（计算机系统结构专业论文）基于uml方法的生态评价系统的研究与开发.pdf

摘要 统一建模语言是非常具有代表性的面向对象的建模语言。统一建 模语言的核心是模型，在软件开发过程中，统一建模语言是实际事物 的简化模型，可以帮助项目团队理解软件内部复杂结构的各个方面。 而地理信息系统具有形象直观的应用界面和丰富的组件技术的支持， 故在地理信息系统的分析与设计中运用统一建模语言的方法提高了 系统开发的效率。 面向对象的方法在系统的开发中有非常好的应用前景，本文结合 地理信息系统对基于统一建模语言的系统开发进行研究，旨在为使用 统一建模语言的方法提供新的应用。本文研究的系统开发思想是：以 三层式体系结构设计为中心，利用统一建模语言的方法进行系统分析 与设计，为系统的开发提供一种参考模式。 本文在深入研究了长株潭生态地球化学评价系统的需求分析后， 为系统设计了基本的架构。然后创建了用例视图，定义了系统范围， 并以基本架构为基础设计了初步的系统类。在系统的进一步分析与设 计时以用例为驱动，利用统一建模语言建立各种视图模型来表达系 统，然后对系统的类与层次的设计进行了研究与优化。也是基于这样 一种统一建模语言的方法对地图管理子系统进行了详细的分析与设 计，并对系统中采用到的技术进行了研究。 采用统一建模语言进行系统建模己经成为面向对象分析和设计 的一种趋势。但是由于统一建模语言本身的复杂性以及我国软件产业 发展的局限性，统一建模语言尚未在我国软件企业中得到充分的重 视。本文从理论和实践两个方面对统一建模语言在软件系统开发方面 的应用进行了研究，所提出的观点对软件开发人员采用面向对象开发 技术具有一定的参考价值。 关键词统一建模语言，地理信息系统，方法，参考模式 a b s t r a c t u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) i s r e p r e s e n t a t i v e i n o b j e c t - o r i e n t e dm o d e l i n gl a n g u a g e s 啊1 ec o r eo fu m l i st h em o d e l ， w h i c h ，i nt h ec o n t e x to fas o f t 、】v a r ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ，i s a s i m p l i f i c a t i o no fr e a l i t yt h a th e l p st h ep r o j e c tt e a mu n d e r s t a n dc e r t a i n a s p e c t so ft h ec o m p l e x i t y i n h e r e n ti ns o f t w a r e a n dt h eg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) h a sa p p l i e di n t e r f a c e sa n dc o m p o n e n t sf o r e n r i c h , s oi tr a i s ee f f i c i e n c yo fs y s t e md e v e l o p m e n tt h a ta p p l y i n gu m l m e t h o d st ot h ea n a l y s i sa n dd e s i g no f g i s t h eo b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d so w nab r i l l i a n tf u t u r ei ns y s t e m d e v e l o p m e n t , a n d ，c o m b i n i n gw i t hg i s ，m i s t h e s i ss t u d i e ss y s t e m d e v e l o p m e n tb a s e d 0 1 1u ，m e t h o d si no r d e rt op r o v i d ef o rd e v e l o p i n g an e wa p p l i c a t i o nw i t hu m l t h ei d e ao fs y s t e md e v e l o p m e n ti nt h i s t h e s i si sw h a t ，w i t ht h et h r e e - t i e r e da r c h i t e c t u r ef o rc e n t e r , a p p l i e su m l m e t h o d st ot h ea n a l y s i sa n dd e s i g no ft h es y s t e ma n dp r o v i d e sak i n do f r e f e r e n c e dp a r e mo ns y s t e md e v e l o p m e n t i nt h i st h e s i s ，t h eb a s ea r c h i t e c t u r ei s d e s i g n e da f t e rs t u d y i n g r e q u i r e m e n t sa n a l y s to f e n v i r o n m e n te a r t hc h e m i s t r ye v a l u a t i o ns y s t e m i l lc h a n g - z h u t a na r e a t h e nu s ec a s ev i e wd i a g r a mi sf o u n d 。a n d s y s t e ms c o p ei sd e f i n e da n ds y s t e mc l a s s e so ft h ef l r s ts t e pa r ed e s i g n e d w i t ht h eb a s ea r c h i t e c t u r e i nt h ef u r t h e ra n a l y s i sa n dd e s i g no f t h es y s t e m w i t hu s ec a s ef o rd r i v e ，v a r i o u sk i n d so f v i e wm o d e l sa r es e tu pt oe x p r e s s s y s t e mi na p p l y i n gu ，t h e nc l a s s e sa n dt i e r so ft h es y s t e ma r e r e s e a r c h e d a c c o r d i n gt ot h eu m lm e t h o d s ，m a pn m n a g es u b - s y s t e mi s a n a l y z e da n dd e s i g n e d a n dt h et e c h n i q u e sa d o p t e di nt h es y s t e ma r e s t u d i e d m o d e l i n gw i t hu m l h a sb e c o m eat r e n di no b j e c t - o r i e n t e da n a l y s i s a n dd e s i g n b u tb e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h eu m la n dt h e1 i m i to f t h es o f t w a r ei n d u s t r yi no u rc o u n t r y , m o s ts o r w a r ee n t e r p r i s e sg i v ei t d e f i c i e n ta t t e n t i o n t l l i st h e s i s e m p h a s i z e s t h e r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no fs o r w a r es y s t e md e v e l o p m e n tb a s e do nu ，m e t h o d s w h i c hm a y b eh e l ps o i j t w a r e d e v e l o p e r s t om a s t e ro b j e c t - o r i e n t e d i i d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y k e yw o r d su m l ，g i s ，m e 血o d ，r e f e r e n c e dp a t t e m i i l 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论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 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：堑越 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者躲瞄导师签名聋坐吼缓- 白丝日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 信息技术的迅速发展以及国内外市场经济体制的逐步完善，企业竞争的环境 发生了很大的交化，因此产品的生产周期、生产成本和生产质量成为了企业发展 的主要因素。信息系统的开发过程也就是i t 企业的产品生产过程，从而信息系 统的设计与开发方法决定了系统的开发周期、成本和内外在质量，也决定了企业 的发展。 在软件工程领域，系统开发方法一直在不断的发展和研究之中，而选择好开 发方法则直接影响着软件系统的成功与否。从外在来看，对一个软件系统有多方 面的评价因素，其中主要的有“；易用性、可靠性、可维护性和安全性。考虑这 些因素的话，在这个电子商务时代，传统的系统开发方法早己力不从心了。而统 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 ，u 札) 因采用了面向对象建模方法和 符合现代软件工程的思想而不断得到肯定。 u 地的核心是模型，在软件开发过程中，u 儿是实际事物的简化模型，可以 帮助项目团队理解软件内部复杂结构的各个方面。设计u 札的目的是帮助软件开 发的参与者构建模型，使系统对团队可见，指定系统的结构和行为，构造系统并 随时编写文档记录开发过程中所做出的决策。 长株潭地区的生态地球化学评价系统是在n e t 开发平台开发的，要求据有 关的采样数据及时地进行评价和预测。故要求系统能及时、高效地设计和开发出 来，而且要求能在后天的维护和使用中不断改进。同时也要求高质量管理其它方 面的地理模型和相关组件。 本文的研究内容是在上述背景下提出的，主要目的是运用u m l 方法进行实践 开发，并在此基础上对各种技术进行研究，最后能高效地、高质量地开发出生态 评价系统。需要说明的是u 札方法也可用于嵌入式系统、实时系统等软、硬件系 统的设计与开发。 1 2u m l 概述 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 ，u 帆) 是为了加强现有的大量 面向对象开发方法而设计的，它是一种可视化的建模语言 2 1 。 硕士学位论文第一章绪论 1 2 1u m l 的概念与特点 l - u m l 的来源 统一建模语言是一种表达复杂系统的结构和关系的语言。1 9 9 4 年在 r a t i o n a l 软件公司r u m b a u g h 与b o o c h 开始合并o m t 和b o o c h 方法中使用的概念， 于1 9 9 5 年提出了u n i f i e dm e t h o d ( 统一方法) 的建议。此时，j a c o b s o n 也加入 了r a t i o n a l 公司开始与r u m b a u g h 和b o o c h 一同工作。这样，b o o c h 、r u m b a u g h 和j a e o b s o n 一起成为著名的“三人组”，将u n i f i e dm e t h o d 扩展成后来的统一 建模语言( u 札) 。“三人组”也是三位最优秀的面向对象方法学的创始人，他 们共同致力于设计统一建模语言。 1 9 9 7 年1 1 月，u m l 被o m g ( o b j e c t i v em o d e l i n go r g a n i z a t i o n ) 采纳为标 准，并且0 m g 承担了进一步完善u m l 标准的工作。 2 u 札的基本概念 统一建模语言的核心是模型，在软件开发过程中，u m l 是实际事物的简化模 型，可以帮助项目团队理解软件内部复杂结构的各个方面。设计u m l 的目的是帮 助软件开发的参与者构建模型，使系统对团队可见，指定系统的结构和行为。 u 札的概念和模型可以划分为下面几个部分 3 1 ： ( 1 ) 基本结构 精确的模型必须首先定义讨论的各种事物，即应用中的关键概念、它们的内 部特性及相互之间的关系。 u 札通过静态视图与动态视图实现这一功能。 u i i l 应用概念建模成类，类描述了一系列拥有信息并相互通信以实现行为的 离散对象。对象所拥有的信息建模成属性；它们执行的行为建模成方法。多个类 通过泛化可以具有一些共同的结构，具有这些共同结构的类成为这多个类的父 类。子类在继承父类结构和行为的基础上增加了新的结构和行为。对象还可以拥 有与其他对象的运行时连接，这种对象与对象的关系建模成类之间的关联。元素 之间的关系用依赖来分组，包括抽象层次的转移、模板参数的绑定、许可的授予 以及元素对其它元素的使用等。其它关系包括用例和数据流的合并。静态视图显 示为类图，静态视图可用于产生大多数程序中的数据结构声明。u 也视图中有许 多种元素，如接口、数据类型、用例和信号，它们合在一起被称为分类，它们的 行为如同某种具有一定限制的类。 动态视图主要有时序图、协作图、状态图和活动图。时序图具有时间顺序， 表达清晰，一般选用时序图分析对象之间的交互。活动图本质上是一种面向对象 2 硕士学位论文 第一章绪论 的流程图，故常用活动图来描述活动的顺序。 u 札中采用两种方式对行为建模：一种是根据一个对象与外界发生关系的生 命历史；另一种是根据一系列相关对象之间相互作用实现行为时的通信方式。 孤立对象的视图是状态机视图，在状态机视图中对象基于当前状态对事件产 生响应，执行作为响应的动作，并从一种状态迁移至另一种状态。状态机模型在 状态图中描述。相互交互对象的系统视图是一种协作，一种与环境有关的对象以 及它们相互之间链的视图，连同对象之间数据链上传递的消息流。该视点将数据 结构、控制流和数据流在单个视图中统一起来。协作和交互在顺序图和协作图中 描述。 对所有行为视图起指导作用的是一系列用例，每个用例描述了活动者与系统 外部用户所见的一部分系统功能。其中由用例图可衍生出时序图和协作图，而由 类图衍生出状态图和活动图。 ( 2 ) u 札规则 u 地规则规定了以上基本结构如何组织到一块，在语义上前后一致，并且与 所有的相关模型协调一致，形成一个结构良好的模型。 ( 3 ) u 虬公共机制 在u 札中有4 种贯穿整个语言且一致应用的公共机制：1 ) 详述，u m l 不只是 一种图形语言在它的图形表示法的每部分背后都有一个详述，这个详述提供了对 构造块的语法和语义的文字叙述；2 ) 修饰，u 札表示法中的每一个元素都有一个 基本符号，可把各种修饰细节加到这个符号上；3 ) 通用划分，u m l 的每一个构造 块几乎都存在通用划分，如：类对象和接口实现这样的二分法；4 ) 扩展机制， u 札具有扩展能力。 3 u 眦的特点 标准建模语言u 札的主要特点可以归结为三点： ( 1 ) l n 也统一了b o o c h ，o m t 和面向对象软件工程等方法中的基本概念，成 为一种通用的、标准的面向对象建模语言。 ( 2 ) u m l 吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处，其中也包括非面向对 象方法的影响。u m l 符号表示考虑了各种方法的图形表示，删掉了大量容易引起 混乱的、多余的和极少使用的符号，也添加了一些新符号。因此在u m l 中汇集了 面向对象领域中很多入的思想。 ( 3 ) u m l 在演变过程中还提出了一些新的概念。在u m l 标准中新加了模板 ( s t e r e o t y p e s ) 、模式( p a t t e r n s ) 、扩展机制( e x t e n s i b i l i t ym e c h a n i s m s ) 、活 3 硕士学位论文第一章绪论 动图( a c t i v i t yd i a g r a m ) 等新概念，并清晰地区分类型( t y p e ) 、类( c l a s s ) 和实 例( i n s t a n c e ) 等概念。 1 2 2u m l 及软件开发方法在国内外发展现状 信息系统如何开发? 这一问题一直是i t 业关心和值得研究的问题嗍。这也 是信息系统工程所要研究的课题之一。面系统工程就是一种利用一些早已定义的 程序，一步一步地将一个系统从概念转换成产品的步骤。而在软件领域中，软件 工程包括三个要素嘲：方法、工具和过程。信息系统开发方法就是为信息系统提 供“如何做”的技术。而开发过程则是把方法和工具综合起来以达到合理、及时 地进行系统的开发。 在硬件的开发中由于硬件一旦研制成功就可重复使用，在制造过程中进行质 量控制，以保证产品的质量，因而硬件的开发方法比较规范也很成熟。在一个具 体的信息系统的开发中，往往是先具备了一定的硬件条件再以此为依据开发相应 的软件，所以在信息系统开发方法的研究中是以软件的开发为中心和重点的。 在国内外软件界方法学之争由来已久。从结构化分析与设计方法的时代到面 向对象的分析与设计方法的时代，许多软件学家提取出一些基本的最佳实践，创 造出一些方法，其目的都想统一规范，完善软件工程。现在大体上有两种类型的 方法蚴：一种是计划驱动的方法，另一种就是敏捷方法。但这两种方法基本是面 向对象的方法，都可采用u 帆来建模。它们的目的都是提高软件开发的合理性和 软件产品的质量，为软件开发的发展和完善提供具体的方法。 因此，u m l 的合理应用在软件的开发中也成为了一个热点问题。但u m l 不是 方法论，它是通用的可视化建模语言。u 地没有与任何特定方法论联系起来，不 过它能够与现有所有方法论一起使用，从而u m l 运用得合理不但能够提供软件开 发的效率也能保证软件产品的质量。所以，基于u 札方法的系统实践与研究就具 有一定的市场价值与研究意义。 1 3u m l 方法在生态评价系统中的应用 眦方法是一种定义良好、易于表达、功能强大且能普遍适用的建模语言。 在生态评价系统的开发中，恰当的运用u 肌的各种视图可准确描述系统的各个方 面，使开发效率得到极大的提高。但u m l 毕竟只建模语言，必须与其它的技术和 方法结合起来才能开发出具体的产品。故u 地方法是以u 肌为中心的结合其它技 术的一种系统开发方法，这一方法在生态评价系统的开发中得到了充分的应用。 下面就了解下在生态评价系统中与u 地结合的技术与方法。 4 硕士学位论文第一章绪论 1 3 1 地理信息系统简介 生态评价系统是属于地理信息系统( g i s ) 的范畴，故先了解一下g i s 。 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 技术是2 0 世纪6 0 年代开始迅速发 展的一门空间信息处理技术。它已成为一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、 环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科川。 g i s 技术应用领域广，特别是在自然资源和环境规划等方面展现出很强的功能和 独特的效果，已成为发达国家从事经济规划、管理以及环境评价与保护的一种广 泛使用的现代化信息手段。 地理信息系统( g i s ) 是采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地 理分布有关数据的信息系统陶。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软 件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示， 并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、 综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。地理 信息系统从外部看，它表现为计算机硬件系统，而其内涵是计算机程序和地理数 据组成的地理空问信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。简言 之，它由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、 查询、操作和分析，生成并输出各种地理信息，为各领域提供空间信息、服务的 计算机系统。 1 3 2 系统开发平台与架构简介 长株潭生态地球化学评价系统是基于n e t 平台开发的。、 微软的n e t 平台给应用程序开发提供了一个非常好的基础系统平台，n e t 应用系统就是指基于n e t 平台开发的应用系统。开发n e t 应用系统是一项很复 杂的任务，需要解决很多遇到的问题。如怎样明确地、清晰地表达应用系统的需 求? 需要哪些n e t 构件( 例如：表示层技术a s p n e t ，以及中间层组件模型w e b s e r v i c e 等等。) 来满足这些需求? 如何管理复杂的n e t 应用系统的开发? 等这 些问题。 1 多层次体系结构和n e t 平台 开发系统的最佳途径是把系统按职责切分为若干个层次，这就是所说的多 层次体系结构。图1 - 1 是典型的三层次体系结构嘲。 图中表示层负责处理和最终用户之间的交互，业务层负责处理业务流程，而 数据层( 更应叫整合层) 负责提供对后台资源的访问，包括数据库和外部系统。 表示层发展成果是用户界面框架，业务层的发展成果则是交易处理监控器，而数 据层的数据库技术则是最早成熟的，其发展成果是关系型数据库。 5 硕士学位论文第一章绪论 表示屡 ( 用户服务) 服务请求广i 服务请求 业务层 ( 业务服务) 请求结果l 一 请求结果 图1 - 1 典型的三层次体系结构 数据层 ( 数据服务) n e t 平台的一个关键目标就是提供一个开发信息系统的标准环境。v i s u a l s t u d i o n e t 就是微软引入了许多专门针对n e t 框架而设计的集成开发环 境，n e t 框架包含两个部分：通用语言运行时( c l r ) 和n e t 框架类库( f c l ) 。 下面把n e t 技术放在一起来看看它们的操作环境和关系，图1 - 2 对n e t 的 主要技术进行了定位，同时从客户机和服务器的方面展示了每个元素的物理位 置。 从图卜2 中可以看出三层式结构的每一层并不是严格的分布在客户机或服 务器中，而需根据具体的开发环境和要求选用相应的物理分配。如选择b s ( 浏 览器服务器) 结构则表示层需同时分布在客户端与服务器端，而典型的三层式 c s 结构表示层就分布在客户端。 客户机服务器 表示层业务层 整合层( 数据层) n o ￥等 s o a p 应用程序 盯虬。衄等1 哪 a s p 。 簋 _ i 7 小服务 w 曲 程序等 s 洲 h m h r 玎 s 等 n e t 应用 服务 程序 n b t 服务c o m 、 d c o m 、 e t s o a p c o r b a 服务 辱 等服务嚣 l 7 图1 - 2n e t 平台奉技术 图1 - 2 中的w e b 服务( w e bs e r v i c e ) “邮”技术是为了让地理上分布在不同区 域的计算机和设备协同一起工作，以便为用户提供服务。用户可以控制要获取信 息的内容、时间、方式，而不必在无数个信息孤岛中浏览，去寻找自己所需要的 信息。它是在现有的w e b 技术和设旌之上，通过制定新的协议和标准、提出新的 6 硕士学位论文 第一章绪论 技术来实现的。新提出的与w e b 服务相关的主要协议和技术包括：与通信协议有 关的s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 、与发布信 息有关的w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 和u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，统一描述、 发现和集成) 。 2 n e t 应用系统的特征 进入2 1 世纪，随着计算机与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，信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越来越显著，相 应的信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息资源之间的连接表现出松散耦 合的特点。在大规模的异构分布式信息处理与应用执行环境下，物理位置的分散 性和工作过程的分散性特征日益明显、对日常业务活动详细信息的需求日益提 高、c l i e n t s e r v e r 体系结构和分布式处理技术( c o r b a 、册w 、c 侧) 得到广泛应 用妇。 在这种技术背景下，微软推出了n l t 平台。n e t 技术浩如烟海，从底层的 托管运行时，到多种高级编程语言，从巨量的类库a p i ，到丰富多彩的应用程序 模型，多种技术尽数囊括，多种思想和盘托出。而正由于n e t 应用系统是基 于n e t 架构的系统所以它主要具有以下特征： ( 1 ) 具有跨平台开发性 微软实现了称为c l r 的虚拟机，可支持多种开发语言的协同开发，它们都被 编译成相同的中间代码，实现了各语言无缝集成，跨平台开发。 ( 2 ) 具有丰富的类库支持 n e t 框架包含有n e t 框架类库( f c l ) 为开发人员提供了很多专业化的代 码从而可减少开发人员的重复劳动，提高了开发效率。 ( 3 ) 对分布式计算支持 n e t 实现了w e bs e r v i c e 组件技术实现了分布式平台上的组件交互，而在 客户端开发方面更有强大的支持。 尽管n e t 应用系统具有很多优点，但由于n e t 是由微软公司独自制定的， 所以有局限于一家供应商的技术风险。 1 3 3 生态评价系统开发思想 n e t 框架提供了一系列的技术和可供选择的开发语言。在n e t 的开发平台 开发应用系统可做出多种选择，既可根据开发人员对各种开发语言的不同选择利 7 硕士学位论文第一章绪论 用c l r 共同开发同一系统，还可选择不同的n e t 模式、组件及丰富的类库高效、 快速开发出应用系统，但在实际的开发中光有技术是不行的。经过多年的实践证 明：大多数项目的失败并不是技术上的缺陷，而是项目团队和项目管理的混乱导 致项目的失败! 而系统开发方法就是为信息系统提供“如何做”的技术，也就是解决怎样利 用现有技术及资源科学地开发出信息系统的方法，这样就可以尽量避免项目的失 败。 目前最为流行的两种软件开发方法是极限编程( e x t r e m ep r o g r a m l i n g 。x p ) 和统一软件开发过程( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ，r u p ) ，它们分别是敏捷方法 和计划驱动的方法的典范。 】( p 是一种轻量级的开发方法，特别适合于小型团队。它是由k e n tb e c k 在 1 9 9 9 年提出的，包括计划策略、简单设计、测试、重构、结对编程、不断地集 成、现场客户、系统比喻、集体代码所有权、每星期工作4 0 小时，编码标准和 小发行版本共十二种方法。) 【p 以四种价值为基础：交流、简化、反馈和勇气，强 调在整个开发的生命周期中，客户和开发团队成员通过现场客户不断地进行交流 “州“1 。而r u p 是r a t i o n a l 软件公司的软件工程过程框架，其目标是确保软件产 品达到高质量，能够满足最终用户需求 1 5 o 但x p 和r u p 在下列方面存在共性州旧： ( 1 ) 是面向对象的方法； ( 2 ) 重视代码、文档的最小化和设计的最简化； ( 3 ) 采用动态适应变化的迭代式演进周期； ( 4 ) 强调需求和测试管理： ( 5 ) 鼓励用户积极参与。 这两种开发方法也有不同之处，、主要在于： ) 【p 是以代码为中心和测试驱动的开发方法，而r u p 的开发方法是以基本构 架为中心和用例驱动的开发方法。 尽管r u p 是u m l 的首选方法，但r u p 过于庞大，不够灵活；而x p 的方法是 在理想状态下的方法，大多数情况下并不具备。 通过以上分析，再结合实际情况生态评价系统开发采用u m l 方法；此方法以 三层次体系结构为中心，基于u m l 这一面向对象的建模方法进行。它的开发步骤 为： ( 1 ) 确定系统的架构。 ( 2 ) 通过建立一系列的用例图，对系统功能进行分析，并以参与者与用例之 间的关系表示系统用户对于系统功能的要求，从而以图形化的方式简洁明了的分 。析系统的需求。 8 硕士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 接合系统的构架与需求分析，概要设计出分析类，为进一步分析建立基 础；雨对于用例图中某些较为复杂的用例。采用交互视图对这些复杂的用例进行 更详细的分析，通过将复杂功能分拆为多个单元步骤达到了化繁为简的目的：面 对于具有状态信息的系统组成部分，使用状态机视图对这个组成部分可能具有的 各种状态，以及各种状态之间的转变条件，进行建模：对于用户可能做出的。具 有流程性的一系列活动，使用话动视图对这一系列活动进行建模：最后可通过配 置视图显示系统中的硬件和软件的物理结构。 ( 4 ) 以分析阶段的结果为基础，以面向对象的设计方法在静态视图中将系 统以类来建模，并根据交互视图、状态机视图以及活动视图内的系统详细信息， 在设计的“分析类”的基础上，设计出各个类应具有的属性以及方法，并进一步 确定各个类之间的关系。 ( 5 ) 在编码实现时，只要选择一种面向对象的语言，按照这种语言的要求 将详细设计的结果模塑实现，即达到系统的编码实现。 1 4 本文研究内容及安排 本文主要是以统一建模语言( u 儿) 为中心，对软件开发方法进行了研究与 实践。在全文的开头，作了相关知识和背景介绍，在此基础上，确定了生态评价 系统的开发思想。 此开发思想是以面向对象的u 虬方法为出发点，剩用u h l 所提供的各种可视 化视图描述和设计具体的系统，研究了实际系统的需求、分析和设计过程。在深 入研究了长株潭生态地球化学评价系统的需求分析后，为系统设计了基本的架 构。然后创建了用例视图，定义了系统范围，并以基本架构为基础设计了初步的 系统类。在系统的进一步分析与设计时以用例为驱动，利用统一建模语言建立各 种视图模型来表达系统，然后对系统的类与层次的设计进行了研究与优化。也是 基于这样一种统一建模语言的方法对地图管理子系统进行了详细地分析与设计， 并对系统中采用到的技术进行了研究。 在整个的分析与设计过程中，都以系统的三层式体系结构设计为中心，利用 u 札进行分析与设计，为系统的开发提供了一种分析与设计的参考模式。 全文共分五章，组织如下： 第一章：介绍了统一建模语言( u 札) 及信息系统开发方法的发展与现状； 然后探讨了具体的n e t 应用系统的系统开发方法。 第二章：基于u i v l l 的方法对生态评价系统进行了详细的需求与分析过程， 对各种视图进行了详细的研究与实践。 第三章；是全文的重点。此章是在完成生态评价系统的全面分析后，对生态 9 硕士学位论文 第一章绪论 评价系统的整体层次及具体的每一层的结构利用u m l 的类图进行了设计。最后 以某一子系统为例进行了详细分析与设计。 第四章：对生态评价系统的开发中所用到的关键技术进行了分析与研究。 最后一章，对全文进行了总结，并提出了进一步的研究内容和方向。 1 5 小结 本章探讨了统一建模语言( 切沮，) 的应用与发展，然后研究与给出了生态 评价系统的开发思想。 最后对本文的研究内容和安排作了介绍 1 0 硕士学位论文第二章基于眦方法的生态评价系统分析 第二章基于u m l 方法的生态评价系统分析 在了解了u m l 的基本概念和生态评价系统的系统开发思想后，本章就运用 u 札方法对长株潭地区生态地球化学评价系统进行详细的系统分析与研究。 2 1 系统的需求分析 、 需求分析阶段位于软件开发的前期，它的基本任务是正确地定义未来系统的 目标，确定为了满足用户的需求必须做什么。 生态地球化学评价系统是一个地理信息系统( g i s ) ，是以采集、存储、管理、 分析和描述地理相关信息的计算机系统。它的空间数据维护涉及量大，空间数据 处理和分析功能复杂，数据维护、发布和查询等操作与数据库之间的交互频繁， 所以对如何应用面向对象分析与设计技术进行分析与设计提出了较高要求嘲 “长株潭城市区域生态地球化学评价”是“湖南省洞庭湖区生态地球化学调 查”总项目中的专题研究部分。受“湖南省洞庭湖区生态地球化学调查”项目部 的委托，中南大学、湖南省环境监测中心站、湖南省地质研究所联合负责“长株 潭城市区域生态地球化学评价”专题工作，旨在对长株潭地区野外调查取样及部 分样品进行测试，并完成“大宗无公害农产品生态地球化学环境评价”和“区域 地球化学生态环境预警”等专题研究，提交湖南省长株潭地区生态地球化学调 查报告。“长株潭地区生态地球化学评价系统”即是在该项目的依托和需求下产 生的，实现对长株潭地区生态环境监测项目进行评价计算。 随着经济的发展，人类对于自己所居住的生态环境的现状以及未来发展趋势 日益关注。在生态环境评价方面，也已由人工评价转向运用计算机技术的智能评 价。然而目前国内已有的评价系统存在评价对象单一( 如只对土壤、水、空气中 之一进行评价) 、评价模型缺乏直观友好的图形界面、模型的输入输出数据缺乏 有效的统一管理等缺点。因此，合理设计系统结构，综合发挥各种技术优势，是 目前该领域亟待解决的重要课题“”。 由于生态环境评价牵涉面广，涉及数据信息来源多，因此采用g i s ( 地理信 息系统) 技术和数据库管理系统( d b 哺s ) 可以有效地进行空问数据和属性数据的管 理、存储和查询，另外由于生态环境评价所采用的模型具有专业性和复杂性的特 点，因此采用w a t l a b 软件能直观、快速、准确地计算出评价结果，提高工作效 率和管理效果。 长株潭生态地球化学评价系统要求据有关长沙、株洲和湘潭三地的采样数据 及时地进行评价和预测。放要求系统能及时、高效地设计和开发出来，而且要求 硕士学位论文第二章基于u 札方法的生态评价系统分析 能在后天的维护和使用中不断改进。同时也要求高质量管理其它方面的地理模型 和相关组件。 根据与用户进行的多次交流，研究分析确定用户对系统的主要需求为； ( 1 ) 对与采样点相关的空间数据、属性数据、以及采样原始文档、项目文 档、结果数据进行良好的组织和管理； ( 2 ) 具有g i s 的基本功能，能实现地图的浏览、放大、缩小、鹰眼等功能； ( 3 ) 能够将空问数据和属性数据进行关联，实现数据的检索、更新功能； ( 4 ) 所有的监测数据和评价结果都要存入数据库，提供功能完善的数据输 入输出接口； ( 5 ) 实现对评价结果的多种形式的输出，如电子表格、文本文件、图表、 专题图输出等； ( 6 ) 实现长株潭三地数据的互相访问。 2 2 系统的总体框架 2 2 1 系统的基本架构与开发结构 由于是利用n e t 技术进行开发，故可以使用原有的参考架构。考虑可维护 性、可靠性、可扩展性以及性能，采用三层结构计算模式，即：客户层应用服 务层数据层( c a s ) 的体系结构，而整个系统的运行环境为局域网。图2 1 是系统的架构图。 客户机服务器 表示层业务层整合层( 数据层) c # 等 s o a p 应用程序 等 w e b l 鬈嚣 1 s c r v i c b 等 n e t n e t 服务 服务 c c i m ， d c o m ， s o a p c o r b a 等 等服务器 图2 - 1 系统架构图 1 2 硕士学位论文 第二章基于u 衄方法的生态评价系统分析 从图2 - 1 可看出系统的基本架构以n e t 技术为基础。表示层以n e t 平台提 供的丰富的a c t i v e x 控件为主实现系统的g u i 界面。业务层主要是利用已有的组 件技术( 如，已有的满足c 0 m 规范的组件) 进行设计和开发，该层主要处理表示 层的请求，完成对数据层的访问结果的处理，返回表示层所需的处理数据。 整合层的设计往往与数据库的设计紧密结合，所以图中用一个数据库图标来 表示该层。其实该层在三层式结构中与数据库是独立的，该层在实际开发中是与 数据库开发结合，作为系统的一个数据管理子系统开发的。在该层与数据库的访 问中基于a d 0 n e t 技术进行开发。 而系统开发按照数据流向可分为两大块：一是利用蛔p x 控件显示电子地图 数据，并对地图数据进行操作；二是a d o n e t 组件访问和操作数据库数据。本系 统的开发结构如图2 2 所示。 图p 2 系统开发结构 2 2 2 系统的功能框架 该系统的目标是：( 1 ) 实现对采样数据进行自动化管理；( 2 ) 能够对采样数 据按指定的数学模型进行分析；( 3 ) 输出各种评价结果。按此功能需求此系统划 分为数据管理子系统( 数据的内部组织、转换与管理) 、模型评价子系统( 模型 的管理、评价) 、地图管理子系统( 地图的内部组织、显示与管理) 和其它功能 子系统( 工程文件管理、打印输出等) 四个子系统。数据的维护( 包括数据的录 入与各份) 由管理员完成。 图2 _ 3 是系统的功能框架图。该框图反映了系统的功能需求，以此图为基础 可以清晰看出系统所需完成的功能目标，对定义系统的范围和对u 札的用例捕获 能起到指导作用。 硕士学位论文第二章基丁：u 札方法的生态评价系统分析 图2 - 3系统功能框架图 根据图2 3 可知本系统具有如下主要功能； ( 1 ) 地图管理：提供了全景、放大、缩小、漫游等基本地图操作。同时， 还提供了鹰眼功能，使用户随时了解当前图形缩放的区域在整个地图中的位置。 ( 2 ) 图层管理：主要完成对组成地图的各地理要素的管理，包括图层的新 建、添加，保存以及隐藏和显示图层等功能。 ( 3 ) 数据管理：包括对属性数据的导入、添加、查询、修改等功能以及环 境质量监测数据和环境标准数据的维护。 ( 4 ) 文件管理：系统以工程为单位管理每次评价所需的原始数据和结果数 据。对于每一次新的评价，系统会提示用户新建一个工程并自动生成一个工程文 件夹，将地图数据、采样数据、资料数据分别放入不同的子文件夹，便于用户的 查询和使用。 ( 5 ) 模型管理：模型库中包含一定数量的评价模型和预测模型，如单因子 指数质量模型、综合指数质量模型、尼梅罗综合污染指数模型等。模型库具有可 扩展性。 ( 6 ) 评价功能；对土壤、地表水、空气的质量可进行现状评价和预测评价， 对于不同的评价对像调用不同模型，对评价结果以多种形式显示和保存，如饼图 显示、专题图显示、表格显示，评价结果数据可另存为x l s 、t x t 、m d b 格式 文件。 ( 7 ) 专题图和等值线的绘制：根据评价结果绘制专题图和等值线。 硕士学位论文第二章基于u 札方法的生态评价系统分析 2 3 定义系统的范围与功能 定义系统是指系统中应该包括哪些内容以及不包括哪些内容，也就是确定系 统的范围嘲。在定义了系统的范围的同时，还要确定系统需具有哪些功能。 2 3 1 初步定义系统的范围与功能 定义系统的一个关键特征就是定义系统的边界，在找出参与者与用例的过程 中就可以划定系统的边界。 + 而视图是表达系统某一方面特征的u 札建模元素的子集，是由一个或者多个 图组成的对系统某个角度的抽象。在u 札中，用例视图( u s ec a s ed i a g r a m ) 可 清晰表达用户目标，并以用户与开发人员可视化的方式加以沟通，而设计用例图 是开发过程的起点，用例分析的成功与失败会影响整个系统的结构、功能与实际 操作。 实际中参与者( a c t o r ) 与用例( u s ec a s e ) 的寻找是同时进行的，在定义 用例的时候会发现更多的参与者，在定义参与者的时候也会发现更多的用例，这 样周而复始精化系统的定义。 1 找出参与者 在定义系统的时候，首先要找出的就是系统的参与者( a c t o r ) 。参与者是同 系统交互的所有事物，例如，入、其他的软件、硬件设备、数据存储或者网络嘶1 。 每一个参与者定义一种角色，而每一个系统之外的实体可用一个或多个参与者来 代表。 参与者是在系统之外，他们都表示都不是系统的一部分。提出下列问题可找 出系统的参与者： 谁使用这个系统? 谁安装系统? 谁启动系统? 谁维护系统? 谁关闭系统? 哪些其他的系统使用这个系统? 谁从这个系统获取信息? 谁为这个系统提供信息? 是否有事情自动在预计的时间发生? 当然这仅仅只是一种方法和思路，在参与者比较简单时并不必要落实每一个 问题。 1 5 硕士学位论文第二章基于u 札方法的生态评