大地測量數據處理已向自動化處理方向發展，要求數據處理人員具有軟件設計綜合能力，各種軟件設計新技術的出現，使開發人員應接不暇。從軟件開發方法、軟件重用、數據庫應用和算法設計基本原則等方面對大地測量軟件設計方法進行了研究，并初步給出了相關問題的解決策略，介紹了這些方法在高精度重力網數據處理中的應用實例。
隨著現代測繪技術的發展，需要大地測量數據處理軟件具有強大的功能和方便的操作，計算機硬件的發展已經能夠滿足系統快速開發的要求，各種開發工具的不斷涌現，使測量軟件開發人員應接不暇。但每種工具都有其開發的強項，如MAPINFO 適合開發桌面地理信息系統[1]，POWER BUILDER（PB）適合開發數據庫管理[2]，VISUAL C++適合開發WINDOWS應用，FORTRAN適合開發科學計算，各種數據庫為數據管理提供了強有力的工具。開發大地測量數據處理軟件的人員一般是測量專業人員，對數據結構、計算方法及計算機等專業知識的培訓較少，設計的數據處理算法往往憑數學公式來設計，算法穩定性差，計算誤差比較大。另一方面，前人采用各種開發工具，完成了許多成熟的專業軟件。怎樣使測繪專業人員在最短的時間內充分整合好這些開發工具的優勢，利用寶貴的現有軟件，開發出功能強大、系統穩定性強的軟件，在工作實踐中，我們進行了一些探索。本文從軟件開發方法、軟件新技術和算法設計原則等方面討論了大地測量數據處理軟件設計的方法，介紹了這些方法在高精度重力網數據處理中的應用實例。
軟件開發方法
1、結構化開發方法
結構化開發方法是一種傳統的方法，是為廣大系統開發人員所熟悉的基本方法。它采用自上而下、逐步求精的思想，將系統功能按層次進行分解。
在系統分析階段，強調系統能夠“做什么”；在系統設計階段，強調系統“如何做”，界面清晰，易于理解，采用圖示工具附加語義說明的方法闡述系統結構和功能，便于系統開發人員和用戶的相互交流，對系統的一致性理解。采用的主要方法有：數據流圖法（DFD）、結構化分析/結構化設計方法（SA/SD）、IDEF法、Jachson法等[3]。該方法的核心在于將系統中的功能與數據分割開來。為開發大地測量數據處理軟件，在開發之前必須詳細了解大地測量數據處理的全過程和細節，并且認真分析，了解測量各專業的發展方向。
2、面向對象的開發方法
面向對象的開發方法是著重解決系統需求變化和維護困難等問題發展起來的一種新的軟件開發方法，基本要點是：
在系統分析階段，用問題空間中實體及其相互關系建立系統邏輯模型，以一種更加自然的方式描述系統需求和體系結構。由于空間問題中的對象是相對穩定的，即使有變化，通常只影響系統局部或系統需求變化的局部化，從而使系統具有一個相對穩定的結構。
系統設計與實現是對分析階段達到的邏輯模型的細化和實例化。以重力點為例，定義測點有經度、緯度、高程等屬性，有坐標轉換等操作；以測點為父類，重力點繼承他的屬性，增加專有屬性重力值，增加重力異常、高程異常、垂線偏差計算等操作，最終以代碼的形式出現在設計與實現模型中，使得分析與設計具有無縫連接，如坐標轉換有問題，僅在測點類中修改，而不在重力點對象中修改，系統易于測試和維護。
系統開發過程是系統需求、分析、設計、實現、測試等一系列模型的細化過程，可以有效解決系統復雜性問題。同時，構成系統基本單元—對應，有利于被設計成具有標準界面的軟件構件，即把對象和操作封裝在一起，對重力點對象來說，就把重力點和它的計算—重力異常、高程異常、垂線偏差等計算的程序封裝在一起，以后要計算重力異常、高程異常、垂線偏差等，只要調用這個對象就行，使之具有一定程度的可重用性，為軟件開發的規模化奠定基礎。
3、軟件開發新技術
一種開發工具理論上能開發功能較多的應用程序，同時不同的開發工具理論上能開發功能相同的應用程序。如VC和匯編語言理論上都能開發完成一種應用程序，但開發難度和工作量會大大不同。在進行軟件開發時，通常采用不同的開發工具，充分利用各工具的開發優勢，既快又好地開發出一個功能強大的應用程序。
1、數據庫技術
在一般的應用程序設計中，由應用程序自己管理數據，數據不共享，數據不具有獨立性，當數據的邏輯結構和物理結構發生變化時，必須對應用程序做相應的修改，這樣，造成軟件的適應范圍差。在實際應用中需要信息資源的共享，關鍵是要有好的數據接口技術與接口標準。
采用數據庫系統來管理數據，數據具有很強的結構性，存取數據的方式非常靈活，可以存取數據的一個數據項、一組數據項、一條記錄等。數據共享性好，冗余度低，能夠避免數據之間的不相容性和不一致性。數據庫系統具有數據總體邏輯結構與局部邏輯結構的對應轉換功能，當系統的邏輯結構改變時可以保證數據局部結構不變，應用程序就不用修改；另外，數據的存儲結構與邏輯結構具有映射功能，當數據的存儲結構發生改變時，不影響數據邏輯結構。由于數據與程序間存在獨立性，簡化了程序的編制、維護和修改。此外，數據庫系統具有數據完整性、安全性等控制，能充分保證數據的安全、恢復以及多用戶同時使用等。
建立數據庫系統信息模型方法主要有ER法和IDEF1X方法，用范式1NF—5NF對信息模型進行轉換為特定的數據結構模型，依據數據局部邏輯結構進行程序設計[7]。在計算機輔助設計CAD和桌面地理信息系統MAPINFO中就采用了數據庫技術，才使該系統具有強大的實用功能。
2、軟件重用技術
DLL模式
動態鏈接庫DLL（dynamic link library），像靜態鏈接庫一樣，是函數的集合。當一個應用程序使用動態鏈接庫的函數時，該函數不包含在可執行程序中，只有當應用程序用到庫中的函數時才將其調入內存中。這種鏈接方式稱為動態鏈接。
采用這種方式具有如下優點：節省時間和空間、無需要再鏈接、共享代碼和數據、維護獨立、功能擴展，提高了程序開發的效率。
DLL的位置：DLL應放在執行文件目錄、當前目錄、Windows目錄、Windowssystem目錄和在path中的路徑目錄下，查找順序由前到后。注意：不要在以上目錄保存多個版本的DLL，否則可能引起混亂。
目前大多數應用程序和開發工具能提供DLL編譯能力，提供__fastcall、__pascal、__stdcall、__cdecl等參數調用約定，能實現多種語言的混合編程。在測繪各專業中，有許多用FORTRAN77編寫的經典程序，對他們進行適當的修改，就能被其它語言調用，這樣就有效的保護和利用已有的成果。
Active X 、OCX模式
動態數據交換DDE（dynamic data exchange ）是使用基于消息機制來實現兩個不同Windows應用程序之間數據交換的工具。通過使用API可調用DDE動態庫DDEML，這樣使DDE服務過程簡單化，通過DDE技術，有利于應用程序間發送和接收數據和命令。通過這種方法，使應用程序之間進行數據共享、遠程執行命令或檢查錯誤等。在DDE中，一個應用作為客戶端，另一個應用作為服務器，他們通過事務進行通信。一個客戶端應用向支持DDE的另一方（服務器）發出請求，請求可以是數據也可以是命令（如：打開、關閉、保存等）。一個服務方應用是相對于客戶端的另一方，它響應客戶端的請求，依據客戶端請求，向它提供數據和服務（可以是命令）。
OCX、ActiveX 是建立在對象連接和嵌入OLE（object linking and embedding）基礎上的，得到廣泛支持的面向對象的軟件集成技術，用戶像用磚塊蓋房子一樣來組合軟件和應用程序。
在許多開發工具中都提供了ActiveX能力和調用ActiveX、OCX的能力，如visual c++、visual basic、dephi等。許多專業公司提供了眾多的ActiveX、OCX控件，如MAPINFO 、ERSI 的MapObjects和MICRSOFT 的COMMON.OCX等眾多的控件可以被調用。
3、基于網絡的分布式系統設計方法
分布式系統突出的特點在于構成系統的各部分在地域上的分散性、自治性及各部分之間相互聯系與制約所表現出來的功能與性能的綜合性。系統具有數據的分布性和功能分布性等特點。比較適合的計算模型有兩種，一種是客戶—服務器模式（client/sever,C/S）；另一種是客戶—代理—服務器模式（client/broker/server,C/B/S）。
C/S模式通過遠程過程調用機制（RPC）和網絡應用編程接口（API）實現。優點是處理能力強、方便的資源共享、可以預測響應時間。缺點是系統維護困難。
C/B/S模式是指在客戶與服務器間加入代理（broker），是客戶與服務器之間具有動態的可變的關系，支持同步與異步通信。可擴展性、可維護性、可重用性強。
充分利用好軟件發展中各種成熟的新技術，不僅能有效利用和保護早期的成果，關鍵是能有效提高開發速度，使應用程序具有良好的可維護性，對系統的部分修改，不影響系統的正常使用。
4、大地測量數據處理軟件算法設計原則
大地測量數據處理的工作模式
用計算機來處理大地測量的各種信息，就是對獲得的觀測信息網絡的分析、處理、對多種成果的綜合應用等問題進行程序設計，最后得到需要的計算結果（如概算值、平差值和其它產品等）。其具體的工作方式如下：
大地測量數據處理誤差來源
任何一個用計算機來處理的測量問題都必須經過上述五步，缺一不可。數值計算方法和程序設計是由掌握計算機知識較多的人員進行，這兩步往往合為一步。因此誤差來源主要由觀測誤差、模型誤差和計算誤差組成。
觀測誤差是由于實際問題的各種觀測方法、觀測儀器和環境等造成的，其限差都有相應的規范。模型誤差是對實際問題的數學抽象而產生的誤差。實際測量問題和相應的數學處理方案是幾代測繪專家多年的研究成果，其誤差有專門的研究，現有的誤差肯定已經減小到最小。它們在大地測量數據處理軟件開發中可以不必考慮。
計算誤差是對數學處理方案的理解和對方案進行程序設計而引起的誤差，它包括截斷誤差和舍入誤差。當數學模型得不到精確解時，要用數值計算方法求出它得近似解，由此產生的誤差叫截斷誤差或方法誤差。由于任何計算機的字長都是用有限的，原始數據的輸入和浮點運算過程中都可能產生誤差，只能用有限的數來代替無窮小的數，這樣產生的誤差叫舍入誤差。成千上億次計算，對精度可能有較大的影響。所以在數值計算中對截斷誤差和舍入誤差應給予足夠的重視，我們可以通過對算法的設計和改進來進行控制。
大地測量數據處理算法設計原則
算法是對一些數據按某種規定的順序進行運算的序列。一個算法，如果計算結果受誤差的影響小，就稱這個算法具有較好的數值穩定性。如果受誤差的影響較大，則稱這個算法的數值穩定性差。在大地測量數據處理軟件設計中，要設計具有數值穩定性好的算法，必須遵守如下基本原則：
5、開發實例
在“高精度重力網數據處理” 系統的軟件設計中，充分采用了結構化、面向對象開發方法和數據庫技術、DLL、Active X和網絡分布技術等新技術。采用Sybase數據庫系統來管理高精度重力網數據處理軟件中所需要的數據，使數據相對獨立和安全；用FORTRAN來開發系統預處理和平差程序，編譯成DLL供PB調用，解決PB計算能力相對較差的問題；用PB來開發應用程序主框架，采用了面向對象的開發方法，利用C/S模式對后臺數據進行管理，并從數據庫提取計算處理所需要的數據，再用處理后的結果更新數據庫；在用PB來開發應用程序中插入Active X地理信息系統圖形控件MapX，進行地理圖形功能開發，使整個系統具有簡單的GIS功能。通過應用2000國家重力基本網數據處理的實踐，充分說明了系統具有功能齊全，穩定性強，計算精度高等特點。
信息標題：高精度重力網數據處理中的應用實例
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