（计算机应用技术专业论文）基于对象的电网规划模型的研究与实现.pdf

北方l ：业人学硕十学位论文 摘要 迄今为止，城市电网规划领域仍旧没有一个完整的标准化规范，各电力机 构拥有各自相互隔离的系统，造成数据一致性差，需要重复录入数据等问题， 形成“信息孤岛”。国内有关电网规划系统的研究也不少，但是大多数都是基于 具体的功能而创建的系统，各自拥有自己的数据模式，即不完备也不标准。这 就需要有一个公共的数据标准来表示数据，并且提供通用接口规范来满足不同 应用程序之间的接口。 论文首先论述了面向对象建模技术，分析了各种面向对象建模方法。综合各 种对象建模方法，运用一种应用策略和模式划分对象模型组件的对象建模方法， 并融入笔者自己的观点，提出了符合电网规划数据特征的对象建模过程。论文 通过对大量电网规划数据的采集、抽象、分析，对电网规划领域数据及业务逻辑 进行了深入研究，在此基础上，结合对象建模过程，建立了电网规划领域的对 象模型。 论文接下来对该对象模型的操作技术进行了研究。研究了对象模型向数据 模型的映射技术，并借助r o s e i 具实现了模型映射。在此基础上，采用m v c 技术 实现了该对象模型中对象的方法作为通用函数接口。提高了系统可靠性、可重 用性和可维护性，方便用户和开发者交流，为开发其他类似系统提供一个基础。 最终，通过实际验证，证明了对象模型的完整性以及通用函数接口的有效性。 论文借助r o s e 工具进行可视化建模，用u m l 统一建模语言更有效地建立了基 于对象的城市电网规划系统模型。为实现该领域内信息标准化，规范化奠定了 基础，具有较大的科研和应用价值。 关键词：面向对象建模，对象模型，策略，模式，对象模型组件 北方1 ：业人学硕十学做论文 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n to fe l e c t r i cp o w e rp l a n n i n gm o d e l s b a s e do no b j e c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，i nt h ef i e l do fe l e c t r i cn e t w o r kp l a n n i n g ，t h e r es t i l li s n ta d a t a s t a n d a r d ，e a c hp o w e ri n s t i t u t i o nh a si t so w ns y s t e m ，w h i c hb r i n go n “i n f o r m a t i o n i s l a n d ”s oad a t as t a n d a r di nt h i sf i e l di sn e e d e dt oe x p r e s sd a t aa n dc o n n n o n i n t e r f a c ec r i t e r i o ni sn e e d e dt os a t i s f i e dt h ed a t ae x c h a n g eb e t w e e nd i f f e r e u ts y s t e m s t h et r a d i t i o n a lf u n c t i o n - o r i e n t e dm e t h o d so f d e v e l o p m e n tc a n n o tf i ti nw i t ht h e c o m p l e x i t ya n di n c o n s t a n tr e q u i r e m e n t s ，t h er e s u l to f a n a l y s i sa n dd e s i g nc a n n o tb e r e u s e de f f e c t i v e l y b yc o m p a r i s o n ，o b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n gt e c h n i q u ei sf l e x i b l e ， r e u s a b l ea n dc a l lr e d u c et h er i s ko f d e v e l o p m e n tb e c a u s ei tm a k e st h ec o m p l e x i t ya n d c h a n g e a b i l i t yi nc o n t r 0 1 s ot h eo b j e c t - o r i e n t e dt e c h n i q u ec a l li m p r o v et h ee f f i c i e n c y o fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h ep a p e rm a i n l yd i s c u s s e do b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n g t e c h n i q u e ，c o m p a r e dd i f f e r e n to b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n gm e t h o d s ，p r o p o s e da n e f f e c t i v em o d e l i n ga p p r o a c ht om o d e l i n ge l e c t r i cn e t w o r kp l a n n i n go b j e c tm o d e l s ： t h ec o m b i n a t i o no f s t r a t e g i e sa n dp a t t e r n sa n dc o m b i n e dw i t hw r i t e r so w n p o i n t s ，b a s e do ns t r a t e g i e sa n dp a t t e r n s ，d i f f e r e n to b j e c tm o d e l sa r ed i v i d e db yu s i n g o o a 、o o d 、o o p m e t h o d s s t r a t e g i e sa n dp a t t e r n si sa na n a l y s i sm e t h o d ，as e to f e f f e c t i v es u g g e s t i o n s t h e ym a d ee f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o no i lp r o f e s s i o n a l k n o w l e d g ep o s s i b l ea n di m p r o v e dt h ew h o l ee l e c t r i cn e t w o r kp l a n n i n go b j e c tm o d e l s d e v e l o p m e n tp r o c e s s r o s ew a su s e dt oi m p l e m e n to b j e c tm o d e l i n g ；u m lw a su s e dt od e s i g ns u c h o b j e c tm o d e l ；m v ct e c h n i q u ew a su s e dt od e s i g na n da c h i e v ec o m m o n d a t a i n t e r f a c e s b a s e do ne l e c t r i cn e t w o r kp l a n n i n gs y s t e m ，t h o s ei n t e r f a c e sh a v eb e e n v a l i d a t e de f f e c t i v e l y t h ep a p e ra l s od i s c u s s e dm a p p i n go f o b j e c tm o d e la n dd a t a m o d e l ，r o s ew a su s e dt oa c h i e v et h em a p p i n g k e y w o r d s ：o r i e n t e d o b j e c tm o d e l i n g ，o b j e c tm o d e l s ，s t r a t e g i e s ，p a t t e r n s ，o b j e c t m o d e lc o m p o n e n t 2 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及取得的研 究成果。据我所知，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j b 直王些太堂或其他教育机构 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 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j e 友王些太兰有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权j b 友王些太堂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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：掀器 签字日期硼年舌肋日 导师签名：刎南矛 签字日期0 川年，月稆码 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：博彦科技( 北京) 有限公司电话：1 3 6 6 1 3 6 1 6 9 0 通讯地址：北京市海淀区东北旺西路8 号邮编：1 0 0 0 9 3 北方i ：业大学硕十学位论文 i 引言 1 1 课题背景和意义 随着国民经济的发展，电力负荷的增长明显加快，原有的电网，尤其是城 市电网还存在的主要问题如下：部分电网结构薄弱，安全稳定问题仍较突出， 一些输变电设备长时间重负荷运行、部分老旧设备仍在使用，部分地区单变、 单线较多，输电断面瓶颈、无功补偿不足、短路电流过大、电磁环网等安全稳 定问题突出，这种局面的造成很大程度上是因为没有合理的规划和评估电网运 行状况而引起的。而且中国电力发展已经进入大电网、大机组、高电压、高自 动化的阶段，电力系统的复杂性明显增加。重要用户、重要场所等应急电源的 规划、建设和管理问题仍不够规范1 1 。因此为了近期满足负荷增长的要求和提高 供电可靠性，远期能够合理规划现状网，基于现状网进行城市电网规划已成为 当前迫切需要解决的问题。 虽然随着城市电网信息化的不断发展，国内有关城市电网规划系统的研究 也不少，但是大多数都是基于具体的功能而创建的系统，针对不同的电力机构 关注的对象不同，因此各电力机构拥有自己的数据模式、数据组织结构不合理、 数据冗余现象很常见。各个系统问的通用性很差，于是形成了电力部门之间拥 有许多相互隔离的系统，在业务运作过程中，用户常常需要不断地在系统间切 换、重复录入数据，造成工作效率低下、数据一致性差等一系列问题，形成“信 息孤岛” 2 5 1 。而以往的解决方案要么是基于点对点方式的系统互联，要么基于中 心数据库的系统集成，虽然这两种方式都能暂时建立系统间的简单互联，但是 随着应用系统的不断增加，数据库对数据的分配也成了瓶颈，不仅增加了开发 的工作，而且系统维护也困难。为了改善这种现状，要想真j 下实现城市电网系 统的统一规划和设计，必须首先考虑城市电网规划数据的统一描述问题，即数 据标准化问题。 针对上述城市电网的现状，这就需要有一个公共的数据标准来表示数据， 并且需要提供公共接口规范来满足不同应用程序之间的数据共享和数据交换。 北方i ：业人学硕十学佛论文 这样才能解决“信息孤岛”问题，实现真正的信息开放。然而迄今为止，城市 电网规划领域内仍旧没有一个完整的标准化规范，本课题将面向对象建模技术 应用于城市电网规划领域内，致力于研究该领域的对象模型，为实现该领域内 信息标准化，规范化奠定了基础，具有较大的科研和应用价值。该模型的提出， 以新的有效的解决方案来弥补以往的不足，解决了一个统一模型的问题。以后 再开发任何城市电网规划系统时将以此模型为基础，使创建的系统实用性更强。 已有的电网系统也将按照该模型摈弃不合理部分，保证数据一致性。基于对象 的电网规划模型的研究将弥补城市电网规划数据规范化的空缺，全面推动城市 电网规划领域的发展。 1 2 课题来源及研究目标 课题来源于对城市电网规划领域内数据标准化的迫切要求，电网规划系统 通过科学计算，实现对电源的合理和适时配置，优化网络的结构，使网络具有 可扩展性和可持续发展的能力，能够有效避免规划城市的电网在未来1 0 2 0 年 内重复改造，从而使有限的投资可以发挥最大的经济效益【8 i 。城市电网规划对象 模型的研究与实现，需要考虑电网规划领域涉及到的所有数据、以及各种业务 模型。本课题将为电网规划数据标准化提供一个有效的参考模型，并根据此模 型，实现通用接口规范，便于数据共享与维护。 本课题根据实际项目的需要在深入分析电网规划业务模型的基础上，将整 个电网规划数据分类，对整个业务进行调整，摈弃不合理的地方，对各种数据 进行抽样分析，对其中的共性问题，提出解决办法，采用一种基于策略与模式 的面向对象建模方法，利用统一建模语言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 来 建立城市电网规划领域内的通用对象模型，并实现和验证基于该对象模型的电 网规划系统通用接口规范。为城市电网规划领域数据标准化的问题提供一个新 的解决方案，向电网规划数据标准化，规范化靠拢。 1 3 论文的工作和组织情况 论文在对电网规划系统需求深入研究的基础上，通过对大量的电网规划数 2 北方1 ：业人学硕十学位论文 据的采集、抽象、分析，建立了城市电网规划对象模型，并实现了基于此对象 模型的通用函数接口。 论文的贡献之处在于：将一种应用策略和模式划分对象模型组件的面向对 象建模方法应用到城市电网规划领域，并建立该领域内的对象模型，该对象模 型涵盖了电网规划涉及到的所有数据，并实现了对象模型的通用函数接口，使 不同电力部门之间实现了数据共享，各电力部门仅仅提供少许参数就可获得所 需要的大量数据。为城市电网规划领域提供了数据标准化参考，促进了该领域 内的数据规范化进程。 况。 论文结构如下： 第一章引言，介绍了课题的背景、意义、来源、研究目标和论文的组织情 第二章面向对象建模理论基础，介绍了面向对象建模理论基础，包括面向 对象的基本思想、建模目的、建模技术以及面向对象各种建模方法的比较。 第三章基于策略和模式的面向对象建模，综合各种面向对象建模方法，介 绍了一种应用策略和模式将对象类划分为不同的对象模型组件的对象建模方 法，提出了符合电网规划数据特征的对象建模过程。 第四章城市电网规划系统对象模型的研究，对城市电网规划系统需求进行 深入分析，分析了电网规划数据的复杂性。同时按照第三章提出的对象建模方 法以及对象建模过程，使用r 0 s e 工具完成了电网规划对象模型的建立。 第五章对象模型操作技术研究，主要介绍并完成了从对象模型向数据模型 的映射，使用m v c 技术实现了基于城市电网规划对象模型的通用函数接口，并通 过实验验证了这些通用接口的有效性。 第六章论文的总结和技术展望。 北方f ：业大学硕- f 二学位论文 2 面向对象建模理论基础 面向对象建模是一种将数据和行为都封装到对象里的方法【2 3 】。面向对象建 模，强调以问题域中的事物为中心来思考问题、认识问题，并根据这些事物的 本质特征，把他们抽象的表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位。它 以更接近现实世界中事物的方式建立问题域模型，以便对客观实体进行结构模 拟和行为模拟，从而使人们能够尽可能直观地描述现实世界。 2 1 面向对象建模思想 面向对象方法采用对象建模观点，其主要思想如下： ( 1 )客观世界由各种对象组成，任何事物都是对象，复杂的对象可以 由比较简单的对象以某种方式组合而成，每种对象都有其自身的状态 和改变其状态的运动规律p o 。 ( 2 )面向对象利用“抽象数据类型”对客观世界进行拟合，它把所有 对象都划分成各种对象类，每个对象类都定义了一组数据和操作。用 数据来描述现实世界中对象的状态，用操作来描述其状态的改变规律， 相似的对象抽象为类。 ( 3 )对象之间相互通讯的唯一方式是消息传递，这不仅真实地模拟了 现实世界，而且使得软件系统呈柔性，是真正的松耦合系统。 现存的大多数电力相关系统都是使用传统的面向过程的开发方法。传统的 面向过程的建模过程是一种顺序的线性过程，这种模型强调丌发中的每一过程 的完整性和独立性，后一过程必须在前一过程之后才能进行，这显然不符合人 们认识世界是一个渐进往复的过程这一客观规律，这样开发的软件，其稳定性、 可修改性和可重用性都比较差。而且面向过程的丌发方法的本质是功能分解， 从代表目标系统整体功能的单个处理着手，自顶向下不断把复杂的处理分解为 子处理，这样一层一层的分解下去，直到仅剩下若干个容易实现的子处理功能 4 北方：i ：业人学硕士学位论文 为止，然后用相应的工具来描述各个最低层的处理1 1 9 】。因此，面向过程的建模方 法是围绕实现处理功能的“过程”来进行系统建模的。然而，用户需求的变化 大部分是针对功能的，因此，这种变化对于基于过程的设计来说是灾难性的。 用这种方法设计出来的系统结构常常是不稳定的，用户需求的变化往往造成系 统结构的较大变化，从而需要花费很大代价才能实现这种变化。 相比之下，面向对象是把对象和行为都封装在对象里的一种全新的设计思 想。当我们深入分析一个实际系统时，首先是要着眼于组成这个系统的客观实 体，认清了这个系统的各个实体后，我们才有可能从整体上把握系统并认识在 这个系统中所发生的变化，这是一个自下而上，自小而大的过程 2 0 1 。软件设计如 果遵循人们认识实际问题的思维方式，则软件不仅易于被人们理解，而且易于 维护和修改，从而提高软件的可靠性和可维护性。面向对象思想正是基于上述 思想而产生的，即按照人们通常的思维方式去建立实际系统的模型，设计出尽 可能自然表现求解问题的方法。 。 因为电力的专业知识对于软件开发人员来说，不是一时就能被理解的，而 面向对象的这种思维方式，能够帮助项目小组中的任何角色理解专业的电力知 识。而且，考虑到电网规划系统需求的多变性，在未来的工作中很有可能会有 更多的反复和修改。因此，将面向对象建模思想应用于电网规划领域内，能够 使电网规划系统需求更易理解、设计更清晰、系统更易维护。 2 2 面向对象建模目的 建模通过过滤非本质的细节信息，成为描述复杂的问题或结构的本质的抽 象，它使问题更容易理解了。软件开发人员在实际开发一个实际的项目之前， 建立系统的模型，不仅易于领域专家与开发小组之间的沟通，也方便开发小组 内部人员的交流，考虑到电网规划领域知识的抽象性和专业性，就很有必要建 立一个基于领域的双方都能理解的模型，有利于项目小组人员特别是系统分析 人员与用户的沟通。而且电网规划系统本身的复杂性，需求的多变性，即使领 域专家也很难一次性地将整个系统的结构分析清楚，随着工作的深入开展，可 能会发现原来的分析有这样或那样的缺点或错误，这样就必须修改原来的模型。 5 北方i ：业大学硕十学位论文 面向对象的优点是提供这样一个机制，使得这种修改和反复变得简单易行。概 括来说，对城市电网规划系统进行面向对象建模的目的在于1 2 1 j ： 理解电网规划问题域中的知识、捕获用户需求。要想建立一个正确的电 网规划模型，首要的问题就是理解电网规划相关知识，建模就是要抓住 系统最本质的部分。 可视化模型更方便与领域专家的沟通。用户往往不是计算机专家，而是 领域专家。建立一个双方都能理解的模型有利于二者的沟通，使项目投 资者、分析人员、设计人员、开发人员达成一致。 进行电网规划系统设计。模型可以帮助软件开发人员方便的研究软件的 多种构架和设计方案，从中找到最合适的解决方案，简化实现。 使需求和实现细节分开。也就是通过模型可以使功能和代码分开考虑， 更能增加代码的可重用性。 设计出有效的实际产品。通过建模可以得到一些实际产品：类的声明、 数据结构、配置方案等，这些产品可以直接应用在后边的实现阶段。 使建立的电网规划系统有很强的可扩展性和可维护性。 2 3 面向对象建模技术 随着软件规模的不断扩大，软件复杂性的迅速增加，面向对象技术已经得 到比较广泛的认同，逐渐成为软件开发的主流技术。然而由于种种原因，真正 用于电网规划领域比较完善的系统还不多见。论文将面向对象设计分析方法应 用到电网规划对象建模领域，更能建立可视化的基于对象的领域模型。面向对 象建模主要就是描述对象以及对象问的相互关系。因此，在对象建模过程中， 面向对象最基本元素：对象、类、类间的关系，也就成为了主要研究对象口】。 6 北方1 ：业人学硕十学位论文 2 3 1 对象类和关系 对象是问题域中一些东西的抽象，它反映系统为之保存信息或与它交互的 能力，它是一些属性及其专用服务的一个封装体类。相似的对象抽象为类，类 由数据和操作组成，对象由类来生成并自动拥有类所定义的特性。对象之间相 互通讯的唯一方式是消息传递【2 2 】。例如，在电网规划系统中一台发电机就是一个 发电机对象，一个厂站也是一个厂站对象。整个电网里的所有发电机对象就抽 象成了发电机类，所有厂站对象也就抽象成了厂站类。 类和对象关系密切，类包含了有关对象的特征和行为信息，是具有相似性 质( 属性) 的一组对象的抽象，是描述某类数据的所有属性和行为的模板，是具 有一般属性和一般行为对象的静态的集合，类是对象的蓝图和框架，对象是类 的实例化、具体化。 类之间的关系有泛化、关联、依赖。泛化是两个模型元素( 如类、角色、 用例和包) 之间的继承关系，使一个类可以继承另一个类的公共和保护属性与 操作。例如，厂站和发电厂之间就是泛化关系。关联是类之间的词法连接，使 一个类知道另一个类的公共属性和操作j 关联关系又细分为连接关系、聚集关 系和组合关系。依赖关系是指如果一个模型元素的变化会影响另一个模型元素， 则二者之间存在依赖关系。依赖总是单向的，显示一个类依赖于另一个类的定 义，尽管一个类不实例化另一个类，但要向另一个类发消息。在论文中，所定 义的包之问的关系是依赖关系。 2 3 2 对象模型基本概念 对象模型表示了静态的、结构化的系统数据性质，描述了系统的静态结构， 它是从客观世界实体的对象关系角度来描述，表现了对象的相互关系。一般来 说，一个对象模型必须包括以下三个部分的定义j ：定义实体和实体属性的对象 结构模型、定义保证数据完整性的规范、定义对象交换中的操作权限和消息传 输的基本规则。 对象模型把对象作为建模的核心，作为数据模型与客观世界的一个缓冲剂， 它在各个行业中的应用地位已经越来越重要了。 7 北方1 - 业人学硕十学位论文 2 4 面向对象建模方法 面向对象的建模方法是一种对应于真实世界概念的抽象思维方式。它按照 问题域的基本事物实现自然分割，按人们通常的思维方式建立问题领域的模型。 这样，从问题空间到求解空间是一种自然的映射，相互间有着直接的对应关系。 面向对象的建模方法关心的是系统涉及的对象及其之间的关系，围绕组成问题 领域的事务进行分析，将这些对象进行一般化处理，抽象成类，建立类之间的 关联 9 1 。 面向对象建模的一个重要问题是用哪种图形标注方法表示系统的各个方 面。随着面向对象技术的发展，出现了几十种面向对象的软件开发方法口”。其中， b o o t h 、o m t 、和o o s e 以及较早的c o a d v o u r d o n ( o o a o o d ) 方法在面向对象软件 开发界得到了广泛的认可。前三种方法也是u m l 的直接来源，它们各有特点，适 合于不同的领域。尽管u m l 统一了面向对象方法的图形标注体系，但是这些方法 仍然具有重要的指导作用，在实际开发过程中我们可以综合考虑这几种方法来 进行建模。下面将分别介绍这几种方法的主要思想： 2 4 1b o o c h 方法 b o o c h 方法是g r a d yb o o c h 从1 9 8 3 年开始研究，1 9 9 1 年后走向成熟的一种方 法。b o o c h 方法是u m l 的主要来源，其面向对象的概念十分丰富。主要概念有： 类、对象、继承、元类、消息、操作、模块、进程等，其模型主要包括：逻辑 静态视图( 类图、对象图) ，逻辑动态视图( 顺序图、状态图) ，物理静态视图 ( 模块图、进程图) 以及物理动态视图s 1 。下面将详细介绍一下这种方法。 b o o c h 方法被区分为微观和宏观的过程1 3 l 。 微观开发过程代表开发者或开发小组的日常活动，包含以下任务： 抽象问题域中的类和对象，确定对象需要哪些行为来完成某些功能。 标识类与对象的语义，建立前一阶段抽取出来的类的状态和行为。 北方【业大学硕十学位论文 标识类与对象的联系，确定类对象的边界，区分相互协作的类对象。 实现类与对象。 宏观开发过程是微观开发过程的控制框架，这个更广的过程确定一些相应 的成果和活动，以帮助丌发小组进行有效的风险评价和及早的对开发过程进行 修改。它包含以下阶段 ： 概念化，建立需求。 分析，目的是通过区分类和对象为现实世界建模，而这些类和对象来自 于问题域的词汇。这个阶段主要关注系统的行为。 设计，将产生一个用于将来实现的系统体系结构。 演化，精化设计阶段的实现。 维护，进行交付使用后的改进。 b o o c h 方法的优点在它在项目的设计和构造阶段的表达能力特别强，其迭代 和增量的思想也是大型软件开发中的重要思想，因此，这种方法比较适合系统 设计和构造。 2 4 2 0 m t 方法 o m t ( o b j e c tm o d e l i n gt e c h n i q u e ) 方法最早是由l o o m i s ，s h a n 和r u m b a u g h 在1 9 8 7 年提出的，曾扩展应用于关系数据库设计。r u m h a u g h 在1 9 9 1 年正式把o m t 应用于面向对象的分析和设计。这个方法是在实体一关系模型上扩展了类、继 承和行为而得到的。相对b o o c h 方法，o m t 使用更简单的图形表示系统。 o m t 方法从三个视角描述系统，相应地提供了三种模型： 9 北方i ：业人学硕十学位论文 对象模型：描述对象的静态结构和它们之自j 的关系，主要的概念包括： 类、属性、操作、继承、关联、聚集。 动态模型：描述系统那些随时问变化的方面，其主要概念有：状态、子 状态和超状态、事件、行为、活动。 功能模型：描述系统内部数据值的转换，其主要概念有：加工、数据存 储、数据流、控制流、角色。 该方法将开发过程分为四个阶段：分析、系统设计、对象设计、实现。 o m t 的来源也决定了它在分析数据密集型信息系统时具有很大优势，是m i s 系统建模常用的方法之一。 2 4 3o o s e 方法 o o s e ( o b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 是i v a rj a c o b s e n 在1 9 9 2 年提出的一种面向对象开发方法，以其“用例”驱动( u s ee a s ed r i v e n ) 的思 想而著称，o o s e 着重于分析。o o s e 方法与上述两种方法有所不同，它涉及到整 个软件生命周期，包括需求分析、设计、实现和测试四个阶段。 该方法中的一个关键概念就是“用例”。用例是指行为相关的事物序列，该 序列将由用户在与系统对话中执行】。因此，每一个用例就是一个外界使用系统 的方式，当用户给定一个输入，就执行一个用例的实例并引发执行属于该用例 的一个事务。基于这种系统视图，j a c o b s o n 将用例模型与其它五种系统模型相 关联：需求模型、分析模型、设计模型、实现模型、测试模型。 o o s e 对以用例作为一种途径来驱动需求捕获、分析和高层设计提供了极好 的支持。使用用例捕获需求是o o s e 对传统面向对象建模方法的很好的补充。这 种方法比较适合商业工程和需求分析。 1 0 北方一l ：业大学硕十学位论文 2 4 4c o a dy o u r d o n 方法 p e t e rc o a d 和e d w a r dy o u r d o n 的方法严格区分了面向对象分析( o o a ) 和 面向对象设计( o o d ) 。 在分析阶段，该方法用五个层次及相关活动定义并记录系统行为，以及系 统的输入和输出刚。这五个层次及活动如表2 - i 所示： 表2 1c o a d y o u r d o n 方法中的o o a 层次模型 层次活动说明 对象一类层 发现类及对象从应用领域开始识别类及对象，形成整个应用的基础， 然后据此分析系统的功能 结构层 识别结构该阶段分为两个步骤。第一是识别一般特殊结构( 继 承) ，第二是识别整体部分结构( 聚集) 。 主题层定义主题主题由一组类及对象组成，用于将类及对象模型划分为 更大的单位，便于理解。 属性定义属性定义对象需要存储的数据，包括对象之间的实例连接。 服务 定义服务定义对象所做的工作，包括对象之间的消息连接。 经过五个层次的活动后，分析结果是一个分成五个层次的问题域模型，包 括主题、类及对象、结构、属性和服务五个层次，由类及对象图表示。五个层 次活动的顺序并不重要。在设计阶段，o o d 模型是o o a 模型的扩展。o o d 模型同 样包括o o a 模型的五个层次，但同时又引进了四个部分： 问题域部分( p d c ) ：面向对象分析的结果直接放入该部分。 人机交互部分( h i c ) ：包括对用户分类、描述人机交互的脚本、设计命 令层次结构、设计详细的交互、生成用户界面的原型、定义h i c 类等。 任务管理部分( t m c ) ：识别任务( 进程) 、任务所提供的服务、任务的优 先级、进程的驱动模式，以及任务与其它进程和外界如何通信等。 数据管理部分( d m c ) ：确定数据存储模式，如使用文件系统、关系数据 库管理系统还是面向对象数据库管理系统等。 北方i ：业大学硕士学何论文 c o a d y o u r d o n 方法强调技术独立性，从而实现了包括o o a o o d 本身在内的 可复用性。该方法简单、易学，但由于该方法在处理能力方面的局限，目前已 很少使用。 概括起来，首先，面对众多的建模语言，用户由于没有能力区别不同语言 之间的差别，因此很难找到一种比较适合其应用特点的语言；其次，众多的建 模语言实际上各有千秋；再次，虽然不同的建模语言大多数雷同，但仍有细微 差别，极大地妨碍了用户之间的交流。因此，统一建模语言势在必行，u m l 统一 建模语言在这种情况下应运而生。 2 4 5 u m l 方法 u m l 是由r a t i o n a l 公司的知名专家g r a d y b o o c h 、j i m r u m b a u g h 和 i v a r j a c o b s o n 三人联合开发的第三代面向对象的建模语言。u m l 符号与b o o c h 和 o m t 图注符号相似，并引入了其他图注方法的元素。u m l 融合了上述面向对象建 模方法的精髓，并作为行业标准，越来越普及。它是一种定义良好、易于表达、 功能强大且普遍适用的建模语言，它融入了软件工程领域的新思想、新方法和 新技术吼u m l 包括概念的语义、表示法和说明，提供了静态i 动态、系统环境 及组织结构的模型。它可被交互的可视化建模工具如r o s e 所支持，这些工具提 供了代码生成器和报表生成器，用以将u m l 模型转换为多种程序设计语言代码。 例如：可生成x m ld t d 代码、j a v a 代码等，或使用反向生成器工具将程序源代码 转换为u m l 4 。总之，u m l 是为支持大部分现存的面向对象开发过程而设计的， 是一种总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模语言。 任何建模语言都以静态建模机制为基础，u m l 也不例外。u m l 采用用例图、 类图、包图、对象图、构件图和配置图来建立系统的静态模型，属于静态建模机 制，静念模型描述系统稳定的状态，而且这种状态是不随时间变化的，它主要 描述系统中对象的类型、特性及对象之间的关系，静念模型也可以定义问题域 内的词汇表。u m l 采用状念图、活动图、顺序图和协作图来建立系统的动态模 型，属于动态建模机制，动态模型侧重于描述对信息的处理，在面向对象设计中 表现为对象问的相互作用和信息的交流，动态模型描述了对象的交换n 。一般来 说，静念模型与数据库的设计直接有关，信息被长期保存，并用于多种用途。 北方 业人学硕七学位论文 而动态模型直接与对象的设计有关，对象存在的时间很短，而且用途常常随时 间转移。 u m l 还包括可将模型分解成包的结构组件，以便于软件小组将大的系统分解 成易于处理的块结构，并理解和控制各个包之间的依赖关系，在复杂的开发环 境中管理模型单元【2 8 】。它还包括用于显示系统实现和组织运行的组件。 在论文中采用了用例图、类图、包图、活动图、顺序图相结合建立对象模 型。下面介绍本文所要用到的各种u m l 框图： 1 、u s ec a s e 框图 u s ec a s e 框图显示用例与角色间的交互。通常是在需求调研之后产生，用 例表示从用户角度对系统的要求，因此表示系统功能。角色是系统的主体，表 示提供或接受系统信息的人或系统。在论文中，用例图用来描述电网规划系统 的功能需求。 2 、c l a s s 框图 c l a s s 框图显示系统中的类与包，提供系统组件及其相互关系的静态图形。 类图用于表示系统中的类与类之间的联系，类是对象的蓝图，类图可以显示每个 用例中类的相互作用，也可以显示整个系统或子系统。包则是将具有一些共性 的类组合在一起。可以按版型、功能，或者同时使用上述两种方法来把类组合 成包。论文中，用包图来划分不同类型的电网规划数据，用类图来表示电网规 划对象模型。 3 、a c t i v i t y 框图 a c t i v i t y 框图演示了系统中的功能流，可以在业务模型中显示业务工作 流，可以在收集需求时显示一个用例中的事件流。这些框图定义工作流从哪里 开始，到哪里结束，工作流中发生哪些活动，这些活动按什么顺序发生。活动 北方i ：业大学硕十学何论文 是工作流其间完成的任务。在论文中，用活动图来描述电网规划系统的业务流 程，如负荷预测，电力计算的业务流程。 4 、s e q u e n c e 框图 s e q u e n c e 框图是一种动态建模方法，描述对象间交互动作的时序特性。按 时间顺序显示用例中的功能流程，它只显示对象不显示类，用于确认和丰富一 个使用情境的逻辑。一个使用情境就是系统潜在的使用方式的描述，一个使 用情境的逻辑可能是一个用例的一部分，或是一条备选线路；一个贯穿单个用例 的完整流程，例如，顺利完成分区负荷预测的顺序图所描述的流程，就是负荷 预测用例的一部分。 2 5 本章小结 本章主要介绍了面向对象建模理论，包括面向对象的基本思想、建模目的、 建模技术，并比较了各种面向对象建模方法。u m l 采纳和扩展了b o o c h 标记法、 o m t 标记法和o o s e 标记法，并包容了其他学者和软件厂商的建议，适用于上述三 种面向对象方法或其他用法的用户。对象管理组织( 0 m g ) 采纳u m l 作为基于面 向对象技术的标准建模语言。本文中城市电网规划系统的对象模型就是用统一 建模语言u m l 表示的。 1 4 北方 业大学硕+ 学位论文 3 基于策略和模式的面向对象建模 论文采用基于策略和模式的面向对象建模方法进行对象建模，该方法在面 向对象分析的基础上，从电网规划业务角度出发更完整的考虑了系统需求，并 将对象类划分成不同的对象模型组件，应用这种对象建模方法增加了基于业务 逻辑的对象模型的健壮性和耦合性。面向对象分析是在一个系统的开发过程中 进行了系统业务调查以后，按照面向对象的思想来分析问题旧。在电网规划系统 建模过程中使用面向对象分析的主要优点如下： ( 1 ) 加强对电网规划问题域和系统整体功能的理解。 ( 2 ) 改进与分析有关的各类人员之间的交流。使各类人员都能够直观地分 析和讨论电网规划对象模型。 ( 3 ) 电网规划系统需求是经常变动的，面向对象分析对需求的变化具有较 强的适应性。 ( 4 ) 有效支持软件复用，增强电网规划系统实用性。 ( 5 ) 电网数据复杂且有一定的专业性，面向对象的分析方法有利于用户参 与，更有效地保证软件生命周期全过程的一致性。 接下来，将分别介绍这种建模方法的相关概念，及具体的建模过程。 3 1 策略和模式 策略和模式是一种分析方法，是一套建立对象模型的有效建议。策略是行 为的规划，目的是完成某个特定的目标，应用有效的策略可以确定系统涉及到 的对象，确定对象间的关系，也可以确定对象的操作。模式是具有固定操作和 相互作用的对象的模板。每一条策略都是极有价值的、具体详细的建议，每一 种模式都是一个模板，利用这些模板能够快速建立起完整的对象模型。 北方i ：业人学硕十学位论文 现存的1 7 7 条策略和3 1 种模式是由p e t e rc o d e 及众多优秀的研究人员在多年 的时间罩在几百个对象模型的开发过程中持续不断的反省中形成的。策略和模 式细化和改善了整个面向对象建模过程。课题通过深入分析各种策略和模式结 合电网规划领域内固有的复杂数据特征，选择了一部分适用于电网规划对象建 模的策略和模式，并融入笔者自己的观点，为建立该领域内对象模型提出了有 效的解决方案。首先介绍一些有效的策略和模式，这些策略和模式适合于建立 对象模型的四种主要活动【6 l ： 1 ) 确定系统的目标和特征：通过和领域专家的有效沟通，以及对相关专业文档 的充分分析，获得系统整体功能需求。 2 ) 选择对象：选择系统涉及到的所有对象，先应用一些策略，然后应用一些模 式来有效的选择对象，运用对象模型组件将对象类划分成不同的模型组件， 每个类只属于这些模型组件中的一种，使用组件是为了将类划分成更领域性 的，松耦合的子集。 3 ) 确定职责：在选择了对象以后，就要为对象确定职责，对象的职责即对象的 属性、关系和方法。对象模型中的所有对象都有具体的职责： ( 1 ) 对象知道它本身的事情。 ( 2 ) 对象知道其他对象。 ( 3 ) 对象还执行一些事情：自己完成或者与其他对象合作完成。 4 ) 确定对象间的交互关系：通过研究分析对象闻的交互关系，检验和完善整个 对象模型。 3 1 1 用于建立对象模型的策略 策略是确定模型内部细节的关键。考虑到电网规划系统主要实现对现状网 的维护和操作，以及基于现状网数据进行电网规划。现状网数据是已存在的， 1 6 北方丁业大学硕十学位论文 而且通常情况下是不会改变的，不属于实时数据。电网是由点到线，由线到面， 再到多个层面并随时间的顺序不断发展的电力网络【i o l 。所谓点是指变电站，点内 含变压器、断路器、补偿设备、出线自j 隔等。所谓线是指输电线路，输电线路 又有高压线路、中压线路、低压线路等。所谓面是指由众多点线构成的覆盖城 乡的电力网络。可见，整个电网结构复杂，电网设备对象之间关系紧密，基于 电网规划的上述数据特征，选择用于建立对象模型的策略的主要类别如下： 1 ) 活动和模型组件：这类策略是指建立有效对象模型的四种主要活动和几 种模型组件。如下表所示，为活动和模型组件的一个策略：“从现有的 数据模型中提取有用的内容”。如表3 1 为活动和模型组件的一个策略。 表3 1 活动和模型组件策略 # 1 从现有的数据模型中提取内容”策略活动和模型组件 与领域专家一起建立初始对象模型，然后利用该模型去除不再 需要的类和属性。 对于实体：列出实体，删除相关表，删除或修改与问题域词汇 不符的名称。删除那些不能表达基于问题域的泛化特化结构 的超类一子类。 对于属性：列出属性，删除或修改与问题域词汇( 领域专家使 用和能理解的词汇) 不符合的名称。删除标记、修饰符t 序列 号和唯一的关键词一几乎所有这些都是保留下来的。 附注：表中“# l f ”表示策略和模式手册中策略的序号：第1 条策略的第6 个子策略 通过与电网规划领域专家不断讨论，以及分析他们所能提供的有效文 档，应用活动和模型组件策略建立初始对象模型。在建模过程中不断沟通、 检验，不断完善对象模型。 2 ) 确定系统目标和特性。也就是确定系统需求的一些策略。如表3 2 所示， 为确定系统目标和特性的一种策略。 表3 2 确定目标和特性策略 # 8 “最优和最差特性”策略确定目标和特性 考虑当前系统最优特性，其竞争系统的最优特性； 考虑当前系统存在的最大问题，其竞争系统存在的最大问题； 考虑当前系统中不必要的特性，其竞争系统中不必要的特性； 3 ) 选择对象。“选择对象”的策略主要分为以下几类：模式扮演者、模型 7 北方l ：业大学硕十学位论文 组件、对象种类、类推、重用、名称、思考和质询的内容。如表3 3 n 示，为“选择对象的种类”策略。根据电网数据结构的复杂性特点，该 策略将多次用于选择对象过程中。比如，厂站一发电厂、厂站变电站、 之间都属于泛化特化结构。 表3 3 选择对象策略 # 3 4 “选择对象的种类”策略选择对象( 对象种类) 应用泛化特化结构找出其他的类。 把每个类看成一个泛化类，为其特化类，即与系统目标 相适应的那些类命名。 研究每个特化类，为其泛化类，即与系统目标范围之内 相适应的那些类命名 利用泛化特化结构实现一个应用系统内部基丁- 域的重用； 利用配置管理实现涉及多个应用系统、甚至多个问题域的重_ l i j 。 利用泛化特化结构表示一个应_ j 系统内部基丁域的相同部分和 不同部分。 4 )