基于信息系统建模理论下水库调度系统建模研究.docx

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1、基于信息系统建模理论下水库调度系统建模研究水库调度自动化的建设与运用，己成为大中型水电站防洪、发电和水库经济运行等工作的重要组成部分,也是水库调度工作发展的必然趋势。水库调度是水库运行管理的中心环节,是水电厂实现安全、经济运行的重要手段。如何在不利气候条件下，完善防灾减灾和水资源高效利用的工程与非工程措施，实现经济、社会、资源与环境的协调发展已成为不可回避的重大现实问题。针对水库调度自动化系统的特点，提出了水库调度自动化系统分析设计中的需求建模、逻辑建模和数据建模的具体方法，探讨了信息系统建模理论在水库调度自动化系统具体建模中的初步应用，为水库调度自动化系统全而系统分析设训一提供了方向。水库调

2、度自动化系统，是近几年来在我国水电站运行调度的过程中，逐步由分散的水情测报系统、洪水预报系统、水库调度系统、水情信息查询系统等独立的应用系统，结合现代计算机网络技术、数据库管理系统、现代通信技术等高科技手段，综合形成的用于水电站水库调度的业务系统。水库调度自动化系统是电网调度自动化系统的一个重要组成部分，随着河流大规模梯级开发和水电站群逐渐投和水调自动化系统的发展趋势，其主要表现在通用性、生态调度、风险决策、数字流域、智能专家系统、电力市场等方面。全球气候变化给人类生存及生态环境带来了严重影响，为应对极端气候导致的洪涝旱灾频发，中共中央、国务院在“十二五”规划纲要中强调，要积极应对全球气候变化

3、、加强生态保护和防灾减灾体系建设、加大环境保护力度和资源节约与管理。近年来，随着我国各大流域上梯级水电站水库群的大规模开发建设，水库调度系统建模工作就显得尤为重要，并且这也将成为各大流域综合管理的必然发展趋势。水库调度自动化系统是现代水库调度的神经系统，可完成水库运行有关的监视、预报、调度和管理，具有以下特点：需综合利用水文、水力、电力、信息科学与系统科学等学科；需求不确定；管理信息量大、来源多、关系复杂；实现功能繁多，既有基础功能，又有高级应用。鉴此，本文应用信息系统整体建模理论，初步探索其在水库调度自动化系统的应用，为全面分析水库调度自动化系统设计提供了方向。1信息系统建模的内涵在实施大型

4、信息系统时，硬件需选择符合系统性能要求的传感器、主机、计算机网络与软件集成，软件由程序设计语言编写。信息系统建模本质是采用软件工程的理论与方法建立信息系统蓝图，即信息系统模型，建模内容丰富。信息系统生存周期分析及设计阶段需利用不同方法建立不同模型，如需求模型、逻辑模型、数据模型。需求建模主要描述信息系统须具备的功能。逻辑模型即系统设计，包括结构模型、行为模型和实现模型。数据建模是设计和实现满足系统信息需求的数据库结构，即数据建模支持系统设计。需求建模、逻辑建模分别为逻辑建模、数据建模的基础，而逻辑建模、数据建模则为需求建模、逻辑建模服务。各类模型间关系如图1所示。图1信息系统模型关系图信息系统

5、的模型为结构模型，即以图的形式表示系统的结构及内在联系。描述信息系统模型须选择合适的图形化建模语言。根据水库调度自动化系统的特点，本文拟采用统一建模语言UM1建立水库调度自动化系统的各类模型。2水库调度自动化信息系统建模类型2.1 需求建模需求建模虽处于信息系统建设初期阶段，但对信息系统开发过程及产品质量至关重要，可采用结构化分析法或用例驱动法通过界面工程建立快速原型与用户交互。结构化法是自顶向下、逐层分解描述功能，简单实用，适合以数据处理为主的信息系统。但须在系统需求分析早期深入了解内部细节，不便扩展需求，且不适合描述人机界面需求。用例驱动法从组成系统的实际操作入手，从用例出发分析系统使用时

6、与不同类型参与者的交互情况，获得用例模型后再进行面向对象的逻辑建模。因此，该法为采用面向对象信息系统开发的需求分析方法。随着我国水电事业的快速发展，水库调度自动化系统的需求趋于不确定，系统可扩展性要求高，需求分析还需描述人机界面，故需求模型采用用例驱动的建模方法。用例驱动的需求模型在UM1中用用例图描述，有用例和参与者两个基本元素。用例是用户与信息系统间为达到某个目的而进行的交互作用，即系统执行的一系列动作，反映系统需要实现的功能。我国大中型水电站水库调度自动化系统的用例分为四类：数据采集与通信。完成水库所在流域水雨情、机组运行、闸门运行、水位、气象等数据的采集并传输到数据中心，完成水库调度相

7、关部门之间的数据传递。数据存储与管理。存储并管理水库调度的基本资料、运行数据、预报调度数据，数据的备份与恢第。水务计算。进行小时、日、旬、月、年等不同时段各水务要素的计算。高级应用。洪水预报与调度，中长期预报与发电调度。参与者是用户在系统中扮演的角色,通过识别参与者可区分水库调度自动化系统与外部的边界。水库调度自动化系统根据需要完成的功能将参与者分为三类：用户。指个人在水库调度中承担的角色。其他信息系统。与水库调度自动化系统有信息交换的系统。时间。水库调度对实时性要求很高，流域水雨情数据须定时传至数据中心，水务计算中的日报、月报、年报须在规定时间准时计算，这些功能均由时间启动。通过建立水库调度

8、自动化系统的用例图就可获得系统的详细需求。2.2 逻辑建模逻辑建模与软件设计方法密不可分，不同设计方法形成的模型即为信息系统的逻辑模型。逻辑建模主要有结构化法和面向对象法，均可全面描述信息系统的逻辑结构，是系统编码的依据。结构化逻辑建模是结构化需求建模的继续，目标在于控制系统体系结构一级复杂性，实施原则为基于功能分解。该法简单实用，适合需求明确的瀑布开发模型。信息系统编码实施成功率高，适合数据处理领域，但也存在需求变化后逻辑模型修改困难与模型重用度不高，故不太适应大型的信息系统逻辑建模。面向对象逻辑建模的基本出发点为尽可能按人类认识世界的方法和思维方式解决问题，符合人类认识规律，计算机实现对象

9、和真实世界对象一一对应，使该法易被理解、接受和掌握。水库调度自动化系统的逻*4模型从不同侧面描述其实现细节，采用面向对象法建立逻辑模型，并和用例驱动需求模型保持一致。水库调度自动化系统的逻辑模型用UM1表示。面向对象的结构模型描述组成信息系统的类、对象及其关系等静态结构，即描述系统内部功能的设计。行为模型描述形成系统并发与同步机制的线程和进程，关注系统的性能、易伸缩性及吞吐量等需求。实现模型描述系统的实现模块及其依赖关系、资源分配、物理系统的硬件拓扑结构。结构模型与实现模型构成了静态视图，行为模型构成了动态视图。水库调度自动化系统专业性很强，人机交互要求较高，需借助图形、表格甚至动画表示各类参

10、数曲线、预报结果等。因此，水库调度自动化系统中类的获得及定义需从三方面寻找和说明：实体类。ROAS需求分析阶段得到的需求文档中会出现如机组、水文测站等名词，代表了具体实体，设计为类。控制类。体现水库各种控制方法及水务计算过程。边界类。完成系统的人机交互。窗口、文本框、按钮等各种小部件（Widget）均为边界类。行为模型包括序列图、协作图、状态图及活动图四种模型。序列图按时间顺序描述系统中各对象如何通过消息交互；协作图从空间上描述收发消息对象的结构组织；状态图描述对象在生命周期所处状态、各状态行为及何事件引起对象状态改变；活动图描述了系统的活动及执行这些活动的顺序。由于序列图是各用例类图的动态行

11、为描述，故是水库调度自动化系统行为模型中最基础的一种。单个对象的状态变化及活动转换，可通过状态图和活动图辅助说明。根据水库调度自动化系统的功能特点，可将系统序列图分为两类：业务序列图，是水库调度自动化系统最基础的序列图，负责与调度有关联的控制对象和实体对象相互协作完成水务计算、防洪调度、发电调度等业务；边界序列图；用户通过键盘和鼠标操纵界面上的小部件达到设计目标，这些小部件间的动作序列即边界序列图。实现模型包括用于文件组织的构件图和描述硬件配置的部署图，其中构件图需充分考虑更用性，部署图需考虑安全性。2.3 数据建模数据模型分为概念模型、逻辑模型及物理模型三个层次。概念模型描述信息系统需解决问

12、题领域的数据定义及属性，强调数据的客观内在联系，语义数据模型是主要的概念模型；逻辑数据模型直接描述了数据的逻辑结构，数据在计算机内的具体表示和实现方式称为物理模型，不同数据库系统存在不同的物理数据模型；数据建模一般仅考虑建立前两者模型，忽略物理模型。现代商用数据库均采用关系模型，因此水库调度自动化系统数据建模采用实体关系法进行概念建模，采用关系型数据模型进行逻辑建模。逻辑建模中建立的类图实质为实体关系模型，数据逻辑建模可将类映射到表，这样就将逻辑建模和数据建模联系在一起，例如可将机组类的数据成员直接映射为表的列。3结语以信息系统建模理论为指导，运用UM1对水库调度自动化系统的需求建模、逻辑建模及数据建模进行了探索性研究，提出了具体建模方法和需建立的模型，并探讨了信息系统建模理论在水库调度自动化系统用例图、类图、序列图及关系数据库设计中的应用。未来还需对水库调度自动化系统的各类模型进行深入研究，结合水库调度的实际特点，探讨各类模型在水调系统中的具体应用，以提高系统的重用性、稳定性及扩展性。