（计算机应用技术专业论文）全国海区测绘生产信息系统的设计与实现.pdf

捅要 、j “全国海区测绘生产信息系统”是交通部九五重点建设项 目，实现交通部海事局、我国三大海区和基层单位对日常测绘 生产业务的管理工作。了 本文依据软件工程理论知识，结合测绘生产需求，对系统 建设中涉及的一系列问题进行了深入研究。系统功能结构复杂， 涉及多种类型数据，如何实现无缝集成，完成系统功能需求是 本文研究的主要目标。 本文以系统调研分析为基础，提出了一种基于工作流的软 件需求分析方法( w f a 方法) ，并阐述了该方法相对于数据流 分析方法的特点。鉴于b ，s 结构的采用，分析了其在信息系统 建设中的难点，并提出了相应的解决方案。在系统设计中，论 述了子系统、数据库和功能实现的设计方案。对于系统空间管 理需求，文中提出基于g i s 的空间信息管理，并给出g i s 与主 系统的接口方案。最后，简要介绍了系统实现。 关键词：测绘生产，工作流，非结构化数据，b s ，g i s ，空间 数据 a b s t r a c t c h i n e s es e aa r e a s u r v e y i n g a n d m a p p i n g p r o d u c t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e m ( s s m p ) i sa ni m p o r t a n tp r o j e c to fm i n i s t r yo f c o m m u n i c a t i o n so ft h ep e o p l e sr e p u b l i co fc h i n a i tw i l li m p l e m e n t d a i l ys u r v e y i n ga n dm a p p i n gp r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ，w h i c hr e l a t e s t om a r i t i m eb u r e a u s e aa r e a sa n du s e r s t h i st h e s i sj sb a s e do nt h e t h e o r yo f s o f t w a r e e n g m e e n n g t a k i n g i n t oa c c o u n tt h e r e q u i r e m e n t o f s u r v e y i n g a n d m a p p i n g p r o d u c t i o n t h er e s e a r c h i sa b o u tas e r i e so fp r o b l e m sd u r i n gt h e i n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t t h es y s t e mi sc o m p l e xa n dr e l a t e d t om a n yk i n d so fd a t at y p e s s ot h ea i mo ft h ew o r kl st oc a r r yo u t s e a m l e s si n t e g r a t i o na n d a c c o m p l i s hs s m p s f u n c t i o n b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fs s m pt h i st h e s i s p u t sf o r w a r dan e wm e t h o do fs o f t w a r er e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，w h i c h i sn a m e dw o r k f l o wa n a l y s i s a n di n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i co f w o r k f l o wa n a l y s i s t h r o u g hc o m p a r i n gw i t h d a t a f l o w a n a l y s i s f o r u s e i n gb ss t r u c t u r e t h i st h e s i sd i s c u s s e st h ed i f f i c u l ta n ds o l u t i o n s c h e m eo fi n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t t h i st h e s i sa l s oc o v e r s t h ed e s i g no fs u b s y s t e m s d a t a b a s ea n df u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o n f o rt h er e q u i r e m e n to fs p a t i a lm a n a g e m e n t ，an e wm e t h o db a s e do n g i si ss u g e e s t e d w h i c hi sa b o u ts p a t i a ii n f o r m a t j o nm a n a g e m e n t a n dt h ei n t e r f a c es c h e m et oc o m m u n i c a t ew i t hm a i ns y s t e m a tt h e e n do ft h et h s i s s s m p si m p l e m e n t a t i o ni si n t r o d u c e db r i e f l y k e yw o r d s ：s u r v e y i n g ，m a p p i n g w o r k f l o w , n o n s t r u c t u r ed a t a ，b s g i s ，s p a t i a ld a t a 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 全球性的信息化、网络化进程正在改变着人们生活和生产活动方式，i n t r a n e t 技术的迅速发展给人类生活和生产活动的各个层面带来了深刻的影响。大量的企 业、研究机构、政府和个人将越来越多的资金、技术和人员投入到信息化环境的 建设中，并获得了成功，信息化概念和实践正在得到越来越广泛的社会认可。另 一方面，随着社会的发展，信息量在不断增加，传统的管理方式和作业方法已不 能满足社会发展的需要，这就要求采用信息化技术和手段。“十五计划”明确提出， 信息化是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节，政府行政管理、 社会公共服务、企业生产经营要运用数字化、网络化技术，加快信息化步伐。 国家海事局是我国海上安全监督管理的主管机构，下辖天津、上海和广州三 个直属海上安全监督管理局( 简称海监局) ，管辖全国所有海域。其中天津局管辖 连云港以北海域，上海局管辖连云港至厦门港海域，广州局管辖厦门港以南海域。 各海监局不仅要进行其辖域内的海上安全监督管理，完成港口航道的测量业务， 同时还要为地方港口航道建设提供有效及时的服务。航运业的发展使海监局的业 务工作量不断增加、信息吞吐量不断扩大，社会各种需求不断增加。按照信息化 要求，实现测绘生产的自动化管理，具有重要的现实意义。 本文以“全国海区测绘生产信息系统”为例，旨在研究信息系统建设中涉及 的相关问题，并针对性地提出具体解决方案。对于业务流程清晰、涉及协作业务 的信息系统，文中探讨了面向过程的需求分析新方法。考虑到越来越多的信息系 统涉及空间信息处理，以及常用开发工具和关系数据库在这方面的不足，文中讨 论了结合g i s 的空间管理方案。此外，结合信息系统中常见的c s 和b s 体系结 构，文中围绕系统安全、功能实现和不同数据类型的数据管理等内容进行了深入 研究。 1 2 研究现状概述 1 。2 1 软件需求分析方法 国内外很多大的软件公司和机构长期以来一直进行软件开发方法的研究，并 第一章绪论 提出了很多实际的需求分析方法。下面介绍当前较流行的几种【5 5 】： 1 ) 结构化 所谓的s a s d 方法，8 0 年代使用最广泛的方法，也可称为面向功能或面向 数据流的软件开发方法。它首先用结构化分析( s a ) 对软件进行需求分析，然后 用结构化设计( s d ) 方法进行总体设计，最后是结构化编程( s p ) 。 2 ) 面向数据结构 最典型的是j a c k s o n 方法，它将问题分解为可由顺序、选择和重复三种基本结 构形式表示的层次结构。分析时从目标系统的输入、输出数据结构入手，导出程 序框架结构，再补充其它细节，就可得到完整的程序结构图。该方法对输入、输 出数据结构明确的中小型系统特别有效，如商业应用中的文件表格处理。 3 ) 面向问题 即8 0 年代末日立公司提出的p a m ( p r o b l e m a n a l y s i sm e t h o d ) 。基本思想是 考虑输入、输出数据结构，指导系统分解，在系统分析指导下逐步综合，其本质 上是综合的自底向上的方法。具体步骤是从输入、输出数据结构导出基本处理框； 分析这些处理框之间的先后关系；按先后关系逐步综合处理框，直到画出整个系 统的p a d 图。由于在输入、输出数据结构与整个系统之间存在着鸿沟，该方法也 只适用于中小型系统。 4 ) 原型化 随着系统开发经验的增多，人们发现并非所有的需求都能够预先分析，反复修 改是不可避免的。同时，开发工具的发展使迅速建立用户可见、可试用的系统框 架成为可能，以便其可以根据原型提出需求。该方法较适合用户需求不清楚、业 务过程不确定、需求常变化，以及规模不大也不太复杂的情况。 5 ) 面向对象 面向对象分析( o o a ) 所建立的系统模型以对象概念为中心，模型由一组相 关的对象类组成。对象类由具有相同属性和动作抽象的一系列对象组成，其中对 象是外界实体的属性和容许操作的抽象。o o a 可以采用自底向上的方法从已有定 义的基本对象类出发，逐步构造新的对象类：或自顶向下的方法逐步分解建立系 统模型。它以对象建模为基础，实际包含了所有对象的数据结构。o o a 和0 0 d 相结合，特别适合于各种大、中型系统的开发。当前面向对象建模的标准是u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 。 6 ) 可视化 建立系统分析的可视化工具是当前研究的一个热点，国外很多公司都致力于这 方面产品的研究，如b u s i n e s so b j e c t 就是一个较好的数据库可视化分析工具。这 使开发人员将注意力集中在业务逻辑和业务流程上，并用可视化工具方便构成。 第一章绪论 1 2 2 工作流管理系统 工作流管理联盟( w m c ) 成立于1 9 9 3 年8 月，主要负责w m s 的标准化工 作，组织成员目前已达到2 8 5 个。根据工作流过程本身的特点、系统建模方式、 底层支撑技术以及执行方式的不同，可将现有的工作流管理系统分为四类【1 ”。 1 )结构化的与即席的。 2 )面向文档的与面向过程的。 3 )基于邮件的与基于数据库的。 4 )任务推动的与目标拉动的。 1 9 9 4 年1 1 月，w m c 发布了工作流参考模型。模型详细描述了工作流有关概 念，并在此基础上给出了w f m s 的各主要组成部分、各部分的功能及相互间的接 口。模型中没有给出具体实现细节，围绕发展中所需的灵活性、可用性、可伸缩 性和可靠性以及互操作性等方面的要求，目前w f f v l s 的研究主要集中在以下方面。 )更为灵活的过程模型。 2 )面向对象的、智能化的w 俐l s 。 3 )对同步协作、移动用户的支持。 4 )基于w e b 的w f m s 。 5 )分布式、事务型w 彻s 。 6 )异质w 讯f s 之间的互连。 此外，基于非结构化数据的群组工作和协同工作的管理，l o t u sn o t e s 软件 具有很大的优势。这主要体现在网络通讯、邮件服务器、协同工作、工作流程控 制、非结构化共享数据库和安全性等方面。当前很多大型公司在内部信息系统建 设时均采用该软件，如i b m 公司、n o k | a 公司以及国内联想公司等。 1 2 3 空间信息管理 相关空间信息管理的信息系统建设，大多以g i s 为主体，围绕g i s 软件现有 功能，根据需要链接其他应用程序和控件的开发方式。主要基于以下几种方式。 1 )直接使用g i s 软件提供的二次开发语言开发信息系统。 2 )利用专业程序设计语言开发，直接访问g i s 软件的内部数据结构。 3 )单独建立g l s 子系统，与主系统之间通过中间文件交换数据。 4 )单独建立gj s 子系统，并通过动态数据交换与主系统通信。 这是因为国内外g t s 软件在强大空间数据、图形数据管理能力的基础上，同 第章绪论 时具有信息管理的功能，可以和某些大型数据库连接，有的g i s 软件甚至建立了 自身的数据库，如g e n a s y s 公司的g e n a m a p 软件。g i s 软件的发展特点： 1 ) 开放式地理信息系统( o p e ng t s ) ：1 9 9 6 年，美国o g c ( o p e ng i s c o n s o r t i u m ) 讨论研究并建立了一种开放性地理数据相互操作规程( o p e n g e o d a t ai n t e r o p e r a b i l i t ys p e c i f i c a t i o n ，o g i s ) 。其目的是寻找一种将g j s 技术、分布式处理技术、实时信息获取方法能有效地结合起来的一种方式， 为用户提供标准，使用户能在公共标准接口下开发出满足用户需求，实现 交互操作的系统软件。 2 ) 互联网地理信息系统( w e bg i s ) ：它采用了基于互联网的b ，s 结构，可以 与互联网上其它非g i s 信息进行连接和集成。它通过标准的s q l 数据库接 口提供存取各种数据库的统一接口，实现数据共享、跨平台操作和可扩展 性。如a r c l n f o ，m a p g i s g e o s t a r , a r c v i e wg i s ，m a p o b j e c t s 等软件都开 发了相应w e b g l s 功能。 3 ) 构件技术：近年来，各g l s 厂商相继推出了基于o l e 技术的嵌入式g i s 控件，如e s r i ( 美国环境研究所) 推出的m a p o b j e c t s 和m a p l n f o 公司推 出的m a p x 等，都提供了快速、易用的g i s 控件。但是这些控件的功能不 全，如地图符号化、图层叠加、图形编辑、空间分析方面功能较弱甚至没 有，大多数控件也只能读取自己的g i s 数据格式。 1 3 本文主要工作 1 ) 提出了一种基于工作流的软件需求分析方法。 数据流分析是信息系统建模中常用的需求分析方法，采用分解的策略，将自然 语言、结构化自然语言、图表等描述方式结合起来，简明易懂，适合于信息控制 和数据处理系统，得到了广泛应用。但它只描述了在逻辑加工中的数据流和值( 数 据) 依赖关系，缺少控制流和状态依赖的内容，因此无法准确、充分地记录需求 调研中的用户信息。 针对这一问题，本文提出了面向过程的工作流分析方法。该方法基于工作流， 突出信息系统中的控制流和数据流，目的是分析出业务流程中重要数据和控制的 生命周期。文中定义了过程、活动、工作步骤、状态跃迁、条件控制、数据流动 等一系列内容，并对适用范围、步骤和描述方法进行了分析。同时为了更好的说 明，给出了其在“全国海区测绘生产信息系统”建设中的具体应用实例。 2 ) 设计了信息系统中协同工作和自动控制的解决方案。 业务处理中同一任务往往需要多个职能部门或个人的共同参与，协作完成。同 时随着业务过程的曰益庞大复杂，越来越多的用户希望将复杂、易出错，难维 第一章绪论 护、需要迅速反应的任务建立在自动协调控制的基础上。文中通过系统环境构建 和过程预定义思想对此进行设计，完成了协同工作和自动控制。并探讨了诸如流 转审批等任务的几种实现方式，给出了具体实例。 3 ) 研究了b s 结构开发中的相关问题。 c s 结构和b s 结构是当前信息系统建设的两种主流结构。文中对其各自的特 点进行了分析和比较，并给出了两者结合的开发策略。此外，还对b s 结构中相 关开发问题进行了研究。考虑到b s 结构的开放性，论述了多级安全设计的必要 性，建立了网络层、用户层、应用程序层和数据信息层的安全防护。针对w e b 页 面打印功能的弱点，分析了实现灵活、可控的报表打印需要考虑的问题，并给出 了具体解决方法和打印控制算法。 4 ) 探讨了不同类型的数据在信息系统中的综合管理策略。 随着生产业务的复杂，信息系统中往往涉及多种类型的数据。如结构化数据、 非结构化数据和空间数据等，文中探讨了综合管理方案。针对不同类型的数据， 采用相关专业化数据库存放。各数据库之间通过数据库连接器、中间共享表以及 控件调用等方式，完成数据交互通信。 5 ) 研究了信息系统中空间信息管理方案。 众所周知，电信、林业、交通、气象、旅游等行业的业务工作中都涉及大量空 间信息。对此类信息系统的建设，常用开发工具和关系数据库几乎不可能满足要 求。而地理信息系统在地理空间数据管理、空间分析查询、图形绘制和模拟预测 上具有不可替代的独特优势。因此，文中提出基于g i s 的空间信息管理策略，并 给出实现模型。首先建立海图g i s 子系统，完成了基于要素模型的空间信息定义， 介绍了拓扑描述、9 交模型、拓扑算法等拓扑相关问题，以及空间信息组织和管理 等内容。接着设计了海图o i s 子系统与主系统的接口，应用g i s 控件实现了0 i s 功能在主系统中的嵌入，并通过测绘资料库和中间临时表完成数据通信任务。最 后结合海图g i s 子系统中的制图过程，给出了流转过程实现的具体实例。 第二章基于工作流的需求分析方法 第二章基于工作流的需求分析方法 2 1 问题的提出 数据流分析( d a t a f i o wa n a l y s i s ，d f a ) 是建立系统模型的一种主要需求分 析方法，来源于y o u r d o n 在1 9 7 8 年提出的结构化方法m 0 。它采用分解的策略， 将软件系统抽象为一系列的逻辑加工单元，单元接收输入数据流，加工后使之变 换成输出数据流，从而表示出软件系统的处理内容和任务。该方法将自然语言、 结构化自然语言、图表等描述方式结合起来，简明易懂，特别适合于信息控制和 数据处理系统，得到了广泛的应用。 d f a 倾向于描述系统“做什么”，而不是“怎样做”，只说明了做些什么，而不指 明先做什么，后做什么，最后做什么的执行过程。因此，该方法只描述了在逻辑 加工中的数据流和值( 数据) 依赖关系，而缺少控制流和状态依赖的内容，尤其 是很难描述同步。这势必造成需求分析阶段很多信息的丢失，从而在信息系统设 计阶段中影响设计人员对系统流程的准确理解，甚至造成需求调研的反复，以至 延误系统建设。此外，随着信息技术的发展和企业业务过程的日益庞大复杂，越 来越多的用户在建立信息系统时试图将复杂多变，易出错，难维护，需要迅速反 应的任务建立在自我控制、协调的基础上。 针对上述这些问题，结合数据流分析方法，本章提出了一种新的需求分析和 描述方法一工作流分析( w a r k f i o wa n a i y s i s ，w f a ) 方法。它以9 0 年代兴起 的工作流为基础，围绕信息系统中的控制流和数据流，清晰详细地描述了过程、 活动、状态跃迁、条件控制、数据流动等一系列的内容，从而为系统设计奠定了 良好的基础。本章首先介绍了工作流的相关概念和参考模型，然后重点论述了w f a 的相关定义和工作流图的描述，最后给出w f a 方法在全国海区测绘生产信息系统 建设中的具体应用实例。 2 2 工作流简介 早期的信息系统基本上是独立运行的，相互间缺少必要的交互、协作与感知， 从而使得他们在协调多个人的活动，协同完成共同任务方面有着比较严重的不足。 作为计算机支持的协同工作( c s c w ) 研究的一个重要方向，工作流产生后受到 了研究机构和产业界的广泛关注【1 7 】。工作流涉及群件、工作组、图像、文档管理、 6 第二章基于工作流的需求分析方法 项目管理等多种软件技术1 7 1 。】，核心思想是预先定义业务过程执行规则( p r o c e s s d e f i n i t i o n ) 和参与者( e n d u s e r ) ，系统处理时文档、信息、数据或任务按规则自 动在参与者中传递或执行，最终实现业务目标。它强调系统运行时的过程控制和 数据传递的同时，也将一些高级事务模型( 如s a g a ，f l e x i b l et r a n s a c t i o n ) 应用 到过程实例的执行中，以保证实例中各活动执行的完整性，提高工作流系统的可 靠性【1 7 1 。经过多年的研究实践和工作流管理协会( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ，w m c ) 一系列标准的制定，工作流已发展成为一套完整的体系，这些 都为w f a 方法奠定了坚实的理论基础。 2 2 1 基本概念 围绕本章内容，介绍一些基本工作流概念【2 一，并构造概念关系图，以加深对 工作流有进一步的认识。 工作流( w o r k f l o w ) ：业务过程全部或部分地自动执行，将文档、信息或任务 按照某种预定义的规则在参与者之间传递并执行。 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e r m e n ts y s t e m ，w f m s ) ：将实际业务 过程转化成某种计算机化的形式表示，并在它的驱动下完成工作流的执行和管理 哼】。目前工作流系统有数百种，其中包括a c t i o nw o r k f l o w 、v i s u a lw o r k f i o 、 f l o w m a r k 、u l t i m u s 、o m n i d e s k 、i n c o n c e r t 以及l o t u sn o t e s 等，国内清华大学 1 7 , 1 8 、东北大学 2 0 、科学院软件所 2 1 】等单位也在进行这方面的研究。 活动( a c t i v i t y ) ：组成一个过程中某一逻辑步骤的一系列工作，包括不通过计 算机自动执行的手工活动和根据过程定义自动执行的工作流活动，后者要求人力 资源( 一般称为工作流参与者，w o r k f l o wp a r t i c i p a n t ) 和机器资源的共同参与。 过程定义( p r o c e s sd e f n i t i o n ) ：通过w f m s 对业务过程进行诸如模型化或 过程设定等操作，完成业务过程自动处理的形式表示，由过程开始和终止的条件 参数、相互关联的一系列活动以及活动间的关系、单个活动包含的信息( 如参与 者、所需的应用程序和数据) 等内容组成。 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e ) ：工作流过程的一次执行。w t m s 解释相应的 过程定义，生成有关活动，并根据过程定义中的控制规则对活动间的顺序关系加 以控制，根据数据流定义完成活动间的数据传送。从用户( 即工作流参与者) 的 角度讲，当他调用应用程序对其工作环节的相关数据进行处理后，w f m s 将根据 执行结果选择激活后续的某个工作节点，生成相应的工作项( w o r ki t e m ) ，然后通 知有关用户进行处理，依次反复直至整个过程执行完成，其中某个用户所负责的 所有工作项构成其工作项列表( w o r kl i s t ) 。 第二章基于工作流的需求分析方法 w f m s 中的三种数据： 1 应用数据( a p p l i c a t i o nd a t a ) ：不涉及w f m s ，只由应用程序处理的数据； 2 相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：w f m s 用来定义工作流实例状态跃 迁的数据，如实例启动终止条件、状态跃迁条件、参与者任务分派等数据； 3 控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) ：由w i m s 管理的数据，用来表示系 统和过程实例的动态状态，包括工作流实例、括动实例的状态信息、执行 出错时过程恢复和重启动信息等。 2 2 2w f m c 参考模型 了解了相关工作流概念，再来看一下w f m c 参考模型嘲。工作流管理联盟 ( w m c ) 成立于1 9 9 3 年8 月，主要负责w f m s 的标准化工作，组织成员目前已 达到2 8 5 个，范围涉及软件厂商、科研机构和咨询机构等众多部门【5 1 ”】。1 9 9 4 年 1 1 月，w f m c 发布了工作流参考模型( w o r k f l o wr e f e f e n c em o d e l ) ，模型详细描 述了工作流的有关概念，并在此基础上给出了w t m s 的各主要组成部分、各部分 的功能及相互间的接口，参见图2 2 。 第二章基于工作流的需求分析方法 过程定义工具 t 建立时的功能 运行时过程实例 工作流a p i 厦互换格式 化及工作流控制 工作流执行服务 l 一接口5l l 。i 一接口4 l i i i 工作流引擎l j _ j ir 7 - l j _ j 工作流引擎 i j工作流引擎u j 千千 j r j r 霹器萎嚣软 图2 2 ：w f v t c 工作流管理系统参考模型 如图所示，模型由六个功能部分和五个接口组成，下面简要加以介绍。 过程定义工具：为用户提供对实际业务过程进行分析、模型化的功能，完成业 务过程计算机自动处理的形式化描述，其中接1 31 ( 工作流过程定义读，写接口) 为过程定义信息交换提供了标准互换格式和a p i 调用。 工作流执行服务：通过一个或多个工作流引擎，激活并解释过程定义的内容， 并同外部应用程序交互以完成过程实例的创建、执行和管理，如过程定义的解释， 过程实例的控制( 创建、激活、暂停、终止) ，活动迁移时控制条件的计算和数据 的传递。生成有关工作项通知用户处理等。此外，大型w f h s 的运行控制可能需 要多个工作流引擎共同完成，甚至需要其它异质( h e t e r o g e n e o u s ) 的工作流执行 服务完成，接口4 ( 互操作接1 3 ) 中定义了与此相关的互连模型、互连一致性级别 和操作元素集等内容。 客户应用程序：用户要干预过程实例的运行，完成工作项列表中的若干工作项， 接口2 ( 客户应用程序接口) 提供了如会话连接、过程控制、活动控制、过程状态、 活动状态、工作项列表处理和过程实例管理等服务。 被调应用程序：过程定义时定义出程序的详细信息，如类型、地址等，过程实 例运行中调用，实现对应用数据的处理，目前有应用代理、某种标准的互换机制 ( 0 s i - t p 、x 4 0 0 ) 、本地过程调用、远程执行调用和o r b 等方式f ”j ，接口3 ( 被 调应用程序接口) 提供了一些诸如会话建立、活动管理、数据处理等标准服务供 应用代理使用。 管理监控工具：对过程实例的状态进行监控和管理，如用户管理、角色管理、 审计管理和资源控制( 包括过程管理和过程状态控制等) ，接口5 ( 管理监控接口) 第二章基于工作流的需求分析方法 详细描述了需要从过程实例执行中发生的各种事件上获取的各种信息( c o m m o n w o r k f l o w a u d i td a t a ，c w a d ) ，如过程实例信息、活动实例信息、工作项信息和远 程操作信息等。 接口定义【5 j ：模型中的接1 3 统称为w o r k f l o w a p i ( w a p i ) ，根据w t m c 在1 9 9 6 年5 月发布的w a p iv e r s i o n l 1 中的一系列定义，通过接口的a p i 调用，可以调 整不同厂家工作流产品之间的互操作。w a p i 调用可以被多种语言执行( 最初采用 c 语言) ，包括连接( c o n n e c t i o nf u n c t i o n ) 、过程控制( p r o c e s s c o n t r o lf u n c t i o n ) 、 活动控制( a c t i v i t y c o n t r o lf u n c t i o n ) 、过程状态( p r o c e s s s t a t u sf u n c t i o n ) 、活 动状态( a c t i v i t ys t a t u sf u n c t i o n ) 、工作项列表( w o r k l i s tf u n c t i o n ) 和管理 ( a d m i n i s t r a t i o nf u n c t i o n ) 七组函数集。 2 3 工作流分析 w f a 建立在业务流程清晰、详细的基础上，因此需要用户进行业务过程再设 计，从而对业务过程和过程依赖关系进行深入分析，给出满足事务a c i d 属性的工 作流定义，下面就对这些内容进行分析。 2 3 1 业务过程再设计 传统的分级组织结构将组织定义为若干职能单元和子单元，各单元负责并分 配资源来完成本单元的功能，这造成工作人员只关心本单元的职能，忽略了公司 整体职能，从而导致各单元人员之间缺乏交流，工作缓慢和管理紧张1 8 一。为了有 效地解决这一问题，w f a 方法首先要求对公司组织机构进行业务过程再设计 ( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) ，并利用工作流实现由b p r 向信息系 统的转化，从而降低业务运行周期、生产成本和出错率隅】。面向过程( p r o c e s s o r i e n t a t i o n ) 是b p r 的核心，它从公司目标出发，围绕促进目标实现的工作流程 来定义公司部门或单元设置、单元协作方式和信息交互方式。此外，工作流系统 为b p r 目标的实现提供了技术上的支持，这主要体现在并行流、替换过程路径的 查找和选取、跨功能边界的端到端执行、过程的事件驱动四个方面i ，】。 参见图2 3 ，在b p r 过程中建立基于公司目标的组织模型的基础上，开发人 员可以利用w f m s 中的过程定义工具清晰、详细地描述业务过程模型，定义出过 程的起点和终点、工作项、子过程、执行顺序和控制信息等内容。同时确定子过 程在哪个单元、由哪个用户执行，以及工作项对应的单元，从而描述出工作流程 跨公司内部各单元的执行过程，完成系统需求分析的第一步。 第二章基于工作流的需求分析方法 工作次序。 2 3 2 工作步骤和依赖关系 图2 - 3 ：业务过程分析略图 工作流可以看成是由有限个工作步骤( j o bs t e p ) 和步骤间的依赖关系 ( d e p e n d e n c y ) 组成的，其中工作步骤是工作流中有含义的一个细小部分，从工 作流应用的角度看是不可再分的【1 】。一个工作流中的工作步骤可以多次执行，因而 每个步骤也就具有多种状态( s t a t e ) ，典型的状态有s t a r t ( 步骤开始) 、 n o - s t a r t ( 步骤没有开始) 、e x e c u t i n g ( 步骤正在执行，即已经开始但还没 有结束) 、c o m m i t ( 步骤中的所有操作均执行完毕，结果已保存且不能修改) 、 a b o r t ( 步骤失败，恢复到执行前系统状态以消除影响) 。 工作流中的依赖关系分为状态依赖和值依赖两种。各工作步骤状态之间通过 建立状态依赖联系起来，设s 1 和s 2 是两个工作步骤，下面列出常见的状态依赖 关系。 b b ( b e g i n o n b e g l n ) ： s 2 的s t a r t 仅发生在s 1 的s t a r t 之后s 1b b s 2 b c ( b e g i n o n c o m m i t ) ： s 2 的s t a r t 仅发生在s 1 的c o m m l t 之后s 1b cs 2 b a ( b e g l n o n a b o r t ) ： s 2 的s t a r t 仅发生在s 1 的a b o f 丌之后s 1b a s 2 c c ( c o m m i t - c o m m i t ) ： 如果s 1 和s 2 都要达到c o m m | t ，那么s 2 的c o m m i t 在s 1 的c o m m l t 到达之后至达s 1c cs 2 第二章基于工作流的需求分析方法 a b ( a b o r t o n b e g i n ) ： 如果s 1 为s t a r t ，那么s 2 为a b o r t - 一s 1 a bs 2 w a b ( w e ! a k a b o f 订。- 0 n b e g i n ) ： 如果s 1 为s t a r t ，且s 2 不是c o m m l t ，那么s 2 必须为a b o r 一 s 1v 帆bs 2 值依赖( v a l u ed e p e n d e n c y v d ) 定义了工作步骤间的数据流 1 3 1 ，如果步骤 s 2 依赖步骤s 1 输出的数据来生成数据，那么就认为s 2 v ds 1 。显而易见，依赖 步骤要在被依赖步骤之后发生，利用值依赖，便可以导出步骤之间的执行次序， 这也是d f a 方法的核心内容。但它缺少了状态依赖的描述方式，因而不能充分描 述加工之间的控制信息。 此外，参考一些扩展的事务模型 1 , 1 8 , 1 9 】，引入了恢复和替代工作步骤。如果工 作流执行中出错失败，对已经处于c o m m i t 状态的工作步骤，在工作流结束前需 要执行其恢复步骤，恢复到执行前的系统状态。对于某个工作步骤，可以通过激 活其它步骤完成同样的任务，称为该步骤的替代工作步骤。这两点内容主要是利 用数据库记录过程状态信息来实现的，在很多商品化的w l s 中，已经提供了这 部分功能p 训。 2 3 3 一致性单元( c - u n i t ) 定义了依赖关系，可以通过事务性质来确定工作步骤。一组相关的操作称为 一个事务，它通过提供a c i d 属性( 原子性、一致性、隔离性、耐用性) ，保证了 信息系统的完整性与一致性。为了解决工作步骤间的数据一致性和完整性约束， 在工作流中引入事务性质，定义一致性单元( c o n s i s t e n c yu n i t ，c - u n i t ) 。 定义1 设工作流w = s ，盼，其中s = s l ，一，s n 是工作步骤的集合，d = d 1 ， 一d m 是依赖关系的集合。定义对偶x = y z ) 是w 中的c u n i t ，此时y 是s 的 子集，z = 伯r b ：a r b d ，a y 且b e ey ，其中a r b 表示工作步骤b 依赖于工作 步骤a ，且依赖关系为r 。 在定义中，称w 为x 的包含工作流，可见c - u n i t 中的依赖关系和包含工作流 中的依赖关系一致。此外，如果c u n i t 中的两个步骤存在工作流中某种类型的依 赖关系，那么它们在c u n i t 中必须存在同样的依赖关系，所以c - u n i t 的依赖关系 取决于包含工作流。通常一个工作流中可定义多个c - u n i t ，不同c - u n i t 中可有相 同的工作步骤。要确定c u n i t 中的工作步骤，应该从正确性和有效性两种策略考 虑。从正确性看，c - u n i t 必须包含存在a c i d 关系的所有工作步骤：从有效性看， c - u n i t 应该仅包含存在a c i d 关系的工作步骤。如果一个工作步骤属于c u n i t ， 第二章基于工作流的需求分折方法 将其恢复工作步骤也加入到c u n i t 中，这样便可以在c u n i t 中处理执行失败的情 况，而不必再引入恢复性c u n i t 。替代工作步骤是否属于c - u n i t ，要取决于该步骤 是否和c u n i t 中的其它步骤存在a c i d 关系。下面根据c u n i t 中工作步骤状态， 对c u n i t 的执行情况进行定义。 定义2 设s 是c u n i t 的工作步骤，如果s 是某工作步骤的恢复工作步骤，则 s 未执行：如果s 不是某工作步骤的恢复工作步骤，则s 或s 的一个替代工作步骤 ( 不一定属于c u n i t ) 执行成功，满足上述条件的c - u n i t 是执行成功的，否则执 行不成功。 设工作流w = ，其中s = s l ，c 1 s 2 c 2 ，s 3 ，c 3 c i 是s i 的恢复工作步骤， s 3 是s 2 的替代工作步骤，s 1 和s 2 之间存在a c i d 关系，s 1 和s 3 之间不存在a c i d 关系。根据c u n i t 的定义，有c = ，其中s l = s 1 c l ，s 2 ，c 2 ，s 1 的状态序 列 表示s 1 为c o m m it c 1 为n o - s t a r t s 2 为a b o r t i c 2 为 n o s t a r t 。序列对应两种情况，若s 3 为c o m m i t ，则它可以替代s 2 ，此时c - u n i t 执行成功：如果s 3 为a b o r t ，c u n i t 中s 2 要完成的任务无法完成，此时c - u n i t 执行不成功。 2 4 工作流图( w o r k f l o wd i g r a m ，w f d ) 在前面的若干分析基础上，提出一种需求分析的w f d 描述方法。它基于组合 拼接的思想，将一些简单、直观、具有独立语义的元素按照执行方式和描述规则 拼接起来，表示复杂的流程控制含义。在这部分中，首先定义w f d 基本元素，并 在此基础上给出工作步骤的几种跃迁结构，列出描述步骤和相关说明，最后给出 w f d 应用实例。 2 4 1 基本元素 参考信息处理流程图的国家标准嗍，给出w f d 中常用的基本元素的表示方 式，未列出的元素引用国家标准中的相应内容。需要说明的是，w f d 中包括工作 节点和控制节点两种节点，为了表达更加清晰，设定工作节点为白色背景，控制 节点为灰色背景。 工作节点 。源点和终点：软件系统外的实体，可以是参与者、事物或软件系统。 1 3 一。一 第二章基于工作流的需求分析方法 端点标记：转向另一个过程( 或活动) 或从另一个过程( 或活动) 转 i i 入的端点。 广 一工作步骤：有语义含义的、不可再分的一个细小部分。 丌n i l l f 特定处理：有独立含义和详细说明的一个工作步骤或一组工作步骤。 决策：对事务进行分析决策，并根据结果选择下个工作步骤。 准备：修改一个工作步骤或一组工作步骤以影响随后的活动。 控制标记 流线标记 次序流一蕉型复控制流_ 显数据流流转分发 注：在实际应用中，蕉型盟塾堡常用来简略表示控制流和数据流，参见图2 5 。 其它标记 a n d 与o r 或x o r 异或一- 省略 日燃一文件 注解 2 4 2 跃迁结构 回标记 结合基本元素，定义了六种跃迁结构唧】，参见图2 4 。 顺序结构：s 1 成功提交后( c o m m i t ) ，8 2 开始执行( s t a r t ) ，依此类推， 直至s n 成功提交。若其中某个步骤废弃( a b o r t ) ，则后面的所有步骤均废 弃。 循环结构：s 1 到s n 为顺序结构，当s n 成功提交后，执行循环条件判断，条 件满足则重复执行；否则终止循环，执行其它步骤。 分支结构：包括与分支、或分支和条件分支三种方式。与分支表示无条件执行 全部分支：或分支表示无条件执行某个分支；条件分支表示执行满足条件的分 第二章基于工作流的需求分析方法 支。 汇聚结构：包括与汇聚、或汇聚和异或汇聚三种方式。与汇聚表示s 1 到s n 全部提交后，s 才开始执行，如果其中一个s i 废弃，整个汇聚结构废弃：或 汇聚表示s 1 到s n 中至少一个提交后，s 便开始执行，只有所有s i 废弃，整 个汇聚结构才废弃；异或汇聚表示s 1 到s n 当且仅当有一个提交后，s 才开 始执行，只有所有s i 废弃，整个汇聚结构才废弃。 替代结构：s 1 废弃后，s 2 开始执行( 即s 1b as 2 ) ，依此类推，直至s n 。 若其中某个s i 提交，则替代结构提交。 恢复结构：s 的恢复步骤，参见2 3 中相关内容。 叫互卜巨卜母 顺序结构 循环结构 替代结构 汇聚结构 2 4 3 描述步骤和相关说明 恢复结构 与戚分支结构条件分支结构 图2 4 ：跃迁结构图 1 考虑到实际应用中w f d 往往很复杂，原则上首先抽取过程定义中定义的 过程或活动，以此为单位分别描述。 固鼍矗回m 团芦岛啮 墨矗层 勺詈 第二章基于工作流的需求分析方_ ；圭 2 定义过程或活动中的工作步骤和依赖关系，并建立c u n i t 。 3 采用自顶向下分解策略，上层称为父图，下层称为子图，标记