最新地理信息系统开发概述.docx
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最新地理信息系统开发概述
地理信息系统开发概述:
地理信息系统具有很强的功能,具有很多方面的应用,它的开发是一个大型的系统工程,它的实践也是不断地应用实践——提高——再实践——再提高的螺旋式迂迥上升过程。
一般讲来,它的开发过程分4个大的阶段,各阶段中间又有各种小的过程
总体上看,地理信息系统目前尚没有从自己学科总结和完善出来的开发方法,而基本上引入和借鉴了管理信息系统和软件工程的生命周期法、原型法、自底向上法及面向对象法,现分别予以介绍,并且也介绍近年来对开发方法新的研究“演示和讨论方法”。
不管采用哪种方法开发抖应该按照软件工程学的要求来进行,因此在下面的方法介绍中,将不再重复软件工程的思想,而是把重点放在每种方法的具体特点上。
1、结构化生命周期法:
这儿所谓“结构化”就是有组织、有计划和有规律的一种安排。
而结构化系统分析方法就是利用系统工程分析和有关概念,采用自上而下划分模块,逐步求精的基本方法。
这一方法最大缺点是用户对即将建立的新系统没有直观的预见性。
2、由底而上法:
它是从现行的业务现状出发,先实现一个具体的初级功能,然后由低到高,增加计划,控制、决策等功能,实现总目标。
这样各项目独立进行,很少考虑相互配合,出现“只见树木,不见森林”的现象。
此方法缺乏系统性,缺点很大,只能进行个别的独立应用,应避免用此方法进行地理信息系统的开发。
3、快速原型方法:
所谓“原型”是一个系统的工作模型,此模型强调系统的某些特定方面。
此方法主要特点是:
开发人只在初步了解用户需求基础上构造一个应用模型系统,即原型。
用户和开发人员在此基础上共同反复探讨和完善原型,直到用户满意。
此方法自始至终,强调用户直接参加,不断进行评价原型,提出要求。
因此可以尽早获得更完整、更确切的需求和设计。
但是这一方法必须要有“原型”。
4、面向对象的软件开发方法:
这一方法是随着“面向对象的程序设计(OOP)”而发展起来的。
面向对象建模技术采用对象模型、动态模型和功能模型来描述一个系统。
5、“演示和讨论”方法:
DADM是英文DemonstrationAndDiscussionMethod的缩写,中文释义“演示讨论法”。
它要求在软件开发过程的各个阶段,在所有相关人员之间进行有效的沟通与交流。
这种交流是建立在直观演示的基础上的,演示内容主要包括直观的图表工具和输入、输出界面等。
小结
上述多种开发方法,实际上都是在开发各种系统和软件使用过的,都有其相应优点和缺点。
开发是一周期较长,内容广泛,情况复杂的大型系统过程。
因此,根据实际情况,扬长避短,灵活使用最适合的方法是一个跟本原则。
显然,上述各种方法都不是一成不变的,其中“演示和讨论”方法,实际上还不能算一种独立的开发方法,只是一种沟通和交流的方式,各方法都能用。
因此,目前建议采用方法是:
1.树立以系统结构化开发的总观念
2.尽量采用最接近用户要求的现有自主产权GIS系统作为原型系统,可视性好、功能强的各种类型的电子地图集系统也可作为一个普通的可选的原型;或者采用选择其它的原型,采用组件技术进行扩充;
3.当没有原型系统时,采用结构化生命周期结构制原型;
4.采用快速原型方法进行实际工作,运用“演示和讨论”的可视化工作方式,尽量采用组件技术进行扩充。
以上方法总括而言就是:
树立结构化分析思想,充分运用“演示和讨论”方式,尽量采用组件技术进行扩充,按照快速原型方法工作。
应用型GIS开发有多种方式可供选择:
1.独立开发指不依赖于任何GIS工具软件,从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出,所有的算法都由开发者独立设计,然后选用某种程序设计语言,如VisualC++、Delphi等,在一定的操作系统平台上编程实现。
这种方式的好处在于无须依赖任何商业GIS工具软件,减少了开发成本,但一方面对于大多数开发者来说,能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比,而且在购买GIS工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。
2.单纯二次开发指完全借助于GIS工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。
GIS工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言,如ESRI的ArcView提供了Avenue语言,MapInfo公司研制的MapInfoProfessional提供了MapBasic语言等等。
用户可以利用这些宏语言,以原GIS工具软件为开发平台,开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。
这种方式省时省心,但进行二次开发的宏语言,作为编程语言只能算是二流,功能极弱,用它们来开发应用程序仍然不尽如人意。
3.集成二次开发集成二次开发是指利用专业的GIS工具软件,如ArcView、MapInfo等,实现GIS的基本功能,以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具,如Delphi、VisualC++、VisualBasic、PowerBuilder等为开发平台,进行二者的集成开发。
集成二次开发目前主要有两种方式:
(1)OLEDDE
采用OLEAutomation技术或利用DDE技术,用软件开发工具开发前台可执行应用程序,以OLE自动化方式或DDE方式启动GIS工具软件在后台执行,利用回调技术动态获取其返回信息,实现应用程序中的地理信息处理功能;
(2)GIS控件
利用GIS工具软件生产厂家提供的建立在OCX技术基础上的GIS功能控件,如ESRI的MapObjects、MapInfo公司的MapX等,在Delphi等编程工具编制的应用程序中,直接将GIS功能嵌入其中,实现地理信息系统的各种功能。
应用GIS开发的主流方向由于独立开发难度太大,单纯二次开发受GIS工具提供的编程语言的限制差强人意,因此结合GIS工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。
它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能,又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点,集二者之所长,不仅能大大提高应用系统的开发效率,而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果,更强大的数据库功能,而且可靠性好、易于移植、便于维护。
尤其是使用OCX技术利用GIS功能组件进行集成开发,更能表现出这些优势。
这种方法唯一的缺点是前期投入比较大,需要同时购买GIS工具软件和可视化编程软件。
GIS二次开发概述
地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型:
一是应用型地理信息系统,以某一专业、领域或工作为主要内容,包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统;二是工具型地理信息系统,也就是GIS工具软件包,如ARC/INFO等,具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等GIS基本功能。
随着地理信息系统应用领域的扩展,应用型GIS的开发工作日显重要。
如何针对不同的应用目标,高效地开发出既合乎需要又具有方便美观丰富的界面形式的地理信息系统,是GIS开发者非常关心的问题。
一.GIS开发模式
独立开发:
指不依赖于任何GIS工具软件,从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出,所有的算法都由开发者独立设计,然后选用某种程序设计语言,如VisualC++、Delphi等,在一定的操作系统平台上编程实现。
这种方式的好处在于无须依赖任何商业GIS工具软件,减少了开发成本,但一方面对于大多数开发者来说,能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比,而且在购买GIS工具软件上省下的钱可能还抵不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。
宿主型二次开发:
指基于GIS平台软件上进行应用系统开发。
大多数GIS平台软件都提供了可供用户进行二次开发的脚本语言,如ESRI的ArcView提供了Avenue语言,MapInfo公司的MapInfoProfessional提供了MapBasic语言等等。
用户可以利用这些脚本语言,以原GIS软件为开发平台,开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。
这种方式省时省心,但进行二次开发的脚本语言,作为编程语言,功能极弱,用它们来开发应用程序仍然不尽如人意,并且所开发的系统不能脱离GIS平台软件,是解释执行的,效率不高。
基于GIS组件的二次开发:
大多数GIS软件产商都提供商业化的GIS组件,如ESRI公司的MapObjects、MapInfo公司的MapX等,这些组件都具备GIS的基本功能,开发人员可以基于通用软件开发工具尤其是可视化开发工具,如Delphi、VisualC++、VisualBasic、PowerBuilder等为开发平台,进行二次开发。
利用GIS工具软件生产厂家提供的建立在OCX技术基础上的GIS功能控件,如ESRI的MapObjects、MapInfo公司的MapX等,在Delphi等编程工具编制的应用程序中,直接将GIS功能嵌入其中,实现地理信息系统的各种功能
三种实现方式的分析与比较:
由于独立开发难度太大,单纯二次开发受GIS工具提供的编程语言的限制差强人意,因此结合GIS工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为GIS应用开发的主流。
它的优点是既可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能,又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点,集二者之所长,不仅能大大提高应用系统的开发效率,而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果,更强大的数据库功能,而且可靠性好、易于移植、便于维护。
尤其是使用OCX技术利用GIS功能组件进行集成开发,更能表现出这些优势。
由于上述优点,集成二次开发正成为应用GIS开发的主流方向。
这种方法唯一的缺点是前期投入比较大,需要同时购买GIS工具软件和可视化编程软件,但“工欲善其事,必先利其器”,这种投资值得。
目前许多软件公司都开发了很多ActiveX控件,合理选择和运用现成的控件,减少了开发者的编程工作量,使开发者避开某些应用的具体编程,直接调用控件,实现这些具体应用,不仅可以缩短程序开发周期,使编程过程更简洁,用户界面更友好,可以使程序更加灵活、简便。
二.面向对象的开发(OOP:
ObjectOrientedProgramming)
1、面向对象程序设计模式
发明面向对象程序设计方法的主要出发点是弥补面向过程程序设计方法中的一些缺点。
OOP把数据看作程序开发中的基本元素,并且不允许它们在系统中自由流动。
它将数据和操作这些数据的函数紧密的连结在一起,并保护数据不会被外界的函数意外的改变。
OOP允许我们将问题分解为一系列实体——这些实体被称为对象(object),然后围绕这些实体建立数据和函数。
面向对象程序设计中的数据和函数的组织结构如图4所示。
2、什么是面向对象程序设计?
面向对象程序设计(OOP)技术汲取了结构化程序设计中好的思想,并将这些思想与一些新的、强大的理念相结合,从而给你的程序设计工作提供了一种全新的方法。
通常,在面向对象的程序设计风格中,你会将一个问题分解为一些相互关联的子集,每个子集内部都包含了相关的数据和函数。
同时,你会以某种方式将这些子集分为不同等级,而一个对象就是已定义的某个类型的变量。
当你定义了一个对象,你就隐含的创建了一个新的数据类型。
3、面向对象程序设计中的基本概念(可以参考相关书籍)
三.组件式GIS(ComGIS)
1、组件技术:
组件技术的兴起:
目前,在软件开发领域,一场新的革命正在悄悄兴起,这是由日趋成熟的组件技术引发的。
几年以前,当微软公司首先使用OLE的时候,其初衷是为了增强软件的互操作性。
然而在使用过程中,人们逐渐认识到这一技术背后的实质性内容和它在软件开发中所扮演的重要角色。
组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率,这一点已逐步成为软件开发人员的共识。
传统的C/S结构、群件、中间件等大型软件系统的构成形式,都将在组件的基础上重新构造。
组件技术使近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。
在组件技术的概念模式下,软件系统可以被视为相互协同工作的对象集合,其中每个对象都会提供特定的服务,发出特定的消息,并且以标准形式公布出来,以便其他对象了解和调用。
组件间的接口通过一种与平台无关的语言IDL(InterfaceDefineLanguage)来定义,而且是二进制兼容的,使用者可以直接调用执行模块来获得对象提供的服务。
早期的类库,提供的是原代码级的重用,只适用于比较小规模的开发形式;而组件则封装得更加彻底,更易于使用,并且不限于C++之类的语言,可以在各种开发语言和开发环境中使用。
由于组件技术的出现,软件产业的形式也随之发生了很大的变化。
大量组件生产商涌现出来,并推出各具特色的组件产品;软件集成商则利用适当的组件快速生产出用户需要的某些应用系统;大而全的通用产品逐步减少;很多相对较为专业,但用途广泛的软件,如GIS、语音识别系统等,都以组件的形式组装和扩散到一般的软件产品中。
COM与DCOM:
COM是组件式对象模型(ComponentObjectModel)的英文缩写,是组件之间相互接口的规范,是OLE(ObjectLinking&Embedding)和ActiveX共同的基础,其作用是使各种软件构件和应用软件能够用一种统一的标准方式进行交互。
COM不是一种面向对象的语言,而是一种与源代码无关的二进制标准。
COM所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接,当这种链接建立之后,模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。
COM标准增加了保障系统和组件完整的安全机制,并扩展到分布式环境。
它定义了软件组件的接口。
COM本质上仍然是客户/服务器模式。
客户(通常是应用程序)请求创建COM对象并通过COM对象的接口操纵COM对象。
服务器根据客户的请求创建并管理COM对象。
客户和服务器这两种角色并不是绝对的。
基于分布式环境下的COM被称作DCOM(DistributeCOM,分布式构件对象模型)。
DCOM是ActiveX的基础,它实现了COM对象与远程计算机上的另一个对象之间直接进行交互。
DCOM规范定义了分散对象创建和对象间通信的机制,规范本身并不依赖于任何特定的编程语言和操作系统,但目前该标准只在MicrosoftWindows平台实现,这就意味着其它的操作系统平台(如UNIX)目前还不支持ActiveX。
DCOM的实现采用了DCOM库的形式,当DCOM客户对象需要DCOM服务器对象的服务时,DCOM库负责生成DCOM服务器对象并在客户对象和服务器对象之间建立初始连接,一旦返回服务器对象指针,DCOM库就不再参与客户对象与服务器对象之间的工作,两个对象之间可以自由地进行通信。
DCOM接口实际上时逻辑上和语义上相关联的函数集。
服务器对象通过DCOM接口为客户对象提供服务,客户对象不需了解服务器对象的内部数据表示。
接口可以看成两个软件构件之间的一种协议,协议表明服务器对象为客户对象提供一种且仅此一种服务。
接口采用全局唯一标识符(GUID)来保证服务的唯一性。
通常的DCOM构件提供多种服务,那么服务器对象为每一种服务实现一个接口。
当客户对象指针指向相应的服务器对象时,它就激活服务器对象接口的相应函数。
具体过程是:
客户对象通过DCOM对象必须支持的IunKnown接口获得其它接口的指针。
客户对象也许并不知道服务器对象的每个接口,但这并不妨碍客户对象对服务器对象的使用,它只用它知道的接口。
当客户对象用完服务器对象的服务时,它会通知服务器对象,服务器对象就释放它所占有的内存。
DCOM的好处是显而易见的。
由于接口的定义和功能保持不变,DCOM构件开发者可以改变接口功能、为对象增加新功能、用更好的对象来代替原有对象,而建立在构件基础上的应用程序几乎不用修改,大大提高了代码的重用性。
ActiveX与ActiveX控件:
》》ActiveX:
(1)ActiveX是Microsoft提出的一组基于COM(ComponentObjectModel,部件对象模型)规范使得软件部件在网络环境中进行交互的技术集。
它与具体的编程语言无关。
作为针对Internet应用开发的技术,ActiveX被广泛应用于WEB服务器以及客户端的各个方面。
同时,ActiveX技术也被用于方便地创建普通的桌面应用程序
(2)ActiveX的内容:
•ActiveX控制(ActiveXControl):
用于向WEB页面、MicrosoftWord等支持ActiveX的容器(Container)中插入COM对象;
•ActiveX文档(ActiveXDocument):
用于在WebBrowser或者其它支持ActiveX的容器中浏览复合文档(非HTML文档),例如MicrosoftWord文档、MicrosoftExcel文档或者用户自定义的文档等;
•ActiveX脚本描述(ActiveXScripting):
用于从客户端或者服务器端操纵ActiveX控件和Java程序、传递数据以及协调它们之间的操作等;
•ActiveX服务器框架(ActiveXServerFramework):
提供了一系列针对Web服务器应用程序设计各个方面的函数及其封装类,诸如服务器过滤器、HTML数据流控制等;
•在InternetExplorer中内置Java虚拟机(JavaVirtualMachine),从而使JavaApplet能够在InternetExplorer上运行,并可以与ActiveX控制通过脚本描述语言进行通信。
桌面用的、基于COM的组件叫做ActiveX控件。
所谓ActiveX控件不过是遵从一定的标准、与客户端交互的COM对象而已。
基于组件的应用开发,其方法和组装电子装置一样,可以用已制作好的组件部件来构筑应用。
这确实是一项很令人神往的技术。
虽然说起来高深,但随着ActiveX的广泛应用,越来越多的编程工具都支持创建ActiveX控件了。
这其中就包括了VB。
》》ActiveX控件:
ActiveX控件是充分利用ActiveX(基于COM)技术的自定义控件,是基于与应用程序无关的思想而设计的,其目标是提供一种面向对象、与编程语言无关、可以在应用程序之间互相访问对象的机制。
ActiveX控件是建立在COM标准上的独立的软件元件,提供给用户应用接口,发送相应的事件,开发者则可以截取这些事件,执行相应的功能。
ActiveX控件开发端和使用端是完全独立的,可以用Delphi、VB等各种语言来开发,又可以用于不同语言、不同开发平台、不同的系统环境中。
一个或多个ActiveX控件会保存在一个动态链接库中,但它是一种特殊的动态链接库,其扩展名是OCX。
》》ActiveX控件的组成
一个ActiveX控件由它的一些成员组成:
属性,方法以及事件
PME模型
Property属性
Method方法
Event事件
•P:
属性是用来描述和反映对象特征的参数,用来保存对象的数据
•M:
方法是控件内部可调用的用以完成特定操作的过程或函数
•E:
事件是VB预先定义的对象能识别的动作。
》》ActiveX与ActiveX控件的区别
ActiveX不等同于ActiveX构件,从上面的介绍可知,ActiveX是一个很宽的技术家族的标识,而ActiveX控件只是那个家族的一个特定产品。
2、组件式GIS
组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一,为了适应这种技术潮流,GIS软件象其他软件一样,已经或正在发生着革命性的变化,即由过去厂家提供了全部系统或者具有二次开发功能的软件,过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来。
无疑,组件式GIS技术将给整个GIS技术体系和应用模式带来巨大影响。
(1)组件式GIS
基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件,每个控件完成不同的功能。
各个GIS控件之间,以及GIS控件与其它非GIS控件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的GIS应用。
控件如同一堆各式各样的积木,他们分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能),根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来,就构成应用系统。
(2)组件式GIS系统的特点
•小巧灵活、价格便宜
•无须专门GIS开发语言,直接嵌入MIS开发工具
•强大的GIS功能
•开发简捷把GIS的功能适当抽象,以组件形式供开发者使用,将会带来许多传统GIS工具无法比拟的优点。
•更加大众化
A)、小巧灵活、价格便宜
由于传统GIS结构的封闭性,往往使得软件本身变得越来越庞大,不同系统的交互性差,系统的开发难度大。
在组件模型下,各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能,用户可以根据实际需要选择所需控件,最大限度地降低了用户的经济负担。
。
组件化的GIS平台集中提供空间数据管理能力,并且能以灵活的方式与数据库系统连接。
在保证功能的前提下,系统表现得小巧灵活,而其价格仅是传统GIS开发工具的十分之一,甚至更少。
这样,用户便能以较好的性能价格比获得或开发GIS应用系统。
B)、无须专门GIS开发语言,直接嵌入MIS开发工具
传统GIS往往具有独立的二次开发语言,对用户和应用开发者而言存在学习上的负担。
而且使用系统所提供的二次开发语言,开发往往受到限制,难以处理复杂问题。
而组件式GIS建立在严格的标准之上,不需要额外的GIS二次开发语言,只需实现GIS的基本功能函数,按照Microsoft的ActiveX控件标准开发接口。
这有利于减轻GIS软件开发者的负担,而且增强了GIS软件的可扩展性。
GIS应用开发者,不必掌握额外的GIS开发语言,只需熟悉基于Windows平台的通用集成开发环境,以及GIS各个控件的属性、方法和事件,就可以完成应用系统的开发和集成。
目前,可供选择的开发环境很多,如VisualC++、VisualBasic、VisualFoxPro、BorlandC++、Delphi、C++Builder以及PowerBuilder等都可直接成为GIS或GMIS的优秀开发工具,它们各自的优点都能够得到充分发挥。
这与传统GIS专门性开发环境相比,是一种质的飞跃。
C)、强大的GIS功能
新的GIS组件都是基于32位系统平台的,采用InProc直接调用形式,所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色。
小小的GIS组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。
D)、开发简捷
由于GIS组件可以直接嵌入MIS开发工具中,对于广大开发人员来讲,就可以自由选用他们熟悉的开发工具。
而且,GIS组件提供的API形式非常接近MIS工具的模式,开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据,无须对开发人员进行特殊的培训。
在GIS或GMIS的开发过程中,开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。
这将使大量的MIS开发人员能够较快地过渡到GIS或GMIS的开发工作中,从而大大加速GIS的发展。
E)、更加大众化
组件式技术已经成为业界标准,用户可以象使
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