UML建模技術(shù)在某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

1、uml建模技術(shù)在某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用摘要采用uml建模技術(shù)推某橋進(jìn)行數(shù)字化管養(yǎng)，熟悉了uml建模的特點(diǎn)，通過分析文檔，畫出了對應(yīng)的uml圖，如用況圖、類圖、狀態(tài)機(jī)圖、順序圖、活動圖等。并對其進(jìn)行了仔細(xì)的分析。關(guān)鍵字：uml建模，uml圖、用況圖、順序圖1 緒論橋梁是重要的交通設(shè)施，對于保證和促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著基礎(chǔ)性的作用，橋梁管理的水平高低直接影響著一個城市乃至一個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著社會主義經(jīng)濟(jì)的不斷飛速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)量不斷增長，并已達(dá)到了一定的使用年限。如何對已建成橋梁進(jìn)行合理地管理養(yǎng)護(hù)，就成為人們不可回避的問題。橋梁的管養(yǎng)至少應(yīng)滿足安全、經(jīng)濟(jì)、舒適三個目標(biāo)。安全性目

2、標(biāo)是最基本的，經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)是指花最少的錢辦最多的事，舒適性原則是對橋梁的使用性能提出的要求。為了滿足安全性目標(biāo)，橋梁養(yǎng)護(hù)人員需要監(jiān)控橋梁的健康狀態(tài)，并在出現(xiàn)問題的時候及時給予修復(fù);為了滿足經(jīng)濟(jì)型目標(biāo)，橋梁管養(yǎng)人員需要選擇養(yǎng)護(hù)維修的最佳時機(jī)，一方面盡早遏制橋梁的損壞進(jìn)程，另一方面盡量減小維修所帶來的車輛繞行等成本，爭取最大的收益成本比;為了滿足舒適性目標(biāo)，橋梁管養(yǎng)人員需要保持的橋面的平整，控制橋身的震動，避免給人們帶來不適甚至不安全感覺。本文通過對對某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行uml建模，通過使用uml，使人們能夠閱讀和交流系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)規(guī)劃，就像建筑工人多年來所使用的建筑設(shè)計(jì)圖一樣。uml的目標(biāo)之一就

3、是為開發(fā)團(tuán)隊(duì)提供標(biāo)準(zhǔn)通用的設(shè)計(jì)語言來開發(fā)和構(gòu)建計(jì)算機(jī)應(yīng)用。uml提出了一套it專業(yè)人員期待多年的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建模符號。2 uml簡介2.1 uml定義統(tǒng)一建模語言（uml是 unified modeling language的縮寫）是用來對軟件密集系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模的一種語言。uml為面向?qū)ο箝_發(fā)系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)行說明、可視化和編制文檔的一種標(biāo)準(zhǔn)語言。uml是在開發(fā)階段，說明，可視化，構(gòu)建和書寫一個面向?qū)ο筌浖芗到y(tǒng)的制品的開放方法。uml展現(xiàn)了一系列最佳工程實(shí)踐，這些最佳實(shí)踐在對大規(guī)模，復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模方面,特別是在軟件架構(gòu)層次已經(jīng)被驗(yàn)證有效。uml可以貫穿軟件開發(fā)周期中的每一個階段，被omg采

4、納作為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。uml最適于數(shù)據(jù)建模，業(yè)務(wù)建模，對象建模，組件建模。uml作為一種模型語言，它使開發(fā)人員專注于建立產(chǎn)品的模型和結(jié)構(gòu)，而不是選用什么程序語言和算法實(shí)現(xiàn)。2.2 uml建模語言的主要特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)建模語言uml的主要特點(diǎn)可以歸結(jié)為三點(diǎn):(1)uml統(tǒng)一了booch、omt和oose等方法中的基本概念。(2)uml還吸取了面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域中其他流派的長處,其中也包括非oo方法的影響。uml符號表示考慮了各種方法的圖形表示,刪掉了大量易引起混亂的、多余的和極少使用的符號,也添加了一些新符號。因此,在uml中匯入了面向?qū)ο箢I(lǐng)域中很多人的思想。這些思想并不是uml的開發(fā)者們發(fā)明的,而是開發(fā)者們

5、依據(jù)最優(yōu)秀的oo方法和豐富的計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合提煉而成的。(3)uml在演變過程中還提出了一些新的概念。在uml標(biāo)準(zhǔn)中新加了模板(stereotypes)、職責(zé)(responsibilities)、擴(kuò)展機(jī)(extensibilitymechanisms)、線程(threads)、過程(processes)、分布式(distribution)、并發(fā)(concurrency)、模式(patterns)、合作(collaborations)、活動圖(activitydiagram)等新概念,并清晰地區(qū)分類型(type)、類(class)和實(shí)例(instance)、細(xì)化(refinement)、接

6、口(interfaces)和組件(components)等概念。3 對某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行uml建模3.1 某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)用況圖的建立一個應(yīng)用系統(tǒng)建立的前提是首先要對系統(tǒng)必須達(dá)到的條件或能力進(jìn)行詳細(xì)的描述，讓用戶和開發(fā)人員明確系統(tǒng)該做什么。uml中，一般是用況圖來表達(dá)系統(tǒng)角色、用例及其之間的關(guān)系，用文字形式的事件流文檔具體描述用例細(xì)節(jié)。一個用況圖表示了一個系統(tǒng)中一些參與者和一些用況之間的關(guān)系。用況圖呈現(xiàn)了一些參與者和一些用況，以及它們之間的關(guān)系。其中的用況表示了一個系統(tǒng)或一個類目（如子系統(tǒng)和類）的功能，而且只有當(dāng)外部的參與者與該系統(tǒng)或類目進(jìn)行交互時，該用況才顯露其功能。用況圖是一幅由一組

7、參與者、一組用況、可能的接口以及這些元素之間的關(guān)系組成的圖。這些關(guān)系是參與者和用況之間的關(guān)聯(lián)、參與者之間的泛化以及用況之間的泛化、擴(kuò)展和包含關(guān)系?？梢赃x擇把一些用況用一個矩形圍起來，用來表示系統(tǒng)或者類目的邊界。根據(jù)某橋數(shù)字化管理系統(tǒng)文檔分析，其中的參與者有用戶、橋管處、橋管所、系統(tǒng)管理員、領(lǐng)導(dǎo)、維修所等，其中的一些用況在下圖3-1中可以體現(xiàn)出來。利用uml的多層次用例描述方法將系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能以圖的方式描述出來。系統(tǒng)頂層用例即為系統(tǒng)的幾大功能模塊，它們都是抽象用例，即系列功能（行為）的總稱。通過對上層復(fù)雜用例進(jìn)行細(xì)化，編寫事件流文檔，建立下層用例圖以明確用例之間的關(guān)系。圖3-1：用況圖主要的

8、用況定義如下：用況：病害記錄查詢【前置條件：領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)登錄成功】領(lǐng)導(dǎo)發(fā)出病害記錄查詢請求 系統(tǒng)給出查詢類別提示領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行選擇，發(fā)控制命令 若為巡檢類別，交互內(nèi)容為各類巡檢病害，查詢條件為：巡檢類別、時間段。 若為部件，交互內(nèi)容為某一部件所有病害，查詢條件為：部件名稱、時間段。若為病害記錄匯總表，交互內(nèi)容為所有發(fā)現(xiàn)病害匯總，查詢條件為時間段。用況：病害維修查詢【前置條件：領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)登錄成功】領(lǐng)導(dǎo)發(fā)出病害維修查詢請求 系統(tǒng)給出查詢類別提示領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行選擇，發(fā)控制命令 若為橋管所自修，交互內(nèi)容為所有橋管所自修工程，查詢條件為：病害維修方式、時間段。 若為維修所自修，交互內(nèi)容為所有維修所自修工程，查詢條件為：病

9、害維修方式、時間段。若為橋管處維修記錄匯總，交互內(nèi)容為所有橋管處自修工程，查詢條件為：時間段。若為維修項(xiàng)目，交互內(nèi)容為所有維修項(xiàng)目，查詢條件為：維修狀態(tài)、時間段。若為維修項(xiàng)目合同，交互內(nèi)容為有合同項(xiàng)目的合同內(nèi)容，查詢條件為：維修合同號、時間段。用況：物資管理查詢【前置條件：領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)登錄成功】領(lǐng)導(dǎo)發(fā)出物資管理查詢請求 系統(tǒng)給出查詢類別提示領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行選擇，發(fā)控制命令 若為機(jī)械設(shè)備，交互內(nèi)容為月盤點(diǎn)表，查詢條件為：時間段。 若為材料備件，交互內(nèi)容為庫存結(jié)存報表，查詢條件為：時間段。用況：權(quán)限管理【前置條件：系統(tǒng)管理員已經(jīng)登錄成功】系統(tǒng)管理員發(fā)出權(quán)限修改請求 系統(tǒng)給出權(quán)限修改類別提示系統(tǒng)管理員進(jìn)行選擇，

10、發(fā)控制命令 若為用戶，交互內(nèi)容為用戶相應(yīng)權(quán)限，可以修改用戶相應(yīng)權(quán)限。 若為用戶組，交互內(nèi)容為用戶組相應(yīng)權(quán)限，可以修改用戶組相應(yīng)權(quán)限。若為角色，交互內(nèi)容為角色相應(yīng)權(quán)限，可以修改角色相應(yīng)權(quán)限。用況：數(shù)據(jù)備份【前置條件：系統(tǒng)管理員已經(jīng)登錄成功】系統(tǒng)管理員發(fā)出數(shù)據(jù)備份請求 交互內(nèi)容為各種數(shù)據(jù)類別系統(tǒng)管理員從各種數(shù)據(jù)類別中進(jìn)行選擇，發(fā)控制命令 若為確認(rèn)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，并通知系統(tǒng)管理員是否成功 若為取消，退出本功能用況：對橋梁進(jìn)行檢查【前置條件：用戶已經(jīng)登錄成功】用戶發(fā)出對橋梁檢查請求 系統(tǒng)給出日常檢查、經(jīng)常檢查、特殊檢查三種方式系統(tǒng)管理員從三種檢查方式中進(jìn)行選擇，發(fā)控制命令 若為確認(rèn)，系統(tǒng)對橋梁進(jìn)行

11、檢查，并通知用戶是否發(fā)現(xiàn)病害 若為取消，退出本功能 用況：設(shè)定權(quán)重參數(shù)【前置條件：用戶已經(jīng)登錄成功】用戶發(fā)出設(shè)定權(quán)重參數(shù)請求 交互內(nèi)容為用戶設(shè)定權(quán)重參數(shù) 用戶向系統(tǒng)提交結(jié)果，系統(tǒng)可根據(jù)用戶設(shè)定的各部件權(quán)重參數(shù)自動進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評定。用況：錄入維護(hù)查詢檔案數(shù)據(jù)【前置條件：用戶已經(jīng)登錄成功】用戶發(fā)出錄入檔案數(shù)據(jù)請求 交互內(nèi)容為用戶錄入檔案數(shù)據(jù)界面，檔案數(shù)據(jù)內(nèi)容包括一般資料、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、附屬工程、附掛管線等各種數(shù)據(jù)。用戶發(fā)出維護(hù)檔案數(shù)據(jù)請求 系統(tǒng)給出修改項(xiàng)目提示用戶進(jìn)行選擇，發(fā)出控制命令用戶發(fā)出查詢檔案數(shù)據(jù)請求 系統(tǒng)給出查詢類別提示用戶進(jìn)行選擇，發(fā)出控制命令3.2 某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)分析模

12、型的建立分析模型說明系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)，描述系統(tǒng)功能是“怎樣完成”的，“何時完成”的。在uml中，采用類圖來表示系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)，用順序圖、活動圖、協(xié)作圖來建立系統(tǒng)的動態(tài)模型。類圖定義系統(tǒng)中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、類之間的關(guān)系。順序圖主要描述對象的行為及其之間的交互的時間順序；活動圖直觀的描述用例的復(fù)雜流程和并發(fā)行為；協(xié)作圖則強(qiáng)調(diào)發(fā)送和接受消息的對象之間的結(jié)構(gòu)組織交互關(guān)系。利用這些圖共同完成某橋數(shù)字化管養(yǎng)的分析模型的建立。3.2.1類圖對某橋數(shù)字化管養(yǎng)靜態(tài)關(guān)系的建模分析類圖(class diagram)是顯示了模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，特別是模型中存在的類、類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它們與其他類的關(guān)系等。類圖不顯示暫時性信息。類圖也可

13、以包含注解和限制。類圖中也可以包含包和子系統(tǒng)，這兩者用來將元素分組。有時后你也可以將類的實(shí)例放到類圖中。靜態(tài)關(guān)系建模的主要任務(wù)是找出某橋數(shù)字化管養(yǎng)系過程中各用例的抽象類及其對象，并分析它們之間是否存在泛化、關(guān)聯(lián)、依賴關(guān)系，從而建立表達(dá)某橋數(shù)字化管養(yǎng)系信息系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的類圖。某橋數(shù)字化管養(yǎng)系涉及的用例很多，可以采uml包的機(jī)制，根據(jù)用例的功能、對象流和共同處理的對象進(jìn)行分包組成子系統(tǒng)。下面是根據(jù)對某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)文檔分析的建立子系統(tǒng)的靜態(tài)模型圖3-2。圖3-2：類圖類圖技術(shù)簡化了對現(xiàn)實(shí)世界中各實(shí)體間的靜態(tài)關(guān)系的建模分析，并且通過可視化手段表現(xiàn)它們的關(guān)系，使得開發(fā)人員能更好的理解、構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

14、，有利于后期必要的修改和維護(hù)。主要類說明如下：（1）類“用戶”該類具有屬性“姓名” 、“工作證號”和密碼 。其中的“工作證號”是一個具有一定格式的字符串。在該類中，要設(shè)立操作“生成橋梁檔案表” 、“檢查橋梁” 、“設(shè)定權(quán)重參數(shù)” 、“生成病害記錄表” 、“生成機(jī)械設(shè)備表” 、“生成物資材料表” 、“生成道路安全表”。用戶要進(jìn)行檔案數(shù)據(jù)管理、橋梁數(shù)據(jù)管理、維修工程管理、項(xiàng)目工程管理、其他信息管理，所以設(shè)立了這些操作。（2）類“系統(tǒng)管理員”該類具有屬性“姓名” 、“工作證號”和密碼 。其中的“工作證號”是一個具有一定格式的字符串。 在該類中，要設(shè)立操作“數(shù)據(jù)備份” 、“系統(tǒng)管理” 、“用戶管理”

15、、“用戶組管理” 、“角色管理” 、“權(quán)限管理”。系統(tǒng)管理員可以對系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行及時備份，確保數(shù)據(jù)由于誤操作受到損壞時的及時恢復(fù)。系統(tǒng)管理員還可以對用戶、用戶組和角色進(jìn)行權(quán)限管理，賦予和修改其相應(yīng)權(quán)限。（3）類“領(lǐng)導(dǎo)”該類具有屬性“姓名” 、“工作證號”和密碼 。其中的“工作證號”是一個具有一定格式的字符串。在該類中，要設(shè)立操作“查詢病害記錄” 、“查詢病害維修” 、“查詢機(jī)械設(shè)備” 和“查詢物資材料” 。領(lǐng)導(dǎo)可以按病害記錄、病害維修和物資管理三種類別進(jìn)行查詢。（4）類“橋梁檔案數(shù)據(jù)表”該類具有屬性“一般資料” 、“上部結(jié)構(gòu)” 、“下部結(jié)構(gòu)” 、“附屬工程”和“附掛管線”。在該類中，要設(shè)立操

16、作“增加” 、“刪除” 、“修改” 和“查詢” 。用戶可以錄入修改查詢以上數(shù)據(jù)。3.2.2狀態(tài)機(jī)圖對某橋數(shù)字化管養(yǎng)等動態(tài)關(guān)系的建模分析uml狀態(tài)機(jī)圖通過對類對象的生存周期建立模型來描述對象隨時間變化的動態(tài)行為。每一個對象都被看作是通過對事件進(jìn)行探測并做出回應(yīng)來與外界其他部分通信的獨(dú)立的實(shí)體。事件表示對象可以探測到的事物的一種運(yùn)動變化如接受到從一個對象到另一個對象的調(diào)用或信號、某些值的改變或一個時間段的終結(jié)。任何影響對象的事物都可以是事件，真實(shí)世界所發(fā)生的事物的模型通過從外部世界到系統(tǒng)的信號來建造的。狀態(tài)是給定類的對象的一組屬性值,這組屬性值對所發(fā)生的事件具有相同性質(zhì)的反應(yīng)。狀態(tài)機(jī)用于描述類的行

17、為，但它們也描述用例、協(xié)作和方法的動態(tài)行為。對在某橋數(shù)字化管養(yǎng)分析，可以看出在初始化完成后，先錄入數(shù)據(jù)，然后選擇病害查詢方式進(jìn)行病害查詢到完成是一個動態(tài)的行為，根據(jù)如上分析，可以畫出系統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)圖如下圖3-3所示。圖3-3：狀態(tài)機(jī)圖3.2.3系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的建模順序圖是將交互關(guān)系表示為一個二維圖?？v向是時間軸，時間沿豎線向下延伸。橫向軸代表了在協(xié)作中各獨(dú)立對象的類元角色。類元角色用生命線表示。當(dāng)對象存在時，角色用一條虛線表示，當(dāng)對象的過程處于激活狀態(tài)時，生命線是一個雙道線。消息用從一個對象的生命線到另一個對象生命線的箭頭表示。箭頭以時間順序在圖中從上到下排列。行為建模的主要任務(wù)包括分析用例的實(shí)現(xiàn)

18、過程和抽象類對象交互關(guān)系的建立。用于表述系統(tǒng)行為的uml圖包括順序圖、協(xié)作圖和活動圖，它們分別從不同的角度和方面描述系統(tǒng)的動態(tài)行為，說明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程。某橋的數(shù)字化管養(yǎng)需要處理的數(shù)據(jù)量大，過程比較復(fù)雜，通過建立分等數(shù)據(jù)處理流程的行為模型，可以簡化依據(jù)實(shí)際管養(yǎng)的步驟對系統(tǒng)進(jìn)行建模的過程，使系統(tǒng)開發(fā)人員能夠很好的根據(jù)用戶的需求進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)、測試和維護(hù)。以某橋的數(shù)字化管養(yǎng)因素規(guī)則確定的順序圖（圖5）為例建立分等數(shù)據(jù)處理的行為模型。用戶通過登錄界面進(jìn)行登錄，然后然后進(jìn)行驗(yàn)證，若用戶名不存在，則需重新返回登錄界面，可以進(jìn)行注冊或者重新登錄，根據(jù)注冊表單若驗(yàn)證正確則顯示登錄成功，接著進(jìn)入主界面，可以

19、對某橋的數(shù)字化管養(yǎng)進(jìn)行相關(guān)操作。圖3-4:順序圖3.2.4 某橋數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)活動圖的建立活動圖（activity diagram，動態(tài)圖）是闡明了業(yè)務(wù)用例實(shí)現(xiàn)的工作流程。業(yè)務(wù)用例工作流程說明了業(yè)務(wù)為向所服務(wù)的業(yè)務(wù)主角提供其所需的價值而必須完成的工作。業(yè)務(wù)用例由一系列活動組成，它們共同為業(yè)務(wù)主角生成某些工件。工作流程通常包括一個基本工作流程和一個或多個備選工作流程。工作流程的結(jié)構(gòu)使用活動圖來進(jìn)行說明。一個活動圖可能包括以下元素： a.活動狀態(tài)表示在工作流程中執(zhí)行某個活動或步驟。 b.轉(zhuǎn)移表示各種活動狀態(tài)的先后順序。這種轉(zhuǎn)移可稱為完成轉(zhuǎn)移。它不同于一般的轉(zhuǎn)移，因?yàn)樗恍枰黠@的觸發(fā)器事件，而是通過完成活動（用活動狀態(tài)表示）來觸發(fā)。 c.決策，為其定義了一組警戒條件。這些警戒條件決定在活動完成后將執(zhí)行一組備選轉(zhuǎn)移中的哪一個轉(zhuǎn)移。您也可以使用判定圖標(biāo)來表示線程重新合并的位置。決策和警戒條件使您能夠顯示業(yè)務(wù)用例的工作流程中的備選線程。 d.同步示意條用于顯示平行分支流。同步示意條使您能夠顯示業(yè)務(wù)