（计算机应用技术专业论文）智能交通领域应用框架研究及若干部件的设计与实现.pdf

浙江大学硕上学位论文 摘要 摘要 本文运用面向服务的领域分析方法s o d a ( s e z v i c eo r i e n t e dd o m a i na n a l y s i s ) 对智能交通i t s ( i n t e l l i g e n tt m n s i m r t a t i o ns y s t e m ) 领域进行了领域分析，并结合 i t s 领域的特点给出了面向服务构件的i t s 领域应用框架的初步设计。在此应用 框架的基础之上，本文对框架中两个重要部件，即信息发布系统和电子表单系统 的设计与实现进行了详细的描述。 论文第一章对本文研究背景、智能交通领域的概念、组成和国内外发展趋势 以及应用框架的基本概念进行了详细的介绍。 论文第二章采用面向服务的思想，按照先领域分析，后框架设计的步骤对i t s 应用领域进行了详细的分析为了构建一个面向服务的领域应用框架，本文提出 了面向服务的领域分析方法s o d a ，并用此方法对i t s 应用领域进行了分析。结 合s o d a 领域分析结果和r r s 领域特点本章给出了i t s 领域应用框架的设计，并 总结出了该领域应用框架设计的基本原则。 论文第三章详细介绍了公众信息发布系统的设计与实现。公众信息发布系统 处于i t s 领域应用框架服务上层中的领域通用层，i t s 领域中交通控制，交通应 急等领域都可以通过信息发布系统对公众发布信息。该系统主要以电子情报板为 信息发布载体，同时配备简单的短信和电子邮件信息发布方式。本章最后对系统 的服务构件化进行了讨论。 论文第四章详细描述了电子表单系统的设计及实现。电子表单系统处于i t s 应用领域的服务下层，i t s 中任何与w e b 信息交互相关的领域都离不开表单系统 的支持。该系统提供一个基于d r e a m w e a v e r 插件开发的图形化的电子表单编辑工 具和一个表单数据处理引擎。它的主要目标是把电子表单的数据逻辑和表现分 开，减少表单制作的开发周期及工作量。 论文最后进行了总结，阐述了论文的主要工作，并对以后的工作做了一定的 分析，给出了建议。 关键词智能交通，应用框架，软件重用 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t u s i n gd o m a i na n a l y s i sm e t h o do f s o d a ( s e r v i c eo r i e n t e dd o m a i na n a l y s i s ) ，t h i s p a p e rg i v e so u tt h ed e s i g no fa p p l i c a t i o nf r a m e w o r kf o ri n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m b a s e do nt h i sd e s i g n , t h ep a p e rd e s c r i b e st h ei m p l e m e n t a t i o na n dd e s i g no f t h et w oi m p o r t a n tc o m p o n e n t si ni t sa p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ：i n f o r m a t i o np u b l i s h i n g s y s t e ma n de - f o r ms y s t e m i nt h ef i r s tc h a p t e rt h ep a p e rf i r s td e s c r i b e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，s e c o n d d e s c r i b e st h ec o n c e p t c o m p o s i t e sa n dt h et r a n do fr r sa n dt h el a s td e s c r i b e st h eb a s i c c o n c e p to f a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k i n t h es e c o n dc h a p t e rb a s e do ns o a , t h i sp a p e rd e s i g n st h ea p p l i c a t i o n f r a m e w o r ko fi t so i ls t e p so ff i r s td o m a i na n a l y s i sa n ds e c o n df r a m e w o r kd e s i g n i n o r d e rt og e ta l ls e r v i c eo r i e n t e da p p l i c a t i o nf r a m e w o r k , t h ep a p e ru s e st h es o d a d o m a i na n a l y s i sm e t h o dt oa n a l y z et h ed o m a i no f i t s c o m b i n gt h er e s u l t so f a n a l y s i s a n dt h ec h a r a c t e ro fi t sd o m a i n , t h ep a p e rb r i n g so u tt h ed e s i g no ft h ea p p l i c a t i o n f r a m e w o r ka n dg i v e so u tt h ep r i n c i p l eo f t h ei t sa p p l i c a t i o nf r a m e w o r kd e s i g n i nt h et l l i f dc h a p t e r , t h ep a p e rd e s c r i b e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h e i n f o r m a t i o np u b l i s h i n gs y s t e mw h i c h 啪b eu s e di nt r a f f i cc o n t r o ld o m a i na n dt r a f f i c e m e r g e n c yd o m a i nt op u b l i s hm e s s a g e st oc i t i z e n s n 坞i n f o r m a t i o ns y s t e mc a n p u b l i s ht r a f f i ci n f o r m a t i o no re m e r g e n c yi n f o r m a t i o nt ot h ed r i v e ra n df o o tp a s s e n g e r t h r o u g hs h o r tm e s s a g e , e r a a i la n dv a r i a b l em e s s a g es i g n a lb o a r dw h i c hi ss t a l l e da l o n g t h es t r e e to f t h ec i t y a tl a s t , t h i sc h a p t e rg i v e sad i s c u s s i o nt om a k et h es y s t e mt ob ea s e r v i c ec o m p o n e n t i nt h ef o u r t hc h a p t e rt h ep a p e rm a i n l yd e s c r i b e st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f e - f o r ms y s t e m 1 1 l ee - f o r ms y s t e mo f f e r sag r a p h i ce - f o r md e f i n i n gt o o lw h i c hi s d e v e l o p e du p o nd r e a m w e a v e ra n dad a t ae n g i n ef o r d a t aa c c f s $ o f t h ee - f o r m i nt h ee n d ，a l lo ft h ew o r k si nt h ed i s s e r t a t i o na r es u m m e du p ，a n dt h e i rf u t u r e s a r cp r o s p e c t e d k e y w o r d s i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ， a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k , s o f t w a r er e u s e 浙江大学硕上学位论文 图目录 图目录 图2 1 服务模型图实例1 2 图2 - 2 i t s 领域实体分析图1 4 图2 3 粗力度的i t s 领域服务分析1 5 图2 - 4 i t s 粗粒度操作分析1 6 图2 5 r r s 领域应用框架图1 9 图3 1 信息发佰系统与i t s 应用框架的关系2 l 图3 - 2 架设在杭州道路上的电子情报板l 2 2 图3 3 架设在杭州道路上的电子情报板2 2 3 图3 - 4 公众信息发布系统软件架构2 4 图3 - 5 主界面 ：1 6 图3 - 6 节目单管理界面2 6 图3 7 消息编辑界面2 7 图3 8 短信信息与电子邮件信息发布 2 7 图3 - 9 电子情报板信息发布引擎硬件架构图2 8 图3 1 0 电子情报板引擎软件架构2 9 图3 1 1 c l 2 0 0 5 系统界面3 0 图3 1 2 节目单和节目数掘组织3 l 图3 1 3 引擎控制器的主要流程3 2 图3 1 4 引擎主界面。3 4 图3 1 5 情报板配置界面 图3 1 6 信息发布系统服务构件图3 8 图4 1 钱塘电子表单功能框架图 图禾2 电子表单系统与i t s 应用框架的关系 4 2 图4 3 钱塘电子表单系统软件体系结构图4 3 图4 - 4 表单定义器主界面4 4 图4 _ 5 表单定义器系统模块划分 图4 撕表单文件央结构 图4 7 表单上传虚拟目录管理4 8 图4 8 表单发布器主界面4 9 图年9 表单设计的主要流程5 0 图4 - 1 0 表单管理器登录界面5 2 图禾l l 表单模板及实例管理界面5 2 图4 - 1 2 表单引擎软件框架图5 3 图4 - 1 3 表单系统设计思想5 4 图4 - 1 4 表单模板上传流程5 5 图4 - 1 5 表单视图的创建流程 浙江大学硕士学位论文图目录 图4 - 1 6 表单视图更新过程。 图4 - 1 7 工作流与表单交互流程。 图4 - 1 8 数据库连接池连接请求过程。 v 5 7 5 7 5 8 浙江大学硕士学位论文表目录 表3 - 1 系统实现平台 表目录 2 5 表4 1 系统开发环境4 4 表4 2 表单定义器核心功能4 5 表4 - 3 表单引擎开发环境5 l v i 浙江大学硕上学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 随着我国城市化进程的加快，城市人口的激增，交通问题越来越成为人民生 活所要解决的主要问题，而智能交通就是解决该问题的关键。智能交通领域庞大， 综合性强，系统与子系统众多，因此如何找到系统之间的通用点，增加i t s 领域 系统软件的重用度，如何搭建i t s 领域的应用框架已经成为i t s 发展所必需解决 的问题本章就本文的研究背景，智能交通领域的基本概念和应用框架的基本概 念做了详细的介绍 1 1 研究背景 目前，中国交通运输存在着以下几个方面的问题： 曲基础设施短缺与利用的低效率并存。 b 1 基础设施建设速度落后于车辆增长速度。 曲交通拥堵已经成为大城市交通中的普遍现象。 m 交通安全形式严峻，造成的损失巨大。 e ) 机动车尾气排放已成为城市大气污染的主要来源。 f ) 运输效率低，能源消耗不断上升。 这些实际交通运输状况使得中国政府和交通工作者深刻认识到：开展i t s 领 域的研究，促进i t s 产业化进程刻不容缓。 从软件开发和系统设计的角度来讲，i t s 领域宽广，系统和予系统繁多，涉 及的技术面大，综合性强。因此如何提高系统的复用性，如何快速集成现有的应 用系统，如何使系统更加灵活更具有扩展性都是智能交通领域系统设计与开发必 须解决的问题 本文针对这一系列问题，运用面向服务的思想，以领域分析方法为主要方法 论，对i t s 智能交通领域应用框架进行了系统的研究和设计，意在统一i t s 领域 的软件框架，建立灵活、可扩展性高的支持软件复用技术的领域基础支撑应用框 架，进而缩短领域内系统开发的周期，降低工作量。 1 2 智能交通领域概述 1 2 1i t s 的概念 智能运输系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 的研究涉及通信、电子计算机 浙江大学硕士学位论文第l 章绪论 等工业、技术、商业和其他诸领域，是目前国外解决城市以及高速公路交通拥挤。 提高行车安全的主要措施 1 ，2 】。 【3 】美国交通工程师学会( 1 9 9 1 ) 在其出版的交通工程手册中将i t s 定义为： 把先进的检测、通信和计算机技术综合应用于汽车和道路而形成的道路交通运输 系统。道路、汽车与信息的关系可划分为三个层次，第一个层次即道路和汽车本 身就是信息的载体，在道路上行驶的车辆中，绝大多数都携带着信息；第二个层 次包括道路的和为驾驶员提供的信息。驾驶员需要有关交通状况的信息以使得其 更安全、更有效地驾驶；而交通管理者则需要监视路段上的交通情况而有效地管 理，维持良好的交通秩序；第三个层次则是汽车与道路之间，汽车与控制中心之 间的信息传递。从接收周围交通环境的信息方面看，今天的汽车极少具有智能， 而大多数公路设施也不能探测交通流的状况，这时驾驶员的行车就像通过纵横交 错的街道构成的迷宫一样，根本没有目前道路交通的实时信息，只能依据自己的 观察和经验。i t s 系统就是利用先进技术使汽车有头脑，使道路聪明起来，即改 变愚蠢的公路上行驶着并不真正聪明的汽车的现状。 1 2 2 l t sb q 组成 f 4 i t s 主要包括先进交通管理系统a t m s 、先进驾驶员信息系统a t i s 和先 进车辆控制系统a v c s 。a t m s 源于传统的城市交通控制系统，其任务是通过自 适应交通信号配时调整路网需求的发生时问，实现交通需求和通行能力的时间匹 配。英国的t r a n s y t 和s c o o t 、美国的u t c s 、澳大利亚的s c a t 等系统在 这方面作了大量的努力。a t i s 则通过可变信息指示牌、车载诱导系统和近年采 用的全球卫星定位系统g p s 对车辆进行实时路径诱导，实现交通需求和通行能力 的空间匹配。a v c s 主要包括纵向控制器( 1 0 n g i t u d i n a lc o n t r o l l e r ) 和偏航控制器 ( 1 a t e r a lc o n t r o l l e r ) 。前者负责保持车辆运行的设定速度和间距；后者使车辆的行 进轨迹与车道轴线保持一致，特别是当道路曲率半径较大时。一般将a v c s 和相 关的道路自动化系统统称为自动高速公路系统a h s 5 ，6 1 。 i t s 是若干技术开发项目的集中表现。这些技术项目加强了道路、车辆和驾 驶员三者之间的联系，因此提高了公路的安全性、系统的工作效率、环境质量等。 美国的交通工程师将这些开发项目分为五类川：先迸的交通管理系统 a t m s ( a d v a n e c dt r a f f i em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，a t m s 用于监测控制和管理公路交 通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。它依靠先进的交通监测技术和计 算机信息处理技术，获得有关交通状况的信息，并进行处理，及时地向道路使用 者发出诱导信号，从而达到有效管理交通的目的先进的驾驶员信息系统 2 浙江大学硕上学位论文第l 章绪论 a d l s ( a d v a n c c dd r i v e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，在信息类型以及信息接收者方面， a d i s 与a t m s 有本质差别：a t m s 中同样具有许多向驾驶员提供信息的设备， 如可变信息板、公路咨询广播等，但它们传递的信息量是有限的，一个可变信息 板一般只能显示1 4 个字符，公路广播的信息也不能超过几分钟，而且上述设备 是为整个交通流总体而服务的，其信息只具有普遍性。a d i s 则是以个体驾驶员 为服务对象。驾驶员可以通过其车载路径诱导系统，在与控制中心的双向信息传 递中使自己始终行驶在最短路上。a t m s 和a d i s 的功能十分相似，可以缩短旅 行时间，降低燃油消耗和减少废气排放，使交通拥挤状况得到缓解。先进的汽 车控制系统a v c s ( a d v a n c e d v e h i c l e c o n t r o l s y s t c m ) ，a v c s 的目的是开发帮助驾 驶员实行车辆控制的各种技术，从而使汽车行驶安全、高技。a v c s 领域包括对 驾驶员的警告和帮助，障碍物避免等自动驾驶技术。实际上，a v c s 具有长期的 潜在效益，同时也对汽车工程、电子工程等部门提出了最大的挑战。营运车辆 调度管理系统c v o m ( c o m m e r c i a l v e h i c l e 呻t i o n f l e e im a n a g e m e n t ) ，c v o m 实 质上是运输企业应用i t s 技术来谋求最大效益的一种调度系统。它的目的是利用 i t s 技术，例如车辆自动识别技术、车辆自动定位技术、车辆自动分类技术等， 提高企业内部劳动生产率，增加安全度，改进对突发事件的反应能力，改善车辆 管理和交通状况。公共交通系统的有效利用及运营管理a p t s ( a d v a n c 圮d p u b l i c t r a i l s i t a t i o ns y s t e m ) 。 根据用户功能不同，i t s 又可以划分成以下6 个方面【8 ，9 】：先进的交通管 理系统，包括：交通事赦检测技术，路径诱导技术，路测通讯技术，交通预测技 术，不停车收费技术和停车诱导技术。先进的公共交通系统，包括；公交信息 系统，公交智能调度系统，公交定位系统，公交票制电子车票系统，公交专用道 系统，公交需求管理系统。交通信息服务系统，包括；车辆交通信息服务系统， 社会交通信息服务系统。如高速公路路边设立的实时信息通告牌，城市道路边设 置的人行道和交通信息通告牌等。电视监控系统，包括；视频检测技术，交通 电视监控技术。车辆安全系统，包括；车辆自动驾驶系统，车辆防碰撞系统。 物流管理系统，包括：货物集散系统，物流计算机管理系统。 由此可见智能交通( i t s ) 是集计算机、信息、电子、通讯等众多高新科技在交 通领域的系统应用 1 0 】。i t s 通过对有关交通信息的实时采集、传输和处理，借助 各种手段和设备，对各种交通情况进行协调和处理，有效提高交通效率和安全， 从而使交通设施得以充分利用，实现交通运输的集约式发展。国外实践证明，一 旦i t s 投入使用，至少可以把城市中的交通堵塞减少一半，交通事故甚至可以减 3 浙江大学硕上学位论文 第1 章绪论 少8 0 1 l 】 1 2 3 国际国内i t s 发展动态 1 美国 【1 2 美国的i t s 研究活动，在联邦政府、州政府、地方自治体、民间企业及 大学的相互协作下进行。作为一个协调组织，1 9 9 0 年8 月设立了事务局，1 9 9 1 年3 月召开了第一次大会，作为联邦运输局( d o t ) 的咨询机关正式开始了工作。 美国政府于1 9 9 1 年开始投资对i t s 进行开发研究。1 9 9 4 年美国成立了i t s 协会， i t sa m e r i c a ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts o c i e t y o f a m e r i c a ) 2 日本 f 1 3 日本的i t s 的研究开发早于欧洲和美国，其第一个i t s 项目是汽车交通 综合控制系统c a c s ( c o m p r e h e n s i v ea u t o m o b i l ec o n t r o ls y s t e m ) ，始于1 9 7 3 年。 从8 0 年代后期，闩本运输省、建设省、通产省等部门组织了上百个汽车和电子 工业公司，会同若干大学和研究机构进行了近1 0 个大项目的联合开发。其影响 较大的有先进的交通信息系统a m t i c s ( a d v a n e c dm o b i l et r a f f i ci n f o r m a t i o na n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 和路车间通信系统 r a s s ( r o a d a m 哪o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y t c m ) 。 3 欧洲 由于欧盟各国有着不同的文化背景和法律，在智能交通系统实施方面要求更 高，它们认为美国的智能交通系统体系结构太简单，不符合欧洲要求，而复杂的 体系和复杂的国情使欧洲智能交通系统中的标准化问题尤为突出。 尽管欧洲智能交通系统相关标准制定存在较大困难，但欧洲标准化委员会 ( c e n ) 负责并积极推进欧洲智能交通系统的标准化工作，于1 9 9 0 年设立了 c e n t c 2 7 8 技术委员会，负责道路交通和运输的信息化( r o a dt r a f f i ca n d t r a n s p o r tt e l e m a t i c s ) ，分1 4 个工作组进行技术规范及术语、具体应用领域、数据 交换及参照定位、通讯技术及接口四个大项的研究。 欧洲最著名的i t s 研究计划是1 9 个国家投资5 0 亿美元的联合项目e u r e k a 。 在这个总计划中有许多具体项且，如普罗米修斯p r o m e t h e u s ( p r o g r a mf o r e u r o p e a nt r a f f i c w i t hh i g h e s te f f i c e n e ya n ds a f e t y ) ，欧洲交通安全道路体系 d r i v e ( d e d i c a t e dr o a di n f i a s - - - t n l c t u r e f o r v e h i c l es a f e t y i ne u r o p e ) 4 。澳大利亚 1 9 9 2 年l o 月，澳大利亚成立了i t sa u s t r a l i a ，以企业活动、交通、出行者的 经济效益为目标开始活动。下面是其开发的主要系统。 4 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 ( 1 ) s c a t s 。在悉尼开发的感应型信号控制系统除在美国密执安州的 f a s t 加队c 投入使用外，在世界上其它一些都市也有应用。 ( 2 ) 公共汽车电车的a v m ( a u t o m a t c dv e h i c l em o n i t o r i n g ) 。在政府所属的公共 汽车和电车1 0 0 0 台上设置此系统。不仅对管理者有好处，也是对利用者提供信 息的手段。包括对汽车进行战略控制、救急、报警、通报、向旅客提供实时信息 的技术。 ( 3 ) 电子收费工程( 悉尼的港1 ：3 大桥) 。将和信用卡尺寸大小相同的读取专用标 签设置在汽车前玻璃上实施自动收费 ( 4 ) s a f e - t - c a m 。用摄像机读取卡车的牌号。采用此自动车辆识别方式，车侧 不需要电子标签。此系统的主要目的是长距离检测超速卡车。 ( 5 ) 电子数据定位系统。配置g p s 的车上定位测量。也用于道路线形、铺装 试验等。悉尼的道路交通当局正在开发如何将此技术用于道路管理系统。 5 国内 目前，国内不少城市从自身的需求出发，以国家和地方1 t s 体系框架为依据， 以城市总体规划为基础，充分利用基础设施条件，结合技术成熟度、已有建设项 目、组织体制以及资金等条件，制定了i t s 建设规划，并逐步进入项目实施阶段。 近期我国i t s 项目建设的热点主要有；综合交通信息服务系统、城市交通控制系 统、交通事件管理系统、智能公交系统、现代物流信息系统、高等级公路综合管 理系统、联网收费系统和不停车收费系统等 1 4 ，1 5 。 中国交通部在“智能运输系统发展战略研究”中也把国家i t s 体系结构列为近 期研究与开发的重点内容之一；科技部正在探讨组织i t s 体系结构的研究开发工 作；由上海市科委列项，同济大学i t s 研究中心主要承担的i t s 体系结构开发工 作已进人中期阶段【1 6 】。 1 3 应用框架概述 1 3 1 应用框架概念 目前对于应用框架一般采用以下两个定义：( 1 ) “框架是一个系统全部或者部 分的【1 7 】可复用设计，通常由一组抽象类和类之间的协作组成”。( 2 ) “框架是一 个能够被开【1 8 】发人员实例化的系统骨架”。这两个定义从两方面描述了应用框 架。前者从设计的角度描述了框架，提出了框架构成和设计模式；而后者则描述了 框架的设计目的从这两个定义可知：( 1 ) 框架以系统功能为原则划分了应用领域 中的类、定义了各部分的主要责任和类与对象的协作关系，并界定了控制流程；( 2 ) 5 浙江大学硕七学位论文第1 章绪论 框架包含了其应用领域中的主要功能设计决策，并定义了构件描述和调用的规 则。所以，框架可以被认为是一个能够完成系统主要功能并可扩展的组合构件。 从这一意义上，可以把应用框架定义为：它是一个能够组合系统必要功能、允许 动态扩展的，并可以实例化的可复用系统应用模型。 应用框架并不是包含构件应用程序的小片程序，而是实现了某应用领域通用 完备功能( 除去特殊应用的部分) 的底层服务。使用这种框架的编程人员可以在 一个通用功能已经实现的基础上开始具体的系统开发。框架提供了所有应用期望 的默认行为的类集合。具体的应用通过重写子类( 该子类属于框架的默认行为) 或 组装对象来支持应用的行为。 应用框架强调的是软件的设计重用性和系统的可扩充性，以缩短大型应用软 件系统的开发周期，提高开发质量。与传统的基于类库的面向对象重用技术比较， 应用框架更注重于面向专业领域的软件重用。应用框架具有领域相关性，构件根 掘框架进行复合而生成可运行的系统。框架的粒度越大，其中包含的领域知识就 更加完整。 1 3 2 应用框架的分类 从框架的设计方法方面可以将框架分为白盒( w h i t e - b o x ) 、黑盒( b l a c k b o x ) 、 灰盒框架三种 1 9 1 。 白盒框架是基于继承的框架。所谓白盒即具备可视性，被继承的父类的内部 实现细节对子类而言都是可知的。利用白盒框架的应用开发者通过衍生子类或重 写父类的成员方法来开发系统。子类的实现很大程度上依赖于父类的实现，这种 依赖性限制了重用的灵活性和完全性。 基于对象构件组装的框架就是黑盒框架。应用开发者通过整理、组装对象来 获得系统的实现。用户只须了解构件的外部接口，无须了解内部的具体实现另 外，组装比继承更为灵活，它能动态地改变，继承只是一个静态编译时的概念。 灰盒框架是白盒框架和黑盒框架的结合产物，即把两种框架的特点相互融 合。既提供了父类构成的骨架，也提供了一般功能的系统组件。灰盒框架要比前 两种框架更加灵活。 1 3 3 应用框架中的热点和冻点 1 热点( h o ts p o t ) 为了让应用开发者扩充框架以适应特定的应用程序，成功的框架都要留有一 些供应用开发者用以扩充的插槽，这些插槽就叫做热点。热点是供应用开发者必 6 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 须实现的抽象类和方法，框架是不可执行的，为了产生一个能够执行的特定的应 用程序，应用开发者必须为这些热点添加代码，即实现这些热点，这样才能产生 一个能够执行的特定的应用程序。“热点”使框架具有灵活性。 2 冻点( f r o z e ns p o t ) 框架的某些特征是不能轻易改变的，这些不变的构成框架的核心点叫做框架 的冻点。同热点不同，冻点在框架内是已经实现的一段代码，它可以调用一个或 更多的热点。这些冻点构成的框架的核心是稳固的，并且总是作为每个特定应用 程序的一部分。 1 3 4 应用框架的设计技术 目前在框架设计方面成熟的技术较少，大体可分为两类：实践法与系统法 【2 0 1 。 1 实践法 认为框架不是系统设计的结果，而是在从底向上设计中的一个结果。实践法 也可以说是实例( e x a m p l e ) - 驱动的设计方法，它是从若干个具体的典型应用中，抽 象出相似点来构建框架，框架反过来又应用于不同的问题，并在解决不同问题的 过程中得到更新，在框架的设计和实现的两步中，不断反复。等到框架逐渐成熟 时，需要修改和反复的内容就会越来越少。 2 系统法 认为框架的设计可以通过系统的方法得到，因此出现了逐步泛化的框架设计 方法。此时框架的设计分两步，采用两步的设计方法可以避免在早期的开发过程 巾局限于应用专用的类和体系结构，并且有利于使用通用的设计模式： 第一步是问题的泛化。它要求解决如下问题：问题领域中的哪些概念可以表现 为变量，并且需要统一处理? 是否可以发现一些具体的概念，它们能被泛化为一 个更抽象的概念? 第二步是框架的设计。在这一步中，泛化是从反向考虑，以实现每一级的框 架换言之，最先实现最通用的框架，然后实现次通用的框架，以此类推。 框架的设计是一个反复的过程，在这个过程中需要领域和设计两方面的专家 意见，框架用户和框架开发者之间的交流对框架的设计也很重要，因为框架是在 不断反复的过程中逐步成熟的。 1 3 5 框架开发系统的优势 框架的最大好处就是重用。面向对象系统获得的最大的复用方式就是框架， 7 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 一个大的应用系统往往可能由多层互相协作的框架组成。 由于框架能重用代码，因此从一已有构件库中建立应用变得非常容易，因为 构件都采用框架统一定义的接口，从而使构件自j 的通信简单。 框架能重用设计。它提供可重用的抽象算法及高层设计，并能将大系统分解 成更小的构件，而且能描述构件问的内部接口。这些标准接口使在已有的构件基 础上通过组装建立各种各样的系统成为可能。只要符合接口定义，新的构件就能 插入框架中，构件设计者就能重用构架的设计。 框架还能重用分析。所有的人员若按照框架的思想来分析事务，那么就能将 它划分为同样的构件，采用相似的解决方法，从而使采用同一框架的分析人员之 问能进行沟通。 采用框架技术进行软件开发的主要特点包括： 曲领域内的软件结构一致性好； 协建立更加开放的系统； 西重用代码大大增加，软件生产效率和质量也得到了提高； m 软件设计人员要专注于对领域的了解，使需求分折更充分： 订存储了经验，可以让那些经验丰富的人员去设计框架和领域构件，而不 必限于低层编程； 0 允许采用快速原型技术； 曲有利于在一个项目内多人协同工作； m 大粒度的重用使得平均开发费用降低，开发速度加快，开发人员减少， 维护费用降低，而参数化框架使得适应性、灵活性增强。 1 3 6 软件重用技术概述 重用技术是框架的基础，重用技术发展产生了构件技术才使框架的产生成为 可能。可以说，框架是一个可复用的构件，它规定了应用的体系结构，阐明了整 个设计、协作构件之间的依赖关系、责任分配和控制流程，表现为一组抽象类以 及其实例之问协作的方法，它为构件复用提供了上下文( c o n t e x t ) 关系。框架比构 件可定制性强。在某种程度上，将构件和框架看成两个不同但彼此协作的技术或 许更好。框架为构件提供重用的环境，为构件处理错误、交换数据及激活操作提 供了标准的方法 z h 。 1 面向对象技术 面向对象技术为客观世界过渡到软件系统提供了途径和编程的思维方法，对 象有效的封装了我们对问题空间的理解，可以利用一组类的集合定义问题空间的 8 浙江大学硕十学位论文第1 章绪论 关键抽象。但是一些观点认为，在利用面向对象技术中，立即重用的障碍是从类 层次中如何找到合适的类以供给新的应用程序使用 2 2 ，2 3 1 ；另外由于面向对象技 术的重用基础是类的继承机制，所以类之间的依赖性很强，使得灵活性下降。 2 设计模式 设计模式一般有四个基本要素：模式名称、问题、解决方案和效果。“设计模 式”是对被用来在特定场景下解决一般设计问题的类和相互通信的对象的描述 2 4 1 一个设计模式命名、抽象和确定了一个通用设计结构的主要方面，这些设 计结构能被用来构造可重用的面向对象设计。 3 d s s a 鉴于特定领域的应用具有相似的特征，因而经过严格设计，并将直觉的成分减 少到最少程度，可以有效地实现复用，并可借鉴领域中已经成熟的体系结构。特定 领域的体系结构( d s s a ) 是将体系结构理论应用到具体领域的过程。常见的d s s a 有：电信软件的体系结构研究1 2 5 1 、c a s e 体系结构、c a d 软件的参考模型、测试 环境的体系结构1 2 6 、信息系统的参考体系结构、网络体系结构d s s a 、机场信 息系统的体系结构、信号处理d s s a 等。 1 4 本章小结 本章主要对i t s 领域和应用框架进行的概括性的介绍。首先介绍了本文的研 究背景，然后介绍了i t s 的概念、组成，及i t s 领域国内外发展现状，最后从概 念、分类等方面对应用框架进行了详细的描述。 9 浙江大学硕上学位论文 第2 章智能交通领域应用框架研究 第2 章智能交通领域应用框架研究 研究i t s 领域应用框架，目的是解决i t s 领域软件重用的问题，统一领域内 系统的软件架构，缩短系统开发周期，减少开发工作量本章运用面向服务的领 域分析方法s o d a ，按照先领域分析后框架设计的步骤对i t s 领域应用框架进行 了系统的分析和设计 2 1i t s 领域应用框架概述 2 1 1 与传统应用框架的不同 i t s 领域范围宽广，综合性强，是一个彻底的大型分布式应用领域。因为智 能交通领域是一个主要以提供服务为核心的领域，本文采用面向服务的思想对此 领域应用框架进行研究。和传统的面向对象的方法不同，面向服务领域分析方法 主要针对应用领域所能提供的服务进行分析。因为该领域体系庞大，本文并没有 像传统的应用框架那样列出或实现出应用领域中的通用点，而是从领域分析开 始，从宏观对领域进行分析，并在最后通过领域分析的结果总结出适合此领域的 通用体系框架，为i t s 应用领域的应用设计和开发起指导作用。 2 1 2 应用框架设计开发的一般过程 框架歼发技术中的实践法和系统法的第一步是要对问题领域进行分析或把 领域中的问题泛化，本文把这两个方法结合起来，通过调研现有的系统和问题泛 化相结合，把应用框架的设计总结成两个阶段： 领域分析、框架设计。领域分析是建立框架的前提，领域分析的目的是发现 该领域的用户需求和可能的未来需求，识别出领域中的通用特征和可变特征，通 过对问题空间的分析得到一组备用解决方案，即领域分析是将一组相似系统的问 题空间的需求映射到解空间的通用体系结构和一组特性构件的重要手段。框架设 计是在领域分析的基础上进行规约总结，通过查找领域中的通用点建立领域内通 用的体系架构。 框架的设计开发是一个不断迭代的过程，通过实际应用开发不断精炼、修改 应用框架，使框架更加实用，更加灵活，更加稳定。 2 1 3i t s 领域应用框架研究的基本原则 1 平等性 从服务的角度来讲，i t s 是一个无主管系统，所有的子系统都是为完成系统 l o 浙江大学碗t 学位论文第2 章智能交通领域戍用框絮研究 整体功能而设置的。 2 灵活性 i t s 是一个变化很快的系统，所以在制定应用框架的时候要保持一种灵活性， 使系统能够不断延伸和扩展。 3 开放性 除了系统的开放性般要求之外，特别要避免目前某项技术对整个体系的制 约影响，换句话说，应用框架的任何一个环节都不能只有单一技术或产品支持， 必须有替换技术和方案 4 属于国际化 属于必须国际化，才能保证与国际接轨。 2 2 领域分析 2 2 1 领域分析概述 领域分析最主要的目的就是软件重用。领域分析是识别、收集、组织和描述 一个领域相关信息的过程，这个过程是以现存系统及其开发资料、从领域专家获 得的知识、以及领域中的理论和出现的技术为基础的。可以看出，领域分析类似 于软件工程中的系统分析，但不同之处在于系统分析关心的是某一软件系统中的 特定事物，而领域分析则侧重于某一特定领域中所有相似系统的共性事物。 领域分析中最早提出面向特征的领域分析的方法是f o d a ( 面向特征的领域 分析方法f e a t u r e - o r i e n t e dd o m a i n a n a l y s i s ) e 2 7 ，并且由f o d a 方法逐渐演化成 基于产品线( p r o d u c tl i n e ) 的软件复用方法 2 8 1 。韩国浦项科学与技术大学在f o d a 基础上提出了面向特征的复用方法( f e a t u r e o r i e n t e dr e u s em e t h o d ，缩写为 f o r a m ) 2 9 】，惠普实验室将f o d a 方法与r s e b 方法( r e u s e - d r i v e ns o t t w a r e e n g i n e e r i n g b u s i n e s s ) 结合提出的f e a t u r s e b 方法1 3 0 1 。 国内在这个领域内的研究最多的是北京大学软件工程研究所，他们提出了面 向对象的领域工程方法 3 h 。在领域需求分析方面，北京大学软件工程提出了基 于需求聚类建立领域模型的方法 3 2 1 。能够在客户需求的基础上，通过聚类算法 自动识别特征模型树。 上海复旦大学软件工程实验室将领域工程与本体相结合，提出了基于本体的 软件构件开发方法。包括基于本体的领域分析，领域建模，领域构件识别和组装。 2 2 2f o d a 简介 f o d a 从分析领域特征的特点，表现，功能的角度对应用领域进行分析。 浙江大学硕上学位论文第2 章智能交通领域府用框架研究 f o d a 为领域分析定义了一个过程，并为将来的使用创建了特定产品。三个基本 阶段刻画了f o d a 过程：( 1 ) 场景分析( c o n t e x ta n a l y s i s ) ，定义了进行分析的领域 的区域( 或边界) ；( 2 ) 领域建模( d o m a i nm o d e l i n g ) ，提供一个对用软件表达的领域 的问题空间的描述；( 3 ) 体系结构建模( a r c h i t e c t u r em o d e l i n g ) ，创造一个可以将解 决方案实施到领域中具体问题的软件体系结构。 2 2 3 基于服务的领域分析方法( s o d a ) 本文基于f o d a 提出了基于服务的领域分析方法s o d a ( s e r v i c eo r i e n t e d d o m a i na n a l y s i s ) 与f o d a 及一般的面向对象的领域分析方法不同，s o d a 采用 s o