硕士论文-基于工作流与GIS技术的机场土地规划及利用系统的设.pdf

北京交通大学 硕士学位论文 基于工作流与GIS技术的机场土地规划及利用系统的设计与实现 姓名：刘麒赟 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：徐军库;魏小涛 20080601 摘要 摘要 传统的机场土地规划是采用手工作业方式进行的，工作量大、环节多、周期 较长，往往有工作效率较低、容易出错等方面的问题。而且，传统方法缺少有效 的可视化工具、地理信息支持平台为决策者提供直观、形象的决策支持。随着我 国经济的快速发展，国内还有大量的机场需要新建，传统的机场土地舰划方式己 经不能满足当前要求。新形势下机场土地规划系统的建设，不仅需要一个完善的 办公自动化系统作支持，同时还需要一个强大的可视化工具、地理信息支持平台 来服务。与此同时，在企业中已得到广泛应用的工作流技术具有优化、管理业务 流程的功能，而经历了几十年发展、逐步成熟的地理信息系统( G 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 ) 贝J J 有出色的描述、存储和输出空间信息的能力。因此， 把工作流与G I S 技术应用到机场土地规划系统中是一个必然的趋势。 本文首先介绍了软件工程、工作流技术、G I S 技术和传统的机场土地规划方式。 通过研究工作流技术和G I S 技术，并结合对传统的机场土地规划方式的特点的分 析，提出把软件工程思想、工作流技术与G I S 技术应用到机场土地规划系统的必 要性。 其次，本文详细介绍了工作流技术的相关知识，分析了工作流参考模型与工 作流管理系统体系结构，以及引入了本项目中使用到的工作流管理系统一一 J B P M 。随后，本文详细论述了G I S 技术相关理论，并介绍了本项目中使用到的 G I S 组件M 印x 骶m eJ a v aE d i t i o n4 8 0 。接着，本文对项目中用到的空间数据 库技术也做了介绍。 然后，本文论述了基于工作流技术与G I S 技术设计的机场土地规划系统的项 目背景、设计原则、功能目标以及系统实现等。详细介绍了系统里利用工作流管 理业务流程部分及地图的显示与控制部分的设计与实现。系统的设计与实现都在 软件工程思想指导下完成。系统实现的介绍部分展现了已在实际应用的系统截图。 最后，对研究工作进行总结，并对后续工作做了展望。 关键词：工作流；G I S 土地规划及利用：O r a c l eS p a t i a l ；J B P M ：M a p X t r e m ef o rJ a v a 分类号：T P 3 1 1 5 A B S T R A C T A BS T R A C T T h et r a d i t i o n a lw a yt o p l a n t h ea i r p o r tl a n di sh a n d w o r k e d I th a sm a n y d i s a d v a n t a g e s ，s u c ha st o oe n o r m o u sw o r k l o a d s ，t o om a n ys t e p s ，t o ol o n gd u r a t i o n ， t o ol o w w o r ke f f i c i e n c ya n df r e q u e n tm i s t a k e s I na d d i t i o n ，i ti sd i f f i c u l tt os u p p o r tt h e v i s u a ld e c i s i o n m a k i n gb e c a u s eo fw a n t i n gv i s u a lt o o l sa n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m W i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fC h i n e s ee c o n o m y ，t h e r ea r em a n yn e wa i r p o r t s w i l lb eb u i l t ，a n dt h et r a d i t i o n a lw a yi sn o ta b l et om e e tt h er e q u i r e m e n to ft h el a n d p l a n n i n go fa i r p o r t I nt h en e we p o c h ，t h ec o n s t r u c t i o no ft h el a n dp l a n n i n go fa i r p o r t s y s t e mn o to n l yn e e d s ag o o do f f i c ea u t o m a t i cs y s t e m ，b u ta l s on e e d sa p o w e r f u lv i s u a l t o o la n daG e o g r a p h i cI n f o r m a t i o nS y s t e m ( G I S ) p l a t f o r m A tt h es a m et i m e ，w o r k f l o w i su s i n gw i d e l yi nc o m p a n i e sd u et oi t sa b i l i t i e sf o ro p t i m i z i n ga n dm a n a g i n gp r o c e s s ， a n dG I Sw h i c hw a si n v e n t e ds e v e r a ld e c a d e sa g oh a se x c e l l e n ta b i l i t i e sf o rd e s c r i b i n g ， s t o r i n ga n do u t p u tt h es p a t i a li n f o r m a t i o n T h e r e f o r e ，i ti s a ni n e v i t a b l et e n d e n c yt o c o m b i n et h ew o r k f l o ww i t hG I St e c h n o l o g yt op l a nt h ea i r p o r tl a n ds y s t e m F i r s t ，i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s e v e r a lk i n d so ft e c h n i q u e ，s u c ha st h eS o f t w a r e E n g i n e e r i n g ，w o r k f l o w ，G I St e c h n o l o g ya n dt h ew a yt op l a nt h ea i r p o r tl a n d a r e s i m p l yi n t r o d u c e d ，i ns u c c e s s i o n ，t h ed i s a d v a n t a g e so ft h et r a d i t i o n a lw a y t op l a nt h e a i r p o r tl a n da n dt h en e c e s s a r yt oB S et h ek n o w l e d g eo fS o f t w a r eE n g i n e e r i n g ，w o r k f l o w a n dG I St e c h n o l o g ya r ea n a l y z e d ， S e c o n d l y ，i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w o r k f l o w , t h er e f e r e n c em o d e lo fw o r k f l o w , t h e a r c h i t e c t u r eo f w o r k f l o wm a n a g es y s t e ma n dJ B P Ma r ei n t r o d u c e dd e t a i l e d l y G I Sa n d M a p X t r e m e J a v aE d i t i o n4 8 0a r ed i s c u s s e d T h e n ，s p a t i a ld a t a b a s ea r er e l a t e d T h i r d l y ，t h eb a c k g r o u n d ，t h ep r i n c i p l e s ，t h eg o a l s ，t h ef u n c t i o n se t co f t h ea i r p o r t l a n ds y s t e mb a s eo nw o r k f l o wa n dG I St e c h n o l o g ya r ed i s c u s s e d T h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no ft h ep a r to fp r o c e s sm a n a g e m e n tw i t hw o r k f l o wa n dt h ep a r to fm a p d i s p l a ya n dc o n t r o la r ee x p l a i n e dd e t a i l e d l y I na d d i t i o n ，t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o ft h i ss y s t e ma r eg u i d e db yt h er u l e so fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g T h ei m a g e so ft h e r u n n i n gs y s t e ma r ed i s p l a y e di nt h ep a r to fi n t r o d u c t i o no fs y s t e mi m p l e m e n t a t i o n F i n a l l y ，t h er e s e a r c hw o r ki ss u m m a r i z e da n dt h es t u d yi nt h ef u t u r ei sp r o s p e c t e d K E Y W O R D S - W o r k f l o w ：G I S ：l a n dd e s i g na n du s e ；O r a c l eS p a t i a l ； J B P M ； M a p X t r e m e f o rJ a v a C L A S S N 0 ：T P 3 1 1 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：考d倒凑 导师签名： 糯讯寸掮 签字同期：2 棚年6 月，汐同 签字日期：砌刀年多月汐同 独创性声明 独创性声明 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和取得的研 究成果，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，也不包含为获得北京交通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己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：多d 拟习& 签字同期：2 矿汐矿年多月，同 6 7 致谢 致谢 本论文的工作是在我的导师徐军库老师与魏小涛老师的悉心指导下完成的， 徐军库老师与魏小涛老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和 影响。在此衷心感谢两年来徐军库老师与魏小涛老师对我的关心和指导。 徐军库老师与魏小涛老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上 和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向徐军库老师与魏小涛老师表示衷 心的谢意。 徐军库老师与魏小涛老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意 见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，高国栋、肖国一、王曦等同学对我论文中的 研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢父母家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 绪论 1 绪论 1 1技术背景 1 1 1软件工程 软件工程是一门于1 9 6 8 年诞生的新兴的工程学科。它的提出主要是针对2 0 世纪6 0 年代“软件危机 而提出的。自这一概念提出以来，围绕软件项目，开展 了有关开发模型、方法以及支持工具的研究。迄今为止，软件工程的发展已经经 历了三个不同的阶段。第一个阶段是软件结构化生产阶段，以结构化分析与设计、 结构化评审、结构化程序设计以及结构化测试为特征。第二阶段从8 0 年代中期开 始，以提出过程成熟模型C M M 、个体软件过程P S P 和群组软件过程T S P 为标志。 第三个阶段就是以软件过程、面向对象和构件重用出现的软件工业化生产阶段。 软件工程( S o f t w a r eE n g i n e e r i n g ，S E ) 是一类工程，具有工程的普遍特点。工程 是将理论和知识应用于实践的科学。软件工程在借鉴了传统工程的原则和方法的 基础上，追求高效地开发高质量软件。软件工程应用了计算机科学、数学和管理 科学的成果。计算机科学和数学用于构造模型与算法，工程科学用于制定规范、 设计范型、评估成本及确定权衡，管理科学用于计划、资源、质量和成本的管理。 目前，软件工程的一般定义【1 4 】是：软件工程是- I - J 旨在生产无故障的、及时 交付的、在预算之内和满足用户需求的软件的学科。 软件工程的框架可概括为：目标、过程和原则。软件工程目标是提高软件的 质量与生产率，最终实现软件的工业化生产。软件工程过程主要包括开发过程、 运作过程、维护过程。这其中覆盖了需求、设计、实现、确认以及维护等活动。 软件开发中常用的策略，即过程模型有：线性模型，渐增式模型，螺旋模型，快 速原型模型，形式化描述模型等等。软件工程的原则是指围绕工程设计、工程支 持以及工程管理在软件开发过程中必须遵循的原则，比如采用合适的开发模型、 采用适宜的设计方法以及重视软件工程的管理等。 通常习惯将整个软件生存周期划分为问题定义、可行性分析、需求分析、总 体设计、详细设计、编码和单元测试、综合测试与软件维护这几个阶段。把软件 生存周期划分成以上几个阶段，使得每个阶段的任务相对独立，而且比较简单， 便于不同人员分工协作，从而降低了整个软件开发工程的困难程度。 软件工程的研究热点随着软件技术的发展而不断变化。软件工程在实践中不 断发展和完善，特别是近年来，软件规模的迅速扩大更促进了软件工程的发展。 北京交通大学硕十论文 1 1 2工作流技术 工作流的概念最早出现于2 0 世纪7 0 年代，提出于办公自动化技术研究背景 下。工作流最初只是针对同常业务工作中某些具有固定程序的活动而提出的一个 概念。工作流概念的提出，一定程度上改变了人们传统的工作习惯，它将工作恰 当地分解成若干任务，并按照一定的规则及特定的过程来执行，从而达到提高工 作效率，降低生产成本的要求。 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 ) 为工作流提供了一 个标准的定义f 7 】：工作流是指整个或部分经营流程在计算机支持下的全自动或半自 动化。 到8 0 年代中期，工作流得到广泛使用。其发展过程大体上可以划分为三个阶 段。第一阶段，主要为应用于某些特定领域的、相对独立的应用系统，如图像、 文档管理系统；第二阶段，主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实现任务 协作的应用系统，比如具有消息传递功能的工作流系统；第三阶段，具有图形用 户界面的过程定义、用户定义与任务执行完全分离的工作流系统。 工作流技术为工作流自动化和构建流程应用提供基础平台，实现了流程逻辑 与业务逻辑的分离，支持业务流程的分析和规范化定义以及业务单元的自动组装， 降低了复杂流程应用的开发难度，提高应用系统的管理效率。工作流技术重点研 究内容包括：工作流引擎、工作流管理集成机制、建模工具、协同工作机制、流 程设计器和流程监控工具等。 随着多年的发展，工作流技术在企业中的广泛应用己带来瞩目的成效。与其 他管理思想和技术一样，工作流是一种优化方法，是一种对工作过程进行优化的 思想和技术，其优越性主要是改进和优化业务流程，提高业务工作效率；实现更 好的业务过程控制，提高顾客服务质量；提高业务流程的柔性等。 1 1 3G I S 技术 地理信息系统，简称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 ) 。它是集计算机科学、 地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、地图学、城市科学、空间科学和管 理科学及相关学科等多门学科为一体的边缘科学。一般来说，G I S 可定义为1 2 3 J ： “G I S 由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、 操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环 境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的支持， 为工程设计和规划、管理决策服务。 1 绪论 G I S 自诞生以来经历了4 0 多年的历史，多数G I S 专家认同G I S 的发展经历了 四个阶段：第一个阶段是6 0 年代G I S 的起步阶段，这期间的发展特点是，G I S 没 有被广泛认可，从事的人员有限，项目投资强度很小，基本上是少数专家左右着 G I S 的发展；第二个阶段是7 0 年代G I S 发展阶段，这期间人们注重于丌发实用系 统，使G I S 得到一定发展，但在理论及技术上没有什么突破：第三个阶段是8 0 年 代G I S 应用阶段，这段时间里G I S 不但得到了国际社会的普遍关注，开发了许多 实用的环境与资源信息系统，而且G I S 开始跨越国界用于解决许多全球性问题； 第四个阶段是9 0 年代G I S 成熟阶段，此阶段内微电子技术发展出现加速化，扫描 转换识别的普及以及人工智能等高精尖技术的完善，使G I S 的发展不再受制于计 算机硬件，从而加速了G I S 向成熟发展。 G I S 的功能及研究方向主要有以下几类：空间信息的获取、处理与交换；空间 数据的管理；G I S 软件结构及应用系统开发；空间信息的网络分布与服务。 总之，G I S 既是一门学科，又是一门技术系统，是描述、存储、分析和输出空 间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科，又是以地理空间数据库为基础，采 用地理模型分析方法，适时提供多种空间地理信息，为地理研究和地理决策服务 的计算机系统。 1 1 4机场土地利用规划 土地利用规划是指人们为了改变并控制土地利用方向，优化土地利用结构和 布局，提高土地产出率，对一定区域范围内的土地开发、利用、整治、保护所做 出的具体部署和安排。 机场土地利用规划是土地规划的一种。它涉及到国家的政治、军事、社会、 经济、技术、地理、交通以及气候等等许多方面，是一个相互交织在一起的十分 庞大而复杂的系统工程。机场土地利用规划影响到了机场建设的所有后续过程， 对机场投资和工期进度有重大影响，是机场建设中最重要的一步。因此，机场土 地利用规划不仅需要遵循一般土地利用规划的一些共同规律，还必须充分考虑到 其自身的特殊性。 我国的基本国情决定了对土地资源必须始终坚持统筹规划合理利用的原则。 据有关预测，在未来十年内，我国民航定期航班机场的数量将从目前的1 4 7 个增 加至2 0 0 多个，未来还有大量的机场需要新建。对于多辄数亿甚至数百亿的机场 建设，民航总局的“十一五规划 中明确提出了建设“资源节约型、环境友好型 和人性化服务 的新一代机场( 绿色机场) 的要求。因此，开展机场土地利用规划管 理信息系统的建设，提高机场土地利用规划管理的科学性、规范性和高效性，最 3 北京交通大学硕士论文 大限度地节约土地资源和最充分地利用土地资源是积极落实民航“十一五规划 的重要举措，也是“数字国土”和国土资源信息化管理的迫切要求和必然趋势。 1 2论文背景及意义 1 2 1传统的机场土地规划系统存在的不足 机场土地利用规划管理部门的同常活动中，绝大部分是属于流程类活动，工 作流贯穿部门业务活动的各个阶段。传统机场土地利用规划中的申请、初审、复 审、批准等系列办公流程是采用手工作业方式进行的，这样就产生了工作量大、 环节多影响工作效率和质量；周期较长以及没有一个有效的可视化工具为决策 者提供直观、形象的决策支持等方面问题。因此，机场土地利用规划采用了管理 系统来辅助其工作。但是，传统的机场土地利用规划管理系统自身存在着较大的 不足，随着国土信息化建设的发展，这些问题越来越突出，已成为阻碍机场土地 利用规划管理发展的重要因素。 传统的机场土地利用规划管理系统在流程管理方面的不足具体表现在以下几 个方面： ( 1 ) 系统业务流程固化，系统灵活性和扩展性较差 传统的机场土地利用规划管理系统将一系列复杂的业务逻辑和专业模型 组织成业务流程应用于实际工作中，但是，它将业务流程固化，相对缺乏对 业务流程的有效控制和管理，流程局部的变化将带来系统整体的调整和修改， 系统灵活性和扩展性较差。 ( 2 ) 空间图形数据与业务信息管理系统的分离处理 传统的机场土地利用规划管理系统中空间图形数据与业务信息管理的 分离处理也在一定程度上削弱了工作流程的完整性、工作的效率。同时，也 导致决策者在使用系统时，缺乏直观、形象的决策支持。 ( 3 ) 不同职能部门网络协同工作能力差 传统的机场土地利用规划管理系统往往是都不具备网络协同工作的管理 应用系统，无法实现业务流程的自动流转，不同职能部门网络协同工作能力 比较差。而实际工作中机场土地利用规划管理项目往往涉及海量数据管理及 繁琐的业务流程操作，需要不同职能部门的多个人员协作完成项目。因此， 如何充分利用网络资源，以流程为驱动合理分配处理任务，使得网络内的各 个节点良好地协同工作是机场土地利用规划管理面临的新问题。 4 1 绪论 1 2 2传统系统引入工作流技术与G I S 技术的意义 随着软件技术的发展，软件工程在实践中不断发展和完善，解决传统系统流 程缺乏灵活性的工作流技术与描述、存储、分析和输出空间信息的G I S 技术得到 了长足的进步。而这些技术F 好能解决传统的机场土地利用规划管理系统所难以 解决的问题，使之成为更符合业务需求的高效系统。 在软件工程的思想的指导下，将工作流技术引入机场土地利用规划管理系统 主要有以下几点好处： ( 1 ) 有利于提高系统的重用性、灵活性和扩展性 工作流技术是一种先进的流程控制技术，它提供了业务流程逻辑系统与 信息模型系统的分离，并实现了应用逻辑和过程逻辑分离。当事务处理流程 需要变更时，它可以在不修改具体业务组件实现方式的情况下，通过修改流 程定义模型来做出响应和调整，改进系统性能，实现对事务部分或全部内容 的改进，增强了系统的扩展性，提高软件系统的可扩展性和易维护性。 ( 2 ) 采用网络协同工作方式，提高工作效率 工作流是描述组织的业务处理活动过程的模型，通过将工作流程合理地 分解为一组存在内在联系的业务活动，进而将活动分解成定义良好的任务、 角色、规则等，并且通过网络协同的工作方式来完成流程执行和监控，达到 提高生产组织水平和工作效率的目的。 ( 3 ) 组织机构与业务流程综合管理，优化管理 工作流管理系统是将人、信息和应用工具合理地组织在一起，发挥系统 的最大效能，并且可以通过对己经完成的工作流实例的分析，可以找出存在 的不足，进而不断改进工作流程，进行调整优化。 在软件工程的思想的指导下，将G I S 技术引入机场土地利用规划管理系统主 要有以下几点好处： ( 1 ) G I S 是机场土地利用规划管理系统的基础空间数据平台 土地利用规划的结果通常以地图方式存在；在业务办理的过程中除了大 量的业务数据、统计数据等数据外，还需要地理信息数据为其提供相关空间 信息。G I S 则可以为机场土地利用规划管理系统提供基础空间数据平台。 ( 2 ) G I S 为机场土地利用规划管理提供了有效的可视化查看机制 G I S 通过其空间显示方式，提供了一个可视化的地理数据及其他相关数据 的显示平台，从而提高了土地利用规划管理的质量和效率。 f 3 ) G I S 为机场土地利用规划管理决策分析提供了技术手段 在决策过程中，G I S 的空间分析操作为机场土地利用规划管理机构提供了 北京交通大学硕士论文 科学的决策依据，使其能够准确有效的实施机场土地利用规划管理。 综上所述，将工作流技术与G I S 技术融合到机场土地规划系统中将极大地完 善系统自身的性能，并为规划决策提供有力支持。 1 3论文主要内容及其组织 本文分为五个章节，具体组织如下： 第一章，绪论。简要介绍了软件工程、工作流技术与G I S 技术，分析了传统 机场土地利用规划管理方法和传统机场土地利用规划管理系统的不足之处，并指 出将先进的软件工程、工作流与G I S 技术引用到机场土地利用规划管理系统中去 的必要性。 第二章，关键技术。详细论述了工作流相关理论与技术，介绍了工作流参考 模型与工作流管理系统体系结构，并介绍了本项目中使用到的一个工作流管理系 统J B P M 。详细论述了G I S 技术相关理论，介绍了G I S 功能及主要研究方向， 并介绍了本项目中使用到的一个G I S 组件M a p X t r e m eJ a v aE d i t i o n4 8 0 。接着， 本文对项目中用到的空间数据库技术做了详细的介绍。 第三章，机场土地规划及利用系统的设计。详细介绍了机场土地利用规划管 理系统的设计。 第四章，机场土地规划及利用系统的实现。详细介绍了机场土地利用规划管 理系统的实现。随后介绍了本系统的单元测试工作。 第五章，结论与展望。总结了本文的成果及主要结论，对本项目可能采取的 进一步工作进行了展望。 2 关键技术 2 关键技术 2 1工作流技术 2 1 1工作流定义 工作流是针对某些工作中具有相对固定程序的常规活动而提出的一个概念。 通过具体分析研究，将该工作活动恰当地分解成定义良好的任务、角色、规则和 过程来进行执行和监控，以达到提高组织水平和工作效率的目的。工作流所关注 的问题是处理过程的自动化，它根据一系列定义好的规则，把文档、信息或任务 在参与者之间按规定顺序传递，以达到计算机系统对业务流程的自动化或半自动 化处理。 1 9 9 3 年成立了工作流管理联盟( 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 ) 。 它为工作流提供了一个标准的定义【7 】：工作流是指整个或部分经营流程在计算机支 持下的全自动或半自动化。工作流是自动运作的业务过程部分或整体，表现为参 与者对文件、信息或者任务按照规程采取行动，并令其在参与者之间传递。简单 地说，工作流就是一系列相互衔接、自动推进的业务活动或任务。 2 1 2工作流相关概念 业务流程( B u s i n e s sP r o c e s s ) 是指企业或者机构为了一个总的业务目标而进行 的一系列相关活动，这些活动的执行需要遵循一定的规则。 过程定义( D e f i n eP r o c e s s ) 是指业务流程的形式化描述，用来支持系统建模和 运行过程的自动化。过程可分解为一系列的子过程和活动，其定义包括描述过程 起始、终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信息，具体而言，即构成过 程的各活动以及各活动之间的关系、组织成员的角色、应用中的数据结构等。 活动( A c t i v i t y ) 是指业务过程的一个执行阶段，由执行者完成。执行者可以是 人、软件系统或二者的集合。活动是过程执行中可被工作机调度的最小工作单元 要求有人或机器的参与。 实例( I n s t a n c e ) 是指过程的一次运行被称作一个过程实例；活动的一次运行被 称作一个活动实例。 工作流管理系统( W F M S ) 是指提供工作流管理功能的系统软件，是工作流实 现的软件环境。 工作流引擎( W o r k f l o wE n g i n e ) 是指根据过程定义工具所生成的配置信息，以 7 北京交通大学硕十论文 此来管理过程、活动实例的生成、运行与结束。 以上几个概念之间的关系如图2 1 所示： 一7 ”“、 2 1 3工作流管理系统 图2 1 工作流概念关系图 ( 1 ) 工作流管理系统体系结构 按照工作流管理联盟( 岍M C ) 的表述，工作流管理系统( W o r k f l o wM a n a g e m e n t S y s t e m ，W F M S ) I 拘定义是【7 】：工作流管理系统是能完整的定义和管理工作流，并 按计算机表示的工作流逻辑规定的次序，以执行软件的方式执行工作流。它运行 于工作流引擎上，这些引擎解释对过程的定义，与工作流的参与者( 包括人和软件) 相互作用，并根据需要调用其他的工具或应用。 随着对市场需求的不断扩大，许多公司纷纷推出了各自的工作流产品，这些 工作流产品一般都定义了自己的协议和接口标准，各具特点。为了建立工作流的 相关规范和标准，W F M C 提出了有关工作流管理系统的一些规范，定义了工作流 2 关键技术 管理系统的结构及其应用、管理工具和其他工作流管理系统之间的应用编程接口。 图2 2 为W F M C 提出的工作流管理系统体系结构图。 r - n 系统控镧徼撼 口外豁产品数攥 图2 2 工作流管理系统的系统结构图 工作流管理系统体系结构给出了抽象的工作流管理系统的功能组成部件和接 口。它具备了满足工作流管理系统和产品应该具有的主要功能的特征，可为实现 工作流产品之间的互操作提供公共接口的基础。组成工作流管理系统的每个功能 部件可以在不同的软硬件平台上采用不同的方法实现，同样接口也可以在不同的 软硬件平台上采用不同的设计技术和编程语言进行编程。 工作流管理系统主要由三类构件组成： 1 ) 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现。 2 ) 系统控制数据：工作流管理系统中的一个或多个软件构件使用的数据。 3 1 外部产品数据：对于工作流管理系统来说，它们不是工作流管理系统的 组成部分，而是属于外部系统和数据，它们被工作流管理系统调用来完成 整个和部分工作流管理的功能。 9 北京交通人学硕士论文 ( 2 ) 工作流管理系统参考模型 为了实现工作流技术的标准化和开放性，W F M C 提出了一个工作流参考模型， 约定工作流管理系统的体系结构、应用接口及特性。图2 3 为W F M C 提出的工作 流管理系统参考模型副7 1 。 图2 3 二l ：作流参考模型 此模型主要部件功能如下： 1 ) 过程定义工具：提供一种对实际业务过程进行分析、建模的方法，并生成 可被计算机处理的业务过程的形式化描述，也即过程定义。这种被用来创 建计算机可以处理的业务过程描述可以是形式化的过程定义语言或对象 关系模型，也可以是简单的规定用户间信息传输的一组路由命令。 2 ) 工作流执行服务：借助于一个或多个工作流引擎( 或工作流引擎) 来激活并 解释过程定义的全部或部分，并通过同外部的应用程序的交互来完成工作 流实例的创建、执行与管理，如：过程定义的解释、工作流实例的控制( 创 建、激活、暂停、终止等) 、在过程各活动之间的游离( 控制条件的计算与 数据的传递等) 、并生成有关的工作项通知用户进行处理等，为工作流程 的进行提供一个运行环境。 3 ) 客户应用程序：给用户提供一种手段，以处理过程实例、运行过程中需要 人工干预的任务。W F M S 将为每一个用户维护一个工作项列表，表示当 前需要该用户处理的所有任务。 4 ) 被调用的应用程序：指工作流执行服务过程实例的运行过程中调用的、用 1 0 2 关键技术 以对应用数据进行处理的应用程序。 5 ) 管理监控工具：对W M F S 罩的过程实例的状念进行监控与管理，如用户 管理、角色管理、审计管理、资源控制( 包括过程管理及过程状态控制等) 。 工作流管理联盟给出了工作流管理系统的五类接口： 接口l ：工作流服务和工作流建模工具( 过程定义工具) 间接口。包括工作流模 型的解释和读写访问。它为工作流程定义信息的交换提供了标准的互换格式及工 作流应用程序接口调用。 接口2 ：工作流服务和客户应用之间的接口。它约定所有客户方应用和工作流 服务之间的功能访问方式，是最主要的接口规范。 接口3 ：工作流引擎和应用间的直接接口。提供一些标准的服务供应代理使用， 基于这些服务也可以开发出一些专门的应用直接同工作流执行服务交互。 接口4 ：工作流管理系统之间的互操作接口。它为实现有效的互连定义了互连 模型、互连一致性级别及操作元素集。 接口5 ：工作流服务和工作流管理工具之问的接口。实现了工作流管理工具对 工作流实例的运行进行监控。 2 1 4工作流模型设计 ( 1 ) 现有的工作流模型 工作流模型首先要清楚地描述一个业务过程是如何进行的。因此，许多工作 流模型都是从过程的描述入手。为了在不同格式的模型间实现交互和便于转换， 有的模型还提出了规范的描述语言，称之为“工作流定义语言”。比较典型的有 W F M C 推出的W P D L ( W o r k f l o wP r o c e s sD e f i n i t i o nL a n g u a g e ) 、I B MF l o w M a r k 的 F D L ( F l o w M a r kD e f i n i t i o nL a n g u a g e ) 、M e t e o r 2 项目定义的W l L ( W o r k f l o w I n t e r m e d i a t eL a n g u a g e ) 等。这些工作流定义语言都有自己特定的语法规范，包括标 识符、关键字、文法规则等，有的还开发了相应的编辑器，用于生成工作流运行 的可执行代码。 目前主流的工作流模型主要有以下几种： 1 ) 基干活动网络的过程模型：基于活动网络的过程模型将一个完整的经营过 程表示为一个有向图。有向图中的节点元素表示可执行的步骤或任务，节 点间的连接弧代表过程中的控制流和数据流。基于活动网络的过程模型将 过程中执行的每个活动作为模型中的基本元素，符合人们的思想。它的特 点是简单、直观，便于理解，适合流程比较固定、异常情况较少的生产型 北京交通人学硕十论文 工作流的建立；但该模型缺乏柔性，也缺少数学模型的支持。 2 ) 基于P e t r i 网的工作流模型：P e t r i 网是一种适用于多种系统的图形化、数 学化建模工具，为描述和研究具有并行、异步、分布式和随机性等特征的 复杂系统提供了强有力的手段。在建模过程中，使用条件和事件的概念。 一个事件有一定数量的输入和输出条件，分别代表事件的自，J 置和后置条 件。P e t r i 网具有严格的数学基础和规范化的语义，又是一种图形化语言， 具有直观与易懂的特点；具有更丰富的表达能力与更好的柔性；同时具有 很强的分析技术与手段。然而，P e t r i 网的组成元素数量较多，随着业务过 程复杂性的加大，P e t r i 网中可达事件与状态的数目增多，其模型复杂程度 急速上升，不易用户的理解。因此，人们又对P e t r i 网进行改进，提出有 色P e t r i 网、时问P e t r i 网、面向对象P e t r i 网等高级P e t r i 网模型。 3 ) 事件驱动的过程链模型：事件驱动的过程链模型( E v e n t _ D r i v e nP r o c e s s C h a i n ，E P C ) 主要被用于企业的经营过程重组( B P R ) 、工作流的定义与控制、 软件的配置与开发等。E P C 的主要元素是功能和事件，功能被事件触发， 功能也能产生相应的事件。E P C 模型的优点在于模型描述能力强且容易理 解：其缺点是可视化工作量比较大。为了进一步提高建模的质量与效率， 一些研究人员正试图将己有的建模方法( 如ER 图、面向对象方法) 与E P C 相结合，成为一种集成的建模方法，使其能更有针对性的面向某一领域， 如信息系统开发、企业经营过程建模等。 4 ) 基于语言行为理论的工作流模型：此工作流模型具有一种协作过程的建模 方法。在基于语言行为的模型中，协作过程的基本组成元素是一个闭合的 环，它连接了客户与服务方两类角色。前者提出要求，而后者则尽力使前 者满意。多个闭环之间执行的逻辑顺序是从连接弧上反映出来的。每一条 连接弧起始于前一个闭环某一阶段的结束而终止干后一个闭环某一阶段 的开始。这种建模方法适合面向客户服务等以人的交互为特征的、易变化、 不固定的业务过程，能够处理各种复杂情况；但其支持层次化建模的能力 不强，不适合于比较固定的企业业务过程。 ( 2 ) 过程模型 组织模型由“节点”、“连接弧 、“状态 和“条件”构成。其中，“节点 表 示活动；“连接弧 表示活动间的执行顺序；元素“状态”和“条件 指明了活动 的不同状态和状态间的转换条件。 1 ) 节点 根据节点功能，又可分为任务节点、逻辑节点、与标志节点。 1 2 2 关键技术 a ) 任务节点：任务节点代表了组成一个实际业务过程的各种类型的活动与任 务。它通常是人工型活动，需要由人来参与完成的工作任务。通常由工作 流执行者从自己的工作列表中来选择执行。工作流管理系统并不负责此类 活动的执行，仅监视活动的状念，并管理相关的工作流数据。 b ) 逻辑节点：与活动节点相比，逻辑节点并不代表真F 需要执行的活动，它 是为了表示活动节点之间的逻辑关系而设立的。有三种基本的逻辑关系， 包括串行、或连接、与分支，如图2 4 所示。 口叫加 A8C ； ；i r ：枷cA 确： 域迄缓 j 分芷 图2 4 逻辑：常点 c ) 标志节点：标志节点分为开始节点与结束节点。由于有向图本身是一种非 线性的数据模型结构，与线性结构不同的是，它可能具有多个入口节点， 这就给用户与工作流引擎正确理解流程的逻辑顺序带来了不便，甚至会发 生疏漏与错误。因此，我们又人为地定义了一类具有特定含义地标志性节 点开始节点。开始标记是一个工作流模型( 或子过程) 的唯一入I ：1 点， 它无前驱节点。对于一个实际的业务流程，可能会由于不同的执行情况而 出现不同的结果。对应于有向图，这种情况就表现为一次不能遍历图中的 全部节点，只有部分路径被选择执行，图中会出现多个出口节点，它们标 志着流程的结束。为了清晰地表达流程的结束状态，并与开始节点相对应， 我们引入了另一类标志性节点结束节点。结束标记为一个工作流模型 ( 或子过程) 的唯一出口点，它无后继节点。 2 )连接弧 连接弧是指位于节点之间的有向线段，它用来表示活动的变迁路线，分 为有条件的和无条件的两种。例如顺序结构、与分支连接弧是没有条件的， 而或分支的连接弧由于要选择活动的变迁路线，就是有条件的。 3 ) 状态 以基于状态的过程模型相比，活动网络图在状态表达的能力上存在不足。 它明确地表示各个活动间的顺序关系，但无法明确地表示该活动所处的状态。 北京交通人学硕十论文 为了明确表示活动的状念，将“状态”作为活动的属性引入模型。规定活动 可能的七种状态：初始、就绪、执行、挂起、终止、执行后、完成。这些状 态隐含在活动的条件属性中。 4 )条件 在工作流过程执行中，并非遍历所有的节点，而是根据条件，“有选择” 地遍历其中若干节点，即活动的执行是有条件的。前面所定义的“有条件连 接弧”反映了这种节点阳J 的转移条件。丌始条件和结束条件是定义在活动内 部的条件，分别表示活动执行的丌始与结束条件。与转移条件不同，它们无 法决定业务过程实际路径走向，只能决定活动的内部状念。 ( 3 ) 组织模型 组织模型是用来定义企业中人的组织形式的模型。它应该提供灵活的结构以 适应不同的企业或企业中不同的组织结构。在W F M C 所定义的规范中，并未提供 一个足够强大的组织模型。一种比较新的观点是“动态组织模式( D y n a m i c O r g a n i z a t i o nS c h e m a ) ”，包括组织对象( O r g a n i z a t i o n a lO b j e c t ) 和组织关系 ( O r g a n i z a t i o n a lR e l a t i o n s h i p ) ，允许用户根据自身的需要建立任意的组织模型。 组织模型由五种实体组成，分别是：“人员”、“角色 、“职务”、“部门”、“工 作组”。它们的定义如下： 1 )人员：对应于企业中每一个雇员，是一个独立的、具有一定行为能力和 一定技术能力的人的实体。 2 )角色：以技能为前提，能够完成某项功能的人员的总称，如车工、打字 员、程序员等。 3 )职务：以行政职务为前提，代表了管理上的等级关系，如经理、科长等。 4 )部门：对应于企业的静态结构的划分，由企业的实际部门设置情况来决 定，可以是传统的面向职能的，也可以是现在流行的面向过程与客户的。 5 )工作组：以执行某一任务为目标而动态组建的、跨部门划分的一种组织 机构。组织机构中这五种实体之间具有如下几种关系：组成关系、负责 关系、资格关系、设置关系。 2 1 5J B P M 工作流软件介绍 ( 1 ) J B P M 工作流软件产品描述 J B P M ( J a v aB u s i n e s sP r o c e s sM a n a g e m e n t )