（机械电子工程专业论文）公路客运联网售票数据库应用系统的开发与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 f 随着全球经济的迅猛发展，交通紧张的状况不断加剧，在此背景下，产生了 、 将车辆和道路综合起来系统解决交通问题的思想，这就是i t s 一一i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，智能交通系统矿本文即是以广卅1 市在建的i t s 工程广 州市公路主枢纽工程为依托，完成了该工程远程客运联网售票系统基本的编码工 作，其中重点是售票和调度计划两个模块的编制。 该应用系统的开发包括两部分的工作：数据库设计和应用程序编制。本文数 据库采用当今最常用的关系数据库。通过数据库需求分析得到了系统的数据字典。 利用e r 图完成了数据库的概念设计。数据库逻辑设计完成了数据库所有表格的 创建。在本系统中，数据库逻辑结构由1 4 张表格组成。应用程序则以业界流行的 p o w e r b u i l d e r 作为开发工具，其中p o w e r b u i l d e r 独有的数据窗口技术极为重要，它 实现了本系统大部分的功能。在本文中，共创建了1 2 个数掘窗口，完成了售票、 ， 退票、查询、线路管理、站点管理、班次计划等功能。( 本文中的数据窗口大部分 都是g r i d 风格的。在以上两部分工作的基础上，采用p o w e b u i l d e r 的应用程序分 发技术，得到了该系统的可执行文件。现代软件工程将软件开发过程视为系统分 析、系统构造、系统测试的无缝集成，它适应了基于组件的软件开发趋势。本文 按照现代软件工程的方法，完成了以上数据库设计和应用系统编制两部分的工作。 该系统除了软件编程外，还有一个重要方面即网络设计和硬件选型。7 1 本文按 照高可靠性、高性能、高可扩展性和先进性的原则，完成了网络组成框图、网络 拓扑结构设计、网络技术指标设计、网络逻辑设计和网络硬件设备选型的工作。 关键词：智能交通系统、联网售票、现代软件工程、数据库应用系统、数 据窗口网络设 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fg l o b a le c o l l o m y , t r a n s p o r t a t i o nb e c o m e s m o r ea n d m o r et e n s e b e c a u s eo ft h i ss i t u a t i o n ，t h ei d e at h a ts y s t e m a t i c a l l yr e s o l v e st r a n s p o r t a t i o n t e n s i t yc o n s i d e r i n gb o t hv e h i c l e a n dh i g h w a yw a sb r o u g h tu p t h i si si t s ，n a m e l y i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h ep r o j e c tn a m e dg u a n g z h o u h i g h w a ym a i nh i n g e i sc o n s t r u c t i n gi n c l u d e di ni t sp r o j e c t s i nt h i st h e s i sn e t w o r k e dt i c k e ts y s t e mt ob e u s e di nt h ep r o j e c th a v eb e e nc o d e d t h ee m p h a s e so ft h es y s t e ma r ep l a c e do nt i c k e t s e l l i n gm o d u l e a n ds c h e d u l em o d u l e t h ew h o l e s y s t e mc o m p r i s e st w op a r t s ：d a t a b a s ed e s i g na n da p p l i c a t i o nc o d i n g i n t h et h e s i st h ed a t a b a s ei sak i n do fr e l a t i o nd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mt h a ti sn o w u s e dm o s tp o p u l a r l y i nd a t e b a s ed e m a n da n a l y s i s ，d a t ad i c t i o n a r yo ft h es y s t e mi s b r o u g h tf o n h c o n c e p t i o nd e s i g no f t h ed a t a b a s ei sf u l f i l l e db ye rg r a p h a l lt a b l e so f t h es y s t e ma r eb r o u g h tf o r t hi nl o g i cd e s i g no ft h ed a t a b a s e i nt h et h e s i st h es y s t e mh a s 1 4t a b l e s a p p l i c a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e du s i n gp b d a m w i n d o wt e c h n o l o g yo fp b ， w h i c hi st h e p a t e n t o f s y b a s ec o m p a n y , i sv e r yi m p o r t a n t i nt h e s y s t e m m o s t f u n c t i o n so ft h es y s t e ma r er e a l i z e db yd a t a w i n d o w s i nt h et h e s i sm o s td a t a w i n d o w s a r eg r i dm a n n e r a f t e ra b o v et w ot a s k sa r ec o m p l e t e d ，t h ee x e c t i v ef i l eo ft h es y s t e m i s g a i n e dt h r o u g h p b s a p p l i c a t i o n d i s t r i b u t i o n t e c h n o l o g y m o d e m s o f t w a r e e n g i n e e r i n gl o o k ss o f t w a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s su p o nt h es l o t l e s si n t e g r i t yo fs y s t e m a n a l y s i s ，s y s t e mc o n f o r m a t i o na n ds y s t e mt e s t t h et h e s i su s e st h em e t h o d so f m o d e m s o f t w a r ee n g i n e e r i n g a p p r o a c h t of u l f i l ld a t a b a s ed e s i g na n da p p l i c a t i o nc o d i n g a d d i t i o nt os o f t w a r ec o d i n gn e t w o r ka r c h i t e c t u r ed e s i g na n dh a r d w a r es e l e c t i o ni s o t h e ri m p o r t a n t p a r to f t i c k e ts e l l i n gs y s t e m f o l l o w i n gt h ep r i n c i p l eo fh i g hr e l i a b i l i t y , h i g hc a p a b i l i t y ，h i g he x p a n s i b i l i t yt h ew o r ko f n e t w o r kc o m p o s ef r a m eg r a p h ，n e t w o r k t o p o l o g yc o n f i g u r a t i o n ，n e t w o r kt e c h n o l o g yg u i d e l i n ed e s i g n ，n e t w o r kl o g i c a ld e s i g n a n dh a r d w a r es e l e c t i o nh a sb e e nc o m p l e t e d k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，m o d e ms o f t w a r ee n g i n e e r i n g d a t a b a s ea p p l i c a t i o ns y s t e m ，n e t w o r k e dt i c k e ts y s t e m ，d a t a w i n d o w , n e t w o r kd e s i g n 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 课题来源 本研究课题是华中科技大学和深圳市蓝滓公司与广州市交通网委员会的合作 项目“广州市联网售票系统”的组成部分。 1 2 课题背景 近几十年来，随着全球经济的迅猛发展，交通紧张的状况不断加剧，交通拥 挤和事故成为世界各国面l 晒的共同问题。解决交通问题的直接方法是修建道路， 但无论是哪个国家的哪个城市可供修建道路的空间都越来越小。同时，交通系 统是一个复杂的系统，单独从车辆方面考虑或单独从道路方面考虑都很难完美地 解决交通问题。在此背景下，把车辆和道路综合起来考虑系统解决交通问题的思 想产生了，这就是i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) ，智能交通系统。作为一 种解决交通问题的全新方式，智能交通系统在国内外迅速发展。从最初的智能车 辆道路系统i v h s ( 1 m e l l i g e m v e h i c l eh i g h w a ys y s t e m ) 到智能交通系统( i t s ) ，美国、 日本和欧洲都投入了大量的资金和人员，取得了很多有价值的成果。 1 2 1 智能交通系统简介 智能交通系统( i t s ) 是将高新技术特别是电子信息技术应用于交通管理，实 现高效、安全和准时的交通运输的现代化交通管理手段。通过对相关信息的处理、 通讯和集成，i t s 能够帮助人们改善交通网络的管理，为出行者提供更多的服务。 智能交通系统由一些现代高科技项目组成，目前的智能交通系统主要包括以下几 方面： 1 先进的交通信息服务系统( a t i s ) 它是建立在完善的信息网络基础之上的，通过装备在道路上、机动车上、换 乘站上、停车场上以及气象中心的传感器和传输设备，向交通信息中心提供全面 的交通信息。a t i s 对各类信息加以处理后，向社会提供实时的道路交通信息、公 共交通信息、换乘信息、交通气象信息、停车场信息以及与出行相关的其他信息。 目前该系统已有可能建立在因特网上。 2 先进的交通管理系统( a t m s ) 华中科技大学硕士学位论文 a t m s 系统有一部分与a t i s 共用信息采集、处理和传输系统，但是a t m s 主要是给交通管理者使用的。该系统主要为先进的监测、控制和信息处理系统， 对道路系统中的交通状况、交通事故、气象状况和交通环境进行实时监视，向交 通管理部门和驾驶员提供对道路交通流进行实时疏导、控制和对突发事件应急反 应的功能。它包括：城市集成交通控制系统、高速公路管理系统、应急管理系统、 公共交通优先系统、不停车自动收费系统、交通公害减轻系统、需求管理系统等。 3 先进的公共交通系统( a p t s ) a p t s 主要是采用各种智能技术促进公共运输业( 包括公共汽车、地铁、轻轨 列车、城郊铁路和城市间的长途汽车等) 的发展，使公共交通运输更便捷、更经 济、运量更大。它包括：公共车辆定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息服 务系统、自动调度系统、电子车票系统、响应需求的公共交通系统等。 4 先进的车辆控制系统( a v c s ) a v c s 主要指智能汽车的研制。a v c s 还处于研究试验阶段，从当前的发展看， 可以分为两个层次：一是车辆辅助安全驾驶系统，系统由车载传感器( 微波雷达、 激光雷达、摄像机、其他形式的传感器等) 、车载计算机和控制执行机构等组成， 行使中的车辆通过车载传感器测定出与前车、周围车辆以及与道路设施的距离， 系统会及时向驾驶员发出警报，在紧急情况下强$ i l sr j 动车辆。二是自动驾驶系统， 装备了这种系统的汽车也称为智能汽车，它在行使中可以自动导向，自动检测和 回避障碍物。 5 货运管理系统( c v 0 ) 该系统是以高速道路网和信息管理系统为基础，利用物流理论进行管理的智能 化的物流管理系统。它综合利用卫星定位、地理信息系统、物流信息及网络技术 有效组织货物运输，提高货运效率。 6 电子收费系统( e t c ) 使用者可以预交一笔通行费，领到一张电子通行卡，将其安装在汽车的指定位 置，这样当汽车通过收费站时可实现不停车收费。这种电子收费系统可以使道路 的通行能力提高3 5 倍。 2 华中科技大学硕士学位论文 7 紧急救援系统( e m s ) 该系统是一个特殊的系统，它的基础是a t i s 、a t m s 和有关的救援机构和设 施，通过a t i s 和a t m s 将交通监控中心与专业救援机构联成有机的整体，提供车 辆故障现场紧急处置、拖车、现场救护、排除事故车辆等服务。 总之，智能交通系统是新一代的交通运输系统。目前的研究主要集中在交通 控制与管理、车辆安全与控制、旅行信息服务、交通中的人的因素、交通模型开 发、行政和组织问题、通信广播技术与系统方面。通过i t s 技术的丌发和应用， 可以使人与车、车与车、车与路等各交通要素相互协调，从而达到交通系统化， 建立起快速、准时、安全、便捷的交通运输体系。 1 2 2 智能交通系统的发展 1 国外发展状况 智能交通系统是一种解决交通问题的全新方式，在各国都有长足的发展。下 面主要论述一下有代表性的i t s 在美国、日本和欧洲的发展。 美国：从6 0 年代术期到7 0 年代，美国致力于发展电子道路导航系统( e g r s ) ， 运用道路与车辆间的双向通信来提供道路导航。1 9 8 8 年，美国成立了一个被称为 ”m o b i l i t y2 0 0 0 ”的非f 式组织，提出了一个新的计划，1 9 9 0 年又成立了美国智 能车辆和道路协会( i v h sa m e rj c a ) 。1 9 9 1 年美国制定了综合提高陆上交通效率化 法( i s t e a ) ，把丌发研究i v h s 作为国策并给予充足的财力支持，从此美国的i v h s 研究、开发进入了系统的、有序的、全面的发展阶段。从1 9 9 2 年起，美国大幅度 提高投资额度，到1 9 9 7 年金额达到8 亿美元。随后，1 9 9 1 年1 2 月，跨模式道 路运输效率法案( i s t e a ) 获得通过。从此，i t s 成为道路运输政策的中心项目。1 9 9 2 年5 月，i v h s 战略计划构建了今后2 0 年i t s 的发展蓝图。1 9 9 5 年3 月i t sa m e r i c a ( 美国智能交通协会) 制定了美国i t s 项目计划，深入探讨了发展和应用i t s 的规 划及其最终目标。此外，一些专用系统也正在研究之中，全美国有8 0 多个地区 已经或e 在进行i t s 系统的试验。其中最著名的是在政府的支持下，出美国自动 化高速公路系统联盟( n a h s c ) 实施的自动化高速公路系统( a h s ) 。为了清晰地 勾勒出i t s 所提供的服务的框架结构以及同系统问的相互关系，由美国交通部牵 头制定了i t s 的系统结构。最终报告于】9 9 6 年7 月发布。根据i t s 系统结构的不 华中科技大学硕士学位论文 断变化，美国i t s 的发展已经从计划阶段进入基础设施的改进阶段。1 9 9 6 年1 月， 美国交通部宣布了其今后1 0 年的发展目标：在美国7 5 个主要城市实施”节省操作 时间”计划，建设智能交通基础设施( i t i ) ，以最终实现i t s 。 日本：8 0 年代中期开始，日本运输省等政府部门组织上百家企业，会同大学 和研究机构对i t s 进行大规模联合开发，形成了官、民、学的协调体制，这对日 本i t s 的发展起到了很大的推动作用。至9 0 年代中期，日本相继完成了路车间通 信系统、交通信息通信系统、宽区域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆 系统以及新交谈管理系统等方面的研究。在此基础上，1 9 9 4 年1 月，由日本警察 厅、通产省、运输省、邮政省和建设省等五个部门联合成立了日本道路、交通、 车辆智能化促进协调会( v e r t i s ) 以推动i t s 在日本的发展。1 9 9 6 年7 月，由五 个政府部门共同发布了面向高度信息通信社会推进的基本方针和公路、交 通、车辆领域的信息化实施指针，统一了i t s 总体构想，开始投入巨资进行i t s 的研究、开发与运用，如9 6 年共计投入5 9 6 亿只元进行i t s 基础设施和运用，7 4 亿日元用于研究、丌发。同本特别重视1 t $ 技术产品化发展和i t s 的实地实验。 如跨世纪工程通用交通管理系统( u t m s ) 中的重要子系统动态路径引导系统 ( d r g s ) 已进行了一系列演示试验。1 9 9 4 年，为期一年的试验在横滨进行，总共 安装了2 0 0 根红外线信号标杆，包括出租车、邮车及警车在内的5 0 0 辆车参加试 验，主要目的是验证d r g s 的可行性以及收集检测器之间的行驶时间数据；1 9 9 6 年3 月，在东京神奈川县建立4 平方公里的试验区，约有2 0 0 条链路可供使用， 主要目的在于验证路线引导信息的实时提供功能。 欧洲：8 0 年代初期，德、英、法等国先后各自研究自己的系统，经济合作与 发展组织o e c d 对这些系统进行了调查和评价，结论是：应用现代信息和通信技术 等高科技的路线引导系统，将会使道路交通发生显著的变化。但是各国的引导系 统彼此独立而不相容，对过境车辆和道路交通管理带来了不便。因此o e c d 决定努 力促进这一领域的发展并协调全欧进行有效的国际合作。1 9 8 6 年，欧洲1 9 个国家 的政府和企业界丌始了一项名为“尤旱卡”( e u r e k a ) 的联合研究计划，出于欧 洲的国家大部分都很小，因此欧洲的i t s 主要从洲际的角度进行，旨在建立跨欧 的智能化道路网，投资额达5 0 亿美元。“尤罩卡”计划中包括许多具体项目，如 完善道路设施提高服务水平的d r v e 计划，建立全欧“交通服务无线数据通讯网” 以及“欧洲最高效最安全交通计划”( p r o m e h e u s ) ，“自动道路和驾驶系统”，“跨 4 华中科技大学硕士学位论文 欧道路交通系统”，“交通信息系统”。1 9 9 5 年的p r o m o t e 是继p r o m e t h e u s 之后进 行的新的项目，但与以往不同的是该项目包括全交通方式。1 9 9 6 年2 月底，欧共体 事务总局1 3 局第一次公布了为t _ t a p 征集的具体子项目，计有7 4 个子项目，其 中有关航空、铁路与海运的子项目为2 8 个，涉及两种交通模式的占4 个，涉及 多种交通模式的有5 个，显然欧共体( 现欧盟) 对有关综合运输的i t s 项目已逐 步开始重视了。 除了欧、美、日以外，新兴的工业国家和发展中国家也开始了i t s 的全面开 发和研究。 由于国情和基础产业的区别，各国对i t s 的理解和发展重点均有差异。下表1 1 比较了美国、欧洲和日本i t s 的定义和内容。 表1 1美国、欧洲及日本i t s 定义和主要内容比较表 项目美国欧洲日本 i t s 是结合信息处i t s 是利用信息、运输及i t s 是使用先进信息与 理、通讯、控制及通讯等技术应用于车辆通讯技术，以建立一个 电子等技术应用于及道路基础设施的运包括用路人、车辆及道 i t s运输系统，以减少作，以改善运输机动性，路设施的综合系统。 定义交通事故及拥挤，同时增进运输安全、减 并提高运输效率。少交通拥挤及提高行车 舒适程度，并减少环境 冲击。 旅行与运输管理交通管理导航系统的进展 旅行需求管理行前信息电子式自动收费系统 公共运输营运行程中信息支援安全驾车 i 电子付费车辆控制交通管理最佳化 i t s 商业车辆营运货物及车队管理提高道路管理效率 主要内容紧急救援管理自动收费 支援公共运输 先进车辆控制及提高商用车营运效率 安全系统 支援行人 支援紧急救援车运作 5 华中科技大学硕士学位论文 2 国内发展状况 尽管我国在7 0 年代末、8 0 年代初就开始在交通运输和管理中应用电子信息技 术，但i t s 真正进入中国，还是2 0 世纪9 0 年代中期的事。9 0 年代中期以来，在 交通部的组织下，我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪国际上智能 交通系统的发展，交通部将智能交通系统的研究纳入了“公路、水运科技发展九 五计划和2 0 1 0 发展纲要”。1 9 9 6 年1 月，智能交通系统工程研究中心于交通 部公路科学研究所正式成立，该中心承担了部重点科研项目“智能运输系统发展 战略研究”。通过该项目的研究，提出我国智能运输系统发展的整体框架，其中 标准规范的制定从一定程度上确定了系统构成、功能模块以及模块之间的通信协 议和接口。能够与国际i t s 标准体系接轨。 智能运输系统的开发与应用还涉及综合运输系统中的其他部门，为了便于协 调，国家科委已组织交通部、信息产业部、经贸委机械局、铁道部、公安部、国 家技术监督局等有关部门，筹建中国i t s 政府协调小组，总体规划包括道路、铁 路、水运民航在内的中国i t s 发展战略，标准制定和人材培训，组织i t s 关键技 术的攻关和示范工程。 在i t s 发展上，我国近期内将在以下几个方面重点开展工作：制定我国i t s 发展标准、改造和完善城市的交通管理系统、发展公共交通系统、汽车安全和事 故预防系统、快速货运系统、监控、通信收费、交通信息服务。 北京市目前已经建立了比较完善的综合信息网络系统、交通指挥调度系统、 交通执法系统和办公自动化系统，其中交通执法系统甚至达到了国际领先水平。 未来几年内。北京市将斥资近9 0 0 亿元人民币用于城市交通改善，其中很大一部 分将运用到城市交通的i t s 发展上。 “十五”期间，广州市将投入1 2 2 亿用于发展基于i t s 的城市交通系统。广州 市已经建立了专门的交通委员会，并成立了i t s 建设领导小组办公室。2 0 0 1 年1 2 月份，广州市交通非接触式i c 卡“羊城通”已经顺利开通，广州市的公交信息主 平台、公交车定位调度管理和停车诱导等项目也正在紧锣密鼓地筹建或建设之中。 与此同时，上海、重庆、济南、深圳、青岛等城市也都在发展有自己城市特点的 i t s 项目。 我国道路在未来2 0 年内仍然处于建设期，根据“五纵七横”的布局框架，公 路主骨架计划将建设1 2 条约3 5 0 0 0 公里以高等级公路组成的国道主干线。这一期 6 华中科技大学硕士学位论文 问正是智能运输系统在全世界进入全面实施的阶段，因此，中国也需要根据中国 公路运输的实际需求探讨在中国公路运输网中应用智能运输系统来提高运输效 率、保障安全和保护环境的可能性。盯住国外先进技术、发展适合中国国情的i t s 技术是中国i t s 发展的重要战略。我国的国情是人口多，基础设施薄弱，在这种 情况下，大力发展公共交通系统是解决交通问题的最适合的方法。本文j 下是以广 州市在建的i t s 工程广州市公路主枢纽工程为依托，完成该工程远程客运联 网售票系统基本的编码工作，其中重点是售票和调度计划两个模块的编制。 1 3 本文的研究内容 广州市位于公路主骨架、水运通道、铁路和航空干线的交汇处，是全国规划 中的4 5 个公路主枢纽城市之一。随着国民经济的高速发展和全球化进程的加速， 广州市的客、货流量急剧膨胀，交通运输的压力越来越大，对其有效的控制和管 理已成为有关部门的当务之急，客观上迫切要求建设一个采用先进的通信技术、 科学的管理手段，能够为社会提供安全、高效、快捷服务的现代化公路管理信息 系统。广州市现有的各站场独立售票，无联网售票方式。各站场的运行环境、数 据结构基本不一致，运行环境主要有w i n d o w s n t 4 0 及中文d o s 。数据库系统主 要有s q ls e r v e r 、f o x p r o 这几种结构。各站场的经营模式、票面格式也不统一。 各站场经营的统计信息完整性、准确性、及时性不足，无法为主管部门提供有效 的决策支持。公路主枢纽和各站场信息系统的建成与投入运行，必将极大的满足 社会经济发展和人民生活对公路运输的要求，逐步形成设施配套完善、装备先进、 中转换装方便、管理科学、信息灵通、功能齐全的公用型公路客、货运输站场系 统，使公路主枢纽成为广州改革丌放、内引外联、发展外向型经济、丌拓国内外 市场的流通纽带。 广州公路主枢纽的建设方案为：一个中心、两个系统。一个中，心为主枢纽管 理服务指挥中心，两个系统为客运枢纽系统( 包括规划中的2 0 个客运站) 和货运 枢纽系统( 包括规划中的1 5 个货运站) 。客运枢纽系统的目标是实现广州市内各 客运站、代办网点联网售票及集中清算，具备异地售票的能力。为主管部门提供 决策支持信息，便于制定指导票价，科学分配运力，精确统计及预测运量。货运 枢纽系统构的目标是构建一个安全、可信赖的交易环境，为电子商务提供领先的 物流配送服务。本文完成客运系统联网售票的基本编码工作，重点是售票和调度 两个模块的编制 7 华中科技大学硕士学位论文 2软件开发的一般理论及数据库应用系统开发 2 1 应用软件系统开发 2 1 1 应用软件系统开发基础 软件是计算机程序加上该程序的各种文档。软件是一种逻辑性的元素，只能 设计或实现出来，不能用传统意思上的制造进行生产，由于没有像硬件样的备 用件可供替换，软件维护起来比硬件要复杂地多。应用软件系统是运行在计算机 硬件、系统软件和网络基础之上的。要开发应用软件，必须对其开发基础，包括 操作系统、编译程序、数据库管理系统及其技术、网络与分布式系统设计基础有 所了解。 对于操作系统，主要有两大类，一类是基于桌面处理的单用户操作系统，另 类是基于多进程的多用户操作系统。对于大型复杂的应用软件系统，多用户操 作系统是必不可少的。 对于编译程序，在应用软件系统的人机交互界面和内部功能协调方面，具有 重要的应用价值。 对于数据库管理系统，不论是管理软件，还是实时软件，都需要有数据库管 理系统的支持，完成一下i 临时或永久信息的保存和检索功能。在应用软件开发中， 掌握数据库的设计技术是必不可少的一环。本文的主要工作就是开发一个数据库 应用系统，因此掌握数据库的设计技术就尤为重要。 对于网络与分布式系统设计基础，由于大型复杂的应用软件系统大多是分布 式应用系统，计算机网络是其赖以存在得基础，掌握网络的基本概念及网络系统 的结构、功能、必要的编程接口是开发应用软件必备的基础。 2 1 2 应用软件系统开发方法 开发高质量的应用软件系统可以采用多种方法，不同的方法具有不用的特点。 目前，用于软件开发的方法分为两大类，一类是结构化方法，一类似面向对象方 法。 1 结构化开发方法 结构化开发方法是一种传统的方法，已为广大的系统开发人员所熟悉，其基 华中科技大学硕士学位论文 本要点是： 1 )用自顶向下、逐步求精的思想，将系统功能按层次进行分解。对系统开发人 员，可以很方便地设计与实现系统。而对于用户，不断对系统有一个系统的 概念和认识，而且可以了解系统某个具体的组成部分及其功能细节，能够急 躁地看到结果，及时地提出意见。 2 )吸收用户参与系统分析与设计。在系统分析阶段，强调系统能够“做什么”， 在系统设计阶段，强调系统“如何做”，界面清晰，易于被开发人员及用户理 解。 3 )采用图示工具附加语义说明的方法阐述系统的结构与功能，便于系统开发人 员和用户之问的相互交流，对系统有一致的理解。 适用于结构化分析与设计技术的主要方法有：数据流程图法( d f d ) 、结构化 分析结构化设计方法( s a s d ) 、i d e f 方法、j a c k s o n 方法 结构化开发方法的核心在于将系统中的功能与数据相分离，这个方法在系统 功能和数据结构由于系统需求变化而变化时会导致一系列的问题，而系统需求变 化是绝对的，系统功能和数掘结构对于系统需求变化是最敏感的。该方法的最大 问题是系统难于修改和维护，这是因为系统中所有的功能都必须知道数据市如何 组织的，也就是数掘结构。如果改变数掘结构，必须相应地改变与之相关的功能。 因此常常会导致系统结构不稳定，系统中一个小的变化可能会导致严重的后果。 2 面向对象开发方法 面向对象开发方法是继结构化开发方法后，着重解决系统需求变化和维护困 难等问题而发展起来的一种全新的方法，其基本要点是： 1 )在系统分析阶段，用问题空问中的实体( 或对象) 及其相互关系建立系统逻 辑模型，以一种更加自然的方式描述系统的需求及体系结构。由于问题空间 中的对象是相对稳定的，即是有变化，通常只影响系统的局部。从而使系统 具有一个4 越是在生命周期的后期阶段，出于需求变化造成的代价越大。 2 ) 原型法 原型法要求软件开发者建立待开发软件的模型，这个模型实现待开发软件的 某些功能要求。原型法是把学习机制明确地引入系统的丌发过程。这种策略与传 统的策略区别之处在于系统设计过程中明确包含了学习机制，也不苛求一次完成 系统设计。其基本的假设是系统的初步分析是不完善的，需要进一步修f 。下图2 2 给出了原型法的工程模式。 幽2 2 原l i 法模式 原型法的优点主要有：减少了信息交流中的问题、减少了设计中的错误、增 加了用户的满意程度、能够产生一个正确的系统需求描述、减少了同程表时间、 减少了开发中的风险、减少了列用户的培训时间、简化了管理、降低了系统成本、 可以作为一种学习工具，服务于系统丌发过程 原型法的缺点是：由于在很短时间内构造原型，用户有时会将原型当作最终 系统来使用，而不耐心等待系统最终版本的完成，并拒绝在系统的最终版本上工 作。 传统软件工程模式的共同缺陷是： 忽视了人在软件工程中的地位和作用，因为软件丌发过程是一个以人为主的 复杂过程，丌发过程中的人员组织管理方法是保证系统丌发成功的重要因素 规定了软件丌发各阶段的详细文档格式及要求。由于软件技术的飞速发展， 华中科技大学硕士学位论文 特别是各种软件丌发工具的不断出现，功能越来越强，使得编程越来越简单。 随着面向对象技术的不断成熟，标准的软件组件也在不断成熟，基于软件组 件构造系统，使软件丌发过程工业化的趋势越来越明显，这就需要更改传统 软件工程的某些思想和内容，建立现代软件工程模式，以适应先到软件新技 术的发展。 2 现代软件工程模式 现代软件工程是在传统软件工程模式的基础上，为了强调人在软件开发中的 作用，同时为了适应软件新技术的发展趋势而提出来的。其基本要点是：软件开 发过程以人为主，利用软件开发方法及工具进行的各种活动的有序过程。其中， 开发人员的组织管理是软件丌发成功的重要因素。 随着软件技术的发展，软件丌发工具的不断扩展和完善，软件开发过程中的 编程工作量同趋减少，取而代之便是各种功能的软件组件。基于软件组件的软件 开发过程实在设计好系统体系结构后，利用软件组件的构造或重构过程。由于软 件组件作为一种成熟的被测试为正确的软件模块代替了传统的软件开发过程中编 程实现的大部分工作，因此，传统软件工程中编程、测试文档可以大大简化。 现代软件过程模式的内容如图2 3 所示。 系统开发与测试人员、方法及i 具 图2 3 现代软件工程模式 现代软件工程将软件开发过程视为系统分析、系统构造、系统测试的无缝集 成。其中每个过程是人与软件丌发方法和工具的有机结合，软件组件的构造过程 并不是软件开发的必要过程，而是一个可选过程，因为软件组件是一个不断积累 的过程，或者从市场直接购买。 2 2 数据库应用系统的开发 华中科技大学硕士学位论文 2 2 1 数据库部分 1 系统功能分析 系统分析是开发过程中最重要、必不可少的环节之一。系统分析工作做得好 坏，直接影响整个系统的成败。 系统分析的核心内容是理解和表达用户需求，明确新系统做什么，即在对应 用环境进行全面、细致调研的基础上，分析理解系统需求， 羊细分析与定义系统 的总体结果、功能、性能和外部接口等，最后用某种规范化的方法把它描述出柬， 形成一份书面资料系统分析说明书。 由于应用环境的复杂性，系统分析过程不可能一次完成，往往需要进行多次 的反复修改与完善。 完善的系统分析除了为系统丌发提供可靠的保证外，还可以大大减少丌发后 勤的错误，减少不必要的返工，保证系统丌发按计划进行，按时完成。 进行结构化系统分析可采用多种方法，比如：数掘流程图( d f d ) 、i d e f o 方 法。 2 系统设计 经过系统分析以后，已经得到了系统的功能、性能要求、系统接口以及系统 配置方面的详细资料，并对系统有了深入的了解，明确了系统“做什么”的问题， 在系统设计阶段，要着重解决“如何做”的问题，即将系统的功能、性能要求转 化为系统的信息结构或数掘库物理模式及软件结构，并设计每个软件模块的输入、 输出格式及详细的算法流程，形成系统设计说明书或系统设计文档，作为系统实 施阶段编程的直接依掘。 系统设计阶段的两个主要任务是确定系统的软件结构及设计构成系统的每个 模块的内部细节。 系统的软件结构是指软件模块的结构关系及其功能与接口数据结构的【兑明。 在确定系统的软件结构时，通常要着重考虑以下问题。 3 数据库设计 1 ) 数据库需求分析 华中科技大学硕士学位论文 数掘库结构设计的第一个阶段，也是非常重要的一个阶段是数据库需求分析。 在这个阶段还要是收集基本数据以及数据处理的流程，为以后进一步设计打下基 础。需求分析主要解决两个问题： 内容要求。调查应用系统用户所需要操作的数据，决定用户在数据库中存储 什么数据。 处理要求。调查应用系统用户要求对数据进行什么样的处理，理清数据库中 各种数据之间的关系。 解决这两个问题的时候，程序编制人员需要向应用系统用户详细调查，保证 信息收集的完整性，否则后面所有的工作都白费。 在数据库需求分析后，应该得到一个数据字典文档，包括： 数据项。包括名称、含义、类型、取值范围、长度以及和其他数掘项之间的 逻辑关系。 数据结构。若干个数据项的有意义的集合，包括名称、含义以及组成数据结 构的数据项。 数据流。指数据库中数据的处理过程，包括输入、处理和输出。 这个数据字典在程序的丌发过程中会不断变化。对于一个大型的软件丌发过 程，一般都需要一份详尽的数据字典。 2 ) 数据库概念结构设计 这一设计阶段是在需求分析的基础上，设计出能够满足用户需求的各种实体， 以及它们之间的关系，为以后的逻辑结构设计打下基础。 这阶段不用考虑所采用的数据库管理系统、操作系统类型和机器类型等问 题。这阶段可用的工具有很多。用的最多的是e r 图( e n t i t y r e l a t i o n ，实体联系 图) ，另外还有很多计算机辅助工具( c o m p u t e r a i d e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，c a s e ) 可以帮助进行设计。 e - r 图是描述数掘实体及其关系的一种直观的描述工具。这种图中包括： 实体。用方框表示，方框内为实体的名称。 实体的各种属性。用椭圆表示，椭圆内为属性名称。使用线段将其和对应的 实体联系起来。 实体之问的联系。用菱形表示，菱j 1 j ；内为属性名称。 实体和实体之问的联系较多，比较常见的联系有：l ：l 、l ：n 和m ：n 这三种： 4 华中科技大学硕士学位论文 1 ：1 。对于实体a 构成的集合中的每个实体，在实体集合b 中至多只有一个 实体与之相对应，反之亦然，称实体集合a 和实体集合b 之i i 白j 是1 ：1 关系。 1 ：n 。对于实体a 构成的集合中的每个实体，在实体集合b 中有1 1 ( n o ) 个 实体与之相对应，且对于实体集合b 中的每个实体，在a 中最多只有一个实 体与之相对应，称实体集合a 和实体集合b 之间是l ：n 的关系。 m ：n 。对于实体a 构成的集合中的每个实体，在实体集合b 中有n ( n o ) 个 实体与之相对应，且对于实体集合b 中的每个实体，在a 中有m 个实体与之 相对应，称实体集合a 和实体集合b 之间是m ：n 关系。 3 ) 数据库逻辑结构设计 概念结构是独立于数据模型的信息结构，必须将其转化为逻辑结构后j 能进 行数据库应用的设计。也就是要将概念上的结构转化为特定的数据库系统所支持 的实际数据模型。在关系数据库模型中，需要进行两种转化： 第一种转化是将实体转化为关系表。这种转化比较简单，只需要将实体的属 性定义为表的属性即可。 第二种转化是联系的转化。即将各个实体之阳j 的联系转化为表格之间的关系， 如外部键的定义。 在上面工作的基础上归纳出数据库表格的组成、列的属性以及表格之间的联 系。 2 2 2 应用程序部分 本文应用程序以p o w e r b u i l d e r 7 0 为丌发工具，因此下面论述的开发步骤都是 基于p o w e r b u i l d e r 的。 1 创建应用程序对象 p o w e r b u i l d e r 的应用程序对象是整个应用程序系统的入口，每个p o w e r b u i l d e r 应用程序都必须有且仅有个应用对象，也就是说，应用对象代表了应用程序， 程序从应用对象开始运行。除了作为应用程序的入口这功能外，应用对象还定 义了应用程序的系统级行为。p o w e r b u i l d e r 是个面向对象的开发环境，用它开发的 应用程序以对象和事件驱动为基本特征。 作为p o w e r b u i l d e r 的对象之一，应用对象也有一组事件，当用户运行应用程 华中科技大学硕士学位论文 序时，首先触发应用对象的o p e n 事件，在这个事件的事件处理程序中用户可以设 置应用的初始状态，转入其他对象和连接数据库等。当用户中止应用程序时，应 用对象的c l o s e 事件被触发，在这个事件的事件处理程序中完成必要的系统清理工 作，例如断丌与数据库的链接和清除用户自定义对象等。当程序运行过程中发生 严重错误时，应用对象的s y s t e m e r r o r 事件被触发，这时可以报告错误类型和性质， 以便及时排除错误。由此可见，应用对象对开发完美的p o w e r b u i l d e r 应用程序至 关重要、不可缺少。 应用对象是p o w e r b u i l d e r 应用程序启动时装入的第一个对象，除了标识应用 程序和作为程序的入口点外，应用对象还保存和定义了下述信息： 默认字体 应用程序图标 应用库搜索路径 默认的全局变量 应用对象结构、函数和实例变量 其他全局变量 全局外部函数 2 应用程序的窗口和菜单设计 窗口和菜单是图形用户界面中的两个最基本的要素。窗口是应用程序的界面， 应用程序通过窗口显示运行状态和执行结果。菜单提供了应用程序安排众多操作 和选项的便利途径。窗口和菜单结合在一起，既增加了程序的功能，又方便了用 户的操作。 窗口和菜单都是p o w e r b u i l d e r 的对象。窗口由四部分组成：属性、事件、函 数、控件。窗1 2 1 的属性决定了窗口的外观和行为( 比如窗1 3 类型、初始位置、以 及是由有边框等) ，它的事件说明了应用程序响应用户操作的操作类型，它的函数 为程序控制窗口提供了简洁而安全的手段。除此之外，窗口还是其他p o w e r b u i l d e r 控件( 比如按钮、编辑框和数据窗口控件) 的物理载体，p o w e r b u i l d e r 中的各种控 件均需要放置到窗口中才能发挥作用。p o w e r b u i l d e r 提供了窗口画笔来创建适宜的 窗口。在窗口画笔中，能够直观地定义窗口、修改窗口、放置各种控件，编写窗 口及其所附对象的事件出来程序等。完成了窗口的定义后，在程序中就可以重复 地使用它了。 6 华中科技大学硕士学位论文 现在绝大多数应用程序都使用菜单，它已经成为商业化程序的标准界面元素。 菜单用菜单画笔来定义和创建。一个菜单只有与某个窗口相关联才能发挥作用。 要将他们联系起来，只需在窗口的“m e n u n a m e ”属性中填入创建好的菜单名称即 可。 3 创建用户对象 p o w e r b u i l d e r 应用是由各种对象通过p o w e r s c r i p t 语句组合而成的，在构成应 用程序的对象中有一类特殊的对象这就是用户对象。用