基于軟件工程方法的GIS軟件開(kāi)發(fā)

摘 要：基于軟件工程思想，簡(jiǎn)要介紹了GIS軟件基本概況，并詳細(xì)探討了軟件開(kāi)發(fā)模型及方法在GIS軟件開(kāi)發(fā)中的具體應(yīng)用，最后展望了GIS軟件開(kāi)發(fā)方法的未來(lái)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：軟件工程方法；GIS軟件；開(kāi)發(fā)

GIS工程學(xué)源自系統(tǒng)工程學(xué)，是軟件工程學(xué)與地理信息科學(xué)兩者的結(jié)合。GIS工程學(xué)的理論根基在于系統(tǒng)學(xué)、軟件工程學(xué)以及系統(tǒng)工程學(xué)等。GIS開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，用運(yùn)用軟件工程理念，結(jié)合GIS軟件開(kāi)發(fā)特征及目標(biāo)，設(shè)計(jì)GIS軟件開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并分析軟件實(shí)際用戶需求及可行性，從而得到軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)方案，用以實(shí)施、維護(hù)軟件。

一、GIS軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介

地理信息系統(tǒng)（GIS），是輸入、查詢和管理空間地理數(shù)據(jù)的綜合技術(shù)，其應(yīng)用范圍十分廣闊。兩千年前，人類就學(xué)會(huì)用地圖來(lái)表達(dá)空間數(shù)據(jù)，但空間數(shù)據(jù)只有通過(guò)GIS才能發(fā)揮其相應(yīng)的作用。GIS不僅能定量分析數(shù)據(jù)，還能將分析結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形，并支持空間與數(shù)據(jù)思維，與傳統(tǒng)地圖上的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，有很大進(jìn)步。要使GIS能對(duì)空間數(shù)據(jù)展開(kāi)操作，離不開(kāi)相應(yīng)的軟件支持。軟件，被譽(yù)為GIS系統(tǒng)的大腦，離開(kāi)了軟件，GIS技術(shù)也就無(wú)從談起。在GIS基礎(chǔ)軟件中，均包含數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出及空間分析這3大功能軟件。這是因?yàn)椋还苁裁从脩簦鲜?種功能均可實(shí)現(xiàn)通用，而應(yīng)用模塊則為某種特定目標(biāo)GIS模塊，在基礎(chǔ)軟件中通常沒(méi)有。為更好地應(yīng)用GIS，就應(yīng)在GIS軟件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)上，添加某種應(yīng)用模塊+工具軟件，以適應(yīng)用戶的基本需求。例如，城市規(guī)劃與水資源調(diào)查的應(yīng)用模塊，在功能設(shè)計(jì)上完全不同。GIS的應(yīng)用模塊帶有某種輔助決策功能，并直接服務(wù)于用戶的事務(wù)性工作。

二、軟件過(guò)程模型在GIS開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

（一）瀑布模型

瀑布模型，又叫做生存周期模型，由WRoyce首次提出（1970年）。它的核心思想在于：根據(jù)工序簡(jiǎn)化問(wèn)題，運(yùn)用結(jié)構(gòu)化分析及設(shè)計(jì)方法，區(qū)分邏輯與物理實(shí)現(xiàn)。瀑布模型，通常以文檔為驅(qū)動(dòng)，它具有下列特征：階段間有一定的序列性與依賴性；能有效區(qū)分邏輯與物理設(shè)計(jì)，延緩程序的物理實(shí)現(xiàn)；能保證質(zhì)量保證；能清晰呈現(xiàn)軟件開(kāi)發(fā)的主要框架。瀑布模型通常可用于開(kāi)發(fā)功能全面、性能良好且變化較小的GIS軟件系統(tǒng)。值得注意的是，倘若過(guò)早地實(shí)現(xiàn)瀑布模型程序，往往會(huì)引發(fā)返工；其階段間的依賴性會(huì)使得工作中出現(xiàn)“阻塞”狀態(tài)。如在軟件生存周期末才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，還將造成嚴(yán)重的后果；瀑布模型開(kāi)發(fā)方法需要大量規(guī)范化文檔與評(píng)審，這無(wú)疑增加了項(xiàng)目工作量，降低了靈活性。因此，在未能全面分析軟件需求的前提下，不建議使用該方法開(kāi)發(fā)GIS軟件。

（二）快速原型模型

快速原型模型，主要在用戶無(wú)法提供確切的需求說(shuō)明，或開(kāi)發(fā)者無(wú)法明確算法的有效性及適用性等狀態(tài)下，按照用戶的特殊需求，迅速建造可運(yùn)行軟件，并對(duì)其展開(kāi)評(píng)估；它能讓開(kāi)發(fā)者更好地把握預(yù)期目標(biāo)，并精化和調(diào)整原型，以適應(yīng)其應(yīng)用需求。快速原型模型的應(yīng)用，有助于系統(tǒng)維護(hù)與用戶交互，它比生存周期法好很多，便于開(kāi)發(fā)商與用戶交流，以對(duì)原有系統(tǒng)加以改進(jìn)。快速原型模型，通常可用于風(fēng)險(xiǎn)小、柔性偏大的GIS軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。需要指出的是，開(kāi)發(fā)者應(yīng)避免將其不了解的領(lǐng)域作為主要框架（模型效應(yīng)）；它不適宜用于嵌入式、實(shí)時(shí)控制以及科技數(shù)值計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)。

（三）面向?qū)ο蟮能浖^(guò)程模型

1.構(gòu)件復(fù)用模型

面向?qū)ο蠹夹g(shù)，將事物實(shí)體轉(zhuǎn)變?yōu)楹瑪?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理方法的對(duì)象。構(gòu)件/組件在軟件系統(tǒng)中有著不可替代的作用，它通過(guò)合理的定義體系結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)某種服務(wù)功能，可借助其他接口訪問(wèn)各項(xiàng)服務(wù)。在以構(gòu)件為基礎(chǔ)的軟件開(kāi)發(fā)中，軟件大多由構(gòu)件組成。構(gòu)件復(fù)用模型傳承了螺旋模型的本質(zhì)特征，支持軟件開(kāi)發(fā)的迭代方法，并根據(jù)預(yù)先裝包的軟件構(gòu)件復(fù)用，來(lái)為驅(qū)動(dòng)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序。第一，標(biāo)識(shí)候選類，根據(jù)檢查程序涉及的數(shù)據(jù)與算法，將具體算法與數(shù)據(jù)封裝在同類中；便于用戶按照標(biāo)識(shí)的類便能搜索類庫(kù)。假如該類存在，還可從類庫(kù)中提取和復(fù)用；如該類不存在，便可應(yīng)用面向?qū)ο蠓椒▉?lái)開(kāi)發(fā)GIS軟件。后續(xù)，可通過(guò)提取庫(kù)中的類，來(lái)適應(yīng)應(yīng)用程序的特殊要求并設(shè)計(jì)新類。

2.統(tǒng)一過(guò)程模型

統(tǒng)一過(guò)程模型（RUP）知名度相對(duì)較高，是現(xiàn)行應(yīng)用效率最高的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型。在軟件生命周期中，統(tǒng)一過(guò)程模型可分為4個(gè)順序階段，各階段由某個(gè)里程碑為結(jié)束。RUP各階段可細(xì)分為一次迭代。對(duì)比瀑布模型，RUP具有下列優(yōu)勢(shì)：規(guī)避增量上的開(kāi)支風(fēng)險(xiǎn)；加快GIS軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)度；迭代過(guò)程的該種模式能更好地適應(yīng)變化需求；迭代模型結(jié)構(gòu)清晰，為GIS軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)各種通用與便捷。

三、GIS開(kāi)發(fā)方法的未來(lái)展望

20世紀(jì)90年代初，GIS開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域。時(shí)至今日，GIS已演變?yōu)殚_(kāi)發(fā)人員近10萬(wàn)、注入資金達(dá)10億的全球產(chǎn)業(yè)鏈。全球各國(guó)已開(kāi)發(fā)出多款實(shí)用性較強(qiáng)、可行性高的地理信息系統(tǒng)，較常使用的GIS軟件已有400余種。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外GIS軟件開(kāi)發(fā)的發(fā)展走向，是將地理信息系統(tǒng)與國(guó)家信息化、知識(shí)經(jīng)濟(jì)融合起來(lái)，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)方式，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，以增強(qiáng)國(guó)家的安全能力。因此，未來(lái)需加大對(duì)業(yè)務(wù)化GIS軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)力度，全面提升GIS的應(yīng)用程度及效益。GIS軟件與一般程序不同，其特點(diǎn)在于規(guī)模龐大，程序相對(duì)復(fù)雜，且程序規(guī)模越多，其復(fù)雜指數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加。所以，當(dāng)前的計(jì)算機(jī)軟件工程方法對(duì)GIS開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)并不完全適用。未來(lái)，工程師與系統(tǒng)分析人員還應(yīng)在GIS軟件工程開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷展開(kāi)研究，探索適用性較強(qiáng)的GIS軟件開(kāi)發(fā)方法。

四、結(jié)束語(yǔ)

GIS軟件在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)防建設(shè)中有重要作用，不管是從商業(yè)利益還是國(guó)家安全方面考慮，我國(guó)發(fā)展都不能過(guò)于依賴進(jìn)口商業(yè)軟件。為此，國(guó)家及政府部門(mén)應(yīng)針對(duì)性地扶持潛力較大的GIS軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，探討適應(yīng)性強(qiáng)的軟件開(kāi)發(fā)方法，以盡早獲取有自主版權(quán)的GIS軟件產(chǎn)品。

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[作者簡(jiǎn)介]何嘉偉（1990.10-），寧夏銀川人，檢修工，本科，主要從事電力檢修方面工作。