（计算机应用技术专业论文）鞍钢铁运公司电务供电实时监控系统的设计实现.pdf

豆宁科技大学硕士论文摘要 摘要 鞍钢铁路运输公司是鞍钢集团直属大型物流企业，是鞍钢生产工艺的重要组成 部分。公司下设运输总站、机车厂、电务修建公司三个厂级单位。 鞍钢铁运公司电务供电实时监控系统是为鞍钢铁路运输公司设计和开发的。电 务供电监控系统是一种能够为电务调度人员提供当前时刻和任意时刻供电线路的信 息状况，及时准确的进行信息的统计汇总，以图形的方式实现信息可视化的系统。 本系统实时性强，可靠性好，数据共享程度高。本文从软件工程的角度出发，在传 统三层软件体系结构的基础上，使用了一种四层软件体系结构模型。同时通过两种 结构的对比，分析了三层软件体系结构的缺陷和不足，阐述了四层软件体系结构的 优势。同时在此结构基础上，运用u m l 技术、图形建模技术、数据库技术、网络 通讯等技术构建系统。此外，还设计实现了信号采集接口，阐述了电路元件图形建 模和图形可视化的设计实现过程，并且归纳了电路元件的判断带电算法。满足了系 统对实时性，灵活性，信息的准确性，使用方便性的要求。彻底地改变了工作人员 劳动强度高、信息收集实时陛差、信息处理手段落后不及时、系统资源的配置和使 用不尽合理得不到应有的优化等落后状态。 关键词：四层结构；电务监控；u m l 辽宁科技大学硕士论文 a bs t r a c t a b s t r a c t t h er a i l a g ec o m p a n yo fa r l s h a ni r o n s t e e lg r o u pc o r p o r a t i o ni sas u p e rl a r g e s t a t e o r b e dm a t e r i a lc i r c u l a t i n ge n t e r p r i s e t h em a j o rt r a n s p o r t i n gs t a t i o n , t h e l o c o m o t i v ef a c t o r ya n dt h ee l e c t r l e i t yw o r kc o m p a n ya r et h ec e n t r a ld e p a r t m e n to ft h e r a i l a g ec o m p a n y t h er a i l w a ye l e c t r i c i t ym o n i t o r i n gs y s t e mi sd e s i g n e df o ra i s c t h em o n i t o r i n g s y s t e mi st h a to n e k i n dc a no f f e rp r e s e n tm o m e n ta n di n f o r m a t i o ns t a t ei ns u p p l yl i n eo f a r b i t r a r ym o m e n t t od e p l o y m e n tp e r s o n n e lo ft h ee l e c t r i ca f f a i rt os u p p l yp o w e ri ne l e c u i c a f f a i r t l a e8 c c u i a t es t a t i s t i c ss u m m a r yw h i c hc a l t i e so l li n f o r m a t i o n ，姚et h es y s t e m w i t hv i s u a li n f o r m a t i o nb yt h ew a yo ff i g u r ei nt i m e o r i g i n a l a ys y s t e m a t i cr e a l - t l m e c h a r a c t e ri ss t r o n g , d e p e n d a b i l i t yi sg o o d , a n dt h ed a t as h a r et h ei a t e n s i t yh i g h o n e s t r u c t u r a lm o d e lo fak i n do ff o u r - l a y e rs o f t w a r es y s t e mh a sb e e nu s e df r o mt h e 柚垂eo f t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gb a s eo i lt h et h i e c - l a y e rs o f t w a r es y s t e m t h r o u g ht h ec o n 仃a s to f t w ok i n d so fs t r u c t u r ea tt h e , s a m ot i m e ，a n a l y z e dd e f e c ta n dd e f i c i e n c yo ft h es y s t e m s t r u c t u r eo fs o f t w a r eo ft l a r e e - l a y e r s ，h a v ee x p l a i n e dt h ea d v a n t a g eo ft h es y s t e ms t l 3 1 e t u r c o fs o f t w a r eo ff o u r - l a y e r s t h eu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，f i g u r em o d e l i n g , n e t w o r k i n g c o m m u n i c a t i o na n dd a t a b a s ea r et h em a i nt e c h n o l o g yi nt h es y s t e m0 1 1t h ef o u r - l a y e r f l - a 1 3 e 3 eb a s i s i na d d i t i o n ，h a v ea l s od e s i g n e da n dr e a l i z e dt h es i g n a la n dg a t h e r e dt h e i n t e r f a c ea n de x p l a i n e dt h ev i s u a ld e s i g no fc i r c u i tc o m p o n e n tf i g u r em o d e l i n ga n df i g u r e r e a l i z e st h ec o h r s i ：，a n dh a ss u m m e du pt h ej u d g m e n t se l e c t r i f i c a t i o na l g o r i t h mo ft h e c o m p o n e n to ft h ec i r c u i t r e a lt i m e ，a g i l i t y , n i c e t ya n dc o n v e n i e n c ea r et h et r a i to ft h e s y s t e m i tt r a n s f o r m e dt h e s t a t u sw h i c hh a di n t e n s i t yw o r k i n g , l o we f f i c i e n c yo f i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n du n e n l i g h t e n e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , u n r e a s o n a b l e e m p l o y i n go f r e s o u r c et oao p t i m i z es t a t u s k e y w o r d s ：f o u r 1 a y e r ；e l e c t r i c i t ym o n i t o r i n g ；u m l i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取待的研究成果。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，也不包含为 获得辽宁科技大学或其它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己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：添凰 日期：巡：兰：17 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：诵只导师签名：孑嫩 日期：也立：三、 辽宁科技大学硕士论文第一章绪论 1 。1 系统开发背景 第一章绪论 鞍钢铁路运输公司是鞍钢集团直属大型物流企业，公司主要承担鞍钢原燃材料 输入、产成品输出及部分主体厂矿工序链接任务，同时也为市政部分单位提供运输 服务，是鞍钢生产工艺的重要组成部分。公司始建于1 9 4 8 年，为鞍钢的发展做出了 巨大贡献。公司下设运输总站、机车厂、电务修建公司三个厂级单位，机关分设生 产经营处、设备处、办公室、党委工作部、物资行政处、劳资教育处和工会等7 个 职能处室，为直线职能部门制组织结构。公司在职职工3 4 6 7 人，拥有固定资产原值 1 2 1 5 亿元。 公司主厂区位于鞍钢东南，建国路西侧，厂区占地面积4 0 余平方公里。所属运 输总站为货运行车组织实体，为鞍钢和市政1 3 0 多个工矿企业服务；机车厂主要为 铁路运输生产提供牵引动力和车辆等设备，同时具备电力机车、内燃机车大中修能 力：电务修建公司是公司电力、电路、通讯、信号设备的维护、检修单位，具有三 级铁路电务工程施工能力。 本文所设计的电务供电实时监控系统是为鞍钢铁路运输公司所属的电务修建公 司开发的。该系统涉及面广、结构复杂、信息采集点多、现场作业信息动态变化情 况及现场作业情况极为复杂。使得现行的人工处理系统处于工作人员劳动强度高、 信息收集实时性差( 依靠人工电话方式) 、信息处理手段落后( 手工绘制各种图表) 、 信息处理不及时( 传递信息采用随机车传递方式、实时性差) 、系统资源的配置和使 用不尽合理，得不到应有的优化等落后状态。 鞍钢铁运公司电务修建公司目前的作业方式是手工作业，手工绘制各类作业图 表；所有作业信息均通过电话和随机车运行传递。这使得作业图表绘制量大，信息 量不够充分，解读图表困难，信息传递的速度太慢，出错率高，劳动强度加大。而 且使得调度人员难以把精力集中到研究如何有效的提高工作效率上来，信息化势在 必行。 电务供电监控系统是一种能够为电务调度人员提供当前时刻和任意时刻供电线 路的信息状况，及时准确的进行信息的统计汇总q 以图的方式实现信息可视化的 系统固。目前现有系统并不完善，每个系统独立使用一份数据。使得任意一个用户 在操作自己数据的同时，都无法了解其他人对实际电路所做的修改，造成同一个地 辽宁科技大学硬士论文第一章绪论 区的电路在同一时间出现一个以上的维护作业方案。而且，在大屏幕上进行显示时， 无法同时反映所有电力人员对现场电力设施进行的维护操作。在此条件下，开发本 系统。该系统改变了原来台账、卡片式的管理方式，用先进的计算机管理技术，快 速的综合分析各种信息资料，将电务供电的情况直接显示在屏幕上删。该系统软件 结构和硬件配置合理，并且系统成本低、功能强、运行可靠。 1 2 本文的主要研究工作 本文的主要工作在于以下几个方面： 首先，通过查阅资料，阅读有关的文献和书籍。对u m l 建模技术和数据库设 计技术作了全方位的了解和研究。通过做各种小型实验掌握了程序设计的规范和技 巧。同时也对u m l 建模技术和数据库设计技术有了更深入的了解。 其次，由于业务逻辑部分涉及到铁路作业的专业知识，所以查阅了大量相关专 业文献和书籍，深入现场调研并和工作人员交流，了解掌握了铁路作业的相关内容 和规范，对原有系统做了全面了解。 再次，继续深入调查研究，阅读专业文献，研究和分析现有相关软件体系结构 的缺陷的基础上，采用了一种四层软件体系结构。该结构主要解决传统三层软件体 系结构各个层之间容易混淆的状况，使得系统各个层的功能更加明确，而且各个层 之间的功能相对独立。此外还阐述了该结构在本系统中是如何实现的，这是本文的 一个重点之一。 最后，通过现场调研，深入的分析和研究了该系统的主要功能与业务范围。找 到了原有系统存在的问题，提出了新的解决方案，建立了系统的总体框架，归纳了 电路元件的判断带电算法，并进行了设计实现工作。同时应用u m l 技术对系统功 能模块进行了建模，这是本文的又一个重点部分。 1 3 本文组织结构 本文共有六个章节： 第一章绪论 介绍了本系统开发的背景和主要进行的研究工作。 第二章相关技术和基本理论 介绍开发本系统时的主要技术和一些软件开发的基本理论。 第三章系统需求分析。 辽宁科技大学硕士论文 第一章绪论 分析了本系统应该具有的职能和特点，提出原来存在的问题，并且划分主要功能 模块，新系统的基础信息需求分析。 第四章系统设计。 提出了一种四层软件体系结构，分析了传统结构的缺陷和四层结构的优点，并 详细讨论了系统的数据库设计、界面设计和开发环境设计。 第五章系统实现。 简要的介绍了系统整体构架、细分了功能模块、阐述了u m l 建模过程和四层 结构的简单实现，并且归纳了判断供电线路元件是否带电的算法。 第六章总结。 对本文的工作做以总结和展望。 3 辽宁科技大学硕士论文 第二章相关技术和基本理论 第二章相关技术和基本理论 2 1u m l 建模技术 2 1 1u m l 介绍 面向对象的分析与设计( o o a & d ) 方法的发展在8 0 年代末至9 0 年代中出现了一 个高潮，u m l 是这个高潮的产物嗍。统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 是 r a t i o n a l 软件公司世界级知名专家g r a d y b o o c h 、i v a rj a c o b s o n 和j i mr u m b a u g h 三 人联合开发成功的圈，最终统一为大众所接受的标准建模语言。 开发过程中，得到了其他一些学术领先的方法论学者、软件厂商及众多用户的 帮助和支持嘲。在b o o t h 标记法、o m t 标记法及d o s e j a c o b s o n 标记法得到广泛应 用的基础上，u m l 将面向对象的分析设计技术又向前推进了一大步。 首先，u m l 融合了b o o c h ，o m t 和d o s e 方法中的基本概念，而且这些基本 概念与其他面向对象技术中的基本概念大多相同。因而，u m l 必然成为这些方法以 及其他方法的使用者乐于采用的一种简单一致的建模语言；其次，u m l 不仅仅是上 述方法的简单汇合，而是在这些方法的基础上广泛征求意见，集众家之长，几经修 改而完成的，u m l 扩展了现有方法的应用范围；第三，u m l 是标准的建模语言， 而不是标准的开发过程。尽管u m l 的应用必然以系统的开发过程为背景，但由于 不同的组织和不同的应用领域，需要采取不同的开发过程。 统一建模语言m l ) 是用来对软件密集系统进行描述、构造、可视化和文档编 制的一种语言【飞也是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言； 它同时还是一种用于描述、可视化和构架软件系统以及商业建模的语言。它代表了 在大型、复杂系统的建模领域得到认可的“优秀的软件工程方法”。它溶入了软件 工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设 计，还支持从需求分析到软件开发的全过程，从而可满足软件的柔性开发模式。 2 1 2u m l 内容 作为一种建模语言，u m l 定义包括u m l 语义和u m l 表示法两个部分： 1 、u m l 语义 辽宁科技大学硕士论文 第二章相关技术和基奉理论 u m l 的语义给出了基于u m l 的精确的元模型定义。元模型为u m l 的所有元 素在语法和语义上提供了简单一致通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一 致，消除了因人而异的表达方式所造成的影响。此外，u m l 还支持对元模型的扩充 的定义 8 1 。 2 、u m l 表示法 u m l 表示法定义了u m l 符号的表示方法，为开发者或开发工具使用这些图形 符号和文本语法给系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的 模型，在语义上它是u m l 元模型的实例 9 1 。 2 1 3u m 的图形 标准建模语言u m l 的重要内容可以用下列五类图( 麸九种图形) 来定义： 第一类是用例图阿s e c a s cd i a g r a m ) 。 用蜘图是从用户角度出发，来描述用户用例的那些系统功能，并指出各个系统 功能的操作者。用铡视图对外部用户( 称为活动者) 所感知的系统功能进行建模。用 例是用活动者和系统之间的交互来表达、条理分明的功能单元。用例视图的目的是 列举活动者和用例，显示活动者在每个用例中的情况。 用例模型是把应满足用户需求的基本功能聚合起来表示的强大工具。对于正在 构造的新系统，用例描述系统应该做什么；对于已经构造完成的系统，用例则反映 了系统能够完成什么样的功能。他们需要反复讨论需求的规格说明，达成共识，明 确系统的基本功能，为以后阶段的工作打下基础。 第二类是静态匿 ( s t a t i cd i a g r a m ) 。 静态图包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构。不仅定 义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构( 类 的属性和操作) 。类图主要描述的是一种静态关系，它在系统的整个的生命周期都是 有效的。 对象图是类图的实例，几乎使用与类图完全相同的标识。他们的不同点在于对 象图显示类的多个对象实例，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。 包主要由包或类组成，表示那些包与包之间的关系。包图主要用于描述系统的 分层次之间结构。 第三类是行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) 。 行为图描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描述类的对 辽宁科技大学硕士论文 第二章相关技术和基本理论 象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。 在实用上并不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态其行为受外界环境的 影响并且发生改变的类画状态图。 而活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识 别并行活动。 第四类是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) 。 交互图描述对象间的交互关系。其中时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；协作图描述对象间的协 作关系，协作图跟时序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外， 协作图还显示对象以及它们之间的关系。如果是强调时间和顺序，则使用时序图； 如果是强调上下级关系，则选择协作图。 时序图和协作图合称为交互图。 第五类是实现g f l o m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) 。 其中构件图描述代码部件的物理结构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、一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。部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。 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那些可执行的软件单元之间的对应 关系。 2 1 4u m l 面向对象设计方法的过程和优势 面向对象分析的首要任务是识别用户需求，并用合适的模型工具把用户需求记 录下来。不仅如此，面向对象分析还要对这些需求进行分析得到分析模型。u m l 提 供了完整的模型元素，但是在实际项目中可能并不需要使用其中的全部模型元素。 一般来说，首先需要了解熟悉用户业务的领域问题。这通常需要和用户进行广 泛而深入的交流、了解他们真正想要的东西是什么。抓住问题域的本质，对于分析 来说是最重要的一件任务，如果从一开始就错误地理解了用户的需求，那么最终开 发出来的软件必将无法让用户满意。用户需求的捕获可以通过由用户写的一段介绍 性的材料、分析人员对用户提问的回答等。这个时候用户需求的描述不拘一格，可 以是纯文字描述，可以是表格，也可以是一系列图形。当与用户的交流告一段落后， 分析员需要把识别的结果整理出来。通常一段简要、具有概括性的系统问题域描述 辽宁科技大学硕士论文第二章相关技术和基本理论 是必须的，除此之外，还需要确定系统的范围。 u m l 的用例模型一直被推荐为识别和捕获需求的首选工具。它的基本组成部 件是用例、用户和系统。用例用于描述系统的功能，也就是从外部用户的角度观察， 系统应支持哪些功能，帮助分析人员理解系统的行为，它是对系统功能的宏观描述。 一个完整的系统中通常包含若干个用例，每个用例具体说明应完成的功能，代表系 统的所有基本功能。角色是系统进行交互的外部实体，它可以是系统用户，也可以 是其它系统或者硬件设备，总之，凡是需要与系统交互的任何东西都可以称作角色。 系统的边界线以内的区域，即用例的活动区域，则抽象表示系统能够实现的所有基 本功能，在一个基本功能已经实现的系统中，系统运转的大致过程是外部角色先初 始化用例，然后用例执行其所有的功能，执行完后用例便给角色返回一些值，这个 值可以是角色需要的来自系统中的任何东西 1 0 1 1 1 。 在用例的描述模型基础上，通常需要找出具有复杂状态空间和状态变迁的问题 域对象，这些对象可能不会有很多，但是这些类和对象的分析、设计和实现以及测 试将有可能花掉开发总成本的很大一部分。因此需要对这些类及对象作进一步的分 析，可以使用的工具包括状态图和类图。 从需求分析的角度，不仅要建立有待实现的系统的规格说明，而且还要分析建 立系统的性能目标以及系统的测试方法。一般在需求分析阶段需要明确的系统性能 指标包括系统可用性、可靠性、失效安全性、信息安全性、响应时间和维护性等。 从u m l 的角度来说，面向对象分析阶段的测试策略可以根据用例模型来制定。 由于需求分析主要目的是获取用户的需求并定义系统的用户功能，因此对需求模型 的测试目标就是其中的功能项和性能项。u m l 需求分析模型虽然由很多元素组成， 但是并不是所有的模型元素都是用户所关心的，其中某些模型元素的存在是为了解 释和说明另外一些模型元素。通常测试的对象包括用例模型和类及对象模型。 基于u m l 面向对象设计方法的优势主要体现在以下几个方面： 1 、用例驱动要求 用例方法是完全站在用户的角度上，从系统的外部来描述系统的功能的。在用 例方法中，我们把本系统看作是一个黑箱，并不关心系统内部是如何完成它所提供 的功能的。在描述本系统的用例图中，我们可以得到对于电务供电实时监控系统的 一个总体印象。 与传统的功能分解方式相比，用例方法完全是从外部来定义系统的功能，它把 需求和设计完全分离开来。在面向对象的分析设计方法中，用例模型主要用于表述 系统的功能性需求，系统的设计主要由对象来记录表述。另外，用例定义了系统功 能的使用环境与上下文，每一个用例描述的是一个完整的系统服务。相比之下，用 7 辽宁科技大学硕士论文第二章相关技术和基丰理论 例方法比传统的方法更易于被用户所理解，它是作为开发人员和用户之间针对系统 需求进行沟通的一个有效手段。 2 、静态模型和动态模型相结合 u m l 描述了一个系统的静态结构和动态行为。u m l 将系统描述为一些离散的 相互作用的对象并且最终为外部用户提供一定的功能的模型结构。静态结构定义了 系统的重要对象的属性和操作以及这些对象之间的相互关系。动态行为定义了对象 的时间特性和对象为完成目标而相互进行通信的机制。从不同但是相互联系的角度 对系统建立的模型可以用于不同的目的。 通过使用u m l 的静态模型，可以很好的构建系统的层次，使得系统结构清晰。 同时使用u m l 的动态模型，能够在系统的实现阶段起到指导的作用，在一定程度 上减轻了程序员的负担。尤其是类图，在整个系统开发的不同阶段都在起作用，在 设计阶段，它为数据库的设计提供依据；在实现阶段它又为编程人员编码提供参考 依据。 在系统开发的不同阶段，使用不同的模型，从不同的角度，以不同的详略程度 对系统进行了描述。由于整个系统的开发，是从建模开始的，这就避免了一开始就 陷入编程的地步，使所开发的系统在一定程度上得到了成功的保障。 3 、数据模型的转换 应用u m l 建模，可以实现将设计时候的对象模型和数据模型很好的结合起来， 从而避免了传统的系统设计和数据库设计之间存在鸿沟。我们利用u m l 进行数据 库设计，由于数据库结构与问题域实体相互对应、相互参照、表达清晰，使得设计 出来的数据库结构清晰。只要将对象模型转换为外模式，其它从概念模式到内模式 仍然按照关系数据库转换规则进行，这一定程度上就降低了程序实现的难度。同时 数据库对象具有独立性，便于将来系统的维护和发展。 4 、稳定性 应用面向对象的分析与设计方法，在很大程度上提高了系统的复用性，减少了 编程的工作量与错误率，同时提高了系统的稳定性与扩充性，方便了以后的维护工 作。由于应用的对象模型基本上是稳定的，当用户提出新的功能时，往往只需要在 原有的对象中加入新的操作或者建立新的对象及联系，应用中其它部分基本不变 h 2 1 。 面向对象分析的首要任务是识别用户需求，并用合适的模型工具把用户需求记 录下来。不仅如此，面向对象分析还要对这些需求进行分析得到分析模型。u m l 提供了完整的模型元素，但是在实际项目中可能并不需要使用其中的全部模型元素。 辽宁科技大学硕士论文 第二章相关技术和基本理论 2 1 5u m l 在系统开发中的应用 u m l 的应用贯穿在系统开发的四个阶段： ( 1 ) 分析。 u m l 的用例视图可以表示客户的需求。通过用例建模，可以对外部的角色以及 它们所需要的系统功能建模。角色和用倒是用它们之阍的关系、通信建模的基础。 每个用例都指定了客户的需求：他或她需要系统来干什么。 分析阶段主要考虑所要解决的问题，可用u m l 的逻辑视图和动态视图来描述： 类图描述系统的静态结构，协作图、状态图、序列图和活动图描述系统的动态特征。 在分析阶段只为问题的类建模不定义软件系统的解决方案的细节( 如用户接口 的类数据库等) 。 ( 2 ) 设计。 在设计阶段，把分析阶段的结果扩展成技术解决方案。加入新的类来提供技术 基础结构用户接口，数据库操作等。分析阶段的领域问题类被嵌入在这个技术 基础结构中。设计阶段的结果是构造阶段的详细的规格说明。 ( 3 ) 构造。 在构造或者程序设计阶段，把设计阶段的类转换成某种面向对象程序设计语言 的代码。在对u m l 表示的分析和设计模型进行转换时，最好不要直接把模型转化 成代码。因为在早期阶段，模型是理解系统并对系统进行结构化的手段。 ( 4 ) 测试。 对系统的测试通常分为单元测试、集成测试、系统测试和接受测试几个不同的 级别。单元测试是对几个类或者一组类的测试，通常由程序员来定；进行集成测试 的集成组件和类，确认它们之间是否恰当地协作；系统测试把系统当作一个“黑箱”， 验证系统是否具有用户地所有功能；接受测试由客户完成，与系统测试类似，验证 系统是否满足所有地要求。 不同地测试小组使用不同地u m l 图作为它们工作的基础：单元测试使用类图 和类的规格说明，集成测试典型地使用组件图和协作图，而系统测试则使用用例图 来确认系统的行为是否符合这些图中的定义【1 3 】。 9 辽宁科技大学硕士论文第二章相关技术和基本理论 2 2 数据库设计方法 2 2 1 数据库设计过程中形成的模式 数据库建模的重点是逻辑数据模型和物理数据模型【2 1 l 。一个逻辑数据模型是由 实体、属性以及不同实体之间的关系构成的。逻辑模型包括了构建数据库的多种元 素，但与任何具体的软件和数据库实现都不相关。性能因素和使用数据库的应用程 序都不是这个阶段要考虑的主要问题，这阶段的重点是数据库应当建立怎样的模型， 以便捕获来自用户的数据。 非标准的设计过程是从物理数据模型开始的。数据库在逻辑数据模型中执行这 个工作，并进行查询、特定数据库实现和与数据库对话的应用程序的优化 2 2 1 。很多 特定的成分，例如视图，被加入到模型中，使得用户可以更好地使用数据库。物理 数据模型同样需要映射到逻辑数据模型中去，两者可以完全不同，每个模型都有各 自的目标。当变化发生以后，则开发组必须更新相关的模型，从而保持嚣者之间的 映射的正确性和一致性。 当数据库建模把重点放在描绘数据库的时候，数据库设计着眼于从整个需求的 产生、业务过程、逻辑分析、物理数据库构建到数据库的开发全过程。例如，在数 据库设计中，物理数据模型包含的建模过程不仅仅包括表和列，而且还包括表空间、 间隔、硬件以及整个数据库系统和组织。数据库设计包括对需求的分析与建模，大 型业务处理( 当前的业务走向和它将来的发展方向) 、业务活动、逻辑类型、物理数 据模型、必需的信息、不同成分关联以及数据通信的方法和整个系统实现的方法等 等。 早期的数据库设计，注重数据库结构特性的设计，而忽视了对行为的设计。也 就是说比较重视研究在给定的应用环境下，采用什么原则、方法来建造数据库的结 构，而没有考虑应用环境要求对数据库做什么处理，没有研究如何设计实现用户的 功能要求。 从数据库应用系统和开发的全过程来考虑，将数据库及其应用系统设计分为以 下六个阶段： l 、需求分析： 2 、概念结构设计； 3 、逻辑结构设计； 4 、物理设计； 1 0 辽宁科技大学硕士论文 第二章相关技术和基本理论 5 、数据库实施； 6 、数据库运行和维护。 在上述的设计过程中，人们努力把对数据库设计和对数据库中数据处理的设计 紧密结合起来，将这两个方面在需求分析、抽象、设计、实现等各个阶段同时进行， 以便相互参照、相互补充。事实上，如果不了解应用环境对数据的处理要求，或没 有考虑如何去实现这些处理要求是不可能设计一个蓖好的数据库结构的。 数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式。需求分析阶段，综合各个 用户的应用需求( 现实世界的需求) ：在概念设计阶段形成独立于机器特点、独立于 各个d b m s 产品的概念模式( 信息世界模型) ，用e - r 图来描述；在逻辑设计阶段将 e - r 图转换成具体的数据库产品支持的数据模型即关系模型，形成数据库逻辑模式。 然后根据用户处理的要求、安全性的考虑，在基本表的基础上再建立必要的视 图，形成数据库外模式；在物理设计阶段根据d b m s 特点和处理的需要，进行物理 存储安排，建立索引，形成数据库内模式 2 3 2 4 1 ，见图2 1 。 应用l 应用2 应用1 应用2 瘦甩3 2 2 2 数据库模型的选择 图2 1 数据库设计中形成的模式 数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，也是信息模型的数据化。表示实 体及实体间联系的模型称为数据模型。数据模型是数据库系统的一个关键概念。如 果数据模型不同，则相应的数据库系统就完全不同，任何一个数据库管理系统都是 基于某种数据模型的嘲。 目前基本的数据模型主要有网状模型、层次模型、面向对象数据模型和关系模 辽宁科技大学硬士论文第= 章相关技术和基本理论 型等。层次模型和网状模型为非关系模型，它与关系模型之间的最大区别是非关系 模型中实体间的关系是用指针实现的，而在关系模型中的基本数据结构是表格，记 录之间的联系是通过各个模式的关键码体现的闭。 层次数据模型按树型结构组织数据，它是以记录类型为结点，以结点间联系为 边的有序树，数据结构为有序树或森林。构造层次数据模型的过程就是将信息模型 映射为一个有序树或森林的过程，此过程中的每个节点为一个记录类型，对应一个 实体类型：树中的每个分枝都表示父子两结点( 对应两个实体类型) 间的一种一对多 的联系，称为父子联系( p a r e n t c h i l dr e l a t i o n s h i p ，简称p c r ) 。由于层次顺序非常严 格，引起数据的插入、删除也复杂，应用程序的编写非常繁琐。故在本系统开发中 没有选择层次数据模型。 网状模型用网状结构表示实体和实体之间的联系。网状模型其实是层次模型的 拓展，网状模型允许节点无父节点，同时也允许节点有多个父节点。虽然网状模型 的数据结构在物理上易于实现，实现效率也较高，数据间的联系也较为紧密，但是 编写应用程序比较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构，而且随着应用环境的 扩大，数据库结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握。故在本系统的开发中 也没有采用网状数据模型。 面向对象数据模型是由类构成的层次结构，类是对一类对象的抽象，类与类之 间的继承关系构成类的层次结构。面向对象的数据模型的优点为：能方便自然的模 拟客观世界；对象内部数据及方法实现方式的变化不影响对象外界的使用，提高了 数据的独立性，方法的访问和实现部分相分离：有利于保证数据的完整性和安全性， 外界不能直接访问修改对象内部数据。 尽管面向对象的数据库由上述优点，但目前还存在着种种问题，尤其缺少得力 的查询语言口】，而且成熟的面向对象数据库管理系统也不多。故本系统的开发不采 用面向对象数据模型。 关系数据模型是目前最重要的一种数据模型，获得了众多商业软件的全面支持。 在关系模型中，操作的对象和结果都是二维表。由于浏览和设计二维表十分方便， 所以二维表的关系模型比层次模型和网状模型更具优势，是目前应用最广的数据库 模型。关系模型具有以下特点：关系模型的概念单一，实体和实体之间的联系用关 系来表示；以关系数学为基础；数据的物理存储和存取路径对用户不透明；此外， 关系数据库语言是非过程化的闭。 由于关系数据模型具有很多优点，并且技术上成熟可靠，基于关系数据模型的 数据管理系统的选择范围也比较大，所以本系统采用基于关系模型的数据库。 1 2 辽宁科技太学硕士论文第三章系统需求分析 第三章系统需求分析 真正的“需求”存在于人的脑海中，存在于管理的业务活动中。从应用角度来 看，当采用面向对象技术设计系统的时候，如何从不同层次、不同角度为系统的分 析、设计直到实现提供一个复杂的过程，还需要视具体应用情况而定咧。通过需求 捕获，可以将系统要完成的功能分析清楚。因此，首先要了解电务供电监控系统要 完成的必要性。 3 1 构建系统的必要性 目前的电务供电监控工作完全是由人员手工汇总调查的数据，然后再通过 e x c e l 输入打印，以e x c e l 或者w o r d 文件的形式作为档案保存和查询。其中 的大量计算的工作也完全由手工实现。 该作业方式总的来说有如下不足： 1 、人工劳动强度大。 在目前的流程下，所有的报表数据都需要手工输入。而电务供电监控工作包含 大量的电路元件，而且每个元件的状态随时变化。这样一来就使得监控工作的信息 量非常大，而且很多数据属于重复输入，导致加大了劳动强度。 2 、数据无法实现共享、数据冗余度高。 目前的系统的数据的形式是e x c e l 或者w o r d 文件。上报或者下行都是以纸 质文档的形式，所以根本无法实现与其他数据库系统之间的数据共享，最终导致业 务数据在不同系统之间需要重复录入，降低了工作效率和准确性。而且数据无法共 享，其冗余度高。 3 、查询历史数据不方便 数据未保存至数据库造成了查询异常麻烦。如查询几年前的数据，就需要从资 料库中手工翻阅。 4 、数据汇总统计计算量大 供电监控的变化状态需要按月份、按季度、按年份进行统计。目前的系统中进 行统计是根据大量的手工报表，然后再进行手工计算汇总，工作量很大。 5 、手工计算错误率高 由于目前的数据是以文件的形式存在。数据的计算就变成了纯手工计算，而电 辽宁科技大学硕士论文 第三章系统需求分析 务供电线路中元件的数量是很大的，每一个操作都有可能改变电路中元件的状态。 因此，判断出错很难避免。 3 2 系统设计目标 根据对实际情况的现场调研以及分析，初步认为应该将以下几个特点作为本电 务供电实时监控系统的设计目标。 l 、系统具有高度的实时性 在本系统中，元件种类多，数量大，属性各不相同。而且将每一个元件的信息 和状态要及时的反映在显示屏上。然而，以往传递这样大量复杂的数据是要花费大 量的时间和人力物力，且容易出错。为了改善这种情况；就要求系统具有较高的实 时性。 此外，克服人工系统的信息传递不及时，增加传递信息的信息量，及时反应系 统状态的变化过程，辅助领导决策，也是这个项目的基本出发点之一。也是决定这 个系统是否能够成功的一个极为重要的因素。所以实时性必然是这个系统的首要设 计目标之一。 2 、系统具有高度的可靠性 电务供电监控系统是一个十分复杂的系统，系统是否能够可靠的运行是使系统 成功的一个关键问题。这个问题的可通过提高设备可靠性和软件架构及使用当前最 先进的软件技术两个方面来解决。 3 、系统要高效 原来的操作方式为手工操作，手工绘制各类作业图表，所有作业信息的传递方 式均采用电话联系或者是随机车传递。这使得作业图表绘制量大，信息量不够充分， 解读图表困难，信息传递的速度太慢，出错率高。加大劳动强度，使得调度人员难 以把精力集中到研究如何提高工作效率上来。因此，要求系统的高效性也就是必然 的了。 4 、系统要易于维护 建立电务供电实时监控系统是一个具有相当规模的系统工程，其工作量大，涉 及方面广，数据繁多，突发事件频繁，所以系统维护必然是建设这个系统必不可少 的一个重要环节。因此，要求本系统具有高度的可维护性也是系统能够成功的重要 保障。 5 、系统具有高度的伸缩性和扩展性 电务供电实时监控系统是一个环境相关程度极高的系统。从系统实施的观点出 1 4 辽宁科技大学硕士论文第三章系统需求分析 发，为了便于系统的“分期分批”实现，系统必须具备具有“可局部运行性”。从系 统维护的观点出发，系统局部环境的变化也不应影响系统的正常运行。这就要求系 统必须具备高度的伸缩性。 电务供电监控系统的具体功能复杂，细化起来功能繁多。为了业务上的需要， 随时有可能需要增加新的功能，也有可能随时根据现场情况的变更来废弃掉已有的 功能。所以系统需要具有高度的可扩展性，来适应不同的需要。 可以将系统分为多个功能模块来实现。模块内部高度聚合，而模块之间的联系 程度较低。所以如果系统需要增加功能，只需要扩展一个新的模块就可以了，而并 不需要对原有的系统做太多的改动。 6 、系统要具有高度的数据共享性 由于操作方式的落后，以及涉及的信息量大，所以目前的数据共享性很差。如 果一处的电务供电状态发生故障，其它区域很难及时收到信息，也就不利于指挥人 员及时的做出反映和补救措施。因此设计本系统的目标之一就是提高系统的数据共 享性。 7 、可重用性 系统使用的结构模型需要适应各种不同系统要求。 8 、设计人性化的友好的人机交互界面 现代计算机系统中一个十分突出的特点就是都具有一个“友好”的人机界面， 其含义是“操作简捷方便”，“便于用户学习使用”。即使没有丰富的计算机知识也能 较快的上手，在较短的时间内就可以对系统进行简单的操作。因此，在本系统中， 能否设计出良好的人机界面设计是这个系统能够成功的一个重要保障，也是系统成 败的关键。 3 。3 功能模块的划分和软件体系结构的确立 3 3 1 系统功能模块的划分 通过对电务供电监控系统的职能以及电务供电操作的特点的分析，明确了供电 监控的基本事件活动。在具体的系统开发中，需要按照功能的类型以及可能实现的 方式重新归纳并且做进一步细化。然后按照信息分析的方法，对供电监控活动事件 进行处理以及信息进行分析，明确业务功能、业务层次和业务运作模型，根据业务 特点以及流程对信息进行分类，归纳为如下几个大的功能模块，也称为子系统。 辽宁科技大学硕士论文 第三章系统需求分析 系统的功能结构如图3 1 所示。 图3 1 系统功能模块的划分 1 、信号采集模块 将电路中开关的状态传输到服务器，并更改系统数据库。 2 、用户登录模块 用户使用用户名和密码登录。登录成功之后成为合法用户。使用该系统的合法 用户由系统管理员统一注册设定，根据各自不同的角色要求设置权限。 3 、供电状况监控模块 主要用来在屏幕上显示整个供电系统中每一个电路元件的带电状况，是否带电 用电路元件模型的颜色来区分。 4 、图管理模块 总体来说，电务供电监控系统主体为电务供电的电网，整个电网的操作都是以 图的形式完成的。每个电网区段都由一张图来记录，也设计了保存图的信息表。表 中记录了图的名称、编号、功能和创建日期等信息。保存时，将每个区段的供电系 统保存为一个图，图上记录了电网的各种信息，包括图的信息和图上元件的信息。 打开图的同时也提取了相应保存的信息。用户还可以修改供电系统图。 5 、元件信息管理模块 供电电网中包括多种元件，例如电源、变压器、开关区分器、电线、复合开关 和接触器等等。每个元件根据功能的不同分别抽象成不同的模型。元件模型表中包 含元件的各种信息，如编号、名称、类型、颜色、起止坐标、方向和角度等等。在 显示屏幕上，用户通过操作元件的抽象模型来控制电网元件。用户可以增加元件、 1 6 辽宁科技大学硕士论文 第三章系统需求分析 删除元件和修改元件的位置、大小、长度和方向等属性。用户还可以查看元件属性， 以电线为例，用户可以查看电线的编号、线粗、角度、长度以及电线说明等内容。 6 、部门管理模块 系统采用部门管理的形式，不同部门具有不同的功能和控制权限。具有管理员 权限的用户可以创建部门，同时和也可以修改和删除部门。其他等级权限的用户不 能进行部门操作。控制权限是由用户数据登录信息表来实现的，用户信