基于ＵＭＬ的河道地理信息系統分析與設計

［摘 要］ 河道是城市發展的重要部分，為了提高管理及合理使用水利資源，根據河道部門具體要求，借助新的建模理論和地理信息系統技術，提出一種基于UML的河道信息系統開發模型，并闡述系統開發全過程，提高系統開發效率，有效地提高河道管理。

［關鍵詞］ 河道；地理信息系統；模型；統一建模語言

［中圖分類號］F270.7；TP391［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2008）19-0080-03

0 引 言

在當前水利資源緊缺情況下，合理利用和保護現有水利資源成為目前最為緊迫問題。水利資源在蓄洪防旱、調節氣候、維持生態平衡等方面均起到極其重要的作用，但對于我國每個城市的水利資源，采用傳統手工模式管理，缺乏系統性，管理起來非常復雜，效率很低，導致有些水利資源長期無人管理和維護，給城市發展造成不良影響。

為了有效管理和充分利用河道資源，我國迫切要改變傳統水利資源的管理方法，借助新的理論和現代化技術進行管理和利用河道資源，即利用地理信息系統技術逐步建立成數字城市水利。21世紀是信息的時代，以信息高速公路、“數字地球”為龍頭的全球信息化浪潮正撲面而來。地理信息系統（Geographical Information System，GIS）是計算機科學、地理學、測量學、地圖學等多門學科綜合的一項技術。它利用計算機建立地理數據庫，將空間地理分布狀況及所具有的屬性進行數字存儲，建立數據管理系統，同時開發各種分析和處理功能，以便快速獲取信息，并將處理結果以地圖、圖形及數據的形式表示出來。隨著Internet 技術的不斷發展和對地理信息系統的需求，把GIS 與網絡技術相融合，利用Internet技術在Web 上發布空間數據，為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能，建立網絡化的地理空間集成平臺，成為GIS的一個發展方向。

目前，大多數水利地理信息系統開發模式仍然停留在“分析→設計→實現→測試”傳統的“瀑布模式”軟件開發方式上，不利于提高軟件質量和減少后期軟件維護費用，很難適應水利資源復雜多變的業務特點。

針對河道資源的具體特點，結合GIS技術和理論，利用最新UML（Unified Modeling Language，統一建模語言）柔性開發模型，闡述開發河道地理信息系統（Urban Water Geographical Information System，UWGIS）全過程。

1 UML柔性開發模型構建

河道地理信息系統是一個復雜的軟件系統，包括縣（市）鄉（鎮）的江河流域、水利設施、水利工程設計施工等圖形空間數據處理、屬性數據處理、網絡信息傳遞共享、人機交互等諸多軟件開發的技術。為了按時保質開發河道地理信息系統，采用最新軟件工程技術進行組織和具體實施，不再采用傳統瀑布開發模型，而是采用UML柔性開發模型［1］。

UML柔性軟件開發模型，是指在軟件開發過程中，根據需求工程的牽引，首先建立軟件系統的頂層模型，并對其進行模擬、分析和調整。然后，將頂層模型自頂向下地進行分解，建立該系統各個子系統的模型，對這些子模型進行模擬、分析和調整。將子模型的模擬結果，逐次代入上層，再對該上層模型進一步地進行模擬、分析和調整，如有不適，則進行修改。因此整個建模過程是一個“自頂向下建模，由底向上修改”的反復迭代的過程。簡言之，柔性軟件開發過程是一個在需求牽引下，自頂向下分層細化地建模，然后按照“T型技術”，通過對模型的虛擬執行，由底向上地逐層上移修改，直至各層的模擬結果都滿足需求為止。

河道地理信息系統的柔性開發模型采用UML表達，因為UML是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言。它融入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技術。它的作用域不限于支持面向對象的分析與設計，還支持從需求分析開始的軟件開發的全過程。在充分分析河道地理信息系統具體情況下，在開發全過程中融入UML柔性開發模型，建立河道地理信息系統柔性開發模型，如圖1所示。

2 河道地理信息系統業務流程優化

在對各種水利資源管理運用進行調研和充分分析的基礎上，利用Rational Rose集成化支持環境，河道地理信息系統業務流程主要包括：收集河道地理信息系統需求；河道地圖矢量化；對水利空間數據和屬性數據分類驗證；對水利數據的各種操作以及輸出操作結果進行分析等過程。通過對河道地理信息系統業務活動圖的模擬、反饋、修正、優化后得到如圖2所示河道地理信息系統業務活動圖。

3 河道地理信息系統體系結構

河道地理信息系統總體上采用標準格式，集中登錄模式，整個系統結構采用數據層、應用層以及用戶層（包括遠程用戶）3層結構，如圖3河道地理信息系統體系結構圖。該結構可以快捷、方便地實現集中登錄管理維護、本地用戶和遠程用戶瀏覽功能，而且系統應具有確切的穩定性和可靠性。其中集中登錄模式采用GIS平臺MapX組件對圖形庫［2］、屬性庫以及資料庫操作，實現圖形查詢、屬性查詢、地圖更新、資料管理和報表打印等功能，遠程用戶通過GIS發布平臺實現對圖形的查詢和屬性查詢等功能［3］。

4 河道地理信息系統協作圖

河道地理信息系統協作圖描述協作對象之間的交互和鏈接關系，協作圖對在一次交互中有意義的對象和對象間的鏈建模。對象和關系只有在交互時才有意義。類元角色描述了一個對象，關聯角色描述了協作關系中的一個鏈。協作圖用幾何排列來表示交互作用中的各角色。附在類元角色上的箭頭代表消息。消息的發生順序用消息箭頭處的編號來說明［4］。

協作圖強調對象之間的空間關系和數據關系。在反復模擬和測試基礎上得到如圖4所示的協作圖，用戶通過注冊后登錄系統，顯示1∶10 000水利地圖對象和操作對象，用戶通過發送各種操作請求，如放大、縮小、圖形到數據的查詢、數據到圖形的查詢等各種操作，系統顯示相應操作結果，反饋給用戶相關水利資源信息，如圖4所示為河道地理信息系統協作圖。

5 河道地理信息系統功能設計

河道地理信息系統是專門從事河道資源管理的系統，系統主要功能是將空間數據庫中存放的精確空間定位同屬性信息關聯起來。該系統在計算機軟、硬件支持下，把水利資源空間數據存放到mapinfo中，將屬性數據存放到SQL Server中，以水利空間數據和屬性數據為基礎，通過Delphi語言開發工具實現空間數據和屬性數據更新、相互查詢以及檢索等功能。為了提高遠程對圖形操作的響應速度，將所有的水利資源進行對象化，并給定各自屬性。主要有以下7個對象實現對水利資源地圖的各種操作和輸出。即水利屬性數據對象Dataattribute、視圖管理對象MapView、用戶對象SystemUse、查詢對象Query、水利空間數據對象Mapdatabase、打印對象Print以及操作對象Operate-GUI組成。通過UML建立如圖5所示的類圖，描述對象之間組成和關系，為程序設計打下堅實基礎。

首先，用戶通過登錄水利地理信息系統，用戶實現對添加、修改、刪除以及設置密碼等操作，進入操作對象Operate-GUI進行打開、顯示或者隱藏等操作，如果需要對地圖操作，需要調用MapView對象進行地圖放大、縮小以及漫游等操作，同時查詢對象Query完成對水利信息的圖形和屬性的雙向查詢操作。

6 結束語

隨著城市現代化建設，河道管理和利用變得尤其重

要［5］，河道地理信息系統是一項復雜系統工程，特別是將來與其他城市管理系統的集成，由于采用UML柔性開發模型，有效控制用戶和開發人員之間的理解誤差，確保對河道管理認識的一致性，提高系統開發效率，并充分考慮系統的擴展性和可維護性。不過，為了提高對河道地圖訪問效率，特別是多個遠程用戶同時訪問同一個水利地圖時響應速度問題［6］，水利圖形存儲格式和方法問題，需要進一步解決。

主要參考文獻

［1］ 張龍祥. UML與系統分析設計［M］. 北京：人民郵電出版社，2003.

［2］ 齊銳，屈韶琳，陽琳. 用MapX開發地理信息系統［M］. 北京：清華大學出版社，2003.

［3］ 崔煦，傅仲良. 基于UML的地籍信息系統開發［J］. 武漢大學學報：信息科學版，2003（1）：105－111.

［4］ 杜景龍，張志敏. 基于WebGIS的城市信息一體化綜合平臺的研究［J］. 計算機應用研究，2005（6）：88－90.

［5］ K Hiroyuki. Applications of GIS to Urban Planning and Management Problems Facing Japanese Local Governments［J］. GeoJournal，2000，52（3）：271-280.

［6］ 伏玉琛，周洞汝. WebGIS的新技術［J］. 計算機工程，2004，30（3）：19－21.