（计算机应用技术专业论文）列车运行图查询管理系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国经济快速发展，对铁路运输需求越来越大，加强 铁路信息化建设水平提高铁路运输能力变得更为重要。列车运 行图系统是铁路运输信息化建设的一个重要组成部分，其编制 的列车运行图是全路组织列车运行的基础。为更大限度发挥列 车运行圈系统在铁路信息化中的作用以及充分利用当前计算机 的信息共享优势，建立以列车运行图系统为基础的列车运行图 查询管理系统更为迫切。 本文采用面向对象的软件开发方式开发了一个列车运行图 查询管理系统。论文结合当前先进的软件开发方法r u p ( r a t i o n a l u n i f i e dp r o c e s s ，r a t i o n a l 统一过程) 详细地阐述了系统的分析、 设计和实现；讨论了当前系统开发模式客户机服务器( c s ) 模式和浏览器b e 务器( b s ) 模式各自的优缺点，并根据系统 需求和当前技术条件采用c s 和b s 相结合的系统模式来设计系 统；介绍了列车运行图查询管理系统的各功能子系统。系统采 用r a t i o n a lr o s e 工具来建模，建立了包括用例图、类图、包图、 顺序图以及数据库模型图，并使用v c 十+ 开发工具实现系统。 论文组织如下：第一章主要介绍当前国内对列车运行图查 询管理系统的研究和应用现状，以及本论文的研究意义。第二 章介绍列车运行图、c s 模式、b i s 模式以及u m l ( u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) 的相关知识。第三章结合 u m l 建模技术完成系统的需求分析，同时介绍系统总体方案的 设计思路。第四章设计了系统的数据库和类，并采用u m l 建立 系统的类图、包图以及采用r o s e 工具建立数据库模型图。第五 章介绍相关子系统开发中主要难点的实现，以及相关实现界面。 最后总结全文，并指出论文所做工作以及系统的问题与展望。 关键词：列车运行图；查询管理；c s ；b s ；统一建模语言 v c + + 西南交通大学硕士研究生学位论文第n 页 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m yo fo u rc o u n t r y ， t h ed e m a n df o rt h er a i l w a yi s g e t t i n gg r e a t e r s o i ti sm o r e i m p o r t a n tt h a t le v e rt oi m p r o v e t h ec o n s t r u c t i o nl e v e lo fr a i l w a y i n f o r m a t i o n i z a t i o na n dt h ea b i l i t yt o t r a n s p o r t ，t h es y s t e mo f t r a i nd i a g r a mi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fi r i f e r m a t i o n i z a t i o n c o n s t r u c t i o no f r a i l w a yt i 。a n s p o r t a t i o n ，b e c a u s et h et r a i nd i a g r a m i st h eb a s i so ft h eo r g a n i z a t i o no fr a i l w a yo p e r a t i o n i no r d e rt o g i v ef u l lp l a yt ot h eb a s i cf u n c t i o no f t h et r a i nd i a g r a ma n dm a k e g o o d u s eo ft h ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga d v a n t a g et h a tt e c h n o l o g yo f t h ec o m p u t e rb r i n g s ，i ti su r g e n tt os e tu pa n da m p l i f yt h ei n q u i r y m a n a g e m e n ts y s t e mf o rt r a i nd i a g r a m t h i st h e s i sd e v e l o p sa ni n q u i r ym a n a g e m e n ts y s t e mf o rt r a i n d i a g r a mb ya d o p t i n gr u pm e t h o d ( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ) ， a n d e x p l a i n s i nd e t a i lh o wt or e a l i z et h e a n a l y s i s ，d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no f t h es y s t e mw i t ht h eh e l po fr u p ，d i s c u s s e st h e m e r i t sa n dd r a w b a c k so f c 1 i e n t ，s e r v e r ( c ，s ) s t r u c t u r e a n d b r o w s e r s e r v e rs t r u c t u r ea n dr e a l i z e s y s t e m ，a c c o r d i n gt o t h e s y s t e md e m a n d sa n dt h ec u r r e n tt e c h n o l o g y ，b yu s i n gt h es y s t e m m o d e c o m b i n i n g c sw i t hb s t h i st h e s i sa l s oi n t r o d u c e s v a r i o u sf u n c t i o n a lm o d u l e so ft h e i n q u i r ym a n a g e m e n ts y s t e m f o rt r a i n d i a g r a m t h es y s t e md e v e l o p e d i nt h i s t h e s i s ，6 y a d o p t i n g r a t i o n a lr o s et o o l ，d e s i g n s d i a g r a m s s u c ha sc a s e d i a g r a m ，c l a s s d i a g r a m ，s e q u e n c ed i a g r a m ，p a c k a g ed i a g r a ma n d d a t am o d e ld i a g r a m f i n a l l yi m p l e m e n t a t i o no ft h e s y s t e m i s c o m p l e t e db yv c + + t h et h e s i sis o r g a n i z e da sf o l l o w s ：c h a p t e ro n ei n t r o d u c e s t h ec u r r e n ts i t u a t i o n 0ft h ed o m e s t i c r e s e a r c ho n i n q u i r y m a n a g e m e n ts y s t e m f o rt r a i nd i a g r a m ，a n dt h e s i g n i f i c a n c e so f t h ep r es e n ts t u d y c h a p t e rt w oi n t r o d u c e st h eb a s i c k n o w l e d g e a b o u tc ss t r u c t u r e ，b ss t r u c t u r ea n du m l ( u n i f l e dm o d e l i n g l a n g u a g e ) c h a p t e rt h r e eg i v e sa na n a l y s i so ft h er e q u i r e m e n t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 【i 页 o ft h es y s t e mb ya d o p t i n gu m l m o d e l i n gt e c h n ol o g y ，a n da t t h e s a m et i m ei n t r o d u c e sa ni d e ao fd e s i g n i n gt h eo v e r a l ls c h e m eo f t h es y s t e m c h a p t e rf o u rd e s i g n sad a t a b a s ea n dc l a s sf o rt h e s y s t e m ；s e t su ps y s t e m a t i cc l a s sd i a g r a m ，a n dp a c k a g ed i a g r a m b yu s i n gu m l ；a n dc o n s t r u c t s d a t am o d e l d i a g r a mb yu s i n g r a t i o n a lr o s e c h a p t e rf i v ei n t r o d u c e sv a r i o u sm e t h o d st os o l v e t h ep r o b l e m sa r i s i n gf r o md e v e l o p i n gp r o c e ssa n dt h ei n t e r f a c e d e m a n d e d b y t h e d e v e l o p i n gp r o c e d u r e s f i n a l l y ，t h e t h e s i s c o n c l u d e sw i t has u m m a r yo ft h ew o r ki nt h i sp a p e ra n dw o r kt o b ec o m p l e t e di nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：t r a i nd i a g r a m ；i n q u i r ym a n a g e m e n t ；c s ；b s ； u m l ：v c + + 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 1 1 课题的背景 第1 章绪论 我国的“十五”计划明确指出：要以信息化、网络化为基础，加快智 能型交通的发展。铁路作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉、交 通运输体系的骨干，加快铁路系统的信息化步伐显得尤为迫切。铁路运输 具有高度集中、各个环节紧密联系的特点，要求各个部门、各项作业之间 相互协调配合，才能保证列车安全和提高运输效率，列车运行图在这方面 起着极其重要的作用，它是铁路运输工作的综合性计划，是铁路行车组织 工作的基础。 列车运行图的编制是一项涉及路网技术设备的运用、生产力布局、工 作量调整的繁重、复杂而细致的工作。利用计算机编sr j 习j 车运行图对提高 运行图编制的质量、缩短编图周期具有极其重要的意义。近几年来，我国 计算机编图研究进展显著，初步建立了铁路局列车运行图编制系统和全路 直通客车二分格方案编制系统。各铁路局在不同程度上取得了以采用计算 机编图代替传统手工编图的实用效果。特别是全路列车运行图的编制也取 得了突破性进展，铁道部在2 0 0 4 年编制铁路第五次大提速图中，进行了 计算机编制全路直通客车二分格方案图的试验，揭开了计算机编制全路列 车运行图的里程碑，标志着全路列车运行图编制系统的研究进入实用阶 段。 我国对列车运行图的研究工作主要集中在编制系统的建立，特别是算 法研究，而对其生成的运行图信息怎样进行有效管理、及时发布的研究力 度不够。实际上还没有一个专门的系统来管理运行图，这不适应现代铁路 信息化的发展趋势。列车运行图查询管理系统正是为适应我国铁路信息化 发展而开发研究的，通过该系统及时发布列车运行图的各种信息，方便各 种信息的统计查询与输出，为领导决策提供及时可靠的信息，为实现铁路 安全生产和列车调度指挥系统提供信息支持。并且提供基于图形的相关信 息的查询，不仅对于提高其直观性和辅助决策功能具有显著作用，而且可 以提高铁路信息化的水平。 列车运行图查询管理系统的建立对于提高铁路运输组织工作水平，促 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 使铁路车站管理手段的信息化，促进我国铁路信息化建设迈向更高层次， 提高铁路运输的经济效益和社会效益具有积极意义。 1 2 国内外动态 目前，计算机编制列车运行图的技术比较成熟，已成功的运用于各铁 路局实际运用中，利用该技术编图省时、省力切合实际、符合编图要求 其各项质量指标及区间通过能力的利用，均获得了满意的效果。但是我国 铁路的信息化建设处于初级阶段，还没有一个比较成熟的列车运行图管理 系统。 从国外的情况看，德国已经建立了一套较为完整的、能够与现场实际 状况保持一致的基础设备数据库，雨且计算机已经普遍网络化，实现了基 础信息共享，通过运行图管理系统能将一些突发事故的信息以及运行图的 修改方案及时的发送给相关部门。 日本很早就进行了计算机编制列车运行图系统的研究，在日本中央铁 路公司的要求下，曰本建立了一套计算机辅助计划和运营系统，利用该系 统中的计算机辅助编图系统提供数据来控制所有的列车的运行。同时，该 系统又为其他系统提供基础数据，例如时刻表编制、车辆调度和人员安排 等其它系统。这些系统提供了易于使用、人机交互的界面，大大优化了列 车运营组织的计划安排。近几年来，日本客运公司开发的新干线综合运输 管理系统，该系统包含了运输计划、运行管理、信息集中监视等八个子系 统，是个广域的自主分散系统。该系统中的运输计划子系统管理修改运 行图时所编制的基本计划和适应季节变化的波动计划。运行管理子系统根 据运输计划系统每天的实施计划编制各车站的运行图，并将其发送至各车 站的管理系统中，各车站按预设的运行图实施列车控制。曰本在列车运行 图的编制和管理方面有很多值得我们借鉴的地方。 我国铁路研究利用计算机编制列车运行图始于六十年代初期，先后应 用计算机在编制双线和单线区段、全路旅客列车方案、双线双向及枢纽列 车运行图等方面取得了不少成果。1 9 9 7 年在新图编制中，铁道部采用西 南交大与济南、北京、上海等三个铁路局联合开发的计算机编制双线列车 运行图软件进行了计算机编制京沪线列车运行图的试点工作，开创了全国 铁路在编制新图中采用计算机编图的先河。通过这几年的发展，铁道部及 备铁路局都应用了计算机编制列车运行图。为适应我国铁路信息化的发 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 展，加强对运行图的管理工作也越来越受到铁道部的重视，并且加大了开 发力度。 从8 0 年代开始，国内外铁路的研究工作已由单纯的计算机编制列车 运行图进一步过渡到建立列车运行图信息管理系统，向实现全路列车运行 图信息系统管理的阶段发展，以逐步建立集列车运行图技术资料收集、管 理，列车运行图编制、管理，机车交路图编制、管理，时刻表生成、管理 各环节网络化、一体化的全路列车运行图信息系统。目前全国各相关单位 都进行了理论和实践上的探索并且也开发了一些具有部分管理功能的列 车运行图管理系统。这些系统提供的功能主要包括：列车变动统计报告、 列车技术指标统计、列车变动综合统计报告等相关功能。但是这些系统都 没有实现网络化，提供的功能比较单一，不适应将来铁路向智能化发展的 趋势。总体上来说我国的列车运行图管理系统的研究和开发还处于起步阶 段。 1 3 本文的主要研究内容 随着改革的发展和铁路运输走向市场化，铁路运输对列车运行图管理 提出了新的要求，同时考虑到即将实现全路统一编图，传统的列车运行图 数据管理、信息输入和输出方式已经不能适应形势发展的需要。本文针对 我国目前铁路信息化、网络化的现状，以及对列车运行图管理系统需求， 进行了列车运行图查询管理系统的研究和设计工作，主要内容如下： 1 分析系统需求以及当前技术条件，对b s 、c s 模式进行比较分析， 确定系统结构模式。 2 利用面向对象开发与u m l 建模技术相结合的方法，对列车运行图 查询管理系统进行需求分析和系统设计，并进行数据库的相关表 结构设计。 3 实现系统中的部分功能，包括列车时刻表、列车运行图技术指标 统计等以及系统附加功能在线升级的实现。 1 4 本文的开发工具及技术路线 面向对象的程序设计思想源于对客观事实认识的抽象，它总结、继承 和发展了经典的编程思想。因而系统采用基于对象的结构设计方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 当前有许多面向对象的开发软件，常用的面向对象开发软件有 m i c r o s o f t 公司的系列产品如v i s u a lc + + ，v c n e t ，v b n e t 等等，s u n 公司 的产品j a v a ，b o r l a n d 公司开发的d e l p h i ，c + + b u i l d e r 等。其中v i s u a l c + + 提供功自 强大的 l f c 库，可以在此基础上构造出具有模块化、信息封 装和隐藏、抽象性、继承性和可维护性的图形系统软件框架。这为开发有 较高可靠性、可重用性、可扩充性以及可维护性的列车运行图查询管理系 统提供了有效的手段和途径。因此，我们选择v i s u a lc + + 作为本系统的 编程工具。 目前支持u m l 的工具也很多，如r a t i o n a l 公司的r o s e 、n om a g i c 公 司开发的m a g i c d r a wu m l 、m i c r o s o f t 公司的y i s i o 和g e n t l e w a r e 公司的 p o s i t i o nf o ru m l 等等。r o s e 是目前应用最广泛的u m l 建模工具，支持 多种语言的软件开发，提供比较好的扩充性，并支持软件开发的双向工程， 即正向工程和逆向工程。因此，我们选择r o s e 作为u m l 开发工具。 其技术路线为： - 1 比较目前流行的各种面向对象的开发软件，结合实际需要，选择 v i s u a lc + + 作为开发工具；采用面向对象软件设计技术，符合当今软件发 展潮流。 2 在u m l 的基础上对系统进行了需求分析与详细设计，采用r o s e 工 具建立系统u m l 图和数据库模型。 3 对c s 部分的客户端软件采用软件自动甜级技术实现系统软件和 数据的自动更新。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章相关基础知识 本章对论文中所涉及的基础知识作概要性介绍，包括列车运行图及分 类、c s 和b s 模式、u m l 基本概念和建模机制的基础知识。它们都是本 论文的基础。 2 1 列车运行图概述 列车运行图是用以表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时 刻的技术文件，它规定各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达 和出发( 或通过) 时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间以 及机车交路、列车重量和长度等，是全路组织列车运行的基础。 列车运行图一方面是铁路运输企业实现列车安全、正点运行和经济 有效地组织铁路运输工作的列车运行生产计划，它规定了铁路线路、站场、 机车、车辆等设备的运用，以及与行车各有关部门的工作，并通过列车运 行图把整个铁路网的运输生产活动联系成为一个统一的整体，严格地按照 一定的程序有条不紊地进行工作，保证列车按运行图运行，它是铁路运输 生产的一个综合性计划。另一方面它又是铁路运输企业向社会提供运输供 应能力的一种有效形式。 2 1 ，1 列车运行图的图形表示方法 列车运行图是运用坐标原理对列车运行时间、空间关系的图解表示， 因而实际上它是对列车运行时空过程的图解。在列车运行图上，对列车运 行时空过程的图解可以有两种不同的形式。其一为以横坐标表示时间，纵 坐标表示距离。这时，列车运行图上的水平线表示分界点的中心线，水平 线间的间距表示分界点间的距离；垂直线表示时间。其二为以横坐标表示 距离，纵坐标表示时间。这时，列车运行图上的水平线表示时间；垂直线 表示分界点中心线，垂直线间的间距表示分界点间的距离。目前我国铁路 列车运行图采用第一种图形表示形式，示意图如图2 一l 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 。i 阳 悔 拇 、6 ? f、 4 f 舒 f 穗 x7 。7 7 ：7 ? x 扣 4 7 t 44 3 o 图2 1 运行图示意图 运行图上的列车运行线( 斜线) 与车站中心线( 横线) 的交点，即为 列车到、发或通过车站的时刻。所有表示时刻的数字，都填写在列车运行 线与横线相交的钝角内。列车通过车站的时刻，一般填写在出站一端的钝 角内。 2 1 2 列车运行图的分类 按使用范围以及铁路线路的技术设备( 如单线、复线) 和列车运行速 度、上下行方向的列车数量、列车的运行方式等条件，列车运行图可以分 为多种不同类型的列车运行图l l j 。主要有以下几个分类： 1 按使用范围 。 夺铁路内部使用的列车运行图它是铁路组织运输生产的依 据，是实现“按图行车”的技术组织措施，是确保铁路运输 产品质量的基础。在我国，通常以图形的列车运行图形式提 供使用。 夺社会使用的列车运行图它对铁路来说是铁路运输产品的供 销计划，而对社会用户来说，则是旅客安排旅行计划、货主 安排货物销售计划的依据。目前在我国，有旅客列车时刻表 和“五定”班列时刻表两种列车运行图供社会使用。旅客列 车时刻表和班列时刻表应在新运行图实行之前向社会公布。 2 按照区间正线数 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 夺单线运行图在单线区段，上下行方向列车都在同一正线上 运行，因此，两个方向列车必须在车站上进行交会。 呤双线运行图在双线区段，上下行方向列车在各自的正线上 运行。因此，上下行方向列车的运行互不干扰，可以在区间 内或车站上交会。 夺单双线运行图在有部分双线的区段，单线区间和双线区间 各按单线运行图和双线运行图的特点铺画运行线。 3 按照列车运行速度 夺平行运行图在同一区间内，同一方向列车的运行速度相 同，且列车在区间两端站的到、发或通过的运行方式也相同， 因而列车运行线相互平行。 夺非平行运行图在运行图上铺有各种不同速度的列车，且列 车在区间两端站的到、发或通过的运行方式不同，因而列车 运行线不相平行。 4 按照上下行方向列车数 夺成对运行图这是上下行方式列车数相等的列车运行图。 夺不成对运行图这是上下行方式列车数不相等的列车运行 图。 5 按照同方向列车运行方式 夺连发运行图在这种运行图上，同方向列车的运行以站间区 间为间隔。 夺追踪运行图在这种运行图上，同方向列车的运行以闭塞分 区为间隔。 上述分类都是针对列车运行图的某一特点而加以区别的。实际上，每 张列车运行图都具有多方面的特点。 2 2 系统模式简介 在管理信息系统应用的发展过程中，先后出现了四种平台结构，即主 机终端模式( m t 模式) 、文件服务器模式( f s 模式) 、客户机服务器模 式( c s 模式) 和浏览器月艮务器模式( b s 模式) 。 1 主机终端模式：主机模式基于多用户主机，主要由主机和终端组成， 多个用户通过终端使用主机。这种早期的应用系统依赖于单一的大型机， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 对系统资源不能充分使用。执行不相关任务的用户被追共享相同的系统资 源，一旦程序故障可能导致所有任务的终止。适用于大规模集中式应用， 具有较高的效率和安全性，但存在执行效率及容量不足问题。 2 文件服务器模式：文件服务器模式基于p c 机组成的局域网络。它 是由一个文件服务器和网络工作站构成的分散、文件共享的网络系统平 台。局域网的中央计算机称为文件服务器，控制着可供网络用户共享的资 源。文件服务器对来自用户端计算机有关数据存取的需求提供服务。在文 件服务器模式下，工作站仍然承担全部的处理工作；多个用户间不能够对 相同数据作同步更新：文件的共享只能以轮流的方式来实现。文件服务器 的能力有限，采用把整个文件在网络中传输的方式来进行服务，无疑给网 络增加了不必要的流通负担。 3 客户机n 务器模式( c 1 i e n t s e r v e r ，c s ) ：c s 模式是9 0 年代推 出的分布式应用技术。它主要是指将一个应用系统分解为前台的客户和后 台的服务器应用程序，中间通过网络连接在一起。这种体系结构将一个应 用系统分成两个部分，由多台计算机分别执行，使它们有机的结合在一起， 协同完成整个系统的应用，通过这种结构完全实现了网络上信息资源的共 享，从而达到系统中软、硬件资源最大限度的利用。 4 浏览器服务器模式( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) ：9 0 年代后期，随着 i n t e r n e t 的飞速发展尤其是w e b 技术的广泛应用，出现了1 3 s 模式。本 质上，b s 也是一种c s 模式，它是一种由传统的二层c s 模式发展而来 的三层c s 模式在w e b 上的应用。b s 模式极大地简化了客户机的工作， 客户机上只需安装、配置少量的客户端软件即可，服务器将担负更多的工 作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。 2 2 1g s 模式特点 c s 模式比较适合于小规模的、用户较少、单一数据库且有安全性和 快速性保障的局域网环境下，它具有如下优点： 1 ) 专用性、交互性强。在这种模式中，客户端有一套完整的应用程 序，在出错提示、在线帮助等方面都有强大的功能，并且可以在 子程序间自由切换。 2 ) 优化网络利用率，减少了网络流量。客户机只把请求的内容传给 服务器，服务器也只是返回最终结果，系统中不必传输整个数据 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 文件的内容。特别是数据库操作时，由于处理数据的主要过程和 数据放在一起，数据库中的内容可以不必传来传去。而在资源共 享模式中，由于整个文件要在本地处理，信息通常都要下载到工 作站上，其间要传输大量的数据。 3 ) 响应速度快。由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环 节。而且网络流量减少，特别是当c s 模式中允许本地留下远端 数据库的副本时，数据蠢询的性能也会得到很大的提商。 4 ) 数据的独立性。在c s 模式中，通过把应用程序同它们处理的数 据分隔，可以使数据具有独立性。这样，服务器就能对数据的存 取进行有效的控制，而未通过鉴别和授权的用户将无法对数据进 行非法访问，系统数据的完整性可以得到充分的保证。 c s 模式主要存在以下缺点： i ) 开发成本较高。c s 模式对客户端软硬件要求较高，尤其是软件 的不断升级，对硬件要求不断提高，增加了整个系统的成本。 2 ) 兼容性差。一般来说平台互不兼容。不同开发工具开发的应用程 序只能在特定的平台上运行，一般不能到其他客户平台上运行。 3 ) 用户界面风格不一，不利于推广使用。由于是针对性开发，因此 缺少通用性的特点，业务变更或改变不够灵活，需要重新设计和 开发，不利用业务的拓展。 4 ) 维护复杂，升级麻烦。如果应用程序要升级，必须到现场为客户 机一一升级，每个客户机上的应用程序都需要维护。 5 ) 缺乏开放性。系统之外的用户( i n t e r n e t 用户) 难以访问系统 资源，系统内的客户机也不便访问系统外资源。 2 2 28 s 模式特点 b s 模式主要是利用了不断成熟的w e b 浏览器技术，结合浏览器的多 种s c r i p t 脚本语言和a c t i v e x 技术，通过浏览器就实现了原来需要复杂 专用软件才能实现的强大功能，并节约了开发成本。b s 模式密切地结合 了i n t e r n e t i n t r a n e t 技术，是应用系统体系结构中的一次变革。与c s 相比，它具有如下优点： 1 ) 客户端不再负责数据库的存取和复杂数据计算等任务，只需要其 进行显示，充分发挥了服务器的强大作用，这样就大大的降低了 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 对客户端的要求，降低了投资和使用成本。 2 ) 易于维护、升级。由于用户端无需专用的软件，当企业对网络应 用进行升级时，只需更新服务器端的软件，减轻了系统维护与升 级的成本和工作量。 3 ) 用户操作使用简便。b s 模式的客户端只是一个提供友好界面的 浏览器，用户无需培 j l l 便可直接使用，利于推广。 4 ) 更适合于网上发布信息。b s 模式使用的是i n t e r n e t 的w e b 技术。 因而更适合网上信息的发布，拓展了传统的数据库应用的功能。 b s 模式主要存在以下缺点： 1 ) 由于浏览器只是为了进行w e b 浏览而设计的，当其应用于w e b 应 用系统时，许多功能不能实现或实现起来比较困难。如在客户端 对大容量数据进行深层次分析、汇总、批量输入输出、批量更改 的工作，或进行报表的应答中出现问题，尤其是难以实现图形图 像等复杂应用。 2 ) 对于需要与本地资源( 如调用本地磁盘文件或其他应用程序，如 扫描驱动、图形压缩与解压缩和工作站本地密码机的调用等) 进 行交互性的操作上极不方便，因而难以适用于基于流程类的办公、 办证、审核等系统。 3 ) 网络通信量大，运行效率低。由于b s 是三层的结构，网络通信 量不仅包括客户机与w e b 服务器之间的通信量而且也包括w e b 服 务器与数据库服务器之间的通信量。因而网络通信量较大，运行 速度慢。并且页面要动态刷新，响应速度明显降低。 4 ) h t t p 可靠性低有可能造成应用故障，特别是对于管理者来说，采 用浏览器方式进行系统的维护是非常不安全和不方便的。 5 ) w e b 服务器成为对数据库的唯一的客户端，所以对数据库的连接 都通过该服务器实现。w e b 服务器同时要处理与客户请求以及与 数据库的连接，当访问量大时，服务器端负载过重。 2 3 统一建模语言( u m l ) 2 3 ，1 u m l 简介 统一建模语言( l i m e ) 的应用领域广泛，可用于商业建模，软件开发 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 建模的各个阶段。它也适用于系统开发的不同阶段，从需求规格说明到系 统完成后的测试。作为一种通用建模语言，它具有创建系统的静态结构和 动态行为等多种结构的能力“。 u m l 由视图、图、模型元素和通用机制等几个部分构成。视图用来表 示被建模系统的各个方面。视图由多个圈构成，它是在某一抽象层上对系 统的抽象表示。图由各种图片构成，用来描述一个视图的内容。模型元素 代表面向对象中的类、对象、消息和关系等概念，是构成图的最基本的常 用概念。通用机制用于表示其他信息，比如注释、模型元素的语义等。另 外，它还提供扩展机制，使u m l 语言能够适应个特殊的方法( 或过程) 、 或扩充至一个组织或用户。 u m l 的主要内容可以由下列5 类视图( 共1 0 种模型图) 来定义： 第类是用例图，它从用户角度描述系统的功能，并指出各功能的操 作者。 第二类是静态图，包括类图、对象图和包图。其中类图用于定义系统 中的类，包括描述类之间的联系( 如关联、依赖、聚合等) 以及类的内部 结构，即类的属性和操作。因此类图是描述系统中类的静态结构，即它所 描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期都是有效的。其中对象图 所使用的表示符号与类图几乎完全相同。它们的不同点在于对象图只是显 示类的对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类图的一个实例。由于 对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。包图由包或 类组成，主要表示包与包，或包与类之间的关系。包图用于描述系统的分 层结构。 第三类是行为图，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。一 种是状态图，它描述一类对象的所有可能的状态以及事件发生时状态的转 移条件。通常状态图是对类图的补充。实际上我们并不需要为所有的类绘 制状态图，而只需要为那些有多个状态、并且其行为受外界环境的影响而 会发生改变的类绘制状态图。另一种称作活动图，它描述为满足用例要求 所要进行的活动以及活动间的约束关系。使用活动图可以很方便地表示并 行活动。 第四类是交互图，描述对象间的交互关系。一种称之为顺序图，用以 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，同时也 显示对象之间的交互过程。另一种是合作图，它着重描述对象间的协作关 系。合作图跟顺序图相似，显示对象问的动态合作关系。除了显示信息交 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 换外，合作图还显示对象以及它们之间的关系。如果强调时间和顺序，应 当使用顺序图；如果强调通信关系，则可以选择合作图。这两种图合称为 交互图。 第五类是实现图，包括构件图和配鬣图。构件图描述代码部件的物理 结构以及各部件之间的依赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、 个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类的有关信息。构 件图有助于分析和理解部件之问的相互影响程度。配置图定义系统中软硬 件的物理体系结构。它可以显示实际的计算机和设备( 用节点表示) 以及 它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性。在节点 内部，放置可执行部件和对象，以显示节点跟可执行软件单元之间的对应 关系。 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； 次之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( 包括包图) 、对象图、构件图和配置图等六种图。这些图构成 了标准建模语言u 帆的静态建模机制。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 图和合作图等四种图。这些图构成了标准建模语言u m l 的动态建模机制。 因此，标准建模语言u m l 的主耍内容也可以归纳为静态建模机制和动态建 模机制两大类。 2 3 2u m l 建模过程 u m l 用于构造系统的业务模型和软件模型，为人们提供了从不同角度 去观察和展示系统各种特征的一种标准方法。在u m l 中，从任何一个角度 对系统所做的抽象都可能需要用几种图来描述，这些来自不同角度的模型 最终组成了系统的完整图形。就如建造一栋房子，有倾4 面图、剖面图、俯 视图、施工图、装配图等，从不同角度建立不同的模型以便不同的人使用， 加深对它的理解。 以此类似，用u m l 对系统建模不是只建立一个模型。u m l 适用于系统 开发的各个阶段，在系统开发的每个阶段都要建造不同的模型，建造这些 模型的目的各不相同：需求分析阶段建造的模型主要用来捕获系统的需 求，描述与真实世界相应的基本类和协作关系：设计阶段的模型是分析模 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 型的扩充，为实现阶段做指导性的、技术上的解决方案；实现阶段的模型 是真正的源代码，编译后的源代码就变成了程序以及在物理上的分布。这 些模型是从不同的角度建立的，反映系统的不同侧面，但通常后期的模型 都是由前期的模型扩展而来。 u m l 的所有这些图为系统的分析、开发提供了一个一致的表示。使用 u m l 建模的过程是：， 1 ) 捕获系统需求，从功能的角度来描述系统：描述角色如何使用系 统和使用系统的方式，主要是建立系统的需求模型，用用例图表 示； 2 ) 从相互练习的三个方面来进行分析：系统要完成用例图中说明的 功能，需要构造什么样的系统结构，应该由哪些对象来完成，建 立系统的静态模型，用类图和对象图来描述系统的静态结构；这 些对象之间的相互关系如何，他们是如何相互作用、相互配合共 同完成这些功能的，这就是系统动态模型，用状态图、顺序图、 合作图和活动图来表示： 3 ) 将分析模型细化，加上实现环境的具体要求，将分析模型转化为 设计模型； 4 ) 使用具体的编程语言和实现环境，将设计模型转换为以源代码为 主的实现模型，并用测试模型对实现模型进行验证： 5 ) 用构件图和配置图表示最终实现的系统的物理构成以及软件构 件在硬件结点上的分配情况。 u m l 建模过程是一个迭代递增的开发过程。使用此方法，不是在项目 结束时一次性提交软件，而是分块逐次开发和提交。构造阶段由多次迭代 组成，每一次迭代都包含编码、测试和集成，所得产品应满足项目需求的 某一子集，每次迭代都包含了软件生命周期的所有阶段。同时，每次返代 都要增加一些新的功能，以解决一些新的问题。 2 3 3u m l 开发工具r a t i o n a lr o s e u m l 不仅支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件 开发全过程。但是如果由开发人员手工地绘制这些图形，不仅非常繁琐， 而且很难保证不同图形之间的一致性，也无法通过模拟来预测系统的行 为。因此标准建模语言u m l 的支持环境在实际的软件开发中是必不可少 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 的。 目前，支持l 帆的开发工具很多，r a t i o n a lr o s e 目前在面向对象分 析、建模、设计工具市场上起着主导作用，在本系统中也采用r a t i o n a l r o s e 作为u m l 开发工具，主要因为r a t i o n a lr o s e 具有以下特点： 1 ) 支持多种语言的软件开发r a t i o n a lr o s e 企业版提供了多种语 言的资源，让使用者可以发展不同程序语言的构件。r a t i o n a l r o s e 具体支持c + + 、j a v a 、v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 、p o w e r b u i l d e r 、 s m a l1 t a l k 和a d a 等多种语言。 2 ) 支持组件建模r a t i o n a lr o s e 支持二进制组件( c o m 、a c t i v e ) 建模，可以很方便地取出组件的接口信息，有利于提取组件中的 建模信息。 3 ) 反复式工程r a t i o n a lr o s e 具有正向工程、反向工程等功能特 性，可以在修改实际程序后将最新的程序代码状况，迅速地反应 到设计模型中，以保持对象设计模型与程序代码的一致性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第3 章系统需求分析与结构设计 本章在u m l 基础上对列车运行图查询管理系统进行了系统的需求分 析，并根据系统需求设计系统的结构。 3 ，1 客户需求 需求分析阶段的研究对象是软件项目的客户需求。分析时，必须全面 理解客户的各项要求，但又不能不加分析地全盘接受客户的所有要求。对 客户提出的笼统要求应该分解细化；对其中含混的要求需要迸一步澄清： 对用户提出的不切实际的要求必须做深入细致的解释说服工作，以便客户 放弃不舍理的要求。准确的描述客户需求是开发软件的基础，整个软件的 开发都必须围绕客户的需求进行，偏离或者违背客户需求开发出发的软件 最终必定会导致软件开发的失败。“。本节主要是理顺铁路局运输部门的业 务，并且结合铁路局运输部门提出的需求，综合描述客户的需求。 ( 1 ) 列车运行图技术资料查询管理 查询包括以下几个主要方面： 夺车站信息查询：主要包括车站的位置信息、车站间隔信息、车站 股道信息、车站的列车时刻等信息的查询。 夺区间信息查询；主要包括区间标尺、区间闭塞、 信息的查询。 冷列车车次查询：主要包括列车车次的走行径路、 编组、列车运行指标等信息的查询。 管理包括对运行图相关资料输入与修改，主要包括： 区间运行性质等 列车时刻、列车 夺实现基础数据和编图数据资料的输入与修改，包括线路、车站、 区间等基础信息以及列车车次、列车时刻、区间标尺等运行图信 息的增加、修改、删除。 夺机车交路、编组资料输入与修改。 夺对客车运行时分、停站时分标准表等多表进行基础数据的录入、 保存、备份。 ( 2 ) 列车运行图的查询与相关图形操作 提供设置列车运行图显示参数的灵活手段，根据设定的范围查询显示 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 相应的列车运行图，在此基础上，查询运行图的相关信息，如列车运行时 刻、列车运行标尺、经过各车站的列车、按方向分车种的列车对数等。提 供图形的基本操作如放大、缩小、显示原图、全屏显示、图中漫游等。 ( 3 ) 时刻表查询、生成 提供多种方式查询列车时刻信息：查询某个列车沿途车站的到发时 刻、按车站查询通过该车站的列车时刻信息、查询通过两个车站之间的列 车时刻信息等。 时刻表的生成： 夺各类时刻表的生成：按时亥9 表的用途分有旅客列车时刻表和铁路 行车时刻表。按时刻表适用的范围来看有：车站时刻表、分局时 刻表、铁路局时刻表、全路时刻表、任意某个划分范围内时刻表 等。不同种类的时刻表，在表现形式上是不一样的。 夺提供设置时刻表生成参数的灵活方式：包括设置必经车站、必经 其一车站、区间生成、必经车站数等。 夺提供时刻表中列车种类的选择，包括全部客货列车、旅客列车、 货物列车以及任意种类列车的集合等。根据选择的列车种类生成 不同的时刻表，如旅客时刻表、货物时刻表、临时客车时刻表等。 夺时刻表中车次顺序除提供自动排列外，还可以手动调整车次位置 和顺序，并在此基础上。实现自动分页编排处理。 夺提供多种设置时刻表页面参数的方法：包括默认参数的设置和修 改、时刻表站名位置