UML建模技术在某桥数字化管养系统中的研究与应用

1、uml建模技术在某桥数字化管养系统中的研究与应用摘要采用uml建模技术推某桥进行数字化管养，熟悉了uml建模的特点，通过分析文档，画出了对应的uml图，如用况图、类图、状态机图、顺序图、活动图等。并对其进行了仔细的分析。关键字：uml建模，uml图、用况图、顺序图1 绪论桥梁是重要的交通设施，对于保证和促进社会经济发展起着基础性的作用，桥梁管理的水平高低直接影响着一个城市乃至一个国家的经济发展。随着社会主义经济的不断飞速发展，城市基础设施的数量不断增长，并已达到了一定的使用年限。如何对已建成桥梁进行合理地管理养护，就成为人们不可回避的问题。桥梁的管养至少应满足安全、经济、舒适三个目标。安全性目

2、标是最基本的，经济性目标是指花最少的钱办最多的事，舒适性原则是对桥梁的使用性能提出的要求。为了满足安全性目标，桥梁养护人员需要监控桥梁的健康状态，并在出现问题的时候及时给予修复;为了满足经济型目标，桥梁管养人员需要选择养护维修的最佳时机，一方面尽早遏制桥梁的损坏进程，另一方面尽量减小维修所带来的车辆绕行等成本，争取最大的收益成本比;为了满足舒适性目标，桥梁管养人员需要保持的桥面的平整，控制桥身的震动，避免给人们带来不适甚至不安全感觉。本文通过对对某桥数字化管养系统进行uml建模，通过使用uml，使人们能够阅读和交流系统架构和设计规划，就像建筑工人多年来所使用的建筑设计图一样。uml的目标之一就

3、是为开发团队提供标准通用的设计语言来开发和构建计算机应用。uml提出了一套it专业人员期待多年的统一的标准建模符号。2 uml简介2.1 uml定义统一建模语言（uml是 unified modeling language的缩写）是用来对软件密集系统进行可视化建模的一种语言。uml为面向对象开发系统的产品进行说明、可视化和编制文档的一种标准语言。uml是在开发阶段，说明，可视化，构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。uml展现了一系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面,特别是在软件架构层次已经被验证有效。uml可以贯穿软件开发周期中的每一个阶段，被omg采

4、纳作为业界的标准。uml最适于数据建模，业务建模，对象建模，组件建模。uml作为一种模型语言，它使开发人员专注于建立产品的模型和结构，而不是选用什么程序语言和算法实现。2.2 uml建模语言的主要特点标准建模语言uml的主要特点可以归结为三点:(1)uml统一了booch、omt和oose等方法中的基本概念。(2)uml还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处,其中也包括非oo方法的影响。uml符号表示考虑了各种方法的图形表示,删掉了大量易引起混乱的、多余的和极少使用的符号,也添加了一些新符号。因此,在uml中汇入了面向对象领域中很多人的思想。这些思想并不是uml的开发者们发明的,而是开发者们

5、依据最优秀的oo方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成的。(3)uml在演变过程中还提出了一些新的概念。在uml标准中新加了模板(stereotypes)、职责(responsibilities)、扩展机(extensibilitymechanisms)、线程(threads)、过程(processes)、分布式(distribution)、并发(concurrency)、模式(patterns)、合作(collaborations)、活动图(activitydiagram)等新概念,并清晰地区分类型(type)、类(class)和实例(instance)、细化(refinement)、接

6、口(interfaces)和组件(components)等概念。3 对某桥数字化管养系统进行uml建模3.1 某桥数字化管养系统用况图的建立一个应用系统建立的前提是首先要对系统必须达到的条件或能力进行详细的描述，让用户和开发人员明确系统该做什么。uml中，一般是用况图来表达系统角色、用例及其之间的关系，用文字形式的事件流文档具体描述用例细节。一个用况图表示了一个系统中一些参与者和一些用况之间的关系。用况图呈现了一些参与者和一些用况，以及它们之间的关系。其中的用况表示了一个系统或一个类目（如子系统和类）的功能，而且只有当外部的参与者与该系统或类目进行交互时，该用况才显露其功能。用况图是一幅由一组

7、参与者、一组用况、可能的接口以及这些元素之间的关系组成的图。这些关系是参与者和用况之间的关联、参与者之间的泛化以及用况之间的泛化、扩展和包含关系。可以选择把一些用况用一个矩形围起来，用来表示系统或者类目的边界。根据某桥数字化管理系统文档分析，其中的参与者有用户、桥管处、桥管所、系统管理员、领导、维修所等，其中的一些用况在下图3-1中可以体现出来。利用uml的多层次用例描述方法将系统需要实现的功能以图的方式描述出来。系统顶层用例即为系统的几大功能模块，它们都是抽象用例，即系列功能（行为）的总称。通过对上层复杂用例进行细化，编写事件流文档，建立下层用例图以明确用例之间的关系。图3-1：用况图主要的

8、用况定义如下：用况：病害记录查询【前置条件：领导已经登录成功】领导发出病害记录查询请求 系统给出查询类别提示领导进行选择，发控制命令 若为巡检类别，交互内容为各类巡检病害，查询条件为：巡检类别、时间段。 若为部件，交互内容为某一部件所有病害，查询条件为：部件名称、时间段。若为病害记录汇总表，交互内容为所有发现病害汇总，查询条件为时间段。用况：病害维修查询【前置条件：领导已经登录成功】领导发出病害维修查询请求 系统给出查询类别提示领导进行选择，发控制命令 若为桥管所自修，交互内容为所有桥管所自修工程，查询条件为：病害维修方式、时间段。 若为维修所自修，交互内容为所有维修所自修工程，查询条件为：病

9、害维修方式、时间段。若为桥管处维修记录汇总，交互内容为所有桥管处自修工程，查询条件为：时间段。若为维修项目，交互内容为所有维修项目，查询条件为：维修状态、时间段。若为维修项目合同，交互内容为有合同项目的合同内容，查询条件为：维修合同号、时间段。用况：物资管理查询【前置条件：领导已经登录成功】领导发出物资管理查询请求 系统给出查询类别提示领导进行选择，发控制命令 若为机械设备，交互内容为月盘点表，查询条件为：时间段。 若为材料备件，交互内容为库存结存报表，查询条件为：时间段。用况：权限管理【前置条件：系统管理员已经登录成功】系统管理员发出权限修改请求 系统给出权限修改类别提示系统管理员进行选择，

10、发控制命令 若为用户，交互内容为用户相应权限，可以修改用户相应权限。 若为用户组，交互内容为用户组相应权限，可以修改用户组相应权限。若为角色，交互内容为角色相应权限，可以修改角色相应权限。用况：数据备份【前置条件：系统管理员已经登录成功】系统管理员发出数据备份请求 交互内容为各种数据类别系统管理员从各种数据类别中进行选择，发控制命令 若为确认，系统进行数据备份，并通知系统管理员是否成功 若为取消，退出本功能用况：对桥梁进行检查【前置条件：用户已经登录成功】用户发出对桥梁检查请求 系统给出日常检查、经常检查、特殊检查三种方式系统管理员从三种检查方式中进行选择，发控制命令 若为确认，系统对桥梁进行

11、检查，并通知用户是否发现病害 若为取消，退出本功能 用况：设定权重参数【前置条件：用户已经登录成功】用户发出设定权重参数请求 交互内容为用户设定权重参数 用户向系统提交结果，系统可根据用户设定的各部件权重参数自动进行桥梁技术状况评定。用况：录入维护查询档案数据【前置条件：用户已经登录成功】用户发出录入档案数据请求 交互内容为用户录入档案数据界面，档案数据内容包括一般资料、上部结构、下部结构、附属工程、附挂管线等各种数据。用户发出维护档案数据请求 系统给出修改项目提示用户进行选择，发出控制命令用户发出查询档案数据请求 系统给出查询类别提示用户进行选择，发出控制命令3.2 某桥数字化管养系统分析模

12、型的建立分析模型说明系统逻辑设计，描述系统功能是“怎样完成”的，“何时完成”的。在uml中，采用类图来表示系统静态结构，用顺序图、活动图、协作图来建立系统的动态模型。类图定义系统中的内部结构、类之间的关系。顺序图主要描述对象的行为及其之间的交互的时间顺序；活动图直观的描述用例的复杂流程和并发行为；协作图则强调发送和接受消息的对象之间的结构组织交互关系。利用这些图共同完成某桥数字化管养的分析模型的建立。3.2.1类图对某桥数字化管养静态关系的建模分析类图(class diagram)是显示了模型的静态结构，特别是模型中存在的类、类的内部结构以及它们与其他类的关系等。类图不显示暂时性信息。类图也可

13、以包含注解和限制。类图中也可以包含包和子系统，这两者用来将元素分组。有时后你也可以将类的实例放到类图中。静态关系建模的主要任务是找出某桥数字化管养系过程中各用例的抽象类及其对象，并分析它们之间是否存在泛化、关联、依赖关系，从而建立表达某桥数字化管养系信息系统静态结构的类图。某桥数字化管养系涉及的用例很多，可以采uml包的机制，根据用例的功能、对象流和共同处理的对象进行分包组成子系统。下面是根据对某桥数字化管养系统文档分析的建立子系统的静态模型图3-2。图3-2：类图类图技术简化了对现实世界中各实体间的静态关系的建模分析，并且通过可视化手段表现它们的关系，使得开发人员能更好的理解、构造和实现系统

14、，有利于后期必要的修改和维护。主要类说明如下：（1）类“用户”该类具有属性“姓名” 、“工作证号”和密码 。其中的“工作证号”是一个具有一定格式的字符串。在该类中，要设立操作“生成桥梁档案表” 、“检查桥梁” 、“设定权重参数” 、“生成病害记录表” 、“生成机械设备表” 、“生成物资材料表” 、“生成道路安全表”。用户要进行档案数据管理、桥梁数据管理、维修工程管理、项目工程管理、其他信息管理，所以设立了这些操作。（2）类“系统管理员”该类具有属性“姓名” 、“工作证号”和密码 。其中的“工作证号”是一个具有一定格式的字符串。 在该类中，要设立操作“数据备份” 、“系统管理” 、“用户管理”

15、、“用户组管理” 、“角色管理” 、“权限管理”。系统管理员可以对系统各种数据进行及时备份，确保数据由于误操作受到损坏时的及时恢复。系统管理员还可以对用户、用户组和角色进行权限管理，赋予和修改其相应权限。（3）类“领导”该类具有属性“姓名” 、“工作证号”和密码 。其中的“工作证号”是一个具有一定格式的字符串。在该类中，要设立操作“查询病害记录” 、“查询病害维修” 、“查询机械设备” 和“查询物资材料” 。领导可以按病害记录、病害维修和物资管理三种类别进行查询。（4）类“桥梁档案数据表”该类具有属性“一般资料” 、“上部结构” 、“下部结构” 、“附属工程”和“附挂管线”。在该类中，要设立操

16、作“增加” 、“删除” 、“修改” 和“查询” 。用户可以录入修改查询以上数据。3.2.2状态机图对某桥数字化管养等动态关系的建模分析uml状态机图通过对类对象的生存周期建立模型来描述对象随时间变化的动态行为。每一个对象都被看作是通过对事件进行探测并做出回应来与外界其他部分通信的独立的实体。事件表示对象可以探测到的事物的一种运动变化如接受到从一个对象到另一个对象的调用或信号、某些值的改变或一个时间段的终结。任何影响对象的事物都可以是事件，真实世界所发生的事物的模型通过从外部世界到系统的信号来建造的。状态是给定类的对象的一组属性值,这组属性值对所发生的事件具有相同性质的反应。状态机用于描述类的行

17、为，但它们也描述用例、协作和方法的动态行为。对在某桥数字化管养分析，可以看出在初始化完成后，先录入数据，然后选择病害查询方式进行病害查询到完成是一个动态的行为，根据如上分析，可以画出系统的状态机图如下图3-3所示。图3-3：状态机图3.2.3系统业务流程的建模顺序图是将交互关系表示为一个二维图。纵向是时间轴，时间沿竖线向下延伸。横向轴代表了在协作中各独立对象的类元角色。类元角色用生命线表示。当对象存在时，角色用一条虚线表示，当对象的过程处于激活状态时，生命线是一个双道线。消息用从一个对象的生命线到另一个对象生命线的箭头表示。箭头以时间顺序在图中从上到下排列。行为建模的主要任务包括分析用例的实现

18、过程和抽象类对象交互关系的建立。用于表述系统行为的uml图包括顺序图、协作图和活动图，它们分别从不同的角度和方面描述系统的动态行为，说明系统的数据处理过程。某桥的数字化管养需要处理的数据量大，过程比较复杂，通过建立分等数据处理流程的行为模型，可以简化依据实际管养的步骤对系统进行建模的过程，使系统开发人员能够很好的根据用户的需求进行系统的开发、测试和维护。以某桥的数字化管养因素规则确定的顺序图（图5）为例建立分等数据处理的行为模型。用户通过登录界面进行登录，然后然后进行验证，若用户名不存在，则需重新返回登录界面，可以进行注册或者重新登录，根据注册表单若验证正确则显示登录成功，接着进入主界面，可以

19、对某桥的数字化管养进行相关操作。图3-4:顺序图3.2.4 某桥数字化管养系统活动图的建立活动图（activity diagram，动态图）是阐明了业务用例实现的工作流程。业务用例工作流程说明了业务为向所服务的业务主角提供其所需的价值而必须完成的工作。业务用例由一系列活动组成，它们共同为业务主角生成某些工件。工作流程通常包括一个基本工作流程和一个或多个备选工作流程。工作流程的结构使用活动图来进行说明。一个活动图可能包括以下元素： a.活动状态表示在工作流程中执行某个活动或步骤。 b.转移表示各种活动状态的先后顺序。这种转移可称为完成转移。它不同于一般的转移，因为它不需要明显的触发器事件，而是通过完成活动（用活动状态表示）来触发。 c.决策，为其定义了一组警戒条件。这些警戒条件决定在活动完成后将执行一组备选转移中的哪一个转移。您也可以使用判定图标来表示线程重新合并的位置。决策和警戒条件使您能够显示业务用例的工作流程中的备选线程。 d.同步示意条用于显示平行分支流。同步示意条使您能够显示业务用例的工作流程中的并行线程。通过对某桥数字化管养文档的分析，系统业