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水利普查综合制图系统设计与实现Design and Implementation of Comprehensive Mapping System for Water Census工程领域： 软件工程 作者姓名： 李丽丽 指导教师： 宫秀军 副教授 企业导师： 金波 高工 天津大学软件学院二零一六年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要水利普查是国家管理的一项重要工作，可以帮助政府水资源环境管理机构实现水资源的精细化管理。随着计算机技术、网络技术的快速普及和发展，水利普查过程引入了先进的光纤通信、多媒体交互、数据库管理、自动化制图、卫星遥感等技术，提高了水利普查信息管理的信息化、共享化和自动化水平。本文首先分析了水利普查综合制图系统的研究背景，归纳了系统的国内外研究现状，总结了当前使用的系统存在问题，阐述了系统研究目的与意义，描述了系统的研究内容和组织结构。其次，本文介绍了系统研究背景，分别是J2EE技术、JavaBean技术、Tomcat服务技术、MySQL数据库技术，分析了面向对象程序设计技术、Web逻辑业务处理技术和数据库技术的优势，便于实现一个完善的系统。再次，本文从经济、管理、技术、社会等四个方面对系统进行可行性分析，验证了系统设计与实现是可行的，使用UML用例图导出了系统的逻辑业务功能，分别是数据管理功能、专题图层管理功能、专题符号库管理功能、专题图出图模板管理功能、专题图制作功能、自定义专题图制作功能、一键式批量出图功能等，从系统可靠性、安全性、一致性等方面进行了可靠性分析。然后，本文设计了系统的网络拓扑结构、软硬件部署架构、系统体系架构等，使用结构化流程设计了每一个系统的结构化流程，对算法流程进行建模，更好的使用Java程序设计语言进行开发，使用E-R图和关系表设计了系统数据库。接着，本文描述了系统实现和部署环境，并且重点描述了数据库持久层、逻辑业务处理层和表现层功能实现的关键代码，给出了每一个系统功能的运行截图。最后，本文对系统进行了测试，设计了多个系统功能测试、性能测试用例，从系统功能和性能两个方面测试了系统的运行效果，系统测试结果显示器具有良好的可靠型、安全性和响应性。水利普查综合制图系统可以专业化的管理水利分布图，管理每一个图的组成部分和图层内容，方便水利普查综合制图专题管理，提高制图的共享性应用。 关键词：水利普查制图，J2EE，数据库，JavaBeanABSTRACTWater resources survey is an important work of national management, can help the government water resources and environmental management agencies to achieve the fine management of water resources. With the rapid popularization and development of computer technology, network technology, water conservancy survey introduced advanced optical fiber communication, interactive multimedia, database management, automatic mapping, satellite remote sensing technology, improve the information management of water conservancy survey information, sharing and automatic level.At first, this paper analyzes the research background of water conservation census cartographic generalization system, summed up the system of domestic and foreign research present situation, summarizes the problems existing in the current system, elaborated the system research goal and the significance, research content and structure of system are described. Secondly, this paper introduces the system background, respectively is the J2EE technology, JavaBean technology, Tomcat service technology, MySQL database technology, analysis the advantages of object oriented programming technology, web business logic processing technology and database technology, to facilitate the realization of a perfect system. Again, this paper from the four aspects of economics, management, technology and society on the system feasibility analysis, verify the system design and implementation is feasible, the UML use case diagram is derived using the system business logic function, respectively is data management function, thematic layer management functions, thematic symbol library management functions, thematic map out production diagram template management features, thematic map function, custom thematic map making function, a key type batch drawing function, etc., from the aspect of system reliability, safety and consistency were reliability analysis. Then, this paper designs the system network topology structure, hardware and software deployment architecture, system architecture etc., using a structured process design of each system structured process and process of the algorithm model and better using the Java programming language development, with E-R diagram and relational table design the system database. The paper goes on to describe the system implementation and deployment environment, and described the database persistence layer, business logic processing layer and presentation layer implementation of the key code, given the functions of each system run shot. At the end of this paper, the system were tested a system function test and performance test case is designed, from the two aspects of the system function and performance test the operation effect of the system, the system test results display has good reliability, security and response.The water conservation census cartographic generalization system can be specialized management of water resources distribution, every graph management component and layer content, convenient water conservation census comprehensive thematic mapping management, improve the mapping of shared applications.KEY WORDS:Water Resources Survey and mapping; J2EE; Database; JavaBean目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究现状11.2.1 系统国外研究现状11.2.2 系统国内研究现状21.3 研究目的与意义31.4 论文研究内容31.5 论文组织结构4第二章 背景技术62.1 PLC技术62.2 图像预处理技术72.2.1 均值滤波72.2.2 中值滤波72.2.3 Kalman滤波82.3 本章小结9第三章 系统需求分析103.1 系统可行性分析103.1.1 经济可行性分析103.1.2 技术可行性分析103.1.3 社会可行性分析103.2 系统功能分析103.2.1 数据管理功能分析103.2.2 专题图层管理功能分析113.2.3 专题符号库管理功能分析123.2.4 专题图出图模板管理功能分析123.2.5 专题图制作功能分析133.2.6 自定义专题图制作功能分析143.2.7 一键式批量出图功能分析143.3 系统性能要求分析153.4 本章小结16第四章 系统设计174.1 系统设计原则174.2 系统总体架构设计174.3 系统功能设计184.3.1 数据管理功能设计184.3.2 专题图层管理功能设计194.3.3 专题符号库管理功能设计204.3.4 专题图出图模板管理功能设计214.3.5 专题图制作功能设计214.3.6 自定义专题图制作功能设计224.3.7 一键式批量出图功能设计234.4 系统数据库设计244.4.1 系统数据库概念设计244.4.2 系统数据库表设计274.5 本章小结29第五章 系统实现305.1 系统部署与实现环境305.2 系统数据库访问实现305.3 系统功能实现315.3.1 数据管理功能实现315.3.2 专题图层管理功能实现325.3.3 专题符号库管理功能实现335.3.4 专题图出图模板管理功能实现335.3.5 专题图制作功能实现345.3.6 自定义专题图制作功能实现365.3.7 一键式批量出图功能实现375.4 本章小结37第六章 系统测试386.1 系统测试概述386.2 系统功能测试及结果分析386.3 系统性能测试及结果分析406.4 本章小结42第七章 总结与展望437.1 论文总结437.2 未来工作展望44参考文献45致谢48参考文献第一章 绪论1.1 研究背景水利普查是一项重要的国情调查工作，也是国家资源环境调查工作重要的组成部分1-3，水利普查工作自2010年开始至今，已经动员了上百万水利普查工作人员，完成了32个省市地毯式清查登记工作，获得了水利普查对象的空间数据，采集了详细的江河湖泊情况、水利工程基本情况、河湖开发智力保护情况、经济社会用水情况等数十亿的基础数据，全面了解了我国水利信息的情况，掌握了水资源开发、利用和保护的情况，摸清了经济社会的用水情况和经济发展对水资源的需求。水利普查形成了基本的情况资料及相关的开发利用情况，能够科学谋划水利资源的长远开发和利用，以便保证水资源的长期可持续发展和利用，具有重要的作用和意义4。为了能够提高水利普查的综合应用效果，需要采用计算机技术、数据库技术、网络技术等开发一个自动化的水利普查综合制图系统，以便能够展示、共享水利普查成果，并且在保障水利普查涉密数据安全应用的情况下，对水利普查的图形进行综合开发和利用，能够与政务网进行集成，提高水利普查图形的查询和共享服务，满足政府管理部门、企事业单位等不同用户的水利业务需求。1.2 研究现状1.2.1 系统国外研究现状随着计算机技术、网络技术和数据库技术的快速发展，分布式管理系统已经国外水利普查综合制图系统中得到了广泛的应用，取得了显著的成效5。2013年6，澳大利亚水利环境管理机构基于JSP技术、B/S体系架构实现了一个功能完善水利普查综合制图系统，能够实现水利资源管理、水利工程内部结构图管理等功能，提高了水利设施管理的有效性。2014年7，美国水利建设公司与华盛顿大学联合开发了一个基于.NET技术的水利普查综合制图系统，水利普查综合制图系统采用RFID技术录入相关的数据资料，能够自动化的录入水利设施建设资源信息，提高了水利设施建设的自动化程度。2014年8，德国水利资源开发公司与哥廷根大学联合研发了一个基于工作流的水利普查综合制图系统，该水利普查综合制图系统能够实现水利制图闭环工作任务管理，提高水利图形工作任务处理效率，进一步改善了水利设施公司的自动化工作水平。2015年9，英国水利资源开发公司与帝国理工学院联合研究了一套基于GPS定位技术的水利普查综合制图系统，该系统能够定位水利资源的位置信息，实现水利资源管网的实时化、可视化管理，提高了水利普查综合制图的自动化程度。2015年10，韩国水利设施建设企业基于数据挖掘技术开发了一种水利普查综合制图系统，该系统能够使用数据挖掘技术实现水利设施信息的挖掘工作，发现水利设施数据隐藏的知识内容，以便能够提高水利设施建设的科学性、自动化程度，进一步改善水利设施资源数据合理性。经过多年的研究，国外供电公司和研发机构已经在水利普查综合制图系统中引入了先进的B/S架构、JSP技术、.NET技术等，提高了水利普查综合制图系统的性能，具有重要的作用。1.2.2 系统国内研究现状国内计算机技术发展起步较晚，由于借鉴国外计算机技术基础发展速度很快，因此经过多年的研究和改进，水利水电建设企业和国家水利设施管理部门已经开发了许多的自动化管理系统，比如水利设施建设管理系统、水利资源环境应用管理系统等，已经取得了显著的成效。徐克鹏11等人分析了水利普查综合制图系统设计表达不清晰、流程不明确等问题，采用业务流程管理模式开发实现了一个水利普查综合制图系统，能够整合水利普查综合制图系统资源，实现水利资源信息资源高效化管理，并且具有较高的集成性、可移植性和可靠性等优势。曾炼成12等人在水利普查综合制图系统设计与实现中，引入了超高频RFID标签技术，该技术具有读取速度快、感应距离远、抗干扰能力强等特点，并且使用RFID标签按照顺序增加计数水利制图资源编号，大大降低了水利制图资源数据压缩编码和数据顺序存储对RFID阅读器硬件和存储资源的需求，提高了水利资源管理效率。杨业娟等人分析了现有水利普查综合制图系统存在的业务流程较多、水利资源图形信息跟踪困难、周转效率较低、资源管理信息处理不及时和手段落后等问题，在水利普查综合制图管理领域应用过程中引入工作流技术，并且构建了新型的管理业务流程，开发和实现了性能较高的水利普查综合制图系统。刘天竹等人提出来一个针对数据流程、功能模块、体系架构在实施的过程中的技术改进性方案，开发了一个功能强大的水利普查综合制图系统。吴耀华13等人对WMS里条码技术的应用进行了可行性的分析，以条码在无线射频技术中的使用为依托，实现了水利普查综合制图系统。周明天14等人对使用J2EE技术的多层体系结构进行了详细的介绍，而且利用MVC模式建立水利普查综合制图系统。奚雪峰等人分析了水利普查综合制图系统能够有效地帮助水利资源普查信息采集和管理，使用J2ME系统技术开发和实现了一个水利普查综合制图系统，将其配置在移动智能终端上，完成水利资源信息管理功能，适应现代水利资源信息管理需求。尹新富等人分析现有水利普查综合制图系统多为单机系统等缺陷，提出使用B/S架构开发和实现具有易扩展性、系统移植性等特点的水利普查综合制图系统，该功能安装方便，实现简单，具有易用性。曹炜15等人分析了水利普查综合制图系统需要较快的数据存储速度、较高的系统安全性等特点，采用C/S架构和B/S架构混合模式开发和实现了新型的水利普查综合制图系统，提高了系统的使用性能。尽管水利普查综合制图系统得到了广泛的研究和改进，但是依然存在许多的问题，比如前期开发的水利普查综合制图系统基于单机版系统架构，无法适应现代互联网数据共享的需求；一些水利普查综合制图系统的智能程度较弱，没有实现智能预警功能，无法确保水利资源信息管理的时效性。因此，为了解决上述问题，本文基于B/S体系架构，开发实现了一个完整的水利普查综合制图系统，该系统能够实现实时管理水利制图资源。1.3 研究目的与意义随着计算机科学的不断发展和进步，其在多个领域得到了广泛的应用，人们的生活已经离不开互联网和计算机，尤其是水利资源普查信息较多，水利开发企业、水利管理机构等信息化发展过程中，为了适应现代高速发展的水利资源管理需求，提高水利普查综合资源的信息化水平和自动化程度，需要采用现代J2EE技术、Tomcat服务技术、MySQL数据库技术等开发完善的水利普查综合制图系统。本文着重研究了国际领域先进的水利资源管理部门和水利开发企业管理理念，借鉴国外水利开发企业先进的管理思想，结合当前水利开发企业管理现状及不足，开发了一套基于J2EE技术及MySQL数据库技术分布式的水利普查综合制图系统，该系统以网络技术等为基础，可以有效地共享水利普查综合制图管理资源，提高水利资源信息共享和开发企业的办公效率，保证水利普查综合制图业务的正常开展，减少管理人员的劳动强度，确保水利普查综合制图管理信息能够实时地查询、获取业务的实际状态。水利普查综合制图管理信息系统能够以数据为基础模式进行上层应用，提高了水利普查综合制图企业信息化水平、市场服务水平和资源利用效率。1.4 论文研究内容水利普查综合制图系统开发过程中，采用的研究方法包括文献研究法、经验探索法和调查研究法。（1）文献研究法。通过对水利普查综合制图系统相关文献的查阅、整理和分析，总结前人在该领域的研究成果和不足，为本课题的理论研究奠定基础。（2）经验探索法。课题研究过程中，通过从分布式管理系统设计、实现与部署运行得到的经验，解决工作实际中遇到和接触一些有碍系统开发与设计存在的问题，总结解决经验，将其运用于系统设计与实现过程中，对今后的工作具有很好的指导作用和应用价值。（3）调查研究法。课题对水利普查综合制图涉及到的鉴定人员、车主、鉴定所管理人员、政策法规制定者等实施调查走访，综合指导意见，提出一个适于水利普查综合制图挂历未来发展的、较为完善的分布式管理系统。本文就从系统的选题意义、应用背景以及选题目的等方面阐述了水利普查综合制图信息化、自动化办公管理系统的实际应用是新世纪的发展趋势，现代化的水利普查综合制图管理所不能缺少的辅助性工具。同时结合水利普查综合制图管理的工作现状，详细的分析了水利普查综合制图企业工作流程，导出水利普查综合制图系统功能需求。本文主要工作包括以下三个方面：（1）系统需求分析和设计。本文首先使用结构化流程图技术和UML技术，对系统的功能进行了建模，使用业务流程图对系统的功能业务实施了分析；接着，本文使用结构化流程图、E-R图等设计工具对系统的功能模块和数据库进行了设计，导出了系统核心模块的结构化流程图；最后，使用E-R图对系统数据库进行了建模，并且导出了系统关系表。（2）基于B/S体系架构设计系统架构。传统水利普查综合制图系统使用单机版、安装用户端模式，系统运行管理比较复杂，增加了水利普查综合制图系统的推广、普及和使用。为了提高用户的普及程度，简化运行维护事宜，本文使用B/S体系架构为基础架构实现水利普查综合制图系统。（3）构建信息化的水利普查综合制图系统。本文以水利普查获取的相关数据为基础，以GIS为基本载体，构建一个图文并茂、内容全面、便于查询的共享化水平空间管理系统，以便能够为水利各级管理部门的人员使用时，迅速、便捷的获取水利信息资源，提供一个共享化、交互性强的可视化地图管理系统。1.5 论文组织结构本文主要包括六个章节，具体描述如下：第一章详细描述了系统的研究背景，分析了系统的国内外研究现状，阐述了系统的研究目的与意义，同时归纳和总结了本文的主要工作。第二章详细介绍了水利普查综合制图系统开发设计所采用的J2EE技术、JavaBean技术、Tomcat服务技术、MySQL数据库技术，分析了各种设计架构和实现技术的优缺点，为系统的开发实现打下坚实的基础，便于分析和选择对比。第三章通过对水利资源管理人员进行调研和分析，导出了系统的总体业务功能，并且使用UML用例技术识别系统功能，分别是数据管理功能、专题图层管理功能、专题符号库管理功能、专题图出图模板管理功能、专题图制作功能、自定义专题图制作功能、一键式批量出图功能等，从系统健壮性、安全性等方面进行了性能分析。第四章首先分析了系统设计原则，设计了系统的整体体系架构、服务器部署架构、网络拓扑架构，使用结构化流程图对系统的逻辑业务功能进行了设计，对系统业务流程进行建模，其次使用E-R图、关系表等对系统数据库进行了设计，保证系统拥有一个强大的数据库支撑系统。第五章描述了系统的实现环境和核心代码，并且对系统的每一个功能模块都给出系统部署运行的效果，该系统具有良好的易用性和可用性，并且能够大幅度提高水利普查综合制图系统。第六章对系统进行了测试分析，从系统功能、性能两个关键方面阐述了系统是可用的、完善的，能够实施系统操作和水利资源综合制图管理。最后，本文总结了论文的主要工作，分析了未来工作主要方向。第二章 背景技术2.1 图像预处理技术2.1.1 均值滤波均值滤波的基本思想是可以以视频图像中的某一个像素为中心，则这个中心点的灰度值可以使用淋浴区域内的平均值进行确定，均值滤波的计算公式可以使用公式2.1描述： （2.1）其中，可以描述滤波后的图像；可以描述输入的图像；S表示以（x,y）为中心的相关的邻域中心，这个邻域不包含该中心点，经过使用均值滤波，（x,y）的值就可以确定了，对于均值滤波计算方法来讲，邻域集合的选取可以与滤波效果存在直接关系。2.1.2 中值滤波中值滤波算法是一种非线性数字图像信号处理的算法，该算法基于统计排序理论，针对中值进行提取，可以使用中值数据处理网络的信号，中值滤波算法处理过程的流程包括以下几个方面：确定图像中任一个像素点的邻域，计算图像中像素点邻域的所有值，对其进行有效的排序，排序之后获取像素点邻域的中值，将中值与图像邻域所有的像素点进行比较，如果值大于邻域像素点的值进行保留，如果小于中值，则将其滤除，以便能够有效的确保噪声信号得到完全消除，具体的中值算法执行流程中，首先选择一个像素点，按照一定的尺寸选择像素点的邻域，这个邻域通常是一个矩形区域，该区域能够将各个像素的灰度值节能型有效的排序，排序为，具体的像素的排序如公式（2.3）和公式（2.4）所述：如果n是一个奇数，中值计算方法如公式（2.3）所示： （2.3）如果n是一个偶数，中值计算方法如公式（2.4）所示： （2.4）中值排序之后，可以将Y的取值作为中心像素点，将其作为最新的中值，此时中值作为中心像素点作为邻域窗口，在窗口中进行上下左右的移动，因此可以使用中值滤波算法进行很好的有效的平滑处理，2.1.3 Kalman滤波Kalman滤波方法可以针对一个图像状态空间进行递推滤波，并且在状态空间递推滤波处理过程中引入新的状态变量，有效的反映图像处理状态空间的特点、特征等发生的一些变化。Kalman滤波方法处理过程中主要采用两种模型，分别是观测模型、状态空间模型，状态空间模型能够有效的、实时的反应系统状态变化规律，并且使用状态方程描述相邻帧发生状态变化时的规律，反映实际观测量、状态变量之间的有效的映射关系，Kalman滤波方法可以利用观测到的信息值、状态转移规律等优化处理过程，获取最优的系统状态。Kalman滤波处理方法可以根据动态系统之间的状态空间分析方法计算状态空间模型，计算公式如公式2.1所示。 （2.1） （2.2）其中，X(t)能够描述图像滤波过程中在时刻t的一个相关状态；Y(t) 能够有效的描述对图像处理过程中的状态变量的观测值；W(t) 可以描述原始图像未经滤波之前系统噪声，方差阵为Q；V(t) 可以有效的描述状态空间处理过程中状态观测噪声，方差阵为R； 可以有效的描述图像处理过程中图像处理状态转移矩阵；H 可以有效的描述状态空间变量处理过程中观测矩阵； 可以有效的描述图像滤波处理过程中噪声驱动矩阵。Kalman滤波相关的计算流程包括以下几个步骤：（1）计算状态空间的相关估计值，计算公式如2.3所示。 （2.3）（2）预测下一步状态情况，计算公式如2.4所示。 （2.4）（3）计算新息，计算公式如2.5所示。 （2.5）（4）计算卡尔曼滤波增益，计算公式如2.6所示。 （2.6）（5）计算一步预测均方误差，计算公式如2.7所示。 （2.7）（6）计算一步预测估计均方误差，计算公式如2.8所示。 （2.7）Kalman滤波的系统模型基本流程如图2.1所示。输入量测量噪声过程噪声观测量延时状态变量系统图2.1 卡尔曼滤波的系统模型2.2 本章小结本章详细介绍了水利普查综合制图系统开发设计所需的相关技术，为系统的开发实现打下坚实的基础，便于分析和选择对比。第三章 系统需求分析3.1 系统可行性分析3.1.1 经济可行性分析伴随通信技术的飞速发展，系统通信传输过程中已经引入了光纤网络，这些网络拓扑结构相对成本非常低，运行较为简单，并且光线网络易于扩展，在升级维护过程中也比较简单。光线网络拓扑结构在运行过程中不需要任何电源，没有任何的电子部件，因此在铺设过程中比较容易，基本不需要实施任何的维护，因此对未来系统运行成本、管理成本都会大大的节省。3.1.2 技术可行性分析水利普查综合制图系统开发过程中采用的技术包括JSP技术、JavaBean数据库访问技术、MySQL数据库技术、B/S体系架构等技术，这些技术已经在分布式管理系统中得到了广泛的使用，提出了许多先进的软件开发理念，能够有效的弥补数据库的不足和成熟性，并且数据库拥有强大的存储、加工能力，进一步改进系统的访问性能，因此从技术来讲系统开发和实现是可行的。3.1.3 社会可行性分析水利普查综合制图系统开发规程中，系统采用了三层的B/S体系架构模式，采用这种架构开发的水利普查综合制图系统在登录和使用过程中，系统登录IE浏览器即可完成登录功能，并且系统运行升级过程中，用户只需要更新一些插件即可完成运行升级操作，并且能够大幅度提升系统的处理效率，满足用户需求。同时，随着水利普查综合制图系统的普及和使用，水利普查综合制图管理人员、设计管理人员和员工都掌握了基本的计算机操作功能，能够操作系统，能够实现系统操作，进一步改进系统管理功能，具有较强的可行性。3.2 系统功能分析3.2.1 数据管理功能分析水利普查过程中，人工采集到了许多的基本数据资源，比如水流位置、江河湖泊开发利用率、水利开发工程建设情况、水源环境情况等信息，这些信息涵盖了图片、视频、卫星遥感影像等，这些数据信息量大，人工管理非常繁琐，容易丢失，使用信息系统管理时，需要满足以下关键功能，分别是数据导入、数据校验、数据配置、数据备份、数据恢复等五个方面，数据管理用例如图3.1所示。图3.1 数据管理用例图3.2.2 专题图层管理功能分析专题图层管理可以将复杂图形图层分解、精细化管理，以便能够合理开发一个空间结构，将空间地理信息进行有效的分类，促进图层管理的科学化、精细化、合理化，并且能够使用具体的形式将单一图层表现出来，更好的控制图层对象的应用，专题图层管理功能用例如图3.2所示。图3.2 专题图层管理用例图3.2.3 专题符号库管理功能分析水利资源普查过程中，为了能够更加直观、形象、简单的表达水利资源相关的河道、湖泊、支流、干流、水坝、水库、山坡、山腰、山涧、发电站等水利工程设施，水利普查综合制图系统可以采用相关的专题符号，因此需要构建一个专题符号数据库，管理各种形象的符号资源，具体的专题符号库管理功能包括符号编辑、符号修改、符号删除、符号查询等四个关键功能，如图3.3所示。图3.3 专题符号库管理用例图3.2.4 专题图出图模板管理功能分析专题图出图模板可以为实现便捷化综合制图功能设计、制作一些固定的模板，这些模板具有较强意义的通用性、实用性，能够方便综合制图管理，系统设计了一下专题模板，这些模板包括相关的图形图像、打印格式、出图质量。具体的图形模板库包括的内容分别是影像、照片、图表、表格或文字说明的形式打印输出，打印版面的设置A4、A3、A2、A1、A0，打印图像的格式PDF、JPG，打印图像的质量100万像素至600万像素等内容，以便能够为水利专业人员提供多种用途的专题输出使用需要。专题图出图模板管理功能主要包括模板导入、模板删除、模板查询等功能，如图3.4所示。图3.4 专题图出图模板管理功能3.2.5 专题图制作功能分析水利普查数据分析管理包括：普查数据查询、数据对比分析、统计分析、统计报表等。系统提供数据查询及统计分析工具，可实现对普查数据多种不同方式的检索及查询。查询方式包括数据同年对比、历年对比、数据查询等功能。专题图制作可以根据水利资源普查的需求，从数据库中导出相关的模板资源，制作专题图，具体的专题图制作功能包括分布类专题图制作、统计类专题图制作两个核心功能。图3.5 专题图制作功能用例图3.2.6 自定义专题图制作功能分析自定义专题地图的制作包括专题图层的自定义配置、专题要素符号的配置，制图模板的配置，专题要素属性的编辑，专题地图的整饰等，用户可根据喜好和实际需要进行图集中专题图的整饰，以确保出图的准确、实用、美观。自定义制图模块包括矩形范围制图、多边形制图、面缓冲区制图、线缓冲区制图、选择集缓冲制图模块等功能。用户可根据矩形模式、多边形模式、面缓冲区、线缓冲区模式进行热点信息的选取，并将其作为专题图的主要对象进行专题出图。自定义专题地图的制作中，还可进行任意图层添加、单要素编辑，统计条件选取，图例自动生成、图查属性-属性查图等几大功能，方便自定义专题地图的制作。自定义专题的功能用例如图3.6所示。图3.6 自定义专题图制作功能用例图3.2.7 一键式批量出图功能分析专题图出图包括图集预览，一键式出图，图集出题，专题出图，地图出图等功能，可根据各业务部门的需求和关注点进行不同方式（报表、地图、表格或文字说明）的专题图出图。一键式批量出图模块可选择按地区出图，也可选择按专题出图，可实现各分县几百张上千张图集一键式输出，简化更新机制中大量繁复的工作，解决更新工作量大的问题。一键式批量出图功能主要包括图集预览、专题出图、地图出图等功能，满足各个使用机构的划分浏览管理功能，如图3.7所示。图3.7 一键式批量出图功能3.3 系统性能要求分析对于水利普查综合制图平台来说，非功能性需求主要需要关注的是它的实用性，实时性，健壮性，可扩展性，可维护性，人机交互方式等方面。每个系统在实现其对应的功能的基础上，非功能需求也是一个必不可少的考量要素。非功能需求在用户与系统的交互过程中潜移默化的影响着用户的体验与工作效率。完善的非功能性需求使查询对接平台可以更容易的被客户所接受和使用8。1. 实用性。这是在完成功能分析后首先要考量的指标要素，水利普查综合制图系统是同时面向内部及外部用户的一个信息共享平台，需要面对各种类型的用户。在实际的使用中，除了完成所有需要的功能外，还应适应不同的用户喜好及需求调整板式或是调整一些默认的显示模块，使用户可以最快的浏览到需要的信息。同时应尽量采用所见即所得的模式，方便用户对于系统的操作。2. 及时性。除了为用户提供方便的浏览界面和操作方式外，系统对于用户的及时反馈也是衡量系统好坏的重要标准之一。用户发布的信息，应在3秒内反映在审核人员的审核界面中，同样，在审核完毕后应在3秒内将审核结果反映在系统中，或返回给发布人员或展现在系统界面中。用户在搜索某条信息中，应将搜索时间限制在0.5秒以内，尽可能的减少用户在搜索时的等待时间。3. 健壮性。为了保证系统的正常运行，在系统上线之前应对系统进行大量的测试。减少系统出现的漏洞及bug，保证用户在操作时可以正常的进行完整的操作流程。同样，系统还提供了bug汇报机制，如果用户发现了一些在测试中没有发现或解决的问题，可以向技术人员进行汇报，再由技术人员进行修改。在不断的迭代中完善系统，保证系统正常运行。4. 可维护性。系统运行的过程中难免会出现一些问题，或是针对系统整体或者某部分进行升级。为此水利普查综合制图平台采用了高内聚低耦合的方式进行设计。保证在维护系统的某一模块时不会影响其他模块的正常运行，最低程度上减少系统整体的停机时间。此外还提供远程维护的功能，使技术支持人员可以方便快速的对问题进行解决。5. 可扩展性。水利普查综合制图平台的可扩展性主要体现在了两方面：一是对于底层的可扩展性，主要体现在了软件模板和软件接口的可扩充。二是上层的可扩展性，由于高内聚低耦合的设计方式，水利普查综合制图平台可以方便的根据需求进行模块上的扩展。6. 安全性。由于水利普查综合制图平台中保存了用户的制图信息以及单位信息，这些信息都是较为敏感的。所以在设计之初就对安全性进行了考量，数据加密、防篡改身份强认证都进行了考量。同时，为了防止在数据传输的过程中出现的安全漏洞，平台针对密码等关键信息均采用密文的方式进行传输，保证用户信息的安全。7. 人机交互。用户在平台进行操作的过程中需要实现用户与系统的互动关系。在操作过程中实现向导与提示，对用户可能需要看的东西进行联想。体现了平台对于人机交互方面的考虑和实现。3.4 本章小结本章通过对水利资源管理人员进行调研和分析，导出了系统的总体业务功能，并且使用UML用例技术识别系统功能，分别是数据管理功能、专题图层管理功能、专题符号库管理功能、专题图出图模板管理功能、专题图制作功能、自定义专题图制作功能、一键式批量出图功能等，从系统健壮性、安全性等方面进行了性能分析。第四章 系统设计4.1 系统设计原则结合水利普查综合制图系统的实际应用，论文对系统进行设计过程中，需要，应遵循如下原则：1）实用性原则。硬件系统的选择坚持在实用、成熟、稳定、成熟的基础上，选择性价比高的设备设施。软件系统的选择与开发坚持在符合总体需求、业务需求和功能需求的基础上，要具备易操作、易升级、易改造和易维护的成熟软件和开发模式。2）成熟先进性原则。系统应符合信息技术的发展趋势，采用先进成熟的技术和开发工具，以保证系统的先进性。3）稳定性原则。稳定的web服务器、路由网关等网络通信设备。稳定的windows操作系统和http网络通信协议。4）开放性和标准化。按照国际和国家相关标准对系统进行开发，便于与其他系统互联兼容。5）扩充扩展化原则。系统满足需求，随设计院业务扩展功能扩展。升级过程当中，能够快捷扩展新能力，提供业务流程重组与装配；在扩展业务处理能力方面，具备添加扩展功能但不更改体系结构的开发能力。采用面向对象的设计模式进行开发，保证整体系统的灵活性、可扩展性和重用性。6）易用性原则。系统面向全体员工，界面操作要简单易用。7）便捷管理性。可管理性包括正常情况下的可管理性和系统发生改变时的可管理性。系统的高可管理性要求具备对主机、网络、数据库、应用等资源进行监控、管理和调度。8）集中性原则。对数据进行集中管理，便于共享。9）标准化设计。一切设计应遵守水利制图的有关行业标准和规范。10）安全性。系统设计当中具备完整的安全结构，包括加解密、防火墙、身份认证、入侵检测、权限管理控制、漏洞扫描、日志记录、内网行为管理、安全审计等安全控制功能，防止非法入侵。4.2 系统总体架构设计水利普查综合制图系统采用B/S体系架构，本文为了能够更加有效的表达软件模块结构，采用结构化流程图对其进行设计，自定向下描述系统的逻辑业务流程，本文软件功能管理系统的模块结构如图4.1所示。图4.1 水利普查综合制图系统的整体结构4.3 系统功能设计4.3.1 数据管理功能设计数据管理非常繁琐，容易丢失，使用信息系统管理时，需要满足以下关键功能，分别是数据导入、数据校验、数据配置、数据备份、数据恢复等五个方面，数据恢复功能基本流程如图4.2所示。图4.2 数据管理功能结构化流程图4.3.2 专题图层管理功能设计专题图层管理可以将复杂图形图层分解、精细化管理，以便能够合理开发一个空间结构，将空间地理信息进行有效的分类，促进图层管理的科学化、精细化、合理化，并且能够使用具体的形式将单一图层表现出来，更好的控制图层对象的应用，基础图层设计流程如图4.3所示。图4.3 专题图层管理功能结构化流程图4.3.3 专题符号库管理功能设计专题符号库管理功能包括符号编辑、符号修改、符号删除、符号查询等四个关键功能，用数据流图表示如图4.4所示。图4.4 专题符号库管理功能数据流图4.3.4 专题图出图模板管理功能设计专题图出图模板管理功能主要包括模板导入、模板删除、模板查询等功能，如图4.5所示。图4.5 专题图出图模板管理流程图4.3.5 专题图制作功能设计水利普查数据分析管理包括：普查数据查询、数据对比分析、统计分析、统计报表等。系统提供数据查询及统计分析工具，可实现对普查数据多种不同方式的检索及查询。查询方式包括数据同年对比、历年对比、数据查询等功能。专题图制作可以根据水利资源普查的需求，从数据库中导出相关的模板资源，制作专题图，具体的专题图制作功能包括分布类专题图制作、统计类专题图制作两个核心功能，专题图制作功能流程如图4.6所示。图4.6 专题图制作功能流程图4.3.6 自定义专题图制作功能设计自定义专题地图的制作包括专题图层的自定义配置、专题要素符号的配置，制图模板的配置，专题要素属性的编辑，专题地图的整饰等，用户可根据喜好和实际需要进行图集中专题图的整饰，以确保出图的准确、实用、美观。自定义制图模块包括矩形范围制图、多边形制图、面缓冲区制图、线缓冲区制图、选择集缓冲制图模块等功能。用户可根据矩形模式、多边形模式、面缓冲区、线缓冲区模式进行热点信息的选取，并将其作为专题图的主要对象进行专题出图。自定义专题地图的制作中，还可进行任意图层添加、单要素编辑，统计条件选取，图例自动生成、图查属性-属性查图等几大功能，方便自定义专题地图的制作。自定义专题中矩形模式工作流程如图4.7所示。图4.