上 海 理 工 大 学 学 报 第 卷 第 期! "" #" %! & %' 文 章 编 号 ) 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 面 向 对 象 体 系 建 模 徐 育 锋 何 胜 学 范 炳 全 张 立 上 海 理 工 大 学 管 理 学 院 上 海 摘 要 介 绍 了 面 向 对 象 建 模 技 术 运 用 面 向 对 象 方 法 对 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 进 行 类 的 识 别 与 定 义 对 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 中 类 的 关 联 继 承 及 聚 集 等 关 系 进 行 分 析 在 此 基 础 上 分 析 了 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 中 对 象 间 交 互 关 系 明 确 了 交 互 行 为 最 后 实 现 了 面 向 对 象 的 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 对 象 建 模 动 态 建 模 和 功 能 建 模 关 键 词 城 市 轨 道 交 通 面 向 对 象 对 象 模 型 动 态 模 型 功 能 模 型 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 0 8 ; & % &! #%+. %#& " & & ' &! &' 1 "# / - % #" # # " #" # ''' < # & &0 +<" ( #) # #," # 11%# # ## "%, + % 1 * ) % " " #!!! " + "% %?#; + " % + +<", + % 1 * ) %?# # " + + +<" )# "% % +<" ) #%!# )") #%! #," %) #%! %?#! # +<" ( #, + % 1 * ) ' # # #!! # # 由 于 传 统 的 软 件 开 发 技 术 是 基 于 问 题 域 的 功 能 因 此 用 它 开 发 的 系 统 是 实 现 模 块 功 能 的 函 数 和 过 程 的 集 合 但 由 于 用 户 的 需 求 和 轨 道 交 通 软 硬 件 技 术 的 不 断 发 展 变 化 按 照 功 能 划 分 设 计 的 系 统 模 块 必 然 也 会 随 之 变 化 从 而 使 得 这 样 开 发 出 来 的 程 序 模 块 可 重 用 性 不 高 且 不 易 维 护 面 向 对 象 建 模 技 术 从 根 本 上 改 变 了 传 统 的 软 件 设 计 思 想 它 对 问 题 空 间 进 行 自 然 分 割 以 更 接 近 人 类 思 维 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 使 设 计 出 的 轨 道 交 通 系 统 软 件 尽 可 能 直 接 收 稿 日 期 基 金 项 目 上 海 市 优 秀 青 年 教 师 基 金 资 助 项 目 %! - - 上 海 市 教 育 委 员 会 科 技 创 新 项 目 作 者 简 介 徐 育 锋 - 男 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 交 通 运 输 规 划 与 管 理 ()%,,! - " ) 何 胜 学 联 系 人 男 讲 师 研 究 方 向 交 通 运 输 规 划 与 管 理 ()%% % " )
第 期 徐 育 锋 等 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 面 向 对 象 体 系 建 模 - 地 描 述 现 实 世 界 从 而 构 造 出 模 块 化 的 可 重 用 的 和 维 护 性 好 的 软 件 目 前 面 向 对 象 技 术 已 在 交 通 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 杨 晓 光 将 面 向 对 象 理 论 运 用 到 %! 1 ) 项 目 评 价 中 杨 勇 杰 运 用 面 向 对 象 的 理 论 建 立 了 空 中 交 通 流 量 管 / 理 系 统 的 模 型 结 构 王 婷 采 用 面 向 对 象 分 析 和 建 模 的 方 法 对 城 市 轨 道 交 通 列 车 控 制 系 统 进 行 了 需 求 分 析 模 块 分 解 对 象 模 型 建 立 以 及 对 象 间 的 静 态 关 联 性 分 析 陈 玉 依 据 面 向 对 象 软 件 开 发 思 想 确 定 了 城 市 交 通 仿 真 系 统 的 主 要 对 象 类 在 此 基 础 上 进 行 了 对 象 建 模 动 态 模 型 并 完 成 了 主 要 对 象 类 属 性 和 操 作 的 设 计 隽 志 才 采 用 面 向 对 象 设 计 思 想 和 交 通 并 行 仿 真 建 模 理 论 分 析 了 交 通 网 络 分 布 并 行 仿 真 系 统 数 据 结 构 鉴 于 轨 道 交 通 网 涉 及 的 要 素 众 多 利 用 面 向 对 象 思 想 对 轨 道 交 通 系 统 的 特 性 进 行 分 析 建 模 可 以 全 面 覆 盖 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 各 种 组 成 部 分 便 于 分 析 各 部 分 间 复 杂 的 相 互 关 系 同 时 新 的 需 求 及 研 究 成 果 可 以 及 时 融 入 到 已 存 在 的 系 统 从 而 使 所 建 模 型 系 统 的 重 用 性 优 势 得 以 充 分 发 挥 正 是 基 于 上 述 思 想 本 文 首 次 利 用 面 向 对 象 的 软 件 开 发 思 想 对 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 进 行 建 模 分 析 明 确 了 系 统 中 基 本 类 的 特 征 建 立 了 初 步 的 轨 道 交 通 网 的 静 态 动 态 以 及 功 能 程 序 模 型 面 向 对 象 建 模 技 术 简 介 面 向 对 象 建 模 技 术 也 即 三 视 点 技 术 它 将 分 析 时 收 集 的 信 息 构 造 在 对 象 模 型 动 态 模 型 和 功 能 模 型 中 用 这 种 模 型 来 描 述 一 个 目 标 系 统 其 中 对 象 模 型 是 个 模 型 中 最 关 键 的 个 模 型 用 以 描 述 系 统 中 对 象 之 间 的 静 态 关 系 包 括 构 成 系 统 的 类 和 对 象 的 属 性 操 作 以 及 相 互 间 的 联 系 动 态 模 型 描 述 系 统 中 对 象 的 变 化 和 对 象 之 间 相 互 关 系 的 变 迁 它 着 重 于 系 统 的 控 制 逻 辑 功 能 模 型 侧 重 于 系 统 内 部 数 据 的 传 送 和 处 理 这 种 模 型 中 功 能 模 型 说 明 发 生 了 什 么 动 态 模 型 说 明 何 时 发 生 对 象 模 型 说 明 作 用 对 象. 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 面 向 对 象 建 模 轨 道 交 通 网 中 对 象 和 类 的 识 别 轨 道 交 通 网 的 问 题 空 间 中 包 含 以 下 实 体 -, 轨 道 交 通 网 的 每 个 站 点 一 般 都 由 出 入 口 自 动 扶 梯 自 动 售 票 机 闸 机 站 台 和 服 务 人 员 组 成 站 点 是 乘 客 与 轨 道 交 通 交 互 的 界 面 站 点 内 的 各 项 服 务 是 否 到 位 很 大 程 度 上 能 体 现 出 轨 道 交 通 的 服 务 水 平 所 以 将 站 点 作 为 一 个 类, 线 路 上 包 含 站 点 车 辆 在 线 路 上 运 行 它 决 定 了 车 辆 的 走 向 站 点 的 区 位 和 乘 客 的 流 向 所 以 将 线 路 作 为 一 个 类, 换 乘 点 是 线 网 中 各 条 线 路 的 交 叉 点 它 除 了 集 散 乘 车 乘 客 之 外 还 要 能 实 现 两 线 或 多 线 车 站 站 台 之 间 的 客 流 畅 通 可 以 将 换 乘 点 看 作 一 个 类, 枢 纽 站 是 两 条 以 上 轨 道 交 通 线 路 交 叉 处 这 种 车 站 的 客 流 集 散 量 很 大 不 仅 在 内 部 换 乘 还 与 外 部 大 型 客 运 站 连 接 需 做 好 内 外 交 通 组 织 设 计 因 此 将 枢 纽 站 作 为 一 个 类, 区 段 是 两 个 站 点 之 间 的 连 接 通 道 区 段 的 长 度 是 行 车 时 间 的 决 定 因 素 之 一 区 段 的 通 行 能 力 是 整 条 路 线 通 行 力 的 一 部 分 所 以 有 必 要 将 区 段 作 为 一 个 类., 城 市 轨 道 交 通 列 车 作 为 城 市 公 共 交 通 的 旅 客 运 载 工 具 要 保 证 列 车 运 行 的 安 全 准 点 快 速 以 及 为 乘 客 提 供 良 好 的 服 务 条 件 使 乘 客 乘 车 舒 适 方 便 可 将 它 作 为 一 个 类 +, 土 地 使 用 是 城 市 总 体 规 划 的 依 据 也 是 轨 道 交 通 规 划 设 计 的 依 据 同 时 轨 道 交 通 的 发 展 也 会 促 进 土 地 的 开 发 利 用 因 此 有 必 要 将 城 市 用 地 作 为 一 个 类, 轨 道 交 通 网 络 由 列 车 站 点 及 与 其 相 连 接 的 线 路 路 段 组 成 网 络 作 为 问 题 域 的 整 体 可 将 它 视 为 一 个 抽 象 对 象 它 与 其 余 对 象 是 整 体 与 部 分 的 关 系 可 定 义 为 网 络 类 在 求 解 空 间 中 每 个 实 体 将 映 射 到 抽 象 对 象 的 一 个 类 中 由 于 类 构 造 支 持 数 据 封 装 和 将 一 个 问 题 分 解 成 对 象 和 操 作 因 此 本 文 用 它 来 表 述 城 市 轨 道 交 通 系 统 中 面 向 对 象 问 题 求 解 空 间 的 每 个 类 的 定 义 限 于 篇 幅 仅 举 例 介 绍 轨 道 交 通 列 车 类 的 定 义 7,+%""% # 7 ' 列 车 型 号 7 01# 列 车 平 均 运 行 速 度 7 列 车 编 组 数 7 31" 列 车 的 容 量 7,+%" 4 " ' # " )1, " % "
- 上 海 理 工 大 学 学 报 年 第 卷 %. 计 算 列 车 在 线 路 上 运 行 的 确 切 位 置 7,+%"+ % ' # # " )!,!. 辨 认 列 车 的 运 行 状 态. 访 问 器 的 声 明 7,+%"! ' #, ' 7,+%" # ' ' # ' : '. 其 他 的 访 问 器 声 明 忽 略 轨 道 交 通 网 的 静 态 建 模 轨 道 交 通 网 的 静 态 建 模 描 述 了 轨 道 交 通 系 统 中 的 网 络 站 点 线 路 换 乘 点 枢 纽 及 区 段 等 对 象 的 数 据 结 构 以 及 它 们 相 互 之 间 的 结 构 化 关 系 借 助 30 工 具 用 统 一 建 模 语 言 4, #) #%! %!,! 产 生 静 态 模 型 的 图 形 如 图 所 示 类 图 描 述 了 每 个 对 象 的 数 据 结 构 并 将 其 封 装 起 来 以 网 络 为 例 它 的 属 性 包 括 线 路 总 条 数 线 网 结 构 等 它 的 操 作 方 法 包 括 调 用 站 点 对 象 集 合 通 过 能 力 及 输 送 能 力 等 方 法 类 图 描 述 了 类 间 的 关 联 聚 集 继 承 和 多 重 性 的 结 构 化 关 系 关 联 是 类 之 间 的 最 一 般 的 结 构 化 关 系 总 网 络 与 土 地 之 间 是 相 互 促 进 的 关 联 关 系 轨 道 交 通 网 的 规 划 设 计 依 据 城 市 土 地 的 利 用 性 质 同 时 轨 道 网 的 规 划 会 提 高 沿 线 的 土 地 开 发 强 度 聚 集 是 一 种 暗 含 包 容 关 系 的 特 殊 形 式 关 联 在 关 联 线 和 包 含 类 相 接 的 一 端 放 置 菱 形 来 区 别 普 通 的 关 联 例 如 总 网 络 由 土 地 线 路 站 点 区 段 及 列 车 等 聚 集 而 成 继 承 表 示 一 类 关 系 在 关 联 线 和 基 类 相 接 的 一 端 放 置 三 角 形 以 区 别 普 通 关 联 例 如 枢 纽 继 承 了 换 乘 点 的 数 据 结 构 换 乘 点 继 承 了 站 点 的 数 据 结 构 枢 纽 和 换 乘 点 都 是 站 点 多 重 性 指 可 以 和 给 定 的 某 一 类 的 一 个 实 例 关 联 在 一 起 的 另 一 类 型 对 象 的 数 目 多 重 性 指 示 器 标 在 关 联 线 的 两 端 例 如 一 个 区 段 有 且 只 有 两 个 站 点 组 成 一 个 站 点 至 少 位 于 一 个 区 段 上 图 城 市 轨 道 交 通 网 类 图 *%+, # % +!. %#& " & &
第 期 徐 育 锋 等 城 市 轨 道 交 通 网 络 系 统 的 面 向 对 象 体 系 建 模 -. 轨 道 交 通 网 的 动 态 建 模 动 态 模 型 描 述 了 系 统 中 与 时 间 和 操 作 顺 序 有 关 的 内 容 它 由 事 件 场 景 顺 序 图 和 通 信 图 这 / 个 单. 元 构 建 通 信 图 和 顺 序 图 在 本 质 上 是 一 样 的 所 以 此 处 省 略 事 件 是 对 对 象 的 外 部 刺 激 并 以 消 息 的 形 式 通 知 对 象 图 表 明 总 网 络 收 到 事 故 点 的 消 息 接 着 总 网 络 以 消 息 的 形 式 请 求 线 路 站 点 车 辆 发 出 预 警 下 面 的 代 码 片 段 以 线 路 为 例 阐 明 了 这 种 情 况 ' *: ' *. 实 例 化 一 个 网 络 对 象 4%: 4. 实 例 化 一 个 线 路 对 象 %%7!. 线 路 对 象 收 到 一 个 来 自 网 络 对 象 请 求 预 警 的 消 息 场 景 描 述 了 在 执 行 某 些 系 统 功 能 时 必 须 出 现 的 从 始 到 终 的 内 部 消 息 事 件 序 列 场 景 是 特 定 的 用 例 如 何 完 成 的 假 想 的 实 例 即 一 个 用 例 可 以 产 生 多 个 不 同 的 场 景 轨 道 交 通 网 发 生 事 故 后 恢 复 运 行 用 例 的 其 中 一 个 场 景 事 故 点 向 总 网 反 应 + 总 网 同 时 请 求 线 路 站 点 车 辆 预 警 " 系 统 检 查 站 点 中 的 换 乘 点 # 轨 道 网 系 统 通 知 换 乘 本 线 路 的 乘 客 转 乘 地 面 公 交 系 统 定 位 到 发 生 事 故 的 区 段 并 封 闭 区 段 站 点 维 修 工 人 对 事 故 点 进 行 检 修! 事 故 点 确 认 检 修 完 成 此 区 段 站 点 解 除 封 闭 总 网 向 线 路 站 点 和 车 辆 解 除 预 警 顺 序 图 是 图 形 化 地 描 述 在 执 行 给 定 的 场 景 时 消 息 如 何 从 一 个 对 象 流 到 另 一 个 对 象 的 方 法 图 是 以 轨 道 交 通 网 发 生 事 故 后 恢 复 运 行 为 用 例 的 其 中 一 个 场 景 顺 序 图 顺 序 图 的 核 心 作 用 是 来 确 定 静 态 模 型 中 每 个 类 需 要 的 操 作 方 法 代 表 向 该 对 象 提 出 新 请 求 的 实 线 箭 头 表 示 了 接 收 请 求 的 对 象 必 须 执 行 的 方 法 例 如 在 图 中 可 以 看 到 一 个 标 记 了 总 网 请 求 线 路 预 警 的 实 线 箭 头 指 向 线 路 对 象 的 生 命 线 表 明 线 路 类 需 要 定 义 一 个 方 法 以 允 许 客 户 对 象 传 入 特 定 的 总 网 络 对 象 的 引 用 并 接 收 从 该 方 法 返 回 线 路 是 否 对 乘 客 进 行 了 警 戒 的 响 应 该 方 法 的 声 明 如 下 + %%7!' * 表 示 从 其 他 对 象 执 行 方 法 返 回 的 响 应 的 虚 线 箭 头 不 能 建 模 为 方 法 但 是 暗 示 了 发 起 响 应 方 法 的 返 回 类 型 例 如 由 于 消 息 总 网 络 请 求 线 路 预 警 的 响 应 是 线 路 已 警 戒 乘 客 因 此 方 法 返 回 + % 结 果 图 轨 道 交 通 网 发 生 事 故 后 恢 复 运 行 用 例 的 顺 序 图 *%+,5 % +!.!%+" &%.& & % & 轨 道 交 通 网 的 功 能 建 模 功 能 模 型 描 述 了 系 统 中 的 计 算 仅 说 明 计 算 中 输 入 到 输 出 的 推 导 不 考 虑 计 算 的 次 序 它 由 多 个 数 据 流 图 组 成 描 述 数 据 流 从 外 部 输 入 经 计 算 和 内 部 存 储 输 出 到 外 部 的 过 程. 图 见 下 页 是 轨 道 交 通 网 中 实 现 全 日 行 车 计 划 功 能 的 数 据 流 图 线 路 作 为 整 个 数 据 流 图 的 驱 动 者 通 过 输 入 线 路 的 属 性 高 峰 小 时 客 流 量 和 全 日 客 流 分 布 模 拟 图 计 算 全 日 分 时 最 大 断 面 流 量 分 时 开 行 列 车 数 和 行 车 间 隔 时 间 最 终 得 到 全 日 行 车 计 划 表 然 而 在 计 算 全 日 分
-- 上 海 理 工 大 学 学 报 年 第 卷 时 开 行 列 车 数 时 还 需 调 用 被 动 对 象 线 路 断 面 满 载 率 和 列 车 定 员 数 表 它 们 本 身 不 能 产 生 任 何 操 作 仅 仅 是 对 存 储 和 访 问 数 据 请 求 的 响 应 功 能 模 型 中 的 处 理 对 应 对 象 模 型 中 的 操 作 通 常 在 顶 层 数 据 流 图 中 的 处 理 对 应 于 复 杂 对 象 提 供 的 操 作 轨 道 交 通 网 系 统 与 开 发 人 员 终 极 用 户 之 间 形 成 最 顶 层 数 据 流 图 轨 道 交 通 网 系 统 软 件 对 应 于 轨 道 交 通 网 系 统 中 提 供 的 操 作 而 在 低 层 数 据 流 图 中 的 处 理 对 应 于 基 本 的 对 象 操 作 如 在 图 中 计 算 全 日 开 行 列 车 数 对 应 于 线 路 中 的 操 作 全 日 分 时 开 行 列 车 数 图 全 日 行 车 计 划 表 功 能 模 型 *%+,* &% #! #.. # ' % %+ # 结 论 本 文 建 立 的 轨 道 交 通 网 络 对 象 模 型 动 态 模 型 和 功 能 模 型 并 不 是 完 全 独 立 的 过 程 它 们 是 相 辅 相 成 不 可 分 割 的 一 个 整 体 对 象 模 型 是 动 态 模 型 和 功 能 模 型 的 基 础 和 主 要 依 据 动 态 模 型 反 过 来 补 充 和 完 善 静 态 模 型 和 唤 醒 功 能 模 型 动 作 的 决 策 功 能 模 型 描 述 对 象 模 型 中 的 操 作 和 动 态 模 型 中 的 动 作 唤 醒 的 功 能 本 文 的 研 究 为 我 国 城 市 轨 道 交 通 运 营 系 统 的 自 主 开 发 提 供 了 一 个 可 行 的 方 法 从 而 为 轨 道 交 通 网 的 规 划 设 计 运 营 管 理 提 供 了 有 效 的 工 具 大 大 提 高 了 轨 道 交 通 运 营 系 统 的 效 率 最 终 为 实 现 轨 道 交 通 运 营 系 统 软 硬 件 完 全 国 产 化 起 一 定 的 铺 垫 作 用 从 而 可 以 降 低 轨 道 交 通 建 设 与 运 营 的 成 本 当 然 在 这 方 面 的 工 作 还 有 很 大 的 研 究 空 间 对 轨 道 交 通 系 统 所 涉 及 的 基 础 资 料 数 据 库 系 统 的 设 计 与 实 现 有 待 进 一 步 分 析 轨 道 交 通 网 建 模 只 是 一 个 准 备 阶 段 是 整 个 软 件 系 统 代 码 实 现 的 基 础 具 体 的 某 些 方 法 的 代 码 实 现 本 文 还 未 作 深 入 研 究 可 以 运 用 4 语 言 并 借 助 1 0 " " 工 具 进 行 代 码 实 现 的 深 入 研 究 最 终 实 现 软 件 生 产 的 自 动 化 参 考 文 献 于 铁 峰 葛 雁 平 吴 红 明 等 面 向 对 象 技 术 在 建 筑 建 模 中 的 应 用 计 算 机 辅 助 设 计 与 图 形 学 报. - 杨 晓 光 云 美 萍 周 雪 梅 等 中 国 智 能 交 通 系 统 评 价 方 法 研 究 交 通 运 输 系 统 工 程 与 信 息 / 杨 勇 杰 郭 宝 华 张 燕 面 向 对 象 的 空 中 交 通 流 量 管 理 系 统 建 模 与 仿 真 控 制 理 论 与 应 用 -. / / 王 婷 唐 涛 基 于 4 的 城 市 轨 道 交 通 列 车 控 制 系 统 分 析 与 建 模 系 统 仿 真 学 报.- 陈 玉 基 于 面 向 对 象 技 术 的 城 市 交 通 仿 真 研 究 科 技 资 讯. - 隽 志 才 高 林 杰 倪 安 宁 面 向 对 象 的 交 通 网 络 分 布 式 仿 真 并 行 数 据 结 构 交 通 与 计 算 机 /. 洪 永 清 黄 德 才 吕 丽 民 面 向 对 象 建 模 与 设 计 北 京 人 民 邮 电 出 版 社 - - 毛 保 华 李 夏 苗 王 明 生 城 市 轨 道 交 通 规 划 与 设 计 北 京 人 民 交 通 出 版 社 巴 克 从 概 念 到 代 码 万 波 译 北 京 人 民 交 通 出 版 社. 季 令 张 国 宝 城 市 轨 道 交 通 运 营 组 织 北 京 中 国 铁 道 出 版 社 -