（环境工程专业论文）webgis在火电厂环保管理信息系统中应用与研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着电力市场化的飞速发展，以及环境问题的日益信息化、数字化和社会化， 依据目前火电厂环保管理信息系统的普遍特点，结合地理信息系统的发展成果，采 用原型法进行用户需求分析，采用工作流的思想定义用户的操作规范，力求建立合 理和灵活的环保管理信息系统模型。本文运用基于组件的软件开发设计思想，采用 基于w i n d o w sd n a 实用架构，开发了一套通用的模型化的火电厂环保管理信息系统， 并根据国家对火电厂环保管理的指标体系实现了业务流程的操作，统计报表打印和 初步的w e b g i s 查询功能。并分析三维g i s 和虚拟现实技术在火电厂管理信息系统 中的使用前景。为进一步对火电厂的环保管理系统的研究和探索打下坚实的基础。 关键词：原型化，组件，w e b g i s ，w i n d o w sd n a a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep o w e rm a r k e ta n dt h ei n f o r m a t i o ns o c i a l i z a t i o no f 也e e n v i r o n m e n tp r o b l e m t h i ss y s t e mw i l ls e tu par a t i o n a la n df l e x i b l em a n a g e m e n to f i n f o r m a t i o ns y s t e mm o d e lf o re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，i nt h a tt h es y s t e m a d o p t sa n t e t y p e m e t h o dt oa n a l y s i st h eu s e r sd e m a n da n du s et h ew o r kf l o wt h o u g h tt od e f i n eu s e r s o p e r a t i o nc f i t c f i o n t h i sp a p e rd e v e l o p sa nu n i v e r s a lm a n a g e m e n to fi n f o r m a t i o ns y s t e m m o d e lf o re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o ni nt h e r m a lp o w e rp l a n t sb yt h et h o u g h t so fs o r w a r e d e v e l o p m e n td e s i g nb a s e dc o m p o n e n ta n db yt h es t r u c t u r eb a s e dw i n d o w sd n a b e s i d e st h e s y s t e mc o m p l e t e st h eo p e r a t i o no f w o r kf l o w 、t h ep r i n to fs t a t r e p o r tf o r m sa n dt h eq u e r y f i m c t i o no fw e b g i s a tl a s tt h i sp a p e ra n a l y s e st h ef u t u r eo fa p p l y i n gt r i d i m e n s i o ng i sa n d v i r t u a lt e c h n o l o g yt ot h em i si nt h e r m a lp o w e rp l a n t s a n dt h i sf o u n d sg o o db a s e m e n to f t h er e s e a r c ha n dd e p l o r eo f m i si nt h e r m a lp o w e r p l a n t s g uj i a n c h e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f h uz h i g u a n g k e yw o r d s ：a n t e t y p e ，c o m p o n e n t ，w e b g i s ，w i n d o w sd n a 赢h 爿 懒6 呶咖纯 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文奄獬：璺年萌洋，籼砷l 班本人在 华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究土作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：二未芝厦车一日 期：j 碰：扩 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定】 作者签名：蕴曼战 日 期：赴尘：纠 导师签名：绷薹当 日 期；尘堑：! o 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 环境问题是时代发展的主题，是我国的一项基本国策。由于环境问题涉及的范 围广，内容复杂，信息量非常庞大，具有相当的不确定性，所以以前的环境问题多 是事后弥补，要做到事先预防，就必须充分的挖掘尽可能多的信息资源，进行全面 的科学和有效的信息化管理，如果没有科学的管理手段，有用的信息资源不仅不能 发挥其应有的价值，甚至造成不应有的危害。 信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业优化升级和实现工 业化、现代化的关键环节。信息技术和信息化发展水平已成为衡量一个国家、一个 地区、一个行业乃至一个企业综合实力和市场竞争力的显著标志之一，火电厂作为 电力行业的主要运行模式，环境问题是制约其发展的一个主要因素。解决日益严重 的环境问题的最有效途径之一就是实现环境问题信息化，随着g i s 系统的深入发展， 基于g i s 和w e b g i s 的环境领域的应用条件日益成熟，火电厂的环保管理已经可以 引入w e b g i s 的强大功能，并借鉴w e b g i s 在其他领域的成功经验。 火电厂的环保问题对火电企业的生产、运营及成本起着举足轻重的地位，涉及 的范围不仅仅局限在企业的内部，而且要受到全社会的监督，也就是环境问题日益 社会化，因而基于环保的m i s 必然要结合g i s 的应用，同样最终要建立在i n t e r n e t 的平台上，也就是要建立基于w e b g i s 模式的环保管理信息系统。只有建立基于 w e b g i s 应用模式，并应用信息工程理论构建科学的信息管理体系，采用软件工程的 有效手段建立高效、健壮的应用程序，才能为环境问题的改善和解决提供有力的支 持，实现火电厂环境的良性运转，并为火电厂最终实现“数字环保”提供有力的保 障。 火电厂的环境保护是一个可持续发展的行业，环境因素在不断地变化，环境管 理在不断地深化，研究基于w e b g i s 的环境问题解决方案具有很强的现实意义，只 有采用这种先进的管理理念和管理手段才能使信息技术更好地为环境管理和决策 提供支持和服务。 1 2 火电厂环境保护管理信息系统的现状 目前火电厂运行的主要系统有实时监控系统d c s ，输煤灰监控系统，静电除尘 系统，化学水处理系统，日常管理相关的m i s 和o a 系统以及其他一些辅助系统， 而环境系统的管理往往只是作为m i s 或其他系统的一部分来进行初级的组织管理， 涉及的环境信息只是简单的、局部的和表层化的，主要是对环境结果的统计而不是 华北电力大学硕士学位论文 环境成因的有效控制。由于没有科学和有效的管理支持系统，因而就无法形成广泛 的和全局的环保管理信息系统。 为了改变这种管理的不利局面，不少火电厂家和软件开发商家进行了大量的 研究，人们逐步认识到解决这种问题的主要途径是采取日益成熟的g i s 系统及其升 级模式w e b g i s 的研究成果，将w e b g i s 软件结合到火电厂的环护管理信息系统中。 目前基于g i s 或者w e b g i s 的火电厂环保管理系统还没有成功的报道，一般的商 家还处在研发阶段，开发这样的系统还没有统一的标准，由于可能采用的地理信息 系统软件平台各式各样，地理信息系统需要的数据格式复杂，基础数据来源要求广 泛，数据质量差别也较大。所以在应用质量上差别也很大，由于人力及水平所限， 普遍数据质量不高、更新滞后或更新较少，从而随着时间推移，无法提供有效信息 辅助决策支持。造成这现状的主要原因是： l 、重视不够，投入不到位，火电厂的首要任务是发电，再加上多年来我国的 用电紧张局面没有得到根本解决，火电厂的生产管理基本上维持在多发电的指导思 想之上，在环保问题上的意识远远不如对经济效益来的强烈，相对投入不足，造成 了只有在火电厂的环境污染对周边的生态环境和人们生活有了很大的影响时才找 对策去治理，为了避免这种影响的扩大化，所以一般的火电厂多建在远离人们的居 住生活区，这也从侧丽说明火电厂环境问题的严重性。火电厂对于环境问题的投资 往往是政策性的，被动的，只要能过上级部门的检查，谁也不会主动为环保管理多 投资。 2 、管理独立，位置不清，目的火电厂的环境问题已经得到了人们在思想上的 高度认识，但缺乏对环境问题治理的系统经验，环境问题的管理主要局限在抑制或 者消除直接的环保问题治理上，还没有形成系统的针对火电厂环境问题的质量管理 体系。所以火电厂的环保管理一般从属于其他系统，主要作为火电厂m i s 的子系统， 从国家电力公司要求的环境问题上报的指标体系就可以看出，对环境问题管理主要 以上报一些表格报表就能完成任务，该系统的从属就无足轻重了，所以造成长期以 来火电厂的环保问题得不到深入发展。 3 、数据多样性，集成难度大，火电厂环境问题的管理涉及到火电厂各个子系 统的方方面面，还有一些目前无法直接取得的原始数据。系统多必然会形成数据源 的多样性，同时环境问题涉及的空间数据结构和空间分析模型也不只是系统的连通 就能满足需要，因而必然会造成环境管理系统的集成难度非常大。 4 、缺乏统一规划，由于没有形成科学的解决环境问题的质量管理体系，而且 历史上就存在于火电厂的各大子系统由不同的厂商开发，服务于不同的生产管理要 求，虽有联系也是松散的联系，火电厂环境问题对这些数据有着广泛的要求。一方 面要求获取已有系统的历史数据避免不必要的重复投资，另一方面要求获取目前不 垡北屯力大学硕士学位论文 足的数据和进一步挖掘系统可能存在的潜在数据，只有在经过系统论证和统一规划 后才能解决这些问题。 1 3 基于w e b i s 环保管理信息系统的可行性 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术与g i s 相结合的产物，是在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 网 络环境下的一种存储、处理、分析和显示与应用地理信息的计算机信息系统。w e b g i s 提供了种易于维护的分布式g i s 解决方案。尽管目前的w e b g i s 软件提供的空间 分析功能很难满足专业应用的需要，但是随着技术的发展，w e b g i s 终将取代传统的 g i s 。 虽然火电厂的环保管理还没有到最终解决的程度，但从发展的角度建立一套切 实可行的，可以持续完善的开放性系统还是可行的，借鉴其他领域的对于g i s 和 w e b g i s 使用的成功经验结合电厂环保管理系统的特点，建立基于w e b g i s 环保管理 信息系统的方案应该是可行的。可以体现在以下几个方面。 1 、w e b g i s 是开放的系统，火电厂环境问题涉及范围的广泛性要求参与者的广 泛性，如果没有开放的易于维护的用户接口，则会因其高昂的维护成本造成系统的 流产，w e b g i s 在这方面具有不可替代的优越性，网络上的所有授权用户无须安装客 户端，只需使用浏览器就可访问系统，并可进行数据管理、更新，从而增强了对空间 数据管理的时效性。而且浏览器操作简便、通用、无须培训。 2 、w e b g i s 可以建立在w i n d o w sd n a 架构下，目前主流的操作系统是微软的各 种视窗操作系统，建立在此系统上w e b g i s 当然就是首选，微软推出w i n d o w sd n a 这 一套体系结构是为了创建基于m i c r o s o f tw i n d o w s 平台的应用程序框架，使用这套 架构则能够将个人计算机和i n r e r n e t 统一和集成起来。w i n d o w sd n a 提供了一个 能够同时充分发挥个人计算机和i n t e r n e t 能力的新模式。在最高的层次上w i n d o w s d n a 通过将核心服务高度集成到操作系统中，使计算机在内部网和公共网上都能够 充分发挥协同工作的能力。这使我们的开发人员可以更容易地创建复杂的，能够支 持大量用户的复杂的网络应用程序。更为可贵的是，w i n d o w sd n a 提供了一种基于 开放式协议和公共接口的具有高度协作能力的框架，提供和各级系统接口的兼容能 力，在兼顾当前信息系统需求的同时，并为今后信息系统的进一步发展提供升级的 机制。 3 、可以采用组件式的开发手段，由于火电厂子系统的多样性，环保管理信息 系统必然要融入到各个子系统中去，如果有统一进行了封装的标准接口就可以事半 功倍。组件化程序设计方法继承并发展了面向对象程序设计方法。它将对象技术应 用于系统设计，对面向对象程序设计的实现过程作了进一步抽象。我们可以把组件 化程序设计方法用作构造系统的体系结构层次的方法。组件化程序设计方法强调真 正的软件重用和高度的互操作性。它侧重于组件的产生和装配，这两方面一起构成 3 华北电力大学硕士学位论文 了组件程序设计的核心。 基于组件编程模型的一主要目标是发挥互操作性，即组件协同工作的能力。由 于组件软件方案要求所有组件定义其接口并展示其可用的功能，只要组件实现了其 接口，且客户程序遵循接口准则，互操作性就解决了。这将大大节约开发、调试和 维护时间，再者，由于组件可独立于应用程序，可以方便地独立发展甚至被替代为 其它性能更好的组件，而不至于因微小的修改而破坏程序其它部分的代码，当然， 应用程序的修改亦不会危及组件的安全。这对于系统生命周期有着至关重要的意 义。 4 、可以灵活实现业务工作流，在所有的管理信息系统中均有业务流程的处理， 比较典型的做法是固定操作流程，流程规则是通过程序编码或流程配置表格定义 的。但是在实际使用当中，由于用户单位的组织结构变更、人事调整、业务规则变 化时需要对流程规则调整，原有的方式无法快捷、低成本地满足这种要求。为了适 应这种需求，就需要采用新的业务流程管理模式一一流程自定义。采用基于w i n d o w s d n a 结构和组件化的程序设计，这种业务流程流的实现就是顺理成章的事情了。 5 、进一步发展的技术空间，随着三维可视化技术与虚拟现实技术 ( v i r t u a l r e a l i t y ) 的不断发展，完全再现地理环境的真实情况，把所有管理对象都 置于一个真实的三维世界里，真正做到管理意义上的“所见即所得”，对整个火电 厂的环境得到全面的管理，从而提供辅助决策支持。目前的w e b g i s 的软件研究已 经具备了这样的基本条件，只是我们对实际对象的认识和实际的测量手段还没有到 达这样的程度，火电厂环保管理信息系统最终必将实现这样的目标。 本文提出的基于w e b g i s 火电厂环保管理信息系统( p o w e re n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n ss y s t e m ，p e m i s ) 是以互联网为基础，现代新型数据库 为核心，在保证信息安全可靠的前提下，为广大用户提供详实和及时的查询信息， 并为环境信息的可视化作努力；为管理人员提供科学的管理手段以及查询、统计、 报表、优化处理和有效的数据输出；可以结合各种运行模型和工作模式进行必要的 预测、评价、规划和决策。 1 4 系统期望的实现目标 基于w e b g i s 的火电厂环保管理信息系统的最终实现目标是服务于火电厂的环 保管理，促进环保问题的良性循环，在此基础上以放大火电厂经济效益、社会效益 和生态效益。如下图1 一l 所示 4 华北电力大学硕士学位论文 图1 1 系统目标图示 1 5 本文的主要工作 根据本课题所选的研究方向，结合个人的能力合发展的实际，本文主要侧重完 成以下几个方面的工作： l 、确定系统的研究方法和研究方向； 2 、用原型法探讨需求分析； 3 、用组件法探讨程序的开发方法： 4 、用w i n d o w sd n a 探讨系统的体系结构和实际系统的解决方案； 5 、完成系统的模拟设计与实现，主要完成m i s 功能和w e b g i s 的初步功能； 6 、进一步探讨三维g i s 和虚拟现实技术在系统中的使用前景。 华北电力大学硕士学位论文 第二章原型化的用户需求分析 一个软件系统开发的成败首先取决于开发者对于用户的需求的把握，详细周密 的用户需求是系统开发的前提，软件需求分析的目标就是深入描述软件的功能和性 能，确定软件设计的约束、软件同其他系统元素的接口细节，定义软件的其他有效 性需求。 2 1 火电厂环保管理信息的复杂性 本课题确定的研究方向是基于w e b g i s 的环保管理系统的研究，那就需要首先 确定用户的当前需求和潜在需求，如果只考虑实际的直接需求而忽视用户的进一步 需求则可能导致开发系统不能让用户满意，甚至由于用户的认识不足造成系统的开 发失败。一般的软件开发过程中存在的不足主要表现在以下几个方面： 1 、用户认识上的不足，本文提出的系统尚在研发当中，用户没有使用的感性 认识，也没有对系统使用好坏的评判标准，用户一般是被动的接受由开发商开发的 应用软件，在使用时才发现问题已为时过晚。 2 、开发方式的不足，一般的开发商主要为了商业利益，多是过于自负对用户 需求的认识，他们根据在别的系统使用的经验，引导用户按照自己可以操作的思路 开发系统，没有充分的尊重用户的需求，另外开发商为了自己的利益，经常脱开用 户进行封闭开发。用户很难把握软件的开发过程。 3 、系统数据来源的复杂多样性，由于本系统的开发目标是m i s 功能的基础上 实现w e b g i s 功能，所以对数据的要求要复杂的多，产生这种多源性的根本原因在 火电厂现存系统的多样性和本系统对各系统数据要求的广泛性，尤其对于地理数据 的多源性主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 多语义性，地理信息指的是地理信息系统中各种信息，由于地理系统的研究 对象的多种类特点决定了地理信息的多语义性。对于同一个地理信息单元，在现实 世界中其几何特征是一致的，但是却对应着多种语义，一个w e b g i s 研究的决不会是 一个孤立的地理语义，实际的不同系统解决问题的侧重点也有所不同，因而会存在 语义分异问题。 ( 2 ) 多时空性和多尺度，w e b g i s 数据具有很强的时空特性。一个w e b g i s 系统中 的数据源既有同一时间不同空间的数据系列；也有同一空间不同时间序列的数据。 不仅如此，w e b g i s 会根据系统需要而采用不同尺度对地理空间进行表达，不同的观 察尺度具有不同的比例尺和不同的精度。 6 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 获取手段多源性，获取地理空间的数据的方法有多种多样，包括来自现有系 统、图表、遥感手段、g p s 手段、统计调查、实地勘测等。这些不同手段获得的数 据其存储格式及提取和处理手段都各不相同。 ( 4 ) 存储格式多源性，w e b g i s 数据不仅表达空间实体( 真实体或者虚拟实体) 的 位置和几何形状，同时也记录空间实体对应的属性，这就决定了g i s 数据源包含有 图形数据( 又称空间数据) 和属性数据两部分。图形数据又可以分为栅格格式和矢 量格式两类。这些数据多数存在于火电厂各个不同开发厂商开发的用不同形式存在 的复杂子系统当中。 由于基于w e b g i s 火电厂环保管理系统的复杂性，所以必须首先解决好用户的需 求分析，下面介绍的原型化的方法是解决这个问题很好途径。 2 2 原型化方法的概念和实现方式 原型法在系统开发过程中采取了一种反复的方法，在每一次反复过程中确定问 题的要求，比较不同的解决方案，并实现系统的某一部分，如图2 1 所示。这样就 可鼓励用户使用该原型，并提供反馈信息。原型法从以往的类似课题成功开发的经 验上，创建一个新系统的初始模型，也是整个新系统的一个缩小了比例模型，经过 反复论证，反复修改，从而达到逐步提高。原型法是一种交互式的系统开发方法。 菇。j 改城越 艇东锝霁 静辑新 地芹鬟 i ：一 许越墩计 l 宣照波汁 t i i 汀 f 价 曼所 蚺焉墩嚏艇 硗定前球 斗i i i 耕 j 兰露寨 婵煅谴i l 实拖澧计 图2 1 原型开发的反复模式 2 2 1 原型法的特点及其意义 原型化在解决实际问题时，有着不可比拟的优势，其突出特点和意义体现在以 下几个方面： 1 、原型法加强了开发过程中用户的参与和决策 晕 华北电力大学硕士学位论文 2 、原型法提供了一个验证用户需求的环境； 3 、原型法允许在生命周期的早期进行人机结合测试； 4 、原型法具有对开发人员和用户的吸引力； 5 、原型法提高了人们对系统的安全感； 6 、原型法可以接受需求的不确定性和风险； 7 、原型法可以缓解通讯的困难； 8 、原型法以用户为中心来建设系统； 9 、原型法用有意识的迭代取代了无计划的重复和反复； 2 2 2 原型法的分类 原型化根据使用原型的目的和方式的不同，可以分为废弃型和演化型两种类 型，演化型也可叫做追加型，具体介绍如下： 1 、废弃型，先构造一个功能简单而且质量要求不高的模型系统，针对这个模型 反复进行分析修改，形成比较好的设计思想，据此设计出更加完整、准确、一致、 可靠的最终系统。系统构造完成后，原来的模型系统就被废弃。废弃型原型又可以 细分为探索型和实验型。所谓探索型原型就是要弄清对目标系统的要求确定所希 望的特性，并探索多种方案的可行性。它主耍针对开发目标模糊，用户和开发者对 项目缺乏经验的情况。而实验型原型用于大规模开发和实现之前，考核方案是否合 适，规格说明是否可靠。 2 、演化型，先构造一个功能简单而且质量要求不高的模型系统，作为最终系统 的核心，然后通过不断的扩充完善j 逐步追加新的要求，发展成为最终的用户系统 2 2 3 原型法在系统开发中角色 原型法是对结构化程序开发设计的补充和完善，是对系统定义阶段的放大和细 化，原型法的实现完全可以融入到系统的结构化设计当中去，如下图2 - 2 所示 图2 - 2 结构化方法和原型法的结合 8 华北电力大学硕士学位论文 2 2 4 原型的生命周期 当把原型化作为需求定义策略时，它受到结构化开发步骤的限制，根据一般规 律，可行性研究的完成应该安排在需求说明之前，在可行性研究中，大多数典型的 问题已经被说明，例如当前环境的检查，当前操作问题的分析，业务目标、对象及 通过应用访问的机会，应用方面的主要约束，系统边界及其交互点，用户组织及项 目代表，成本及利润的目标，系统规划中应用的地位等。这些内容对原型开发人员 逐步适应用户环境是有价值的。即使可行性分析已经完成，大部分更详细的信息也 要在用户需求分析中细化和具体化。 原型化的生命周期一般由1 0 个步骤组成，目的是提供一个既和用户需要也与开 发者的需要相联系的需求说明。定义应用需求的原型生命周期如下图2 3 所示： 图2 3 定义应用需求的原型生命周期 2 3 火电厂环保管理信息的需求分析步骤 对于一个复杂应用系统而言，原型直接成为实际系统的设想是不现实的，除非 原型化的模型是一个常规的应用系统或它只是对某种应用系统的小规模的扩充。原 型化阶段的重要目标是开发用户需求，实际系统的其他诸多需求和限制可以在模型 制作中不作过多考虑。它们只有在应用系统产品中才需要，就是说模型系统要从全 局上把握系统，可以忽略一些无关紧要的实现细节。 根据原型化的实施特点结合火电厂环保管理信息系统的实际确定以下的系统 需求分析步骤。 9 华北电力大学硕士学位论文 1 、建立原型化的中心组织，对于一个信息化管理系统，必须确立三个中心， 开发中心；是开发新的系统和维护所配鼹的资源的组合：生产中心：是支特和完成 产品系统所配置的资源的组合；信息中心：是为最终用户直接地存取、造表、分析 数据所配置的资源的组合。为了有机地建立三者之间地联系，更好的实现原型化的 策略则还必须建立原型化中心。它们之间的关系如下图2 - 4 所示： 图2 4原型化的中心结构 对于火电厂环保管理信息系统的开发，茸先需要开发者在确立了原型化的开 发策略后按照上面的关系，进行合理的进行人员重组和资源配置，以建立一个支持 原型开发计划的高效的工作环境。 2 、配备原型化的中心人员，原型化的工作人员对系统的总体概念和系统各个 部分的目标的一致性负有责任。建立火电厂环保管理信息系统应该是一项创新的高 技能的活动，首先要在较小的模型上进行开发加工，所有的工作如分析、设计、编 程、屏幕生成、报表生成以及人为因素都要由原型化人员来完成。 在原型化开发的初期，可以降低对原型化人员技能要求的深度，被选择的人员 可能不一定是具有全面技能的多面手，他们不一定是所有开发过程都非常熟悉的人 员，但他们应该是系统构建的老手，他们只需解决普遍性的问题，而特殊的问题应 该由相应领域的专家来解决。 考虑原型法的可操作性，原型各个中心不能由多人的大组织来完成，负责会因 过多的交流和“观念”不一致性而造成过于追求细节，而违背了原型法本来就是由 浅入深、由简到精的指导思想，降低开发的效率。 3 、建立原型化的工作环境，原型化的开发必须有软硬件的支持，硬件相对比 较好满足，一台台式或者便携式的个人电脑就可满足大多数的要求，相对的软件需 求则要复杂的多。 1 n 华北电力大学硕士学位论文 原型化软件需求需要提供集成化的软件开发环境，并且要以一个活动的和集成 的数据字典将各种资源加以联系和定义，它为原型人员提供一个记录管理系统，形 成一体化的开发环境。 本课题提出的系统也应该建立下面如图所示的交互式的以数据字典为中心的 原型化软件配置模型，如图2 - 5 所示。 图2 - 5 原型化软件配置模型 根据上面构成的软件模型，在完成一轮的原型化的开发工作后，就要生成管理 本系统的设计文档，作为进一步没计与提高的依据。 4 、加强原型化的项目管理，原型化是一个交互式的、活跃的过程，必须受控 于项目管理，否则会因开发的无序导致原型的目标不能达到或者浪费宝贵的时间。 对于本系统的需求分析要重点考虑以下几个方面。 ( 1 ) 启动并估计过程，对于原型化的开发方式，首先要根据实际进行原型开发时 间、成本和系统目标的估计，对于建立初始的原型在时间上考虑要充分，原型系统 要切合实际，用户愿意参与并始终参与。 ( 2 ) 严格的变更控制，原型法允许用户的直接参与，但由开发者和用户谁来决定 系统的修改是一个复杂的问题，对于本系统要面对是由多部门多组织参与的复杂系 统的开发，而每个用户的要求由不尽相同，所以对每一次的变更要特别慎重，不可 草率行事，比较好的办法就是建立一个交互式的控制平台，由一个专门的设计组来 根据掌握资料来作出交与不变的选择。 ( 3 ) 原型终止，在传统的预先定义的开发模式下，需求的终止是以完整的叙述图 华北电力大学硕士学位论文 解文档为标志的；在原型化的环境中原型结束就标志者开发者已经和用户达成最终 目标系统的共识，用户已经同意和理解最终系统运行模式和功能特点。 原型化对解决现实世界的事务处理是高效和可操作的，它的成功就在于起点 低，可以不断完善，还可以使软件系统的使用者通过使用富有生气的原型系统增加 感性认识，由软件开发和使用双方共同促进软件的成功开发。 开发高质量的规模较大的系统没有捷径，它必须依靠一支有经验的开发队伍， 按照原型化的原则和策略，在较为完善的开发环境中，在用户的支持和配合下，动 态地调整开发地诸多环节，以最大限度地满足用户对系统的需要。 华北电力大学硕士学位论文 第三章组件化程序设计 组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率，这一点已逐步成为软 件开发人员的共识。组件技术使近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用 化阶段。在组件技术的概念模式下，软件系统可以被视为相互协同工作的对象集合， 其中每个对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公布出来， 以便其他对象了解和调用。组件间的接口通过一种与平台无关的语言i d l ( i n t e r f a c ed e f i n el a n g u a g e ) 来定义，而且是二进制兼容的，使用者可以直接 调用执行模块来获得对象提供的服务，并在各种开发语言和开发环境中使用。 由于组件技术的出现，软件产业的形式也随之发生了很大的变化。大量组件生 产商涌现出来，并推出各具特色的组件产品；软件集成商则利用适当的组件快速生 产出用户需要的某些应用系统；大而全的通用产品逐步减少；很多相对较为专业， 但用途广泛的软件，如g i s 、语音识别系统等，都以组件的形式组装和扩散到一般 的软件产品中。 3 1 基于组件的开发模式 组件软件由可重用的二进制形式的软件块组成，这些软件块可用相当小的精力 插入到来自其它开发商的组件中。这种对软件的开发采用基于组件的方式l 愿不规定 软件的结构的设计思想是很重要的：而且，它是一种使得二进制软件组件的编程、 使用和独立发展成为可能的模式。组件独立于使用它们的应用程序和用于创建它们 的编程语言。它可以跨越平台、网络、语言、应用程序、工具、硬件而运行。随着 i n t e r n e t 的发展，我们可以预见新型的应用体系结构正在产生，其生成、创建、开 发、运行和管理的方式及其功能都与局域网的应用程序不同。它将彻底改变生产软 件的传统模式，目前普遍认为在i n t e r n e t 网上开发未来的软件，应当以组件为基 本单位，由c o m 和c o r b a 这样的标准提供运行所需的各种服务。组件应具备以下基 本属性： i 、有用性( u s e f u l n e s s ) ：组件必须提供有用的功能： 2 、可用性( u s a b i l i t y ) ：组件必须易于理解和使用； 3 、质量( q u a l i t y ) ：组件及其变形必须能正确工作； 4 、适应性( a d a p t a b i l i t y ) ：组件应该易于通过参数化等方式在不同语境中进 行配置。 5 、可移植性( p o r t a b i l i t y ) ：组件应能在不同的硬件运行平台和软件环境中工 作。 基于组件编程模型的一个主要目标是发挥互操作性，即组件协同工作的能力。 由于组件软件方案要求所有组件定义其接口并展示其可用的功能，只要组件实现了 其接口，且客户程序遵循接口准则，互操作性就解决了。这将大大节约开发、调试 1 3 华北电力大学硕士学位论文 和维护时间，再者，由于组件可独立于应用程序，可以方便地独立发展甚至被替代 为其它性能更好的组件，而不至于因微小的修改而破坏程序其它部分的代码，当然， 应用程序的修改亦不会危及组件的安全。 组件化程序设计方法继承并发展了面向对象程序设计方法。它将对象技术应用 于系统设计，对面向对象程序设计的实现过程作了进一步抽象。我们可以把组件化 程序设计方法用作构造系统的体系结构层次的方法。组件化程序设计方法强调真正 的软件重用和高度的互操作性。它侧重于组件的产生和装配，这两方面一起构成了 组件程序设计的核心。 3 2 组件规范标准 作为组件技术的核心，组件模型是软件工程的新一代逻辑模型。它提供了分布 式计算环境下的可交互操作性实现了最大程度的代码复用，并为软件的维护和升 级提供了一个较好的解决方案。目前国际上己经形成了许多软件组件模型，但真正 将模型实现并形成规范标准的并不多。国际上制定组件实现规范标准的机构有： m i c r o s o f t 公司、对象管理组织o m g 和s u n 公司，它们同时也是分布式对象规范的制 定者。 3 2 1o m g 组织的c o r b a 标准 o m g 组织是一个开放的标准组织，它的任务是规范业界的指导原则制定对象 标准来提供应用开发的通用框架和促进应用软件组件市场的发展。它最著名的标准 是公共对象请求代理结构c o r b a ( c o m m o no b j e c t r e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 和i n t e r n e ti n t e r o r b 协议( i i o p ) 。c o r b a i l o p 是推广可移植的分布式对象的标 准。遵循c o r b a 规范开发出的分布式计算软件环境可以在几乎所有的主流硬件平台 和操作系统上运行。同时，o m g 定义了服务端组件c c m ( c o r b ac o m p o n e n tm o d e l ) ， 即c o r b a 组件模型。它充分借鉴了s u n 的e j b ( e n t e r p r is ej a v a b e a n ) 技术，二 者非常相似，但c c m 保持了c o r b a 的平台无关的特性，不受j a v a 语言的限制。c o r b a 是一个安全性和可靠性都非常好的分布式计算体系结构，它可以用以构造健壮的多 层分布式应用，但c o r b a 对象并不能直接作为w e b 对象而应用于i n t r a n e t ，因而它 需要与其他技术结合使用。 3 2 2s u n 公司的j 2 e e 1 9 9 9 年下半年s u n 公司推出了个完整的开发平台：j 2 e e ( j a v a 2e n t e r p r i s e e d i t i o n ) ，j 2 e e 平台的主要目的是提供一个平台无关、可移植、多用户、安全和标 准的企业级j a v a 服务器端平台。而j 2 e e 的基础就是应用j a v a 语言开发服务器端 组件规范一e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) 。s u n 在发布的e j b 规范中对e j b 的定义是： e j b 是用于开发和部署多层结构的分布式的、面向对象的j a v a 应用系统的跨平台的 组件体系结构。j 2 e e 还定义了企业级应用需要访问的各种中间件服务，包括名字服 华北电力大学硕士学位论文 务、事务服务、消息服务、邮件服务和数据库访问等。为了支持与c o r b a 的互操作， s u n 在传统的r m i ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 的基础上进一步提出了r m i i i o p 协 议，可以与c o r b a 进行无缝隙的互操作。 3 2 3m i c r o s o f t 公司组件技术体系 作为微机操作系统市场的龙头老大微软所推出和支持的组件技术常常会成为业 界推崇的组件标准。 3 2 3 1c o m 规范 c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的英文缩写，作为一种软件 模型不仅提供了程序与程序之间通信的标准，而且c o m 可以使我们改变传统的程 序设计方法。它结合了对象技术和组件技术两种特性，对象特性使得应用系统的设 计和实现更加符合现实世界的实际，c o m 不是一种面向对象的语言，而是一种与源 代码无关的二进制标准。c o m 所建立的是一个软件模块与另个软件模块之间的链 接，当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。 c o m 标准增加了保障系统和组件完整的安全机制，并扩展到分布式环境。 1 、c o m 的主要特点 ( 1 ) 动态链接，使得组件容易被更新，升级。 ( 2 ) 唯一的标志u u i d ，每个组件都应该在全世界有一个唯一的命名来标志它，以 防止有两个同名的组件在系统里面。 ( 3 ) 封装性，隐藏实现的语言，以二进制形式发布，无需再编译，可以不妨碍用 户应用的升级，组件功能与其在网络上的位置无关。 ( 4 ) 版本独立，新版的组件可以和老版的组件共存，相互不影响客户应用程序。 ( 5 ) 无关性，组件开发与开发工具语言无关。开发人员可以根据自己的实际情况 选择特定语言工具或自己所熟悉的语言工具以完成组件开发。 ( 6 ) ，重复利用性，组件通过多种接口有效地实现组件应用的重复性。重复利用性 有3 个方面： ( 7 ) 高效性及易管理性，高效性指组件是二进制代码，运行效率高，对组件的管 理更方便。 2 、c o m 的分类 c o m 组件按照代码模块的结构和代码模块与客户进程之间的关系，可以分为三 种类型：进程内组件，本地组件，远程组件。在w i n d o w s 系统平台上，一个c o m 组件或者是一个d l l ( d y n a m i cl i n k i n gl i b r a r y ，动态链接库) 文件，或者是一个e x e ( 可执行程序) 文件。一个组件程序可以包含多个c o m 对象，并且每个c o m 对象 可以实现多个接口。当另外的组件或普通程序调用组件功能时，它首先创建一个 c o m 对象或者通过其它途径获得c o m 对象，然后通过该对象所实现的c o m 接口 华北电力大学硕士学位论文 调用它所提供的服务。当所有服务结束后，它释放掉对象所占有的资源，包括对象 自身。 3 、c o m 规范的组织方式 c o m 标准包括规范和实现两大部分，规范部分定义了组件和组件之间通信的机 制，这些规范不依赖于任何特定的语言和操作系统，只要按照该规范，任何语言都 可使用；c o m 标准的实现部分是c o m 库，c o m 库为c o m 规范的具体实现提供了一些 核心服务。 用c o m 组件技术来开发企业一级的应用系统，那么m t s ( m i c r o s o f tt r a n s a c t i o n s e r v e r ) 可以为我们提供基本的组件运行和配置环境。m t s 为分布式应用提供了底 层的基础设施，它把应用系统的客户程序与应用组件对象以及各种资源有机地组织 起来。我们也可以把用m t s 搭建起来的应用系统称为m t s 应用。在m t s 应用中，所 有的组件对象都运行在m t s 运行环境中，这些组件对象实现了基本的应用逻辑规则。 由于m t s 把组件对象有组织的管理起来，它的运行环境负责所有并发性处理、资源 管理、安全性管理、环境管理等系统级特性处理，因此开发人员在开发组件对象时 可以忽略这些要素，只需简单地实现基本的应用逻辑规则即可。m t s 应用可以包括 多个m t s 服务进程，每个服务进程运行一个或多个组件对象，所以m t s 应用的每个 组件对象必须是进程内组件对象，它们运行在m t s 服务进程中。在m t s 服务进程中， 除了这些应用组件对象外，m t s 也提供了许多服务，包括线程管理服务、环境管理 服务、资源分发管理等等。m t s 正是通过这种方式来提供各种系统服务的。 m t s 基客户是指最终客户，它不运行在m t s 服务进程中。一般来说，基客户实 现了应用的用户界面。m t s 把最终用户的请求转换成m t s 组件对象所提供的功能服 务。基客户不受m t s 环境限制，所以基客户程序与一般的c o m 客户程序一样，没有 特殊的要求，只要能创建c o m 对象并调用c o m 接口的成员函数即可。m t s 对组件的 管理使用了统一的管理界面一一m t s 管理程序。利用m t s 管理程序，我们可以配置 组件对象，使得相关的一些组件对象运行在同一个服务进程中，并创建一些可分发 的软件包安装到客户机器上；我们还可以配置组件对象的其他一些特性，比如事务 特性、安全特性等。利用m t s 管理程序，我们可以实时检测组件对象的运行状态， 对于调试客户程序很有帮助。 4 、c o m 技术的局限性 c o m 技术本质上仍然是客户n 务器模式。客户( 通常是应用程序) 请求创建 c o m 对象并通过c o m 对象的接口操纵c o m 对象。服务器根据客户的请求创建并管理 c o m 对象。客户和服务器这两种角色并不是绝对的。一般用于开发简单的应用的场 合 1 6 华北电力大学硕士学位论文 3 2 3 2d o o m 规范 由于c o m 技术局限性从而导致了d c o m 技术的产生，也刺激了其他组件技术和规 发的发展。d c o m ( d is t r i b u t ec o m ，分布式组件对象模型) 是基于分布式环境下的 c o m 技术，是对c o m 技术的拓展，它实现了c o m 对象与远程计算机上的另一个对象 之间直接进行交互。d c o m 规范定义了分散对象创建和对象间通信的机制，规范本身 并不依赖于任何特定的编程语言和操作系统，但目前该标准只在m i c r o s o f tw i n d o w s 平台实现，这就意味着其它的操作系统平台( 如u n i x ) 目前还不支持。 d c o m 的实现采用了d c o m 库的形式，当d c o m 客户对象需要d c 0 服务器对象的 服务时，d c o m 库负责生成d c o m 服务器对象并在客户对象和服务器对象之间建立初 始连接，一旦返回