 ) u m l 表示法定义u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这 些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是 应用级的模型，在语义上它是u m l 元模型的实例。 u m l 适用于系统开发的不同阶段。在需求定义阶段，可以通过用例建模捕获 用户的需求，描述系统的外部角色及其对系统的功能要求；在详细设计阶段，主 要关心构成系统的主要元素，及这些元素间的静态组成和动态协作关系。可以利 用u m l 的类图、状态图、活动图及顺序图等描述这些关系；在实施描述阶段， 通过进步细化各种静态和动态模型图，为项目的实施和i s 的构建提供详细的依 据。u m l 的应用将贯穿于系统需求分析、设计、实现与测试的全过程。【1 5 1 【1 6 1 如图2 2 所示，其中灰色标注的过程和视图为本系统在设计和实现过程中所涉及 东北大学硕士学位论文第二章基础空间数据管理系统需求分析 到的内容。 圃一叫童至耍 图2 1 系统开发过程中u m l 的应用 f i g 2 1 t h ea p p l i c a t i o no fu m li nd e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h es y s t e m 2 1 4 系统的建模 具体到基础空间数据管理系统的设计建模过程是：首先通过用例分析驱动的 需求分析，同时完成系统的划分和系统的总体设计，并建立起基础空间数据管理 系统的基本框架；在详细设计中，利用交互图和类图进一步对系统基本结构进行 调整和细化，并生成相应的子系统、组件等设计要素类；最后是编码实现过程。1 1 7 2 2 城市管理信息系统整体概要描述 作为一个整体信息系统，城市管理信息系统的目的是建立一个以数字化的基 东北大学硕士学位论文第二章基础空间数据管理系统需求分析 础测绘信息为主要内容的、以完善的基础地理空间数据管理体系和数据服务体系 为主要结构的信息系统，即利用先进的计算机技术、网络技术、g i s 技术，建立 准确、动态、高效的共享数据库，实现地理信息的数据更新、维护、管理、共享 与发布、综合查询、统计分析、历史对比、报表生成、数据表现与制图等方面的 应用。同时建立基于互联网的基础地理数据发布系统，并积极推动其它专业地理 信息系统的开发和应用，以形成有效的数据共享体系，为城市规划、建设、管理 和社会各行业提供地理空问数据服务，并为城市的信息化建设、特别是与城市管 理信息系统相关的综合应用提供良好的基础和支持。因此，从总体上讲，城市管 理信息系统主要应满足三方面的应用需求： 提高基础数据处理的科学化、自动化、信息化和高效率水平； 为城市规划、建设和管理工作提供高质量的基本地形资料； 为城市各专题g i s 应用系统提供标准化的现状基础信息。 城市管理信息系统的具体目标是： 建立基础空间数据库： 建立信息网络基础设施； _ 快速输出符合标准或符合用户要求的各种地图； 实现网上基础地理信息发布： - 为城市其他专题信息系统提供标准化、权威的、多比例尺的公共基础地 理信息平台； 实现基础地理信息的实时更新等。 2 3 基础空间数据管理系统的意义 作为城市管理信息系统的重要组成部分，基础空间数据管理系统的建设对整 体系统的正常运行起着至关重要的作用。 随着空间数据的种类与数据量的迅速增加，基础空问数据的生产、管理、应 用过程越来越复杂，传统的数据管理和应用系统已经满足不了数据管理和应用的 需要。在这种情况下，建立一个采用关系数据库来统一存储空间数据和属性数据 的核心系统，能够更好的解决目前城市基础空间数据的生产管理和数据共享中存 在的问题，适应数字城市发展的需要。也就是说，基础空间数据管理应用系统是 建立城市管理信息系统的前提与基础。 盘锦市的数据基本情况见下表： 东北大学硕士学位论文 第二章基础空间敬据管理系统需求分析 表2 1 基本数据资料 t a h i e2 1b a s i ci n f o m a r i o n 隧囊霪攀鹅瓤叠_ j 数攀讹黪，j t 蓬域 1 ：5 0 0 地形图约7 0 平方公里c a d 格式 主城区 约1 9 6 平方公里c a d 格 1 ：1 0 0 0 地形图 部分市区 式 1 ：2 0 0 0 地形图数量少、时间早规划区 约4 0 0 0 平方公里c a d 格 1 ：5 0 0 0 地形图 整个市区 式 约4 0 0 0 平方公里c a d 格 1 ：1 0 0 0 0 地形图整个市区 式 基础空问数据管理与应用系统的建立，将改变基础地理信息系统传统的基于 文件形式的管理方式，该系统将会建立以4 d 产品为核心的基础空间数据库，并 提供相应的应用工具，对不同种类、不同比例尺的基础空间数据进行管理。为建 立个以数字化的基础测绘资料为主要内容的、以完善的基础空间数据管理体系 和数据服务体系为主要结构的信息系统奠定了坚实的基础。 本子系统与其它子系统或者模块的详细逻辑关系见下图2 2 ： 图2 2 系统逻辑关系图 f i g 2 2t h ec o m p o n e n t so ft h es y s t e m 东北大学硕士学位论文 第二章基础空间数据管理系统需求分析 由上国我们可以看出基础空间数据管理系统与其它子系统之间的逻辑关系， 简言之，一方面，如前所述，基础空间数据管理系统通过自身的数据维护和管理 模块来管理基础地理信息数据库中的元数据、数字正射影像数据和基础地形图数 据。另一方面，基础空间数据管理系统也可以为城市管理信息系统的其它予系统 提供各自所必需的业务数据。 2 4 系统功能需求分析 基础空间数据管理系统的主要目标之一是建立一个以数字化的基础测绘资料 为主要内容的中心基础空间数据库。为城市规划、建设、管理和社会各行业地理 信息系统相关应用提供数据支持。基础空间数据管理与应用系统是城市管理信息 系统的核心子系统，主要用途是对中心基础空间数据库进行管理，主要功能包括： 一基础空间数据库的管理及维护，包括对基础空间数据库各种数据入库、 数据更新及历史数据的保存与恢复、与其它格式数据的转换； 一数据编辑、信息查询检索、统计、分析等基本功能： _ 基础空间数据元数据的编辑和管理： 地理信息发布数据的管理。 2 4 1 系统用例分析 2 4 1 1 用例及用例视图介绍 用例视图从外部用户的角度捕获系统的行为。它将系统功能划分为对活动者 ( 系统的理想用户) 具有意义的事物。这些功能片被称为用例。用例通过系统与 一个或多个活动者之间的一系列消息描述了与活动者的交互。其活动者包括人员、 其它的计算机系统和进程。 用例图则是一种描述用例的可视化工具，它用简单的图形元素表示出系统的 活动者、用例，以及它们之间的联系，准确地表达了活动者与系统的交互情况和 系统所能提供的服务。 用例图简洁明了，对需求的描述规范化，较好地避免了表达的歧义性，便于 用户和系统丌发人员理解系统的需求，取得共识。i1 8 】 用例驱动的系统分析与设计方法已经成为当前面向对象的分析与设计方法的 主流，从实际问题中抽取用例是系统开发中的一个基本任务。一个软件项目的开 发，首先要分析和确定活动者和用例，建立用例模型，绘制用例图，把未来系统 的功能需求用用例图清楚、准确地表达出来。在此基础上进行对象模型的分析与 查! ! 叁兰堡圭兰堡堕查 苎三兰垄壁窒塑塾塑量兰墨丝竺查坌堑 设计，而且在系统的开发过程中不断修改和完善用例模型，推动系统的分析与设 计不断精化，努力达到系统的预定目标。【1 9 1 2 4 1 2 建立系统整体用例 根据前面对系统主要功能的介绍，我们可以确定整体系统的活动者和用例 概括整理如下表所示：【2 0 】 表2 2 接体系统用例 t a m e2 2u s ee a s eo f t h es y s t e m l9 裂霪曩功 用例名称+” 一j 爿 l 例簿要描述 批量d l g 地形图数据入库 对已有的d l g 地形图数据进行数据格式转换重新 进行分层处理，批量转入s d e 数据库 修测d l g 数据更新 将前端数据采集软件采集的分幅格式修测d l g 数据 更新到s d e 基础地理数据库 竣工d l g 数据更新 将前端数据采集软件采集韵分幅格式的d l g 竣工数 据更新到s d e 基础地理数据库。 系统提供接边t 具将新聚集的地形图数据与地理信 数据入库和 数据拼接( 接边)息库中已有的数据拼接成个整体包括批量数据入 库、修测数据入库、竣工数据入库 更新 前端采集的分幅数据进入s d e 数据厍之前，先进行预 数据质量检查 入库处理，不满足要求或者错误的数据给出错误日 忐井返回数据生产系统修改，保证正确的数据进入 s d e 数据库 数据修改后。可以将被修改的数据做为历史数据保存 起来，便于以后宅间数据库基于某一时刻历史数据的 历史库管理 恢复。包括以下功能： 历史数据查询 历史数据台井 根据属性定位 在基础地形图上查出满足一定属性条件的图形目标 井将鸯到的图形目标定位到地图窗口的中心 在基础地形圈上选择图幅的索引图，系统将地图窗口 按照接图表定位 中心移到索引图选中的范围内，井打开指定的图形图 层。 从图号列表中选择一个或者多个索引圈号。系统将地 按照图号定位图中心移到选中图号所在的地图范围内，并打开指定 的图形图层。 地图检索在当前面口选择一个坐标系统将地图窗 | 中心移到 按照坐标定位 选择的坐标上，并打开指定的图形图层。 从控制点列表中选择一个控制点