高密度电法反演问题求助

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高密度电法的发展与应用
董浩斌,王传雷
(中国地质大学地球物理系,湖北武汉!"##$!)
摘要:文中从电极排列,反演处理方法,仪器等几个方面,介绍了高密度电法的发展,说明了所有电
极排列方式是从对称四极,单极偶极和单极单极发展而来在反演方法软件方面,介绍了基于圆滑
约束最小二乘法及计算机反演快速计算程序同时,提出供电时间,极化补偿和电极转换开关是高密
度电法仪器发展的关键技术文中列举了高密度电法在多个领域的应用简况,最后提出了高密度电
法在今后发展的趋势为高密度激发极化法,三维高密度电阻率法
关键词:高密度电法;电极排列;反演软件;仪器;电阻率成像
中图分类号:%&"'("文献标识码:)文章编号:'##+"+'(+##")#'#'$'#&
收稿日期:+##"#''#;修订日期:+##"#++#
基金项目:国家"九五"重点攻关项目(,&-++'-#'-#+)
作者简介:董浩斌(',&!—),男,博士,教授,地球物理及智能化仪
器专业,主要从事地学,工控等智能化仪器仪表的研究开发,信号
处理等研究和教学工作
'高密度电法发展概况
这里的高密度电法指的是直流高密度电阻率法,
但由于从中发展出直流激发极化法,所以统称高密度
电法高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法,
野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测
点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪
便可实现数据的快速和自动采集当测量结果送入
微机后,还可对数据进行处理并给出关于地电断面分
布的各种物理解释的结果显然,高密度电阻率勘探
技术的运用与发展,使电法勘探的智能化程度大大向
前迈进了一步由于高密度电阻率法所具备的上述
优势,因此相对于常规电阻率法而言,它具有以下特
点:(')电极布设是一次完成的,这不仅减少了因电极
设置而引起的故障和干扰,而且为野外数据的快速和
自动测量奠定了基础(+)能有效地进行多种电极排
列方式的扫描测量,因而可以获得较丰富的关于地电
断面结构特征的地质信息(")野外数据采集实现了
自动化或半自动化,不仅采集速度快(大约每一测点
需+/),而且避免了由于手工 *** 作所出现的错误
(!)可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态,脱
机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件()
与传统的电阻率法相比,成本低,效率高,信息丰富,
解释方便,勘探能力显著提高
关于阵列电探的思想在+#世纪$#年代末期就
有人开始考虑实施,英国学者所设计的电测深偏置系
统实际上就是高密度电法的最初模式,0#年代中期,
日本地质计测株式会社曾借助电极转换板实现了野
外高密度电阻率法的数据采集,只是由于整体设计的
不完善性,这套设备没有充分发挥高密度电阻率法的
优越性0#年代后期,我国原地质矿产部系统率先
开展了高密度电阻率法及其应用技术研究,从理论与
实际结合的角度,进一步探讨并完善了方法理论及有
关技术问题,也研制成了几种类型的仪器
目前,研究高密度电法的方法技术和仪器的主要
有中国地质大学等,生产仪器的还有原长春地质学
院,重庆的有关仪器厂家
近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查,
坝基及桥墩选址,采空区及地裂缝探测等众多工程勘
察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效
益
+高密度电法电极排列的发展
(')高密度电阻率法测量方式:高密度电法开始
时,研究的排列方式主要有"种:!,"和#['0]现在
排列方式已发展到十几种不过仔细研究就可发现,
所有排列都是从对称四极(施伦贝谢尔,123456789:-
'$'第'#卷第'期
+##"年"月
地学前缘(中国地质大学,北京)
;8 28@9A =>89/(B3> D89/>=EAFG8A/2>8 28/,H8>I> :)
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L<9(+##"
!"),偶极偶极(#$%&'!(#$%&'!),单极偶极(%&'!(
#$%&'!),单极单极(%&'!(%&'!)演变而来(其中,!排列
方式无变种)如:!")"#)#$时,+,'-/!"0!"排
列就变成"排列;!$)$")"#时,偶极偶极排列
就变成#排列;对于单极偶极排列,就有!"#,
"#$,!")"#和!"!"#等1种至于所谓的滚
动排列装置,在电极排列方式上基本不变,只不过是
其排列方式有利剖面滚动衔接而已
图2高密度电阻率法常用排列示意图
3$0425&&67""789-9!#:&";$=8$70$609-">!89
!,$—供电电极;",#—测量电极;%—电极距;&—电极系数
(;)高密度电阻率法反演的发展:国内研究反演
方法的很多,如王兴泰等"电阻率图像重建的佐迪
( &,#8)反演及其应用效果"(2@@A年)[2BC];王若等
"用改进的佐迪反演方法进行二维电阻率图像重建"
(2@@C年);张大海等"二维视电阻率断面的快速最小
二乘反演"(2@@@年);王丰等"改进的模拟退火方法
及其在电阻率图像重建中的应用"(2@@@年);王运生
等"用目标相关算法解释高密度电法资料"(;DD2
年);但真正推出商用软件的不多
国外主要研究计算机自动二维,三维反演二维
反演程序是基于圆滑约束最小二乘法(#!E"&&=(F!#'$6
和5&69=7/'!2@@D,797G$2@@;)的计算机反演计算程
序,使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法
(H&G!和I7"G!",2@@A)[J,C],使得大数据量下的计算
速度较常规最小二乘法快2D倍以上圆滑约束最小
二乘法基于以下方程
('(')+),-'((2)
其中,+)/
0
/
0
(K/
1
/
1
(;/
0
)水平平滑滤波系数矩阵
(,&"$L&6=7':'7=6!99:$'=!");/
1
)垂直平滑滤波系数矩阵
(>!"=$+7':'7=6!99:$'=!");')偏导数矩阵;'()'的转置
矩阵;)阻尼系数;,)模型参数修改矢量(!'
%!"=-"/7=$&6>!+=&");)残差矢量(#$9+"!%76+8>!+=&")
这种算法的一个优点是可以调节阻尼系数和平
滑滤波器以适应不同类型的资料
反演程序使用的二维模型把地下空间分为许多
模型子块然后确定这些子块的电阻率,使得正演计
算出的视电阻率拟断面与实测拟断面相吻合对于
每一层子块的厚度与电极距之间给一定的比例系数
最优化方法主要靠调节模型子块的电阻率来减小正
演值与实测视电阻率值的差异这种差异用均方误
差(MN)来衡量然而,有时最低均方误差值的模型
却显示出了模型电阻率值巨大的和不切实际的变化,
从地质勘察角度而言,这并不总是最好的模型通
常,最谨慎的逼近是选取迭代后均方误差不再明显改
变的模型,这通常在第三和第五次迭代之中出现
N4F4H&G!的二维,三维电阻率法和激发极化法
反演程序已商品化,被国内外大多数公司,单位所使
用,并与仪器相配套
(O)深度问题:电阻率法的探测深度随着供电电
极!$距离的增加而增大,当隔离系数&逐次增大
时,!$电极距也逐次增大,对地下深部介质的反映
能力亦逐步增加常规电阻率法在资料处理时多是
以!$2;为深度,为此,国内一些单位在处理高密度
电法资料时,用P3QM软件形成视电阻率断面图进
行解释,没有进行反演处理解释多数凭人的经验
在高密度电法中,由于极距小,地电信息丰富,人工解
释的方法往往会造成误解在N4F4H&G!的二维反
演软件中,层厚的设置:对于温纳和施伦贝谢尔排列,
第一层子块的厚度设置为D4R倍电极距对于单极
单极,偶极偶极和单极偶极排列,首层层厚分别设
置为D4@,D4O及D4A倍电极距后继层的厚度依次
递增2DS(或;RS)层厚也可由使用者设置改变
(1)图示方法:高密度电阻率剖面一般采用拟断
面等值线图,彩色图或灰度图表示,由于它表征了地
电断面每一测点视电阻率的相对变化,因此该图在反
映地电结构特征方面具有更为直观和形象的特点
(R)资料处理:数据圆滑是资料处理的常用方法
之一,原则上适用于各种电极排列的测量结果,但是
考虑到偶极排列(包括偶极偶极,单极偶极和#排
列)异常和地电体之间具有较复杂的对应关系,因此,
一般只对温纳四极排列(即"和施伦贝谢尔排列)的
测量结果进行圆滑处理圆滑处理一般采用坏点切
除和滑动平均等
;J2
董浩斌,王传雷T地学前缘(Q7"=,+$!6+!3"&6=$!"9);DDO,2D(2)
!高密度电法仪器的发展
高密度电法是在常规电法基础上发展起来的,高
密度电法仪实质上是一个多电极测量系统,所以,高
密度电法仪形式是普通的电测仪"电极转换开关
早期,电极转换由人工进行,后来微型计算机(处理
器)的发展,电极转换开关实现了自动化
高密度电法测量系统包括数据收录和资料处理
两大部分高密度电法仪器结构上的主要问题是:如
何实现测量主机与众多电极之间的连接为此,出现
两种形式:传统式高密度电法仪和分布式智能化高密
度电法仪(#)传统式高密度电法仪结构如图$,一
般%&根电极,通过%&根导线(有的做法是用#&芯或
#$芯的电缆,有的干脆用工程浅层地震仪的检波器
图$传统式高密度电法仪结构示意图
'()$+,-/01(,231405(1(2607/871(9,-0667
$:4;(;1(5(;14( 815/871(9,-0667
$:4;(;1(<(1=(/0)(6)/14
电缆,这样势必会造成耐压低,电流小)与电极转换器
连接电极转换器有前述的两种,一种是步进电机驱
动的机械触点式,由%&路触点底盘,@路触点,电极
排列选择开关,驱动隔离电路及步进电机等部件组
成,由工程电测仪控制步进电机的转动,以实现不同
的电极极距和不同的排列方式再一种是继电器型
电极转开关,工程电测仪输出一定的控制数码,通过
译码电路分别驱动不同的继电器的吸合,释放,达到
不同电极,不同极距的切换这两种转换开关的仪器
有两点问题值得注意:机械式的问题主要是机械触点
接触可靠性;继电器式主要是连接电线问题(前者同
样存在此问题)($)新型分布式智能化高密度电法
仪结构示意如图![A]主要由笔记本式计算机(或工
控机),主机,主电缆和电极连接盒等组成主机包括
发送控制命令,接收信号等部分;主电缆由#&芯电线
组成,主要作用是信号传输;电极连接盒根据主机的
命令进行电极转换和数据采集,传输由于是一根电
缆覆盖所测量的剖面,并且使用微机进行控制,使得
每一个电极都可能成为!,",#,$极,中国地质大
学(武汉)研制生产的分布式高密度电法仪最多可进
行$@&道电极输入,原则上可方便地进行无限扩展
(由于受导线电阻,工作电流,工作电压和干扰的原因
的限制,所以建议道数不要过分追求),整套仪器体积
小,重量轻;再者,电极的连接是任意的,使用十分方
便
!"国外仪器
国外生产高密度电法仪的主要有日本的BCB公
司,瑞典的DEFG公司,法国的HIH+公司,美国的DJH
公司这些仪器价位在%KL万美元(%&个电极配
置)国外仪器大多数是将电测仪与电极转换开关分
开的$&&$年#$月份,美国的DJH公司出品一款新
仪器将电测量主机与开关单元结合在一起但未见
国外仪器中使用MN机或类似MN机作为仪器主控制
器,实现现场测量曲线的报道
!#国内研制仪器的概况
国内自引进高密度电法以来,有不少单位投入了
该方法的理论,方法技术和仪器准备的研制最早的
做法是:电极"连接导线或多芯电缆"机械式电极转
换开关(由步进电机控制)"工程电测仪#AA@年的
《地学仪器》杂志上发表文章,报道了原地质矿产部机
电研究所研制的GHI高密度电法仪,其结构将机械
式电极转换开关改进成由单片机控制的电子开关
现在,有的仪器厂生产的高密度电法仪就是引用的该
技术#AAL年#$月,《地学仪器》杂志发表了中国地
质大学(武汉)在国内首创的分布式智能化高密度电
法测量系统的文章[A]
可见,国内高密度电法仪电极转换开关方面分!
类:机械式电极转换开关,电子式电极转换开关及分
布式智能化电极
在主机方面,多数仪器使用的是单片机(微处理
器),而使用MN机(或工控机)作为主控制器,并在屏
幕进行现场曲线显示的只有中国地质大学(武汉)和
原长春地质学院骄鹏公司等少数仪器
!L#
董浩斌,王传雷O地学前缘(F041-+,(6,'4261(4;)$&&!,#&(#)
!!!高密度电法仪的关键技术
(")极化补偿,供电时间问题["#]:电法勘探中,电
极的极化电位成分是非常复杂的,笔者认为有如下电
位:!金属电极插入地面,金属表面与土壤之间就会
产生接触电位"地面本身存在自然电位#在通
过一定电流时,电极与土壤之间,土壤内部(特别是潮
湿土壤)发生离子迁移,断电后,离子继续扩散,这一
系列过程产生各种电位[$]而且,这些电位是随时
间,随温度变化的,其变化范围在毫伏(%&)级以上
就这一点而言,分辨率太高的仪器发挥不了作用
图$不同供电情况下电极电位变化曲线
'()!$+,-/,0/(123456,(07(88,5,0/94--2:
在激发极化法中,第三种电位是待测的有用信
号,而在电阻率法中,该信号是干扰第一和第二种
电位相对讲是比较稳定的,而离子迁移产生的电位与
电场强度,供电时间成比例高密度电法数据采集较
快,供电电极供完电后,马上又转换成测量电极,如果
转换的时间较短,而极化电位下降较慢,这就给测量
结果带来较大的误差做过高密度电法的人都有体
会,在极距较大,电位差信号较小时,同一极距的剖面
曲线蹦跳得较厉害实际上这种现象是电位差测量
不准造成的这也许是前述中,美国仪器做偶极偶
极工作时要求!;=9),这一点与工作效率矛盾
图$(1),图$( )是高密度电法测量系统中,两种
出现最大电极电位的情况电极",#之间的供电电
压都是"@&直流,电极距都是=%,在断电瞬间开始,
每隔"9测量一次电位变化经过"<#9,电极电位都
不能恢复到供电前的水平可见,极化补偿在高密度
电法测量系统中是比较关键的技术
(A)电极转换开关:对于传统式仪器,电极与电缆
是一一对应,但对于分布式仪器来说,智能电极是仪
器的关键所在从主机电缆输出的信号,通过接口电
路控制电极转换开关进行电极切换对此电路的要
求是:!抗干扰能力强,正确执行主机的指令,不能有
差错,否则造成测量结果不对或对仪器带来损害;"
对意外情况有一定的保护功能;#由于电极道数较
多,要求道间干扰小,对采集的数据无畸变
$高密度电法的应用
(")国内应用:国内应用高密度电法比较多,领域
也较广,据不完全收集,主要有[""BA#]:刘晓东等(A##A
年)将高密度电法用在岩溶灾害调查中用于划分可溶
岩区,勘查基岩断裂构造,了解基岩岩溶发育情况等
方面;郭铁柱(A##"年)使用高密度电法在某水库坝
基渗漏勘查中收到了良好的效果;吴长盛(A##"年)
在某水库堤坝裂缝检测与评定研究中,运用高密度电
法,准确地确定了堤坝的隐患,并提出了水库堤坝隐
患治理的建议;王文州(A##"年)将高密度电法用在
高速公路高架桥岩溶地区地质勘探中刘晓东等
(A##"年)在管线探测,物探找水,岩溶及地质灾害调
查等工程物探中使用了高密度电法;王玉清等(A##"
年)在高层建筑选址工作中的应用高密度电法,对区
内浅层溶洞的平面分布情况和空间展布形态,从环
境地球物理角度对工程选址及地基处理提出了合理
的建议;杨湘生(A##"年)在湘西北岩溶石山区找水
中应用高密度电法,在确定最佳井位方面发挥了重要
作用;张献民等("CC$年)应用高密度电法探测煤田
陷落柱,表明该法可有效地探测煤田陷落柱;刘康和
等("CC$年)采用高密度电法等,查明地表下一定深
度的断层;侯烈忠等("CCD年)通过对某机场主跑道
$D"
董浩斌,王传雷E地学前缘(F15/+G3(,03,'50/(,59)A##=,"#(")
高密度电法实测资料的处理和分析,简述了所探测的
异常体在多种处理图件上的反映特征及高密度电法
在地基勘探中的效果;王士鹏(!"""年)在水文地质
和工程地质中的应用高密度电法,在寻找地下水,查
明采空区,探测岩溶发育带和划分地层诸方面得到了
应用值得一提的是,王传雷和董浩斌等(#$$$—!""#
年)将高密度电法应用于长江堤坝坝体电性随长江水
位变化研究中,提出使用高密度电法来监测堤坝隐患
的发展!徐义贤,董浩斌等(!"""年)使用高密度电
法对树根分布情况进行探测,从而提出对名优树种进
行科学施肥的方案"
归纳起来看,主要应用领域和解决的问题有:
水利水电工程:!堤坝探测;"水坝粘土芯墙渗
检测;#堤坝灌注质量检测;$堤坝结构体探测;%水
库堤防渗漏检测;&水库堤防裂缝检测;'黄河堤防
隐患探测;(长江堤防垂直防渗墙质量检测
环境工程地质:!滑坡调查;"边坡软弱夹层调
查;#冻土调查;$古岩溶探测;%岩溶探测
工程地质勘察:!基岩面调查;"隧道渗漏探测;
#基岩面调查;$断层探测
城市工程勘察:!城市管线探测;"人防工程探
测;#城市地下埋藏物探测;$路面塌陷调查
工程质量检测:!隧道灌浆质量检测;"堤防灌
浆质量检测;#煤田采空区处理灌注质量检测
考古,其它工程等
(!)国外应用:从%&'公司公布的资料情况看,高
密度电法在国外被广泛应用,如:使用拖曳式电极对
湖底,浅海海底电阻率分布进行研究;堤坝隐患探
!王传雷,董浩斌(科学技术部重点项目,武汉市配套项目"堤坝
隐患探测技术研究"(#$$$—!""#年)(
"徐义贤,董浩斌(深圳市农科中心北侧树林探测根系试验报告,
!"""年(
测;地下水探测;隧道开挖方案确定(尽可能寻找软土
层位);污染物侵蚀分布情况探测;岩溶探测等等
)展望
(#)二维工作方式将更加完善,特别是数据处理
方面我国有关部门和单位应该担负起此责任,开发
出具有国产知识产权的软件产品
(!)二维测量中,将同时进行时间域激电测量
该功能在传统式高密度电法仪中难以实现,在分布式
仪器中,将能较好地解决美国%&'公司,中国地质
大学(武汉)都推出了多用智能电极转换开关,可同时
接金属电极和不极化电极,以便可同时进行电阻率和
极化率测量
()三维高密度电法测量将得到应用三维高密
度电法由于其测量时间和反演运算时间长等原因,其
应用受到影响国外%&'公司有相关报道,国内中
国地质大学(武汉)也进行了相关研究和试验[!#]随
着仪器水平的提高,软件水平的进步,相信三维高密
度电法将广泛应用
本文应用了国内外相关的文献,但有些来源于'+,-+-,,故
有的难以注明出处,为此特向有关人士致谢!
!"#"$"%&"'[参考文献]:
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学技术,!""#(#):H!@HM(]
[H]E-&KTT8@NUL5'0J,JT0V8%W5UV(T;;4:<2+A-<26+,63-+-@
4,-<:66,9,,X6@E2:-+<26+4 :6E- 6::43+-,6,- =2;E4,4[G](
!"#$%&'()',#$$",)):#H#@#H!M(
[Q]V%V%Y'R(K--<2--E>6:+=:-2;4
<2:= 4,26+[G](!"#$%&'()+ 0#'$")1(27,#$$!,M":M)@MHM(
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董浩斌,王传雷[地学前缘(U4,9V;2-+;-O6+,2-<)!"",#"(#)
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速公路岩溶地区地质勘探中的应用[PY!'中外公路,7((!($):
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1239F94:12> 8933/2G1>G051F 12>[P]'6%$,$'%(-(/,7((!(&):
7(X%7!!(12AG12939)'[王玉清'综合物探在高层建筑选址工
作中的应用[P]'河南地质,7((!(&):7(X%7!!']
[!#]O@+,K12>3G92>'@MMF14:1/2/6G1>G 9231:52 98>8/5 W:9812N83:=/52:128912+/8:GW93:982
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[杨湘生'高密度电法在湘西北岩溶石山区找水中的应用[P]'
湖南地质,7((!(&):7&(%7&7']
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董浩斌,王传雷b地学前缘(^8:GD419249a8/2:1983)7((&,!((!)

UML的面向对象建模
刘琳琅吴清江
（华侨大学信息学院计算机科学系，福建泉州$)!"）
摘要统一建模语言+&’(, 是一种面向对象的建模语言- 本文简要介绍了&’( 的建模机制，并以&’(
为工具进行了在线图书销售系统的实际建模，简要演示了应用&’( 建模的思路和过程。
关键词统一建模语言面向对象系统分析与设计
、引言
面向对象的分析与设计+/01, 是继传统的过程化程序
设计之后，软件技术发展的又一重大变革。面向对象程序设计提
出了一种新的系统设计模型，他将系统看成通过交互作用来完
成任务的对象的集合，每个对象用自己的方法管理数据。而统一
建模语言（&234356 ’7658329 (:29;:95 简称&’(）则是这种面向对
象编程的极致所成。&’( 是一种用于系统软件规约化、可视化
的构造及建模表示。而其中的图形标记，尤其适用于面向对象的
软件设计，代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向。
本文在讨论&’( 面向对象建模的基础上，用&’( 针对某
一在线图书销售系统进行面向对象的建模，给出其用例图、类
图、顺序图、协作图及状态图，并详细分析了创建这些图的要点
及过程，相信对于基于&’( 进行面向对象系统的开发具有一定
的指导意义。
!、统一建模语言（&’(）概述
&’( 是一个通用的标准建模语言- 它将系统描述为一些离
散的相互作用的对象，并最终为外部用户提供一定的功能的模
型结构。它适用于对任何具有静态结构和动态行为的系统进行
面向对象的建模。其中静态结构定义了系统中的重要对象的属
性和 *** 作以及这些对象之间的相互关系，而动态行为定义了对
象的时间特性和对象为完成目标而相互进行通信的机制。
统一建模语言&’( 由各种不同的、彼此关联的图组成，他
们共同描述了一个系统的静态结构和动态行为。这些图可分为
两类<
第一类是静态图+ =>:>3 63:9@:A, ，表示系统的静态特征，描
述了系统的结构和职责。主要用于说明存在于系统中物理元素
的关系，其中最主要的有用例图和类图。其中用例图从用户角度
描述系统功能- 并指出各功能的 *** 作者。类图则描述系统中类的
静态关系。不仅定义系统中的类，还表示了类之间的联系如关
联、依赖、聚合等- 也包括类的内部结构+ 类的属性和 *** 作, 。
第二类是动态图+1B2:A3 63:9@:A, ，表示系统的动态特征。
描述了静态图中的结构性元素之间的交互，主要用于指定满足
系统需求行为的元素间的合作关系。其中最主要的为顺序图、协
作图和状态图。其中顺序图显示对象之间的动态合作关系- 它强
调对象之间消息发送的时间顺序- 同时显示对象之间的交互C
跟顺序图相似- 协作图描述对象间的协作关系，侧重于对象交互
的空间布局，也显示对象间的动态合作关系。这两种图合称为交
互图+ D2>5@:>3E5 63:9@:A, ，共同描述了对象间的交互关系。状态
图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条
件。通常，状态图是对类图的补充。
从应用的角度看- 当我们采用面向对象技术来设计系统时-
首先进行的是描述系统需求；其次根据需求建立系统的静态模
型- 以构造系统的结构；第三步是描述系统的行为。如果我们采
用&’( 来对这一过程进行面向对象建模的话，其在第一步与第
二步中所建立的模型都是静态的- 包括用例图、类图和部署图
等，是标准建模语言&’( 的静态建模机制。而其中第三步中所
建立的模型或者可以执行- 或者表示执行时的时序状态或交互
关系。它包括顺序图、协作图和状态图等图形- 是标准建模语言
&’( 的动态建模机制。
$、在线图书销售系统&’( 建模
随着电子商务时代的到来，各商家为了适应激烈市场竞争
的需求，纷纷将其传统的商务过程转移到D2>5@25> 上，以扩展其
业务范围并为顾客提供更好的服务。因此如何建立一个可扩展
的、灵活的、强健的电子商务系统对于一个企业的成功与否起到
了至关重要的作用。基于此要求和上述对&’( 建模的讨论，本
文拟建立一个在线的图书销售系统，并采用&’( 对其进行面向
对象的设计与分析。希望能对面向对象电子商务系统的设计起
到一定的借鉴作用。
$F 建立用例模型
分析中的第一步就是指出系统能被用来做什么，谁将去使
用它。这些分别叫角色（:>7@G）和用例（;G5 :G5G）。角色是位于你
所工作的系统外部的人或其他系统。而用例是用户由于某种外
部事件而与计算机之间进行的一次交户。通过对用户需求的分
析，我们得出了在线图书销售系统的用例图：
图 在线图书销售系统的用例图
该系统具有多个不同的角色和用例。各个角色的定义依据
于其与系统之间进行的不同交互。系统管理员是软件系统的用
户，主要负责系统的用户管理；而客户、供应商和经理则是系统
的具体使用者，分别利用系统来实现不同的功能。时间角色定时
触发对销售状况的分析，产生相关的报告以帮助经理进行销售
决策的分析。在线图书销售系统中的各个用例用来表达来表达
角色和系统之间的交互。每一个用例都附带有文本文档，描述用
例和客户交互的细节。由于系统的用例的很多- 我们仅以订单处
理用例为例，给出该用例的详细描述：
&H+ 2 , ：订单处理用例
用例名称：处理订单
用例描述：
在新建（初始化）或查询一个订单时启用该用例。它负责处
理一个订单的初始化定义，涵盖了订单接收处理的所有方面，从
最初的接收到最终的报价。
参与者：客户
前置条件：客户登陆系统进行选购
后置条件：订单进入到系统中，通知供应商发货，减少库存。
主路径：客户选择某一商品下订单，使用xyk付款。
主路径的细节描述：
!" #""$ 年福建电脑第! 期
步骤描述
% 系统对客户进行确认
# 对于客户需要的每一种产品：
#& % 获得所需商品的’( 和商品描述
#& # 所需产品的数量
#& ! 计算单价
! 计算订单总金额
$ 计算附加费用（包括税和运输费）
) 将最终价格报给客户
客户提供xyk号
+ 验证客户的xyk
, 开发货清单
- 完成销售
异常路径：
# 客户使用xyk下订单，但xyk是无效的。
# 客户订货，而所需的商品无货。
!& #/0 静态建模
用例图只考虑系统应该提供什么样的功能，而对这些功能
的内部运作情况则不予考虑，为了揭示系统的内部关系，需要建
立系统的静态结构模型。静态结构是从系统的内部结构和静态
角度来描述系统的，它定义了系统中的对象和类，以及他们内部
和彼此间的关系，如关联、聚合、依赖等关系。在/0 中，系统的
静态结构主要用类图123455 674894:; 来描述。类图设计是面向对
象方法的核心技术，通过类图将用例的实现具体到每个类中，从
而完成设计走向细化的过程。由于类图是整个系统的中枢性图，
是定义其它图的基础。本文将给出在线图书销售系统的局部类
图。
图# 在线图书销售系统的局部类图
该局部类图详细说明了在线图书销售系统中的关键类及其
之间的关联。图中每一个类由三部分组成，最顶层包括类的名
称，中间一层是类的属性，最底层是类的方法。类之间的直线是
类的关联，它定义了类之间的消息传递路径，说明了一个类的对
象如何连接到另一个类的对象。在此局部类图中除了一般的关
联之外，还包括以下几种关系：%）复合关联：复合意味着任一部
分都只属于一个整体，订单类（<9(=9）和订单项类（<9(=907>=）之
间为复合关联。在复合关联中，若销毁整体，则部分也会被销
毁。# ; 链接关联：链接是关联的运行时版本。地址类（((9=55）和
客户类（2@5AB:=9）之间为链接关联，其关联类为角色类（CB3=）。
例如，((9=55 类的一个实例可能既包含了顾客 的实际发货地
址，同时也包含了顾客D 的付款地址。则2@5AB:=9 类的实例对象
则根据关联角色的不同关联到正确的地址实例对象上。!）自反
关联：是一个类的两个对象之间建立的关联。书类（DBBE）上建立
了一个自反关联，可用于顾客在购买某一商品时，网站推荐一些
相关的书籍。$）泛化：定义了超类与子类之间的关系。在书类
（DBBE）和计算机类图书类、经济类图书类、文学类图书类之间存
在一种泛化关系，DBBE 类是一般类，而其他的三个类则是DBBE
类的特化。在DBBE 类中定义的一些通用方法对所有的特化类都
适用。所有这些关系共同定义了在线图书销售系统的各关键类
如何形成一个整体，以发挥其功能。
!& #/0 动态建模
动态建模主要描述系统对象之间的相互作用及其消息的交
换，/0 以图的形式提供了四种动态模型，从动态视角提供了应
用程序的不同视图。主要包括交互图（顺序图和协作图）、状态图
和活动图。
交互图是其中最为重要的形式，因为交互图为系统的一系
列对象之间的交互完成建模，能帮助我们捕获对象间传递的消
息，掌握跨越多个对象的系统控制流程。为此我们将用/0 交
互图来描述在线图书销售系统内部各个对象间的通信，从而建
立系统的动态模型。交互视图可用两种图来表示：顺序图和协作
图，它们各有不同的侧重点。顺序图用来描述对象之间动态的交
互关系F 着重体现对象间消息传递的时间顺序。协作图用来描述
发送和接收消息的对象的组织分布，侧重于对象交互的空间布
局。
通常顺序图可由先前建立的类图和对用例路径的详细描述
得出，为此我们通过对在线图书销售系统的类图及其订单处理
用例详细路径（主路径）的分析，得出了在线图书销售系统订单
处理的顺序图如下：
图! 在线图书销售系统订单外理的顺序图
顺序图强制我们将注意力集中到良好的面向对象设计概念
上。随着消息发送模式的涌现，我们需要应用一些合理的面向对
象设计惯例。在生成订单处理顺序图时，我们发现由订单类
（<9(=9）来维护费用的计算并不符合面向对象设计中对类应该是
松耦合、高类聚的要求。为此我们创建一个新类（2G498=）用来管
理费率和提供专门的算法来计算各种费用。同时我们也发现由
订单类（<9(=9）来进行xyk的验证也不是非常的合适，我们采
用接口类249(’>A=9H4I= 来接收验证xykJ437(4A=249( 1 ; 消息。
协作图可由顺序图直接生成。其内容更多的集中在实际对
象及其在交互中的角色，而不是顺序图中表达的线性时间流。协
作图提供的视角表现了一个对象的繁忙程度：发送消息、接收消
息，或两者兼备。下图给出了订单处理主路径的协作图。
图$ 在线图书销售系统订单处理的协作图
像大多数面向对象技术一样，/0 动态模型中用状态图来
对一个类的生命周期进行建模，具体的它来描述一个特定对象
的所有可能状态及其引起状态转移的事件。通常应用程序中的
许多类没有什么值得关注的有趣状态，所以并不需要为其建立
状态图。例如，对在线图书销售系统中客户类（2@5AB:=9）就不需
使用状态图为其进行建模。而另一些类则呈现了有趣和复杂的
动态行为，通过为其绘制状态图能帮助我们更好的理解其状态
转换过程中所执行的相关动作。例如，在线图书销售系统中的订
单类（<9(=9）在其生存周期中会经历许多不同的状态，并受到系
统中许多不同事件的影响。为此我们为订单类（<9(=9）创建一个
状态图来追踪其从诞生到消亡的全过程。1 下转第!! 页;
福!""# 年第$ 期建电脑$$
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0000000000000000000000000000000000000000000000000
光缆连接纽约和斯德哥尔摩，从&KKL 年K 月开始，也开展了C-
1=/ )+ 业务。目前，全世界很多电信公司和大众业，也在建设
C- 1=/ )+ 网络。图, 为C- 1=/ )+ 的应用方案示意图。
图, C- 1=/ )+ 应用方案
在图, 中，)+ 光纤环由光纤双向环组成；路由器可有各种
不同的等级，分别连接各自的C- 子网。在图,( & 中，如路由器&
与路由器! 通信，接入线路速率为M&，欲实现C- 1=/ )+，则在
)DG < & 中继线及)DG < &L 光纤环路中分别分出一条M& 速率
的支持（信号），由)+ 网管系统设置，这条支路类似于NDG 网
中设置的永久虚电路（图, 中以虚线表示）固定连接于路由器&
与路由器! 之间。
L、-O) 技术的发展趋势
L( & 结构更简单
目前在-O) 技术中，帧结构比较复杂。)+ 帧结构中有大
量的段开销和通道开销，对于C- 网络来讲，这些开销是多余的，
未来的)+ 帧结构将会简化。即使最终独立的)+ 层也可能会
消失，但其基本功能仍将会融合到PG 层中去。
L( ! 功能增强
-O) 在网络链路带宽紧张时，位于长包之后的短包，时延变
化会较大，而大的时延变化，使得-O) 更难支持对时延敏感的应
用。也许下一步-O) 会利用新的技术，如采用“9672Q )+ 格式，
来解决这些问题。另外C- 结构信号在)+ 中传输常规的方法是
C- R --- R +IJ R )+，由于)+ 原有支路接口为M& 或M#，一个
C- 包需要分到多个M&（或M#）链路，即需同时建立多条--- 链
路，这会增加配置的复杂性，在多个M& 中难于负载平衡也不利
于保证多个M& 有相同的传送时延。因此需要在)+ 设备中增
加支持SJ 级联功能，用级联的多个SJ 承载单个--- 链路。为
了更有效地传送C- 信号，在)+ 设备中增加以太网接口也是增
强功能的一种发展趋势。
L( $ 产品性能更高
随着因特网的继续膨胀，网上的路由表也在膨胀。尽管采用
了TU- < # 和JCF 等技术使路由收敛和路由聚合，减少了路由
表项，但仍有几十万行的规模。同时，当前的U:78 路由所采用的
体系结构不能支持未来网络的性能要求。如果使用的接口速度
超过路由器本身的容量，那么路由器将无法将原始带宽全部有
效地转换为可用带宽。路由器需要D:78 的交换速度才能经济有
效地伸展到更高的接口速度。同时未来网络也需要具有高性能、
高密度和可伸缩性的D:78 交换路由器。
L( # 应用逐步靠近边缘
随着核心网被基于PG 的光网络所替代，在核心网中将
广泛地采用-OP 技术，-O) 技术将更多地在接入网和城域网中
应用。其原因在于接入网的速率较低，故采用-OP 技术不经济，
而使用信号速率较低的-O) 技术则可以利用进行较小的包交换
和分配，以满足用户的要求。
V、结束语
为了适应数据通信网，尤其是C48/48 上急剧增长的业务需
求以及解决随之而生的网络拥塞、时延和服务质量问题，C48/48
骨干网需要重新设计，以具备高速、扩展、安全和适应多类型业
务的特点。随着吉比特和太比特路由器技术的不断完善，G-I)
的采用以及C- 业务的不断发展，-O) 正得到越来越多的应用。
W 上接第$" 页X
图, 在线图书馆系统订单类WO/>/X 的状态图
至此我们完成了对在线图书销售系统基于EGI 的动态建
模，建立的各种视图不仅能将设计者对系统组件交互序列的思
考过程可视化的表现出来，还能直观的帮助设计者设计出系统
组件的交互接口。
#、结束语
面向对象系统分析和设计（OO)N）就是用面向对象的方法
和设计语言来为系统的实现提供工程蓝图。由于面向对象技术
的封装性和继承性等特点，使得采用OON R 方法建立的系统
具有可复用、易于维护和可扩展的特点，受到了业界的极大推
崇。而EGI 集中了近年来面向对象软件开发和设计的许多先进
经验及创新思想，它不仅支持面向对象分析与设计，而且还支持
从需求分析与设计到实现软件开发的全过程，已经成为了面向
对象分析和设计的标准建模工具。在对面向对象和EGI 讨论的
基础上，本文用EGI 对在线图书销售系统进行了面向对象的建
模开发工作，基于EGI 的建模为整个系统的开发过程提供灵
活、一致和易读的表达，保障了系统分析的正确性。同时通过
EGI 的静态与动态建模机制从系统分析的若干角度阐述了在线
图书销售系统的静态结构和动态行为。通过这一实际的建模过
程， 我们对用EGI 进行面向对象分析和设计建立了深刻地认
识。

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