（机械设计及理论专业论文）基于面向对象方法和组件技术的gismis系统开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 ( 企业管理信息化、自动化、网络化趋势不断推动着计算机技术日新月异地发展， 而计算机技术的发展又给企业应用带来了更大的发展空间。为了使软件在企业管 理上的应用更加贴近企业本身，弥补传统管理信息系统( m i s ) 在空间信息支持上 的不足玎本文提出了将地理信息系统( g i s ) 技术和传统m i s 融合的思想。在此基 础上，结合新会电力工业局委托我系开发的“新会市电力工业局g i s m i s 系统”开 发实例，深刻探讨了面向对象方法和组件技术运用于系统开发的设计和实现方法。 论文从企业管理的需求出发，分析了传统m i s 在企业管理上的不足，并介绍 了g i s 的最新应用情况，得出了将g i s 和m i s 相结合的必要性。( 针对软件开发的 复杂性带来的开发效率低下的问题，提出面向对象的分析、设计方法和基于组件 技术的软件架构，设计了一个适用于该类系统的理想架构模型。辽 本文将组件技术看成是更高层次对面向对象方法的运用，它继承和发展了面向 对象方法。娩文集中体现了课题研究中对该观点的理解。为此文章在介绍了课题 的意义和背景后运用面向对象的分析设计工具u m l 语言设计了系统的整体 解决方案和各子系统的框架结构。结合课题的实际研究过程，文章详细地论述了 面向对象方法在软件设计中的运用过程。随后论述了组件化思想在课题中的应用， 得出了组件的抽象过程、要点和具体实现方法。文章最后部分介绍了课题中实现 相关实际功能时所使用的替他主要技术，并对近年来出现的系统开发新技术怍了 介绍和展望。 论文始终以面向对象方法为基础，以组件技术为主线，结合实例对组件技术运 用于系统开发的优势和前景进行论述，这使得本文的研究具有较高的理论基础， 并得到较满意的技术应用成果。文 关键词：面向对象方法；组件技术i u m k 管理信息系统；地理信息系统 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t n l e t e n d e n c yt h a te n t e r p r i s e sm a n a g e m e n td e v e l o p e d t ob ei n f o r m a t i v e ，a u t o m o t i v e a n dn e t w o r k b a s e dp u s h e sa h e a dw i t ht h ec o m p u t e r t e c h n o l o g yd e v e l o p i n gr a p i d l y , a n d t h e d e v e l o p m e n to f f e r i n g m o r e s p a c e f o r e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s i n o r d e rt o a c c o m m o d a t es o f t w a r ea p p l i c a t i o nt oe n t e r p r i s e sm a n a g e m e n tm u c h m o r e ，a n dt om a k e u p t h e i n s u f f i c i e n c y o fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n p r o v i d e db y t r a d i t i o n a l m a n a g e i n f o r m a t i o ns y s t e mf m s ) a 1 1a s s u m et h a ti n o c u l a t eg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ( o i s ) w i t hm i si sb r o u g h ti nt h et h e s i s o nt h i sb a s e ，r e f e r r i n gt h ed e v e l o p m e n t i n s t a n c eo f “x i n h u ic i t ye l e c t r i cp o w e rb u r e a ug i s ，m i s s y s t e m ”o b j e c t o r i e n t e d m e t h o da n dc o m p o n e n tt e c h n o l o g ya p p l i e di ns y s t e m d e v e l o p m e n t a r ep r o b e d d e e p l y f r o mt h ea n g l eo f e n t e r p r i s e sm a n a g e m e n t 、t h et h e s i sa n a l y z e st h ei n s u f f i c i e n c yo f t r a d i t i o n a lm i s a n di n t r o d u c e st h en e w e s ta p p l i c a t i o n so fg i s ，t h e nt h en e c e s s i t yo f i n t e g r a t i n g g i sa n dm i si s b r o u g h tu p a i m i n ga t t h el o we f f i c i e n c y b r o u g h tb y c o m p l e x i t yo fs o f t w a r e ，t h ec ；b j e c t o r i e n t e dm e t h o da n ds o f t w a r ef r a m eb a s e do n c o m p o n e n tt e c h n o l o g ya r eb r o u g h tu p a n d w ed e s i g n e da ni d e a la p p l i e a t i o nm o d e lt h a t a p p l i e dt ot h i st y p eo fs y s t e m c o m p o n e n tt e c h n oo g y , w h i c h i n h e r i t sa n d d e v e l o p so b j e c t o r i e n t e d m e t h o d w o r k so nah i g h t e rl e v e lt oi t i n sc o n c e p t i o ni ss t r o n g l ye m b o d i e di nt h er e s e a r c ht h a t d i s c u s s e db yt h ep a p e r a c c o r d i n g l y , a f t e ri n t r o d u c i n gt h es i g n i f i c a n c ea n db a c k g r o u n d o ft h er e s e a r c ht a s k ，t h et h e s i ss h o w st h e s y s t e m s c h e m ea n dt h e s u b - s y s t e m s l f r a m e w o r k sw i t ht h eh e l po f u m l a c c o r d i n g t ot h ea c t u a l o r o e e s so ft a s k t h e a p p l i c a t i o n o f o b j e d t - o r i e n t e d m e t h o di s s p e c i f i e d a d d i t i o n a l l y , t h et h i n k i n g t h a t s o f t w a r eb u i l tu pw i t hc o m p o n e n t si se x p o u n d e d b yt h i sw a y ，t h et h e s i ss u m m a r i z e st h e m a i mp o i n t so fu s i n gc o m p o n e n tt e c h n o l o g y i nt h ee n d ，t h et h e s i si n t r o d u c e so t h e r t e c h n o l o g i e st h a ta r ea p p l i e di nt h es y s t e ma n d t h en e w t e c h n o l o g i e sa p p l i e di ns y s t e m d e v e l o p m e n ta p p e a r i nt h e s ey e a r s 乃eo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o da n d c o m p o n e n tt e c h n o l o g yg e tt h r o u g h t h et h e s i s 乃o a d v a n t a g ea n df o r e g r o u n do fc o m p o n e n tt e c h n o l o g ya p p l y i n go ns y s t e md e v e l o p m e n t a r ed i s c u s s e db a s e do nt h ei n s t a n c e t h j sm a k e st h er e s e a r c ho ft h et h e s i sh a v eb o t h t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：o b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d c o m p o n e n tt e c h n o l o g y ，u m l ，m i s ，g i s 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 面对特殊行业的需要，管理信息系统( m i s ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 的无缝融合应用成了软件行 , i t s 的热门话题。但是，如何缩短该类软件的研发周期以适应巨大的市场需求， 如何让软件更具人陛化以适应用户的需求，却成了时常困扰软件开发人员的问题。 在这种情况下，各种技术、方法层出不穷，这些技术方法的推出对上述两个问题 的解决作出了巨大的贡献，推动了软件业的巨大发展。而笔者认为，面向对象方 法和组件技术无疑是这众多技术方法中最具效能的。 1 1 课题面向的需求 企业应用是软件业最为重要的市场，也是投资最多、需求最多的系统领域。 这是由于现代企业处于充满竞争的信息化社会之中，为了提高自身的竞争力，企 业必须借助于现代化的计算机技术，大幅度的增加自身的管理运营效率。m i s 系 统的广泛应用在很大程度上满足了企业的这种需求，因而得到了极大的发展。 但是，对于某些企业来说，单纯的m i s 系统不能充分满足企业的需求。这种 现象在电力，交通，通信等领域表现尤为明显。以电力部门为例，配电网直接联 系着用户，配电网的线路、设备都与所在的地理环境密切相关。由于缺乏地理信 息无法对特定区域，特定数据进行分析。由于数据缺乏完整性，因此综合处理能 力比较差，不能更好地达到计算机管理辅助决策的目的。 配电网的管理涉及了供电企业的绝大多数部f - ，其信息量庞灭、种类多，并 且存在于不同系统中。近年来计算机已大量应用于各个领域，如调度自动化、无 人值守变电站及变电站综合自动化、负荷管理系统、用电营业现代化管理系统、 自动远方抄表系统等。因此，配电网管理信息系统必须能把现有的各个系统联系 起来，最大限度地把配电网管理所需的信息集成起来；它将配电网设备数据和用 户数据、实时数据和历史数据、电网图形和地理图形、图形与数据结合在一起， 对配电网进行全面的深层的管理和分析。课题所面对的问题正如上文所述。 因此要满足系统的要求，解决存在的问题，配电网管理信息系统必须是由计 华中科技大学硕士学位论文 算机网络、大型数据库、地理信息系统、配电网管理应用软件组成的一个分布式 的、开放式的、模块化可扩充的系统 1 3 】。 1 2 国外应用概况； 美国是地理信息系统研究最发达，应用水平最高的国家，其主要的研究机构是 美国地质测量局( u s g s ) 。u s g s 的国家测图计划方向的主要任务是保证满足国家 对基础地理空间数据和信息的需求。当前主要活动包括多目标数字制图数据库、 通用目标的基本地图、数据管理和分发。目前主要产品品种有地形图、数字线划 图形数据( d l g ) 、数字高程模型( d e m ) 、数字正射影象数据( d o q ) 、数字栅格图 形数据( d r g ) 等。其长期发展趋势表现为对基础地理数据需求的增涨，数字正射 影象数据重要性的提高，地区级数字产品的增加和更加强调合作。 u s g s 几年前开始研究和生产数字正射影象数据( d o q ) ，去年正式推出第 一张数据光盘( c d r o m ) 。迄今己完成美国领土的大约1 2 0 区域d o q 产品生产。 其比例尺为l ：1 2 0 0 0 ，分辨率为实地l 米，以县为单位存放在光盘上。d o q 除可 作为g i s 的一个正射影象数据层使用外，也可用来与矢量数据迭加，更新1 ：2 4 0 0 0 图形数据。u s g s 还用d o q 数据派生1 ：1 0 0 0 0 0 土地利用土地复盖数据。 u s g s 从1 9 9 4 年开始研制数字栅格图形数据( d r g ) 。它是将1 ：2 4 0 0 0 地形图 扫描，经过重采样和压缩处理生成的彩色数字栅格数据。每幅地形图的处理只需 4 0 分钟。它可以与d o q 数据迭加生成数字影象图，同时可以对地形图进行更新。 u s g s 已生产出包含全美国5 0 个州首府的1 ：2 4 0 0 0 d r g 的光盘( 共l 张) ，数据文 件为经过压缩的t i f f 格式。 d o q 和d r g 是u s g s 近年研究开发的新数字产品。该局多年来一直从事的 全国1 ：2 0 0 万、1 ：1 0 万、1 ：2 4 0 0 0 数字制图数据库建库工作仍在继续进行。其中， 1 ：2 0 0 万数据经过更新，最近刚制成更新版光盘( 共1 张) 。全国范围1 ：l o 万水系 和交通数据己于去年制成光盘，全套共1 4 张光盘。其它要素尚在采集中，均己完 成全国一半以上区域；1 ：2 4 0 0 0 数据库中，水系和交通己完成约l 5 区域，境界接 近一半区域，估计尚需1 0 年左右时间才能全部完成。7 5 的数字高程模型已完成 全国2 3 区域，洛网单元尺寸为7 米+ 7 米。为了加决数据库建设进程，正在对外单 _ _ 一 ， 华中科技大学硕士学位论文 位采集的数据进行分析评价，并进行数据转换、集成试验。u s g s 与e s r i ( 美国 环境系统研究所) 合作用a r c i n f o a m l 开发的数据更新软件，r e v p gf r e v i s i o n p r o d u c t g e r e r a t i o n ) 己制成光盘，可随a r c 1 - n f o 软件免费赠送给用户。该软件以 菜单形式提供了数据更新所需的各种功能，包括各种类形数据，如矢量或栅格图形 数据，d o q 数据等的安装转换、编辑、迭加、屏幕数g - 4 9 等，可以大为加快数据 更新速度，提高数据质量和标准化水平。 由u s g s 等单位专家组成的国家委员会通过1 0 多年的努力研制和测试的美国 国家空间数据转换标准( s d t s ) ，1 9 9 2 年8 月经美国商业部国家技术标准局批准 为联邦信息处理标准发布后，现己作为一种标准格式在一些商业软件中使用，为数 据交换和共享提供了更好的基础。咧如，a r c i n f ov 7 0 已具备与s d t s 格式的 双向转换功能。s d t s 不仅在美国，而且在欧洲和澳洲一些国家受到重视，有成为 国际标准的可能。 在g i s 应用研究方面，借助于数字制图数据的帮助，重现佛罗里达半岛城镇 建筑区、耕地、湿地等随人口增涨发生的变化：应用g i s 技术分析1 9 9 3 年密西西 比河洪水造成的影响；利用d e m 、d o q 数据和三维动画技术制作的三维数字模型， 可以动态模拟飞行通过( r a gt h r o u g h ) 时的区域景观：利用g i s 数据制作的旧金山市 1 8 4 0 1 9 9 0 年l5 0 年间城市发展模型，能动态显示该城市逐年变化的趋势；还利 用土地特征数分折水质量；为了便于用户及时了解u s g s 各种数据生产情况，用 a r c , t n f o 软件开发了有关a m l ，能逐月输出u s g s 各种数据库、各层数据完成 清况的索引图，而以前采用常规方法制图只能半年发布次。 1 3 课题的技术基础 由于计算机的大量应用，带动了计算机软件的蓬勃发展。各行各业对软件的 需求越来越大，带来了软件开发维护上的种种问题。这突出表现在四个方面： ( 1 ) 软件生产率提高的幅度远不能满足企业需求。 ( 2 ) 大型企业应用往往不能真正满足用户的需求。 ( 3 ) 软件重用程度很低。 ( 4 ) 软件维护与可扩展性越来越重要。 为了解决以上问题，使课题能够顺利完成，在课题中主要采用了面向对象方 华中科技大学硕士学位论文 法和组件技术。 i 3 1 面向对象方法 人们一般把6 0 年代由挪威计算机中心开发的s i m u l a 6 7 语言看作面向对象语言 发展史上的第一个历程碑m 。在课题研究中，我们不但采用了面向对象的编程语 言一一s u a lc + + 6 0 ，更在设计分析期间采用了面向对象分析( o o a ) 和面向对 象设计( o o d ) 方法，以及u m l 建模工具。这样就使得程序设计工作的条理性和 可控性大大增强，在一定程度上缓解了软件危机【1 9 】的影响。 1 3 2 组件技术 组件是一种可重用的小段软件( 可为二进制形式) 。为了提高软件的开发效率 并降低成本，软件重用技术已不能局限在代码和模块的重用，而需要种形式化 的、组件化的重用技术，因此，软件开发组件化成为必然。所以说组件技术的产 生是面向对象技术和软件重用技术发展的客观要求 j 8 】。其产生过程如图i 4 。 图1 4 组件技术的产生 由于课题的工程分为三期，为了每一期工程能够与后续工程顺利衔接，课题 采用了组件架构，这样在功能的改进和增加上比较有利。在程序的结构上，针对 每种功能，可以：舟该功能模块设计成一个组件，采用这种办法可以灵活地对系 统进行改进和配置。 1 4 课题来源和本论文的主要工作 在现代企业管理中规模化运作使得各种管理信息庞大繁杂，为了协调企业 各部门问的工作，以求得更高的工作效率和更好的经济效益，利用先进的管理技 术和科学方法是对现代化企业的基本要求。 华中科技大学硕士学位论文 1 4 1 课题来源、目的和意义 为了提高企业管理的效率，及时地给企业领导提供准确、完善、可靠的企业 内外信息，协调企业部门的工作，将电力生产、销售有机地结合起来，新会市电 力工业局与华中科技大学机械学院合作开发了“新会市电力工业局i n t e m e t g i s m i s 系统”。 新会市电力局下属单位分布比较散，局本部原先的网络条件比较差。1 9 9 9 年 后，新局加大了对计算机网络的投资，兴建了连接本部到农电所的企业网。由于 新局计算机网络处于完善阶段，本项目要求系统应具备较强的适应能力和扩展能 力，保证数据的一致性，并且要能随着网络环境的改善和管理水平的提高平稳地 从单机方式向网络方式转变，从集中式数据库方式向分布式数据库方式以及从独 立的应用程序方式向适应i n t r a n e t 环境的方式演化。 该项目利用k n t r a n e t 技术和组件技术，通过兴建、集成、改造i n t r a n e t 网和复 用已有的软件模块，保护和利用了该企业原有的软硬件投资。同时，为了适应电 力系统管理的现代化，该企业全面引进了配电网数据采集和监视控制系统 ( s c a d a ) 。本项目就是要在企业硬件投资的基础上，建立一套高效的管理软件， 将企业管理决策推向智能化和自动化。 1 4 2 本论文的工作 本论文的主要目的是为了探讨面向对象方法和组件技术在g i s m i s 系统开发 领域上的运用，以及软件总线模式在g i s m i s 系统上的应用优势。为此论文做了 一下几个方面的工作： 介绍了m i s 和g i s 系统的最新研究情况，探讨了m i s g i s 结合的必 要性和优势。 面向对象方法在g i s m i s 分析和编码上的应用，以及组件技术的应用 技术。 系统功能组织的实践，功能算法的实现和新技术应用的探讨。 这篇文章的完成是基于本人硕士期间所完成的课题之上的，本论文的主要描 述也是基于这套与新会市电力工业局合作开发的系统。为了方便起见，在本文的 后面章节中称呼该系统为“项目目标系统”。本论文是本人三年学习生活的总结和 收获，也希望本论文能够在m i s g i s 系统开发的方面做出有益的工作。 华中科技大学硕士学位论文 2 系统总体方案设计 在电力行业中，g i s m i s 系统得到了大量应用。本文所论述的项目目标系统就 是这样一个软件系统。本章用面向对象方法，以u m l 为工具，对系统总体实现方 案和系统的模块划分作了详细的描述。 2 1 总体解决方案 系统的总体结构是一个系统设计的骨架，系统所实现的功能和表现出的性能 与该系统总体结构设计的优劣有着直接的关系。因此，系统总体结构的设计必须 和系统要求密切结合，切实体现出用户对项目目标系统的希望和要求。 2 1 1系统要求 新会市电力工业局与我们合作的这个软件项目是为了提高管理效率，增强对 突发事件的反应能力，及时掌握供电网络的运行情况，以及在此基础上对领导的 决策提供信息支持。在此基础之上，整个系统实现以下具体功能： ( 【) 系统提供的信息必须和地理信息紧密结合起来。 ( 2 ) 设备处在不同的状态时，要用不同的图形来显示。 ( 3 ) 具有沿地图和供电线路的漫游能力，在漫游的同时还要能够对与设备相 连的数据库进行查询，以获得该设备的相关的信息。 ( 4 ) 能够记录设备的逻辑拓扑关系，其中最主要的是能够根据指定的设备找 到由该设备供电的所有下级设备，或根据指定的设备找到向该设备供电的所有上 级设备。 ( 5 ) 能够实现对供电网络比较实时的监控，当发生故障时，能够显示受影响 的所有设备和地区。 ( 6 ) 地图和供电网络线路图要能够同时显示和分别显示，对于地图要能够显 示指定的层，如街道层，房屋层等等：对于供电线路图，要能够分别显示高压设 备层，中压设备层，低压设备层。 整个系统对运行环境是要求能在w i n d o w s 操作系统下运行，支持企业局域网。 在完成上述五功能的情况下，对系统的性能要求如下( 以后对绘制在地图上的设备 图形均称为节直) ： 6 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 由于有备用供电线路的存在，所以节点不是单父节点，而是多父节点， 所以系统要能够进行多父节点的查询。 ( 2 ) 实现漫游功能时，漫游线路所经过的街道和供电线路的名称要能显示。 ( 3 ) 实际设备状态的改变到屏幕上节点状态的改变，时间间隔不超过5 分钟。 2 1 2 方案设计 整个解决方案的设计包括硬件体系和软件体系两个部分。 1 ) 硬件体系 图2 1 描述了整个系统的硬件物理架构，一共分为设备层、数据存储层、数据 管理层和服务提供层这四个层次。 设备层。系统的监控管理对象，即电力工业局所属的供电网络。 数据存储层。负责电网运行实时数据的采集和存储以及设备电气特性数据 存储。实时数据采集由该电力工业局引进的s c a d a 监控系统来实施。 数据管理层。为系统运作提供设备图形文件、地图数据、设备运行数据和 设备电气特性数据，并组织维护这些数据。该层包括设备文件提供者、地 图数据提供者、数据服务器。 服务提供层。负责与用户交互，在下层服务的支持下完成用户提交的业务。 该层是课题的最主要部分。 j 匪务提供层 地图提供者 数据管理层数据存储层设备层 图2 1 硬件体系结构 。一，； 华中科技大学硕士学位论文 2 ) 软件体系 整个系统的软件体系分为三部分( s c a d a 监控系统由第三方提供，不在课题 的范围之内) ，如图2 2 所示。系统的核心是图中的可视化管理系统，对应于图2 1 的g i s m i s 主系统。图2 2 中的设备电气信息和设备运行信息处于数据层中，由 数据服务器管理。设备图形信息和地理信息分别由数据管理层的设备文件提供者 和地图数据提供者来产生和维护。 图2 2软件体系结构 2 1 3 子系统划分 出于专业技术、安全和岗位的不同，项目目标系统不能把所有的功能都集成 在单个可执行文件中。由于整个系统涉及到供电行业中的好几个部门，而各个部 门涉及到的专业知识领域不尽相同，所以，要求使用该系统的人员具备所有部门 专业领域知识是不合适的，也是不必要的。因此，项目目标系统必须按照部门分 工来划分成若干子系统。 由于以上的原因，我们将项目目标系统划分为如图2 3 的三个子系统。分别是 二维设备图形绘制系统、地图绘制系统、管理决策系统，整个系统需要和将要产 生的数据包括五种文件和后端的支持数据库。除了数据库是由课题组共同设计外， 系统所需的五种文件全部由该系统自己产生，在图2 3 所示数据流图中由d 1 至 d 5 表示。d l 是图库文件，保存着设备图块的几何信息和设备类型编码：d 2 是地 图文件，保存着供电线路所在地区的地形几何信息和地貌的类型值，在该系统中 华中科技大学硕士学位论文 习惯称为层值，以便在查询系统中根据层值进行分层显示；d 3 是地图编辑记录文 件，因为地图是分块编辑的，该文件记录了已经绘制了的地图，这样在下次开机 时不会重复绘制或漏绘制；d 4 是几何连接文件，该文件记录了设备的地理位置： d 5 是拓扑关系文件，它记录了设备之间的连接情况，依靠该文件系统才能实现上 下级设备的查询和查找故障。 翟l 亨 j 形录入l几何信鼎。f 1 i 厂丌地图几何信息网 、且一堤备类型码7 l 图形ll 地图i 匦劂 匝雪母到p 竺竺叫亚匦 i 几何信息醴鲁粪犁硝 ! i 地图几何信息，几万r 面苗芰再 地图几何信息l 5 r， _ - 一 n i 司 诗暑付冒 。 ， 、 - i 3 - 2 i 输入路线厂i 再酮 3 1 l ：! 二划设备序列号，层号7 建立供电 也型1i ；幽 线路拓扑 l 设 簧+ i 、 姜磊 ， i 幽垄塞白舳”雅息， 二匀磊司 ： - r 石了f 买i i i l i l 逻辑关系- 车列号，【1 爱备j 。 眄熹研 图2 3 子系统划分结构图 除了专业知识的部门分工上的考虑外，系统的划分还有数据安全上的考虑。 由于数据库的查询依靠设备的编码作为查询主键，为了避免在操作与数据库查询 无关的功能时无意或有意地不适当修改设备编码，对系统的如此划分也是必要的。 项目目标系统被划分后，与设备管理相关的人员可以专门操作设备图形绘制系统， 华中科技大学硕士学位论文 为管理决策系统提供正确、专业的设备图形而不必关心设备之间逻辑连接；地图 绘制人员也只需要专门处理好地图方面的数据，保证地图数据的正确和有效，不 必涉及供电专业知识：最后的管理决策系统由管理决策人员使用，他们可以专注 于供电网络的连接和运行，而不必关心底层支持数据的产生。通过这样的系统划 分，可以使得各部门分工明确，协作流畅。 2 1 4 对数据库的考虑 对于g i s m i s 系统来说，这类系统需要处理很大的数据，系统在某种意义上 说就是用来管理数据的。很明显，如果完全依靠由运行平台提供的文件系统来存 放数据，效率不会很高，所以后端数据库的支持是必不可少的。 1 ) 数据库的必要性 在项目目标系统中，需要管理大量的电力运行设备的数据。根据电力局提供 的资料，新会市城区电网发展至今共有电源8 个，其中1 1 0 k v 变电站6 个，2 2 0 k v 变电站1 个，发电厂1 间。1 0 k v 出线7 1 回，整个城网1 0 k v 线路总长为3 4 7 0 2 6 公里，其中架空线为2 0 0 7 2 0 公里，公用电缆为8 3 9 2 9 公里，专用电缆为6 2 3 7 7 公里。配变总装见容量为4 8 2 4 0 0 k v a ，台数为1 1 0 6 台，其中专用配变为 3 4 0 9 2 5 k 、，a ，台数为8 3 5 台，网络联络开关1 1 7 台。对于城区的政治、经济、文 化中心区及大型重点企业还采用环网供电方式，现已形成环网供电的1 0 k v 线路有 3 3 条。如此的管理规模，系统需要数据库的连接是必然的考虑。 2 ) 数据库的选择 在当今流行的数据库系统中我们的选择范围是很广的，主流的数据库就有 s q ls e r v e r 、o r a c l e 、d b 2 等。在这些数据库中，s q ls e r v e r 的性能不是最好的， 甚至可以说是比较差的m 1 。但是由于我们的项目目标系统运行在w i n d o w n s 操作系 统上，而s q ls e r v e r 也只能在w i n d o w n s 操作系统上运行，考虑到开发成本的原 因，我们的系统仍然选择s q ls e r v e r 作为系统数据库。 3 ) 数据库的连接 在系统中，我们采用o d b c 来连接数据库。o d b c ( o p e n d a t a b a s ec o n e c t i v i t y l 即开放式数据库互联，作为w i n d o w s 开放性结构的一个重要部分已经相当成熟了， o d b c 的工作依赖于数据库制造商提供的驱动程序，使用o d b ca p i 的时候， w i n d o w s 的o d b c 管理程序，把数据库访问的请求传递给正确的驱动程序，驱动 程序再使用s q l 语句指示d b m s 完成数据库访问工作，因此，o d b c 的存在为我 们开发应用数据库程序提供了非常强大的能力和灵活性。 1 0 ，。，。 。、 、 华中科技大学硕士学位论文 为了使o d b c 能与数据库一起工作，必须把数据库注册到o d b c 驱动程序管 理器，这项工作可以通过定义一个d s n 或数据源名字来完成。通常，我们只能手 动打开系统控制面板，运行其中的o d b c 数据源管理器，手工配置数据源，但是 这项工作对用户而言过于复杂，我们考虑最好用程序替用户完成这些配置工作。 2 2 系统建模工具 u m l ( u n i f i e d m o d e l i n g l a n g u a g e ) 是一种基于面向对象的建模语言，1 9 9 7 年1 1 月己被o m g 采纳为标准的对象建模工具。u m l 代表了面向对象的软件开发技术 的发展方向。它通过统一的语义和符号表示，使项目开发基于个成熟的标准建 模语言，从而可大大拓宽所研制与开发的软件系统的适用范围，并大大提高其灵 活程度f 2 0 】。 2 2 1u m l 的视角 u m l 为人们提供了不同角度去观察和展示系统的各个特征的一种标准方法。 在u m l 中，从任俺一个角度对系统所作的抽象都可能需要用几种模型图描述，而 这些来自不同角度的模型图最终组成了系统的完整图像。 一般而言，我们可以从以下几种常用的视角来描述一个系统： 系统的使用实例：从系统的外部操作者的角度描述系统的功能。 系统逻辑结构：描述系统内部的静态结构和动态行为，即从内部描述如何 设计实现系统。 系统的构成：描述系统由哪些程序组件所构成。 系统的并发性：描述系统的并发性，强调并发系统中存在的各种通信和同 步的问题。 系统的配置：描述系统的软件和各种硬件设备之间的配置关系。 显然，前两种视角对任何系统的开发都是必需的，而后三种视角对大多数复 杂系统，特别是分布式及并发系统而言，就十分重要了。 构造多种不同的模型图是为了描述从各种不同的视角得到系统特性。u m l 提 供了十种基本的模型图，通过系统图的综合运用来全面刻画整个系统的全貌。 模型图由一些基本的模型元素组成。这些元素分别表示一些公共的面向对象 概念，例如类、对象、消息以及这些元素之间的关系( 包括关联、依赖和泛化) 。一 华中科技大学硕士学位论文 种模型元素可以出现在不同的模型图中，但是其含义和表示符号都是相同的。 2 2 2u m l 表示法 统一建模语言u m l 的表示法可以由下列五类图( 共1 0 种图形1 来构成： ( 1 ) 第一类是用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) ，从操作者角度描述系统的功能，并 指出各功能的操作者。它用于捕获业务需求。 t 2 ) 第二类是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括： 类图一描述系统中类的静态结构，它定义了系统中类的内部结构以及类 之间的联系。类图用于捕获信息和业务对象。 对象图一是类图的一个实例。 包图一是由包或类组成，包图描述系统的层次结构，用于捕获系统的逻 缉结构。 l3 ) 第三类是行为图( b e h a v i o rd i a 蓼a m ) 描述系统的动态模型和组成对象间的 交互关系。其包括： 状态图一描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。 是对类图的补充。 活动图一描述满足用例要求所进行的活动以及活动之间的约束关系，有利 于识别并行活动，它用于捕获业务过程。 ( 4 3 第四类是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) 描述对象间的交互关系。其包括： 顺序图显示对象之间的动态合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序， 同时显示对象之间的交互； 合作图描述对象间的协作关系，合作图跟顺序图相似，显示对象间的动态 合作关系。如果强调时间和顺序则使用顺序图；如果强调上下级关系则选 择合作图。这两种图合称为交互图。 ( 5 ) 第五类是实现图( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) 。其中 组件图描述代码组件的物理结构及各组件之间的依赖关系。一个组件可能 是一个资源代码组件、一个二进制组件或一个可执行组件。 配置图定义系统中软牛的物理体系结构。它用于捕获系统硬件和软牛组件 的配置。 i i# ：，芤鳝 ， ：；。t 誊豁 6 一 华中科技大学硕士学位论文 从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时首先是描述需求：其次根 据需求建立系统的静态模型以构造系统的结构：第三步是描述系统的行为。其中 在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图( 包含包) 、对象 图、组件图和配置图等五个图形是标准建模语言u m l 的静态建模机制。其中第三 步中所建立的模型或者可以执行或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括 状态图、活动图、顺序图和合作图等四个图形是标准建模语言u m l 的动态建模机 制。 2 3 子系统体系结构 项目目标系统在划分成三个子系统后，各子系统各施其责，在它们的功能范 围内，它们又自成系统。在此，将每个子系统单独考虑，可以用面向对象方法对 每个子系统进行分析设计。这种处理方法是符合面向对象方法的，面向方法提倡 在分析设计时逐层抽象细化，最终从一个初步的系统构想细化成一个可以独立运 行的系统，完成系统设计从问题域到求解域的转化过程。以下是用u m l 建模语言 对各个子系统的分析，由于u m l 是一种面向对象的建模语言，在论文结构上将它 的论述安排在了第三章。 2 3 1 二维设备图形绘制系统 从图2 3 所示的数据流向可以看出，设备图形绘制系统的主要功能就是为管理 决策子系统提供正确、完备的设备图形。并且，这种图形不是纯粹几何意义上的 图形，而是带有某些供电行业属性的图形。铡如，系统要求同一种供电设备处于 不同状态( 例如：运行态、故障态、备用态、维修态) 时，在计算机中有不同的图形 来表示；设备有自己的电气特性，这些特性数据是存放在数据库中的，而且数据 库是和其它系统通用的，所以，为了能够在数据库中查询到设备的电气特性，设 备需要拥有一个唯一区别的编号作为数据库查询的主键。 在供电行业中，各种设备都有自己标准的图形样式，绘制这种设备图形毫无 疑问需要有专门的专业知识。绘制好的设备图形将会在管理决策系统上被定位到 地图背景上，从而在计算机上模拟真实世界中的供电网络情况。 1 ) 类发现 通过分析本子系统在项目目标系统中的地位和作用，我们可以认为本子系统在 程序上的工能就是产生一个设备图形库。这个图形库中包含各种设备图形族，每个 华中科技大学硕士学位论文 图形族代表一种供电设备，并且每个设备图形族又包含该设备不同状态时的图形。 由于我们将所有设备图形组织成了图形库，所以，在地图上定位设备图形时需 要频繁地访问图形库，为了提高绘制效率，我们将图形库以文件方式存放，在项且 目标系统启动时调入计算机系统。 除此以外，为了能够在图形库中绘制新图形，编辑图形，我们还需要些工具 类，以及一些控制类和显示类。项目目标系统是用微软公司提供的v i s u a lc + + 6 0 编写，除了m f c 提供的系统类以外，我们自己定义了下主要的类来实现系统功 能f 括号中的英文是类在程序中的名字) 。 图库类( s h a p l i b ) 。管理和容纳所有的设备图形，在管理决策系统中，它是 设备图形的来源。 设备族类( s h a p k e m ) 。表示一种供电设备，管理该设备所有的状态图形。 设备状态类( s h a p s t a t e ) 。表示一种设备的一种使用状态由基本图形元素 类链表组成。 面板类( c m y d i a l o g b a t ) 。对绘图功能进行选择，与用户进行交互。 结构树类( c t r e e c t r ) 。该类由m f c 提供，是图库的映象，对使用者展示当 前图库的机构。 基本图形元素类( g r a p h ) 。最基本的绘图元素，如点、线、圆、矩形等这 些基本绘图元素组成了一个设备状态图形。 元素绘制类( d r a w p e n ) 。与基本图形类对应，用来在屏幕上绘制相应的基本 元素。 发现系统要处理的类是进一步设计的前提，需要说明的是，g r a p h 类和 d r a w p e n 类是两个抽象类，各种基本元素和元素绘制类都是继承于这两个类。在 它们的子类里，对于各种不同的绘图元素和绘制工具重载了许多函数，依靠面相 对象提供的多态特性决定在运行时绘制具体的图形。 2 ) 系统类图 通过对子系统的分析，从众多的实体中抽象出了我们需要的类后，基于这些 类，在设计好了这些类的协作关系后，就可以绘制系统的类图了。类图属于静态 图，是后续分析中的行为图、交互图、实现图的基础，也是在程序设计中开发人 员之间最重要的交流语言j 。 绘制类图之前需要确定对象的关联、属陛并识别继承关系。在此，我们用u m l 建模语言直接给出子系统的系统类图，如图2 4 所示。 1 4 j 。、嚣1二 华中科技大学硕士学位论文 图2 4 设备图形绘制子系统类图 华中科技大学硕士学位论文 2 3 2 地图绘制系统 地图绘制子系统在所有的子系统中是最不确定的个系统。按照项目目标系 统的功能划分，该系统要产生地图文件供管理决策系统使用。该地图在管理决策 系统中是作为背景图使用的，即所有设备、电缆的定位都是以该子系统产生的地 图为参照物的。由于在开发阶段，客户还没有决定所用地图是自己绘制，还是从 国土管理局购买现成的用a u t o c a d 绘制的地图，因而带来了该系统的不确定性。 i ) 类发现 由于该系统的不确定性，我们首先规定该系统产生的“地图”是由使用者自 己绘制的。地图绘制子系统相对于项目目标系统来说，其主要目的是提供地图文 件。为了实现这一目标，需要将总体目标分解成各个子目标。 首先，该系统要能够按照用户的要求产生一幅地图，该地图要能够存储：其 次，地图上的元素( 例如：房屋、公路、河流等) 要能够被编辑：最后，地图元素要 有自己的中文名字，名字的显示地点可以由用户指定。 根据以上的功能细化和描述，我们抽象出了以下的类。在这些类中，有些是在 设备图形绘制子系统中出现过的，事实上它们也是相同的，这体现了面向对象方 法的优越性之一：源代码重用。 基本图形元素类( g r a p h ) 。最基本的绘图元素，如点、线、圆、矩形等， 这些基本绘图元素组成了一个设备状态图形。 元素绘制类( d r a w p e n ) 。与基本图形类对应，用来在屏幕上绘制相应的基 本元素。 地图类( m a p ) 。表示一幅要得到的城乡地图。也是要得到的地图文件的类 映象。 地图元素类( m e i e m e m ) 。组成地图的元素，例如房屋、公路等。 基本工具类( b a s e t 0 0 1 ) 。实现具钵子功能工具类的基类。 绘制类( t o o l d r a w n e w ) 。绘