（计算机应用技术专业论文）闭环非常态控制的工作流建模及软件结构研究.pdf

河海大学硕士学位论文 摘要 摘要 工作流管理技术在各行各业已有较为广泛的应用。本文着重将工作流技术应 用于水利领域的水资源配置过程，目的是提高水资源配置系统的效率，特别是应 对突发事件的能力。 目前水资源配置的信息化过程存在着较严重的“技术孤岛”现象，各个功能 模块除了数据关联之外，很少形成物理上的有机联系。水资源配置因水源构成的 不同，过程约束非常复杂，主要有单源单约束、单源多约束和多源多约束三种情 况。当异常事件发生时，不同约束的控制过程的调整不仅耗时，而且，由于传统 的信息系统没有处理异常事件和面对异常事件的变更能力，无法对异常事件实施 干预或干预滞后，结果不是工程毁坏，就是水资源浪费，损失在所难免。 针对水资源配置的上述问题，本文利用统一建模语言( u n i t e dm o d e l i n g l a n g u a g e ，u m l ) 对其过程进行系统的工作流建模，特别针对异常事件，采用事 件驱动( e v e n t - c o n d i t i o n - a c t i o n ，e c a ) 方式实现实时控制。这种处理机制实 现了过程控制与具体事件问的相对独立，便于系统扩展和更新。对于比较复杂的 控制过程，例如多源多约束，进一步采用分层建模方法，既简化了模型，又保证 了层间的相对独立。 为了验证所建模型的正确性，本文先将u m l 模型转化为工作流网，再逐步对 库所和变迁进行合并，实现工作流网的图形化简，最后得到只有一个变迁和一个 库所的自闭环的模型，从而证明模型的正确性。 在过程建模的基础上，论文最后研究并设计了具有异常事件处理能力的水资 源配置工作流管理系统的软件结构，并且实现了软件的功能原型。 【关键词】工作流建模、闭环非常态控制、u m l 、软件结构、工作流网 河海大学硕士学位论文 a b s t r a c t w o r k _ f l o wm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e de v e r y w h e r e t 1 1 i sp a p e r a p p l i e sw o r k f l o wt e c h n o l o g yt oc o n f i g u r i n gw a t e rr a s o u t o gi nd o m a i no fi r r i g a t i o n w o r k si no r d e rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fw a t e rr e s o u r c ec o n f i g u r i n gs y s t e ma n d e s p e c i a l l yt h ec a p a b i l i t yo f d e a l i n gw i t ha e c i d e n t s a tp r e s e n t ，t h ep h e n o m e n o no f “i s o l a t e dt e e h n o - i s l a n d s e r i o u s l ya f f e c to u r i n f o r m a t i o np r o c e s so fi r r i g a t i o nw o r k s ，w h i c hm e a n se a c hm o d u l e sa l es h o r to f r e l a t i o n s h i p sb e s i d ed a t a sr e l a t i o n s h i p s b e c a u s eo f t h ed i f f e r e n c e si nw a t e rr e s o u r c e 。 c o n f i g u r i n gw a t e rr e s o u r c ei sac o m p l e xp r o c e s s ，w h i c hc o u l db ed i v i d e dt ot h r e e e a s e s - s i n g l er e s o u r c ew i t hs i n g l er e s t r i e t i o n ，s i n g l er e s o u r c ew i t hm a n yr e s 幽i 0 1 1 8 a n dm a n yr e s o u r c e sw i t hm a n yr e s t r i c t i o n s w h e na c c i d e n t sh a p p e n , i tw i l lt a k eal o to f t i m et oa d j u s td i f f e r e n tc o n t r o lp r o c e s s e s b e s i d e s ，t h et r a d i t i o n a ls y s t e mi ss h o r to ft h e c a p a b i l i t yo fd e a l i n gw i t ht h ea c c i d e n t sa n dp r o c e s s sc h a n g i n g ，a n dt h e r ei sn o te n o u g h a r t i f i c i a lm a n i p u l a t e n er e s u l ti sn o tt od e s t r o yt h ep r o j e c t b u tt ow a s t ew a t e r r e s o u r c e 耵l ce x p e n s ei si n e s c a p a b i l i t y a c c o r d i n gt ot h ee h a r a e t e r i s t i e su p w a r d s ，f i r s to fa l l ，t h i sp a p e ru s e su m l ( u n i f o r mm o d e l i n gl a n g u a g e ) t ow o r k f l o wp r o c e s sm o d e l i n g e x p r e s s l y , a c c o r d i n g a st h ec h a r a c t e r i s t i e so fc o n t r o l p r o c e s s e s 。t h i sp a p e rm a k e su s eo fe c a ( e v e n t - c o n d i t i o n - a c t i o n ) ，w h i c hc a l li s o l a t et h ec o n t r o l l i n gp r o c e s s e sa n ds p e c i f i c f u n c t i o n a n di ti se o n v e m e u tt oe x t e n da n du p d a t es y s t e m t ot h o s em o r ec o m p l e x c o n t r o l l i n gp r o c e s s e s ，s u c h 鹪m a n yr e s o u r c e sw i t hm a n yr e s t r i c t i o n s t l l i sp a p e rr i s e s l a y e r e dm o d e l i n gm e t h o d ，w h i c hm i g h tm a d et h ew o r k f l o wm o d e l i n gm u c hm o r e s i m p l ea n di n d e p e n d e n t t op r o v et h ec o r r e c t n e s so fm o d e l i n g ，t h i sp a p e rp r o p o s e sam e t h o dw h i c hc a l l t r a n s f o r mu m l m o d e l i n gt ow f - n e t t h e ni tu sam e t h o dt op r e d i g e s tw f n e tb y u n i t ep l a c e sa n dt r a n s i t i o n s a tt h ee n d i ft h em o d e lh a so n ep l a c ea n do n et r a n s i t i o n , t h em o d e l i n gi sc o r r e c t o nt h eb a s eo f p r o c e s sm o d e l i n g ，t h i sp a p e rs t u d ya n dd e s i g n ss o f t w a r es t r u c t u r e o f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mo f w a t e rr e s o u r c ec o n f i g u r i n gw i t ht h ec a p a b i l i t yo f d e a l i n gw i t ht h ea e c i d e n t s ，a n di m p l e m e n ts o f t w a r e sp r o t o t y p e k e y w o r d s w o r k f l o wm o d e l i n g ，c l o s e dl o o pa n da b n o r m a lc o n t r o l ，u m l , s o f t w a r e s t r u c t u r e ，w f - n e t n 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：泣盘蛐劲四年4 - 月2 日 ( 注：手写亲笔签名) 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：璧型蛐 知吖年阜月z日 ( 注：手写亲笔签名) 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 水利是涉及水资源利用和水利工程建设和管理的专门化领域，随着计算机技 术的发展，水利信息化是大势所趋。水利信息化是指水资源和水利工程的管理过 程全部通过数字信息来表达、运作和管理，尤其是要形成从信息源获取信息直至 反馈控制的完整的闭环过程。信息在水利领域中的生命周期一般经历五个阶段， 即信息获取( 采集) 、发送( 传输) 、接收、处理( 包括存储和管理) 和反馈( 各 种应用，如控制、决策支持等) l l j 。 目前水资源配置的信息化过程存在着较严重的“技术孤岛”现象，传统的系 统协调性不好，各个功能模块多处于孤立的状态。 受根深蒂固的“分工”思想的影响，传统的信息系统的设计、开发及应用主 要以利用计算机系统强大的信息处理能力为手段，着重于采集、存储、加工利用 和传播信息。以数据共享来集成各种功能。从而支持不同部门的业务处理1 2 】。传统 的信息系统，其开发技术主要基于部门的职能以及管理层次等方面来设计信息系 统的功能和结构，如数据的采集由采集模块负责，处理由处理模块负责。传统的 水资源配置系统也是如此，系统分为不同的功能模块，但是每个功能模块的之间 缺乏流程控制逻辑关系，各个功能模块缺乏联系，无法体现信息“流”的特征， 导致出现了“技术孤岛”现象 3 1 。 不仅如此，偏重于以数据共享来集成各种功能的传统的信息系统，各功能间 的联系也是直接编写到程序代码中，与功能代码相互混杂。这样一来，系统的控制 逻辑变得模糊，系统功能的实现也更为复杂，企业的业务流程稍有变化，将导致程 序代码的重新编写，从而使系统的可靠性、稳定性及对外界兼容性的下降。 此外，系统的实际应用中常常会遇到一些异常情况，系统没有处理异常和进 行变更的能力，以及缺少对过程的入工干预和补救措施等。当异常事件发生对。 不同约束的控制过程的调整不仅耗时，而且，由于传统的信息系统没有处理异常 事件和面对异常事件的变更能力，无法对异常事件实施干预或干预滞后，结果不 是工程毁坏，就是水资源浪费，损失在所难免。这种控制过程的调整如何快捷、 有效地转化为程序的执行，目前还没有有效的方法，也没有相应的控制软件。 基于信息系统缺乏对企业业务流程的支持和管理功能，越来越多的人开始运 用工作流技术来研究解决这些问题。工作流是一种企业流程认知论，它是企业中 数据流、信息流、流程流、协作流、资源流等各种要素流的综合集成【4 1 。工作流 技术是一种能够支持过程建模、过程重组以及过程自动化的技术，该技术以信息 集成为基础，以过程控制为中心，对有关的物质过程和信息过程进行统一的管理 河海大学硕士学位论文第一章绪论 和控制，从而支持组织的行为和目标【5 1 。工作流技术通过对流程的识别来识别相 应的功能和数据，将经营过程的控制逻辑和具体实现功能及使用的数据之间实现 分离，使得二者相对独立1 6 1 。运用工作流技术设计出的信息系统，不仅具有强大的 信息处理能力，更强调了企业的业务流程，从而解决了传统的信息系统缺乏对企 业业务流程的支持、管理和控制的问题。 此外，工作流技术有一个显著的特点就是可以改善软件变更的能力。使用工 作流技术可以比较容易的根据实际的情况，改变固有的流程。当出现特别的情况 时，只需要利用工作流管理系统中的工作流建模工具，新建一个过程模型，由工 作流引擎调用这个过程，即可应付无法预知的情况，满足了水资源配置的灵活、 动态的实时需求。 因此，将工作流技术应用于水资源配置系统，可以有效避免“技术孤岛”现 象，协调性更好，流程的变更更加容易，应用的效益更高。由此可见，将工作流 技术应用于水利领域有一定的研究意义和研究价值，本文主要针对水资源配置工 作流的建模和工作流管理系统的软件结构两个方面展开研究。 1 2 研究现状 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有 固定程序的活动而提出的一个概念，其目的是通过将工作分解成定义良好的任 务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高 办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标。 2 0 世纪8 0 年代中期，在计算机网络技术和分布式数据库迅速发展的基础上， 工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的手段。八十年代中期， f i l e n e t 、v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早的一批工作流 产品供应商1 7 ) 。f i l e n e t 公司于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o w b u s i n e s ss y s t e m ，v i e w s t a r 公司于1 9 8 8 年推出的a c t i o n t e e h n o l o g y ，便是其中的典型代表 s l 。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机网络技术的迅速发展，特别是在i n t e r n e t 应 用日益普及的情况下，集中式信息处理的时代即将成为过去，取而代之的将是大 规模的异构分布式信息处理与应用执行环境唧。工作流管理系统也由最初的创建 无纸办公环境，转而成为同化企业复杂信息环境、实现业务流程自动执行的必要 工具。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立 标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品之间的互 操作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口( w a p i ) 等 方面制定了一系列标准。 2 河海大学硬士学位论文 第一章绪论 不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义。 w f m c 给出的工作流定义是：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营 过程。它根据一系列过程规则，使得文档、信息或任务能够在不同的执行者之间 进行传递与执行。这种用活动及活动之间变化的过程表示的业务流程就是工作流 f 2 】。 工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计 算机中预先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执行。 为了对工作流管理系统的开发起到指导的作用，工作流管理联盟( w 埘c ) 给 出了工作流管理系统的一个通用框架一一工作流参考模型，如图1 1 所示。 图l1w f m c 的工作流参考模型 w f m c 的参考模型定义了工作流的五大接口 接口1 ：过程定义数据，以及过 程定义数据的转换规范接口；接e 1 2 ：支持不同工作流管理系统间协同工作的接 口；接11 3 ：支持与各种不同i t 应用程序交互的接口；接1 ：3 4 ：支持与用户交互的 接口；接1 二1 5 ：提供系统监视，以及标准功能来简化复合工作流应用环境管理的 接口。 当前，有关工作流管理系统的研究与开发主要集中在建模、分析、事务管理、 互操作等几个方面。 建模：工作流管理系统的最重要的功能之一就是工作流建模。这方面的主要 成果可参见文献【lo 】一 1 2 】。 分析：为了进行分析，需要使用仿真和一些形式化验证技术。在形式化方面， 也已经有了不少的分析方法，这些方法主要针对p e t r i 网，但是这些分析方法仍不 够完善，需要进一步的研究发展，参见文献 1 3 - - 1 5 。 事务管理：研究如何实现高级事务处理技术与工作流管理技术的结合，用定 义良好的模型语义与恢复机制来提高工作流管理系统的正确性与可靠性，从而能 够更好地支持企业复杂的业务过程。 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 互操作性：其研究重点在于那些单独描述却需要互相支持的工作流之间的交 互作用和并发性【1 6 1 。 同步协作：某些环节的任务可能需要多个用户的实时协作才能更有效的完成 1 7 1 。为提供这种能力，可以从两个不同的方面入手，首先可以提供使多个用户 能够按同步协作的方式完成工作流形式化定义的能力；另一方面允许在活动执行 时由多个用户同时协作完成【l 们。 由于工作流建模直接影响到整个工作流管理系统的正确性与执行效率等关 键问题。同时，工作流技术在水资源配置领域的应用基本还处于空白，所以本文 将从建模的角度开始展开研究，进而对适用于水资源配置工作流管理系统的软件 结构展开研究。 工作流过程模型理论基础的研究还不成熟，在建模方法上还没有形成比较系 统的理论体系，这与过程建模缺乏统一有效的理论基础有关。 基于语言行为理论的工作流过程模型突出客户与执行者两个角色之间的语 言行为交互和承诺( c o m m i t m e n t ) l l9 j ，一定程度上克服了传统工作流过程模型把 注意力集中于活动及其逻辑关系，忽视了参与者之闻的交互。从本质上讲，这种过 程模型仍属于以活动为中心的建模方法，而且因兼顾活动和角色交互可能使过程 的描述复杂化，不便于大型，尤其是跨组织工作流的描述。 从协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 2 0 l 研究的角 度来看，工作流管理系统是一种形式化、结构化协作的群件系统。工作流的日益 分布化和复杂化，导致工作流建模是一个群组协作的过程。这需要借助c w c s 理论 来协调建模者的行为。 协同理论研究如何管理一组协同活动之间的相关性，它和工作流的本质是相 符合的。如范玉顺等人【2 1 1 在协调理论和反馈控制思想指导下，通过引入协调等机 制，拓宽了工作流过程模型的表达能力。 在众多的过程建模方法中，p e t r i 网是一种图形语言，可直观地反映并行、同 步和共享等现象，适合描述具有并行行为或操作的系统。p e t r i 网的另一特点是具 有精确的语义和严格的数学基础，其理论结果十分丰富。p e t r i 网模型把系统的组 成部件看成是分离的物理实体，并有自己的独立活动。尽管传统的p e t r i 网还难以 直接用于工作流过程模型的建立，但它的高级变种( 有色网、时间网、层次网、对 象网等) 却能描述和分析复杂的过程磁l 。p e t r i 网变种( 高级p e t r i 网) 用来建模也 是工作流过程模型研究的一个热点。如牛军钰等人圜采用基于p e t r i 网技术的功 能网( f u n c t i o nn e t ) 构造工作流过程模型，可通过该模型的形式化来验证其逻辑 正确性及完整性。而李慧芳剀为工作流网元素扩展时间属性，得到集成业务过程 时间约束的工作流模型时间约束工作流网( t c w f 2 n e t s ) ，以保证工作流执行的时 间协调。由于各种理论都有自己的适用范围，因此针对工作流具体情况结合使用 4 河海大学硕士学位论文第一章绪论 多种建模理论是f l 前工作流过程模型常采用的措施。 因此，本文所做的研究也是针对水资源配置的具体情况，研究适合水资源配 置特点的工作流建模方法。 总体上讲大多数工作流过程模型在形式化语义、可视化、易修改性和描述的 全面性等方面难以均衡，健壮性和柔性不足瞵】。 具体来讲，工作流过程模型还缺乏一种支持过程定义以及过程分析的形式化 数学模型。传统的工作流过程模型由于模型的刚性较强，因此比较适合结构化的 工作流。然而，现实中的很多业务过程的重复性不是很强或没有重复性。另外， 工作流运行的过程中也可能存在不确定因素，正如本文所要讨论的非常态控制的 问题，执行过程所需的活动参数事先无法确定，同时在执行过程中还可能会发生 异常的情况，这些都是传统缺乏柔性的工作流所无法解决的问题，也是本文试图 解决的问题。 1 3 论文内容 ( 1 ) 针对水资源配置系统的特点，分析了水资源配置的过程，针对常态情况 ，和非常态情况的处理过程，归纳出单源单约束、单源多约束和多源多约束三种物 理过程。 ，( 2 ) 以u m l 为工具，采用事件驱动和分层机制对水资源配置系统的三种物理 过程进行工作流建模。 ( 3 ) 将u m l 模型转化为工作流网，再逐步对库所和变迁进行合并，实现p e t r i 网的图形化简，最后得到只有一个变迁和一个库所的自闭环的模型，从而证明模 型的正确性。 ( 4 ) 在过程建模的基础上，论文最后研究并设计了具有异常事件处理能力的 水资源配置工作流管理系统的软件结构，并且实现了软件的功能原型。 1 4 论文组织 论文共分六章。 第一章绪论：主要介绍选题的背景、研究现状及存在问题，然后针对性地 导出论文的内容，以及在此领域中的贡献。 第二章水资源配置的物理过程与分析：水资源配置主要有单源单约束、单 源多约束和多源多约束三种物理过程。这一章主要按照常态和非常态两种状况对 三种过程进行了水资源配置过程分析和流程描述，为第三章建模提供依据。 第三章水资源配置工作流建模：这一章以第二章的物理过程为基本对象， 使用u m l 的用例图、活动图、状态图和序列图来描述工作流过程模型，其中的分 河海大学硕士学位论文第一章绪论 层建模方法，增强了模型的易修改性。 第四章水资源配置工作流模型的验证：为了验证所建模型的正确性，这一 章先将第三章建立的用u m l 描述的过程模型转化为工作流网，再逐步对库所和变 迁进行合并，实现p e t r i 网的图形化简，最后得到只有一个变迁和一个库所的自 闭环，从而获得模型的正确性证明 第五章水资源配置工作流管理系统软件原型：这一章通过对水资源配置工 作流系统的设计与原型化实现，实例化地说明了经过第四章验证的模型在实际运 用上的可行性。 第六章：总结与展望：总结全文并提出进一步的工作。 6 河海大学硕士学位论文 第二章本资源配置的物理过程与分析 第二章水资源配置的物理过程与分析 2 1 水资源配置的特点 信息在水利领域中的生命周期一般要经历五个阶段，即信息获取( 采集) 、 发送( 传输) 、接收、处理( 包括存储和管理) 、反馈( 各种应用，如控制、决策 支持等) 。这是一个连续的过程，一个相互联系和相互制约的过程。水资源配置 是从水情数据的获取、发送、接收、处理，直到最后的反馈，从而影响上一时段 的水情。这一过程是通过闸门的启闭实现对输水渠道进水流量的调整来控制的。 与此同时，闸门开启高度又由流量( 供水需求) 决定，这就构成了一个连续、相 互影响的闭环控制过程。 在水资源配置和电力系统调度等领域，信息流的闭环特性非常突出，实际例 子也很多。现实中还存在很多多源、多约束闭环控制过程，情况则更为复杂，可 以呈三维状态分布以及嵌套递归。但是，实际应用中以“单源多约束”情况为最 常见。 控制过程一般分为常态控制和非常态控角4 两种。对于常态控制，其过程是可 以预知的，也就是说，可以按事先设定好的计划执行。但是，在常态控制过程中 常常会遇到不可预知的事情发生，比如，异常气候( 包括严重旱情、瞬间降雨、 瞬间多发降雨等) 和特殊社会要求( 包括水污染、洪水控制、非常态应急调水等) ， 针对这种不可预知事件所实施的控制称为非常态控制，它必须通过人为干预来解 决。 现在的水利信息系统设计多是基于信息流的。信息既是信息系统处理的对 象，又是处理结果的表征，信息的演化过程就是信息系统的工作过程。水利信息 化就是指管理过程全部通过数字信息来表达、运作和管理，尤其是要形成从信息 源获取信息直至反馈控制的完整的闭环过程。 由于传统的信息系统缺乏对企业业务流程的支持和管理，越来越多的人开始 运用工作流技术来研究解决这些问题。工作流是一种企业流程认知论，它是企业 中数据流、信息流、流程流、协作流、资源流等各种要素流的综合集成。运用工 作流技术设计出的信息系统，不仅具有强大的信息处理能力，更强调了企业的业 务流程，从而解决了传统的信息系统缺乏对企业业务流程的支持、管理和控制的 问题。这也是传统水资源配置系统中存在的问题。在水资源配置过程中使用工作 流技术，可以使水资源配置的控制过程逻辑清楚，系统的协调性更好，应用的效 益更高。此外，工作流技术有一个显著的特点就是可以改善软件变更的能力。工 作流可以比较容易地根据实际情况，改变固有的流程。当出现异常的情况时，只 7 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 需要利用工作流管理系统中的工作流建模工具，新建一个过程模型，由工作流引 擎调用这个过程，即可应对无法预知的事件，满足水资源配置的灵活、动态的实 时需求。 2 2 单源单约束的水资源配置 水资源配置中最简单的情况是单源单约束系统，即单独控制一个闸门。单源 指的是在该闸门上游只有一个水源点，即该控制点没有接受补给或补给别的水源 控制点。单约束是指一种比较理想的情况，周围没有别的控制点影响该控制点， 其过程如图2 1 所示。 图2 1 常态的水资源配置过程 以上水资源配置的过程是一个闭环的控制过程。但是，在所有的工作流过程 建模中，都必须有一个开始状态和一个结束状态。 为了解决这一问题，可以把图2 1 的水资源配置过程分解成两个的过程。一 个过程是根据渠道的用水需要，计算出相应的闸位值，然后通过传感器读取当前 的阐位值，比较两个闸位值，如果相符就不需要调节，该过程结束；如果不相符， 则需要通过闸位控制器对闸门进行相应调整，即常态控锖过程。 另一个过程是，当水位发生变化时，比较水位是否需要调节，如不需要，该 过程结束；如需要，则通过流量计算相应的闸位值，然后由闸位控制器对闸门进 行调节。实际应用中会遇到非正常的情况，如需要调节水位时，需要等待人的决 策，所以在过程中也需要加入人的决策这一活动。当出现非常态时，由人来决定 闸位的高低，以应付实际应用中各种复杂的情况，即非常态的控制过程。 8 河海大学硕士学位论文第二章水资源配置的物理过程与分析 为了实现闭环的控制，通过工作流引擎反复调用执行这两个过程，就可以解 决闭环控制的问题。 根据水资源配置过程的特点，在实现过程控制逻辑和具体功能逻辑相对独立 的过程中，本文主张采用事件驱动( e v e n tc o n d i t i o na c t i o n ，e c a ) 的方式，只 有当a 事件发生时才调用h 流程，否则将跳过a 流程。这样就可以实现过程控制与具 体功能间的相对独立，方便系统进行扩展和更新。 2 3 单源多约束的水资源配置 如果仅考虑千渠和支渠两级体系，并把约束分为单源多约束和多源多约束两 种情况，则水资源配置共有六种物理模型，即单源多约束非常态事件发生于支渠 上，单源多约束非常态事件发生于干渠上；多源多约束非常态事件发生于补给渠 的支渠上，多源多约束非常态事件发生于补给渠的干渠上，多源多约束非常态事 件发生于被补给渠的支渠上，多源多约束非常态事件发生于被补给渠的干渠上。 所谓单源多约束即单源表示只有一个水源控制点，多约束表示水系中有多个 控制点，且相互影响和制约。 在一个在单源多约束渠系中，为了便于闸门的调节，需要将水系中所有闸门 编号，以便从上游至下游顺序控制。假设源头闸门的编号为0 ，从上游向下，第 一个节制闸编号为1 ，节制闸所在的支渠上的分水闸，从上游至下游顺序编号为 卜1 ，卜2 ，以此类推，第二个节制闸编号为2 ，节制闸所在支渠上的分水闸 依次编号为2 - 1 ，2 - 2 ，如图2 2 所示。 图2 2 单源多约束物理模型 9 河海大学硕士学位论文第二章水资源配置的物理过程与分析 2 3 1 常态控制 常态控制即根据计划的用水需要分配水资源。这时，水资源配置过程是定时、 定量进行的。首先根据用水计划计算出整个渠系所有的闸位值，从源头控制点开 始，从上游至下游读取闸位传感器当前的闸位值，比较两个闸位值，若相同，则 调节下一个闸门；若不同，则调节该闸门开度，然后再调节下一个闸门的开度。 2 3 2 非常态控制 非常态是指水系中出现事先不可预知的突发情况，这时不能用常规流程进行 控制。非常态定义为事件发生点所在的渠段正在通水( 上游所有的节制闸为开状 态，所有的分水闸为开状态或为部分开状态或全部为关状态) ，事件可能是渠道 堵塞或溃决。事件可以通过水位传感器读取的水位来判断，水位短时间内快速升 高或降低，并超过正常值即为非常态。 根据水资源配置的特点，可以归纳出各种非常态出现的情况。本文列举出了 所有的非常态出现的情况，归纳出各种非常态出现时的控制流程，以处理非常态 的控制问题。不同的非常态事件发生地点，有不同的控制过程和控制对象，由此 来解决非常态的控制问题。 非常态控制过程可以分为两种情况： 第一种情况为，事件发生在支渠上，物理模型如图2 3 所示。 图2 3 单源多约束中事件发生于支渠的物理模型 当非常态事件发生时，马上关闭离非常态事件发生点最近的上游控制点( 因 为雍水有一个时间过程，当然最好能建立雍水过程的时间、水位关系曲线，确定 控制时间要求，并计算水量损失) ，同时搜索渠系中所有的状态为开的控制点( 包 l o 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 括干渠和支渠上的节制闸和分水闸，不包括事件发生点所在支渠的下游控制点) 。 启动水资源配置系统，扣除离非常态事件发生点最近的上游控制点的引用水 量后( 因为已关闭) ，重新计算各个控制点的闸门开度，事件发生点下游控制点 不计算。 先调整源头控制点的开度，再逐级调整下游控制点的开度。事件发生点所在 支渠的下游控制点不调整。 第二种情况，非常态情况发生在于渠上。其物理模型如图2 4 所示。 幽2 4 单源多约束中事件发生于干渠的物理模型 当干渠上发生非常态事件时，它的处理过程和非常态事件发生在支渠上的控 制过程类似。不同之处在于，需要重新调节的闸门是除了干渠事件发生点下游的 渠系中所有闸门控制点。 本文第三章根据这两种情况归纳出一个通用的控制过程，并以此设计工作流 管理系统。它可以根据事件发生点的位置来决定具体的控制对象和控制过程，因 此，降低了软件实现的复杂性。 2 4 多源多约束的水资源配置 多源多约束是水资源配置中比较复杂的情况，与单源多约束的不同之处在于 水系中有两个以上的源头控制点，且一个水系接受另一个水系的补给。本节先以 两个源头为例，分析水资源的配置过程。如图2 5 所示，左边水系在接受自身水 源供给的同时，还接受右边水源的补给。 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 袭示 2 4 1 常态控制 图2 5 多源多约束物理模型 多源多约束的常态控制过程与单源多约束的常态控制过程类似，不再重复讨 论，这一节主要分析多源多约束的非常态控制过程。 2 4 2 非常态控制 多源多约束的非常态控制过程可以分为四种情况讨论。 第一种情况，事件发生点位于支渠上，但该支渠所属的干渠不接受其他水源 的补给( 如图2 5 中的右边渠系) 。该情况的物理模型如图2 6 所示。 图2 6 多源多约束中事件发生在补给渠的支渠的物理模型 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 当出现图2 6 所示的非常态情况时，马上关闭离非常态事件发生点最近的上 游控制点( 因为雍水有一个时间过程，当然最好能建立雍水过程的时间、水位关 系曲线，确定控制时间要求并计算水量损失) ，同时搜索本渠系中所有的状态为 开的控制点( 包括干渠和支渠上的节制闸和分水闸，不包括事件发生点下游的控 制点) 启动水资源配置系统，扣除离非常态事件发生点最近的上游控制点的引用水 量后( 因为已关闭) ，重新计算本渠系各个控制点的开度( 包括向其他渠系输水 的控制点) ，其他渠系( 如左边渠系) 的控制点不要重新计算。 先调整本渠系的源头控制点的开度，再逐级调整下游控制点的开度。事件发 生点下游的控制点不调整。 第二种情况，事件发生点位于干渠上，但该于渠不接受其他水源的补给，其 物理模型如图2 7 所示。 图2 7 多源多约束中事件发生在补给榘的干渠的物理模型 事件发生时，控制过程和本节非常态事件发生于补给渠的支渠的控制过程类 似。先关闭最近的上游控制点，再进行相关计算。不同之处在于，重新配置水资 源后需要调节的闸门不同。 先调整本渠系源头控制点的开度，再逐级调整下游控制点的开度( 如果向其 他渠系补给水源的控制点位于事件发生点的上游，则该控制点需要调整开度：如 果位于下游，则其他渠系，如左边渠系的所有状态为开的控制点开度都要调整) 。 事件发生点下游的控制点不调整。 第三种情况，事件发生点位于支渠上，但该支渠所属的干渠要接受其他水源 的补给( 如图2 8 中的左边渠系) ，其物理情况如图2 8 所示。 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 非常态 件发生 图2 8 多源多约束中事件发生在被补给渠的支渠的物理模型 事件发生时，控制过程和本节非常态事件发生于补给渠的支渠的控制过程仍 然类似。先关闭最近的上游控制点，再进行相关计算。不同之处在于，重新配置 水资源时需要调节的闸门不同。 启动水资源配置系统时，需要扣除离非常态事件发生点最近的上游控制点的 引用水量后，重新计算本渠系以及向本渠系供水的其他渠系的各个控制点的开 度。 之后，同时调整本渠系源头控制点和向本渠系供水的其他渠系的源头控制点 的开度，再逐级调整下游控制点的开度( 向本渠系供水的其他渠系的各控制点也 要调整开度) 。事件发生点下游的控制点不调整。 第四种情况，事件发生点位于干渠上，但该干渠要接受其他水源的补给( 如 图2 8 中的左边渠系) ，其物理模型如图2 9 所示。 图2 9 多源多约束中事件发生在被补给渠的干渠的物理模型 1 4 河海大学硕士学位论文 第二章水资源配置的物理过程与分析 事件发生时，控制过程和本节非常态事件发生于补给渠的支渠的控制过程类 似。先关闭最近的上游控制点，再进行相关计算。不同之处也是重新配置水资源 时需要调节的闸门不同。 启动水资源配置系统时，应扣除离非常态事件发生点最近的上游控制点的引 用水量后，重新计算本渠系以及向本渠系供水的其他渠系的各个控制点的开度。 之后，同时调整本渠系源头控制点和向本渠系供水的其它渠系的源头控制点 的开度，再逐级调整下游控制点的开度( 向本渠系供水的其他渠系的各控制点也 要调整开度) 。事件发生点所在渠系的下游控制点不调整。但是，如果向本渠系 供水的其它渠系的输水道位于事件发生点下游时，则供水渠系的各个控制点开度 和事件发生点下游属于本渠系的控制点开度也要调整。因为不调整的话，向本渠 系供水的渠系仍然按照原来的方案供水，但是，由于事件发生点所在的渠系已经 调整开度，所以向本渠系供水的渠系的控制点开度也要调整，否则，水资源配置 就不合理了。 与单源多约束一样，第三章根据这四种情况归纳出一个通用的控制过程，并 以此设计多源多约束的水资源配置工作流管理系统。它同样可以根据事件发生点 的位置来决定具体的控制对象和控制过程，使多源多约束的非常态处理过程的软 件结构变得简单了。 2 5 复杂多源多约束的水资源配置 如果广义地考虑多源多约束的水资源配置过程，则存在两个以上源头控制点 的情况，其物理模型如图2 1 0 所示。 图2 1 0 复杂的多源多约束物理模型 在该物理模型中，图2 。1 0 中右边的渠系补给左边的水系，一级一级补给下来， 相互影响。可以将它们看成一个一个分开的渠系，即多个单源多约束的渠系来考 虑。 河海大学硕士学位论文第二章水资源配置的物理过程与分析 根据上文的分析，可以很容易的推出，如果是常态的控制，即根据用水需要 进行水资源配置的情况，则是从图2 1 0 的1 号水系开始，从右至左，2 号，3 号，n 号，一级一级渠系配置下来，每一个渠系的配置过程都是相同的。 如果发生非常态事件，则在关闭离事件发生点最近的闸门控制点之后，依次 ( 1 号渠系，2 号渠系，) 重新配置所有渠系的各个闸门控制点，再依次( 1 号渠系，2 号渠系，) 调节闸门，每一个渠系的配置过程都是相同的。 2 6 本章小结 本章主要分析了水资源配置的过程，从简单的单源单约束一个闸门的情况， 到较为复杂的单源多约束，多源多约束，复杂多源多约束的情况，做了具体的分 析，给出了常态情况的处理过程，和出现非常态情况处理的过程，为第三章的建 模工作奠定了基础。 1 6 河海大学硕士学位论文 第三章水资源配置工作流建模 第三章水资源配置工作流建模 3 1 工作流模型 3 1 1 基本概念 模型是用文字、图表、符号、关系式以及实体模型等描述所认识到的客观对 象的一种简化表示形式，它是人们为了研究和解决客观世界中存在的问题而对客 观现实所作抽象的结果。简单的说，模型就是所描述客观对象的抽象表示。 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示。工作流 模型的功能是将现实业务过程模型转换成计算机化的形式，并在此基础上完成工 作流的运行和管理( 其中包含过程模型的仿真和优化) 。作为整个管理系统的基础， 工作流模型的实质是可以在计算机上执行并从中分析其性能优劣的过程模型。 工作流模型建立阶段的功能主要是完成经营过程的计算机化定义。在这个阶 段，利用一个或多个建模技术与工具，完成实际的经营过程到计算机可处理的形 式化定义的转化。所得到的定义通常可称为过程模型、过程模版、过程元数据或 过程定义。因此，在工作流建立阶段主要完成过程建模工作。在w f m c 定义的工 作流管理系统中，将过程建模得到的结果称为过程定义。这章主要针对水资源 配置过程，研究其过程建模的方法。 过程建模是经营过程分析与经营过程重组的重要基础。过程建模主要解决如 何根据过程目标和系统约束条件，将系统内的活动组织为适当的经营过程的问 题。 目前有很多方法可以用来进行工作流过程模型的定义与描述，过程建模方法 学研究的主要内容和目的是为过程建模提供一套完整有效的描述经营过程的建 模语言。一个好的模型应该具有好的描述能力、并且易于修改和使用，还要具备 处理各种可能发生的例外和异常的能力口q 。理想的工作流模型除了应该支持完 整的工作流概念定义，为建模用户提供定义工作流所需要的组件或元素等主要特 性外，还应该能够清楚地描述任意业务情况下的工作流，适应用户在建模过程中 所提出的新的要求，即工作流描述能力要强，可以描述清楚几乎所有的业务流程 类型。然而，到目前为止，人们虽然提出7 不少有意义、有见解的工作流模型， 但从模型的能力上看，距离这一理想情况尚很遥远【6 1 。 河海大学硕士学位论文第三章水资源配置工作流建模 3 1 2 工作流元模型和形式化定义 工作流管理联盟为工作流建模定义了一个元模型【2 l ，如图3 1 所示。元模型， 一般是指描述模型的模型，它是用来描述工作流模型内在联系的模型。元模型可 以描述工作流模型内部包含的各个对象、对象之间的关系及对象的属性，因此有 利于建立可在多个工作流产品之间交换信息的模型。 图3 1 过程定义元模型 ( 1 ) 工作流定义：它一般包含诸如工作流模型名称、版本号、过程启动和 终止条件、系统安全、监控和控制信息等一系列基本属性。 ( 2 ) 活动：活动的主要属性有活动名称、活动类型( 原子级活动、子流程 等) 、活动的前后条件、调度约束参数等。活动相应于企业经营过程中的任务， 主要反映完成企业经营过程需要执行哪些功能操作。 ( 3 ) 转换条件：转换条件负责为过程实倒的推进提供导航依据，主要参数 包括工作流过程条件( 过程向前推进的条件) 、执行条件( 执行某个活动的条件) 、 通知条件( 通知不同用户的条件) 。 ( 4 ) 工作流相关数据：工作流引擎根据工作流相关数据和转换条件进行