基于ＵＭＬ的河道地理信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

［摘 要］ 河道是城市發(fā)展的重要部分，為了提高管理及合理使用水利資源，根據(jù)河道部門具體要求，借助新的建模理論和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，提出一種基于UML的河道信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模型，并闡述系統(tǒng)開(kāi)發(fā)全過(guò)程，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，有效地提高河道管理。

［關(guān)鍵詞］ 河道；地理信息系統(tǒng)；模型；統(tǒng)一建模語(yǔ)言

［中圖分類號(hào)］F270.7；TP391［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673-0194（2008）19-0080-03

0 引 言

在當(dāng)前水利資源緊缺情況下，合理利用和保護(hù)現(xiàn)有水利資源成為目前最為緊迫問(wèn)題。水利資源在蓄洪防旱、調(diào)節(jié)氣候、維持生態(tài)平衡等方面均起到極其重要的作用，但對(duì)于我國(guó)每個(gè)城市的水利資源，采用傳統(tǒng)手工模式管理，缺乏系統(tǒng)性，管理起來(lái)非常復(fù)雜，效率很低，導(dǎo)致有些水利資源長(zhǎng)期無(wú)人管理和維護(hù)，給城市發(fā)展造成不良影響。

為了有效管理和充分利用河道資源，我國(guó)迫切要改變傳統(tǒng)水利資源的管理方法，借助新的理論和現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行管理和利用河道資源，即利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)逐步建立成數(shù)字城市水利。21世紀(jì)是信息的時(shí)代，以信息高速公路、“數(shù)字地球”為龍頭的全球信息化浪潮正撲面而來(lái)。地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測(cè)量學(xué)、地圖學(xué)等多門學(xué)科綜合的一項(xiàng)技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)建立地理數(shù)據(jù)庫(kù)，將空間地理分布狀況及所具有的屬性進(jìn)行數(shù)字存儲(chǔ)，建立數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)各種分析和處理功能，以便快速獲取信息，并將處理結(jié)果以地圖、圖形及數(shù)據(jù)的形式表示出來(lái)。隨著Internet 技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)地理信息系統(tǒng)的需求，把GIS 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，利用Internet技術(shù)在Web 上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，建立網(wǎng)絡(luò)化的地理空間集成平臺(tái)，成為GIS的一個(gè)發(fā)展方向。

目前，大多數(shù)水利地理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式仍然停留在“分析→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→測(cè)試”傳統(tǒng)的“瀑布模式”軟件開(kāi)發(fā)方式上，不利于提高軟件質(zhì)量和減少后期軟件維護(hù)費(fèi)用，很難適應(yīng)水利資源復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。

針對(duì)河道資源的具體特點(diǎn)，結(jié)合GIS技術(shù)和理論，利用最新UML（Unified Modeling Language，統(tǒng)一建模語(yǔ)言）柔性開(kāi)發(fā)模型，闡述開(kāi)發(fā)河道地理信息系統(tǒng)（Urban Water Geographical Information System，UWGIS）全過(guò)程。

1 UML柔性開(kāi)發(fā)模型構(gòu)建

河道地理信息系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，包括縣（市）鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的江河流域、水利設(shè)施、水利工程設(shè)計(jì)施工等圖形空間數(shù)據(jù)處理、屬性數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)信息傳遞共享、人機(jī)交互等諸多軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)。為了按時(shí)保質(zhì)開(kāi)發(fā)河道地理信息系統(tǒng)，采用最新軟件工程技術(shù)進(jìn)行組織和具體實(shí)施，不再采用傳統(tǒng)瀑布開(kāi)發(fā)模型，而是采用UML柔性開(kāi)發(fā)模型［1］。

UML柔性軟件開(kāi)發(fā)模型，是指在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)需求工程的牽引，首先建立軟件系統(tǒng)的頂層模型，并對(duì)其進(jìn)行模擬、分析和調(diào)整。然后，將頂層模型自頂向下地進(jìn)行分解，建立該系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的模型，對(duì)這些子模型進(jìn)行模擬、分析和調(diào)整。將子模型的模擬結(jié)果，逐次代入上層，再對(duì)該上層模型進(jìn)一步地進(jìn)行模擬、分析和調(diào)整，如有不適，則進(jìn)行修改。因此整個(gè)建模過(guò)程是一個(gè)“自頂向下建模，由底向上修改”的反復(fù)迭代的過(guò)程。簡(jiǎn)言之，柔性軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)在需求牽引下，自頂向下分層細(xì)化地建模，然后按照“T型技術(shù)”，通過(guò)對(duì)模型的虛擬執(zhí)行，由底向上地逐層上移修改，直至各層的模擬結(jié)果都滿足需求為止。

河道地理信息系統(tǒng)的柔性開(kāi)發(fā)模型采用UML表達(dá)，因?yàn)閁ML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語(yǔ)言。它融入了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)。它的作用域不限于支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)，還支持從需求分析開(kāi)始的軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。在充分分析河道地理信息系統(tǒng)具體情況下，在開(kāi)發(fā)全過(guò)程中融入U(xiǎn)ML柔性開(kāi)發(fā)模型，建立河道地理信息系統(tǒng)柔性開(kāi)發(fā)模型，如圖1所示。

2 河道地理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程優(yōu)化

在對(duì)各種水利資源管理運(yùn)用進(jìn)行調(diào)研和充分分析的基礎(chǔ)上，利用Rational Rose集成化支持環(huán)境，河道地理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程主要包括：收集河道地理信息系統(tǒng)需求；河道地圖矢量化；對(duì)水利空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分類驗(yàn)證；對(duì)水利數(shù)據(jù)的各種操作以及輸出操作結(jié)果進(jìn)行分析等過(guò)程。通過(guò)對(duì)河道地理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)活動(dòng)圖的模擬、反饋、修正、優(yōu)化后得到如圖2所示河道地理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)活動(dòng)圖。

3 河道地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

河道地理信息系統(tǒng)總體上采用標(biāo)準(zhǔn)格式，集中登錄模式，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層以及用戶層（包括遠(yuǎn)程用戶）3層結(jié)構(gòu)，如圖3河道地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)可以快捷、方便地實(shí)現(xiàn)集中登錄管理維護(hù)、本地用戶和遠(yuǎn)程用戶瀏覽功能，而且系統(tǒng)應(yīng)具有確切的穩(wěn)定性和可靠性。其中集中登錄模式采用GIS平臺(tái)MapX組件對(duì)圖形庫(kù)［2］、屬性庫(kù)以及資料庫(kù)操作，實(shí)現(xiàn)圖形查詢、屬性查詢、地圖更新、資料管理和報(bào)表打印等功能，遠(yuǎn)程用戶通過(guò)GIS發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的查詢和屬性查詢等功能［3］。

4 河道地理信息系統(tǒng)協(xié)作圖

河道地理信息系統(tǒng)協(xié)作圖描述協(xié)作對(duì)象之間的交互和鏈接關(guān)系，協(xié)作圖對(duì)在一次交互中有意義的對(duì)象和對(duì)象間的鏈建模。對(duì)象和關(guān)系只有在交互時(shí)才有意義。類元角色描述了一個(gè)對(duì)象，關(guān)聯(lián)角色描述了協(xié)作關(guān)系中的一個(gè)鏈。協(xié)作圖用幾何排列來(lái)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(fā)生順序用消息箭頭處的編號(hào)來(lái)說(shuō)明［4］。

協(xié)作圖強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間的空間關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系。在反復(fù)模擬和測(cè)試基礎(chǔ)上得到如圖4所示的協(xié)作圖，用戶通過(guò)注冊(cè)后登錄系統(tǒng)，顯示1∶10 000水利地圖對(duì)象和操作對(duì)象，用戶通過(guò)發(fā)送各種操作請(qǐng)求，如放大、縮小、圖形到數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)到圖形的查詢等各種操作，系統(tǒng)顯示相應(yīng)操作結(jié)果，反饋給用戶相關(guān)水利資源信息，如圖4所示為河道地理信息系統(tǒng)協(xié)作圖。

5 河道地理信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

河道地理信息系統(tǒng)是專門從事河道資源管理的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要功能是將空間數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的精確空間定位同屬性信息關(guān)聯(lián)起來(lái)。該系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下，把水利資源空間數(shù)據(jù)存放到mapinfo中，將屬性數(shù)據(jù)存放到SQL Server中，以水利空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)更新、相互查詢以及檢索等功能。為了提高遠(yuǎn)程對(duì)圖形操作的響應(yīng)速度，將所有的水利資源進(jìn)行對(duì)象化，并給定各自屬性。主要有以下7個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)對(duì)水利資源地圖的各種操作和輸出。即水利屬性數(shù)據(jù)對(duì)象Dataattribute、視圖管理對(duì)象MapView、用戶對(duì)象SystemUse、查詢對(duì)象Query、水利空間數(shù)據(jù)對(duì)象Mapdatabase、打印對(duì)象Print以及操作對(duì)象Operate-GUI組成。通過(guò)UML建立如圖5所示的類圖，描述對(duì)象之間組成和關(guān)系，為程序設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

首先，用戶通過(guò)登錄水利地理信息系統(tǒng)，用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)添加、修改、刪除以及設(shè)置密碼等操作，進(jìn)入操作對(duì)象Operate-GUI進(jìn)行打開(kāi)、顯示或者隱藏等操作，如果需要對(duì)地圖操作，需要調(diào)用MapView對(duì)象進(jìn)行地圖放大、縮小以及漫游等操作，同時(shí)查詢對(duì)象Query完成對(duì)水利信息的圖形和屬性的雙向查詢操作。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)，河道管理和利用變得尤其重

要［5］，河道地理信息系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，特別是將來(lái)與其他城市管理系統(tǒng)的集成，由于采用UML柔性開(kāi)發(fā)模型，有效控制用戶和開(kāi)發(fā)人員之間的理解誤差，確保對(duì)河道管理認(rèn)識(shí)的一致性，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，并充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。不過(guò)，為了提高對(duì)河道地圖訪問(wèn)效率，特別是多個(gè)遠(yuǎn)程用戶同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)水利地圖時(shí)響應(yīng)速度問(wèn)題［6］，水利圖形存儲(chǔ)格式和方法問(wèn)題，需要進(jìn)一步解決。

主要參考文獻(xiàn)

［1］ 張龍祥. UML與系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)［M］. 北京：人民郵電出版社，2003.

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［3］ 崔煦，傅仲良. 基于UML的地籍信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2003（1）：105－111.

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