序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇傳統(tǒng)建模方法范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號：S423；S127；TP751.1；P208 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）09-2097-05

四川地處青藏高原至長江中下游平原的過渡地帶，容易受大氣環(huán)流季節(jié)轉(zhuǎn)換的影響。近50年來，四川干旱頻繁發(fā)生，干旱災情嚴重，分布范圍廣，發(fā)生時間長，造成嚴重的經(jīng)濟損失[1，2]。因此，對干旱進行實時、客觀的監(jiān)測和評估并且掌握干旱的發(fā)展變化趨勢，能夠快速地了解四川干旱災情的發(fā)展，并及時采取防治措施，預防災害的擴大，減少經(jīng)濟損失。

人們歷來重視干旱遙感監(jiān)測，并研究出了各種干旱監(jiān)測方法，這些算法具有不同的優(yōu)缺點[3-5]。針對四川省干旱的特點，研究不同的監(jiān)測方法，并進行比較，找出適合四川省的干旱監(jiān)測算法，對于四川省干旱的預測和預防具有十分重要的意義[6，7]。

1 研究方法

本研究利用中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)進行四川省干旱遙感監(jiān)測不同方法的比較研究，通過對數(shù)據(jù)進行預處理，獲取指數(shù)信息和地表溫度信息，然后利用獲取的信息來分析與計算各種方法，將計算得到的各種方法的值與實測數(shù)據(jù)作線性相關(guān)分析，得到最適合的干旱監(jiān)測方法。具體包括以下3個方面：

1）研究遙感干旱監(jiān)測的各種方法，選出其中的3種方法進行比較研究。

2）利用從MODIS數(shù)據(jù)中獲得的植被指數(shù)數(shù)據(jù)和地表溫度數(shù)據(jù)，分析與計算得到各種方法的數(shù)據(jù)，然后與實測數(shù)據(jù)作線性相關(guān)分析。

3）3種方法分別與實測數(shù)據(jù)作線性相關(guān)，分析其相關(guān)性關(guān)系，找出相關(guān)性最好的方法，這個方法即為最適合四川干旱監(jiān)測的方法。

2 干旱監(jiān)測數(shù)據(jù)源選擇與數(shù)據(jù)預處理

2.1 數(shù)據(jù)源選擇

數(shù)據(jù)下載自地理空間數(shù)據(jù)云的MODIS產(chǎn)品數(shù)據(jù)集中的MOD11A2、MOD13Q1數(shù)據(jù)，為2006年1月下旬和7月下旬的地溫和植被指數(shù)產(chǎn)品，MOD11A2為8 d合成1 km分辨率的L3地溫數(shù)據(jù)產(chǎn)品，通過合成時間內(nèi)晴空天氣的陸地表面溫度計算平均值得到，然后利用連續(xù)兩期8 d合成的地溫數(shù)據(jù)合成出16 d地溫產(chǎn)品。MOD13Q1為16 d合成250 m分辨率的L3植被數(shù)據(jù)產(chǎn)品。實測數(shù)據(jù)來自四川省各個氣象站點。

2.2 數(shù)據(jù)預處理

數(shù)據(jù)預處理是為了使用統(tǒng)一標準去處理數(shù)據(jù)，使產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有相同的質(zhì)量，從而保證一段時間合成的數(shù)據(jù)具有可比性。數(shù)據(jù)預處理包括：圖幅拼接、投影轉(zhuǎn)換、重采樣、裁剪和柵格計算。裁剪后得到的圖像，歸一化植被指數(shù)（NDVI）不在-1～1范圍內(nèi)，所得到的溫度也不是開氏度。因此將裁剪后的圖像進行柵格計算時，NDVI應(yīng)除以10 000，溫度應(yīng)乘以0.02。

3 干旱監(jiān)測不同方法的比較研究

3.1 主要的干旱監(jiān)測算法

干旱的定義沒有唯一的標準，但是無論使用什么方法定義，其目的都是和水分、植被有關(guān)。土壤水分和植被生長狀況就是干旱監(jiān)測的一種。對于裸地來說，土壤含水量的監(jiān)測就是干旱遙感監(jiān)測；對于植被覆蓋區(qū)域來說，干旱遙感主要監(jiān)測的是植被指數(shù)和地表溫度的變化。

干旱遙感監(jiān)測方法有很多，常用的有熱慣量法、蒸散法、植被指數(shù)法等。其中，植被指數(shù)法包括距平植被指數(shù)法、條件植被指數(shù)法、植被指數(shù)差異法等[8]。同時考慮到溫度對干旱的影響，還發(fā)展了溫度與植被指數(shù)相結(jié)合的干旱監(jiān)測方法，主要有溫度植旱指數(shù)法、植被供水指數(shù)法、溫差植旱指數(shù)法等。

3.2 干旱監(jiān)測方法的研究

3.2.1 溫度植旱指數(shù)法 溫度植旱指數(shù)法（TVDI）是建立在水分對植物蒸騰作用的影響上，水分的多寡限制了蒸騰作用的強度，而蒸騰作用的強度直接影響到植被冠層溫度，土壤水分越缺乏，相應(yīng)地植被冠層溫度越高。

研究發(fā)現(xiàn)陸地表面溫度與植被指數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系[9]。Carlson等[10]發(fā)現(xiàn)在研究區(qū)域內(nèi)，如果土壤水分和植被覆蓋度變化很大時，使用遙感資料得到的溫度和植被指數(shù)構(gòu)成的散點圖呈三角形。還有人發(fā)現(xiàn)散點圖呈梯形，這就是NDVI-Ts空間。干濕邊的提取就是通過建立NDVI-Ts空間獲得的。干濕邊方程為：

Tsmin=a1+b1?NDVI （1）

Tsmax=a2+b2?NDVI （2）

式中，Tsmin為在相應(yīng)NDVI下的最小溫度值，Tsmax為最大溫度值，b1、b2和a1、a2為線性關(guān)系的回歸系數(shù)。即為Tsmin和Tsmax分別和NDVI構(gòu)成線性關(guān)系的斜率和截距。

再通過干濕邊方程建立溫度植被指數(shù)：

TVDI=■（3）

1）干濕邊的提?。?/p>

干濕邊的提取需要建立NDVI-Ts空間。NDVI-Ts空間的建立，需要使NDVI與Ts一一對應(yīng)。由于NDVI是一個連續(xù)的區(qū)間，可以采用等間距方法在一定精度范圍內(nèi)獲取不同NDVI取值條件下的Ts對應(yīng)值，對于NDVI的每一個取值區(qū)間，采用區(qū)間的中心值作為NDVI值，統(tǒng)計該區(qū)間范圍內(nèi)Ts的均值作為對應(yīng)值。

利用GIS空間分析的分區(qū)統(tǒng)計功能，將NDVI分成100類，分類方式為等間距方式，分區(qū)統(tǒng)計的統(tǒng)計方法為求取均值，得到與NDVI相對應(yīng)的Tsmin和Tsmax，在Excel中建立干濕邊方程。

2006年1月：

干邊擬合方程

Tsmax=-9.73x+311.82，R2=0.575 （4）

濕邊擬合方程

Tsmin=12.854x+262.75，R2=0.685 6 （5）

2006年7月：

干邊擬合方程

Tsmax=-11.269x+314.991，R2=0.529 4 （6）

濕邊擬合方程

Tsmin=18.801x+268.14，R2=0.709 （7）

2）計算結(jié)果：

利用擬合得到的干濕邊獲取即可得到干濕邊擬合方程的系數(shù)a1、b1、a2、b2。將a1、b1、a2、b2帶入到TVDI計算公式之中，即可求得TVDI。結(jié)果見圖1和圖2。

3.2.2 植被供水指數(shù)法 植被供水指數(shù)法（VSWI）的依據(jù)是當作物供水正常時，植被在一定的生長期內(nèi)，植被指數(shù)和溫度會在一定的范圍內(nèi)，而當供水不足時，植被指數(shù)會下降，而溫度反而會升高[7]。而當溫度升高時，植被沒有足夠的水分蒸發(fā)，就會關(guān)閉一定量的氣孔，這樣又會造成溫度的升高。因此，干旱越嚴重，溫度就會越高，而植被供水指數(shù)反而會越低。植被供水指數(shù)越低，說明干旱就越嚴重。其公式為：

VSWI=NDVI/Ts （8）

其中植被供水指數(shù)法中地溫數(shù)據(jù)為1 km分辨率的8 d合成L3產(chǎn)品，采用合成期內(nèi)晴空天氣的陸地表面溫度的平均值計算得到，植被指數(shù)為250 m分辨率的16 d合成產(chǎn)品重采樣為1 km分辨率的植被數(shù)據(jù)。結(jié)果見圖3和圖4。

3.2.3 溫差植旱指數(shù)法 溫差植旱指數(shù)法（DTVDI）的依據(jù)是當水分一定時，植被覆蓋度增加，白天的溫度緩慢地升高，晚上的溫度緩慢地下降，晝夜溫差比較?。欢斨脖桓采w度一定時，水分增加，白天蒸騰得比較快，溫度升高得比較緩慢，晚上植被基本上停止了蒸騰作用，溫度緩慢地降低，晝夜溫差也比較小。因此當覆蓋度一定時，水分減少，晝夜溫差就會變大，干旱情況也會變嚴重，晝夜溫差越大，干旱越嚴重。由晝夜溫差Ts代替Ts建立NDVI-ΔTs空間。由NDVI-ΔTs空間提取的干濕邊方程為：

ΔTsmin=a1+b1?NDVI （9）

ΔTsmax=a2+b2?NDVI （10）

式中ΔTsmin為在相應(yīng)NDVI下的最小晝夜溫差，ΔTsmax為最大晝夜溫差，b1、b2和a1、a2為回歸系數(shù)，即ΔTsmin、ΔTsmax分別和NDVI構(gòu)成線性關(guān)系的斜率和截距。

由此計算的溫差植旱指數(shù)

DTVDI=■ （11）

2006年1月：

干邊擬合方程

ΔTsmax=-16.172x+33.483，R2=0.475 6 （12）

濕邊擬合方程

ΔTsmin=3.199 7x+1.05，R2=0.267 5 （13）

2006年7月：

干邊擬合方程

ΔTsmax=-34.335x+274.43，R2=0.665 2（14）

濕邊擬合方程

ΔTsmin=19.702x+125.44，R2=0.626 2 （15）

利用擬合得到的干濕邊獲取即可得到干濕邊擬合方程的系數(shù)a1、b1、a2、b2，將a1、b1、a2、b2代入到DTVDI計算公式之中，即可求得DTVDI。結(jié)果如圖5和圖6所示。

3.3 干旱監(jiān)測不同方法的比較

分別將這三個干旱指標與實測土壤含水量進行線性相關(guān)分析。三個干旱指標與實測土壤含水量線性相關(guān)的結(jié)果見圖7和圖8。

結(jié)果表明，由NDVI-Ts空間計算的TVDI與實測土壤含水量的相關(guān)性最好，干旱指標的評價最合理；由NDVI-ΔTs空間計算的DTVDI和VSWI與土壤含水量的相關(guān)性次之，在干旱監(jiān)測方面具有一定的價值。造成這種結(jié)果的原因可能是四川地形復雜，陸地表面接收輻射的強度不一樣，還有可能是研究區(qū)范圍的大小、氣象因素等共同影響的結(jié)果。不同地區(qū)接收輻射量的不同，夜晚散射的不同，造成晝夜溫差大，進而影響了干旱的監(jiān)測和評估。而植被供水指數(shù)法由于其本身的局限性，造成其評估結(jié)果不準確。如果研究區(qū)域的地形不復雜，氣候條件變化也不大，則DTVDI和VSWI可能也可以用于干旱評價。

4 小結(jié)與討論

利用下載的MODIS數(shù)據(jù)計算植被供水指數(shù)、溫差植旱指數(shù)和溫度植旱指數(shù)，并利用2006年實測土壤含水量對3種方法的干旱指標進行監(jiān)測和評價。主要得到下面的結(jié)論：

1）由NDVI-Ts和NDVI-ΔTs空間的干濕邊提取發(fā)現(xiàn)，當NDVI達到某個值后，Ts和ΔTs的最小值開始增加，最大值開始減小。最大值與最小值之間的差值越來越小。

2）植被供水指數(shù)法在夏季與土壤濕度的相關(guān)性較冬季好，主要原因是植被供水指數(shù)法適用于植被蒸騰作用較強的季節(jié)。

（3）由NDVI-Ts空間計算的TVDI與實測土壤含水量的相關(guān)性最好，干旱指標的評價最合理，由NDVI-ΔTs空間計算的DTVDI與土壤含水量的相關(guān)性次之，在干旱監(jiān)測方面也具有一定的價值。

（4）由植被供水指數(shù)法計算得到的VSWI與實測含水量的相關(guān)性最差，但是其對于干旱監(jiān)測還是具有某些價值的。

本研究只選擇了3種方法，其他方法還待研究驗證。研究的局限性還有以下幾個方面：局限于2個季節(jié)和3種方法，數(shù)據(jù)量不夠完整，研究范圍不夠大。因此，在后續(xù)工作中需要進行深入的研究。

參考文獻：

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[3] 盧 遠，華 璀，韋燕飛.利用MODIS數(shù)據(jù)進行旱情動態(tài)監(jiān)測研究[J]. 地理與地理信息科學，2007，23（3）：55-58.

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[7] 董小曼. 基于MODIS數(shù)據(jù)的章丘市土壤含水量遙感反演研究[D].濟南：山東師范大學，2011.

篇（2）

中圖分類號：P613 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）29-0126-03

1 概述

隨著礦山工程建設(shè)的發(fā)展，地質(zhì)建模技術(shù)也在不斷革新，各種建模軟件和建模方法相繼涌現(xiàn)在工程應(yīng)用實踐中。其中效果好、應(yīng)用廣的礦山三維地質(zhì)建模成了目前的主流趨勢，我們通過了解3DMine軟件建立地質(zhì)模型方法的特點，將其與傳統(tǒng)建模方法結(jié)合在一起進行探討，對于礦山工程建設(shè)發(fā)展將有著重要的意義。

2 傳統(tǒng)建模方法

礦山設(shè)計常常都會面臨項目完成和投標時間都比較緊促的難題，項目完成時間一般限制在1～2個月內(nèi)，投標時間則更短。沉積型礦床鉆孔數(shù)目密集、面積大、礦體廣布分層，面對這又一重大挑戰(zhàn)，確定一種合適的建模方法就變得尤為

重要。

傳統(tǒng)的建模方法主要是通過利用地質(zhì)剖面線或鉆孔數(shù)據(jù)庫連接礦體，然后利用生成礦體頂?shù)装迕嫔a(chǎn)礦體。礦體頂?shù)装迕媸峭ㄟ^對頂?shù)装妩c進行插值加密法生成，插值方法有距離冪反比法和克里格法兩種。

3 3DMine建模

3.1 軟件介紹

3DMine是一套主要應(yīng)用于礦山測量、地質(zhì)勘探、采礦設(shè)計、生產(chǎn)管理的三維礦業(yè)軟件。它將多種優(yōu)秀礦業(yè)軟件的優(yōu)點和前瞻的設(shè)計理念有機結(jié)合，具備快速響應(yīng)和技術(shù)全面的特點。3DMine還是一種可用來建立數(shù)字型礦山，具有典型特征的礦山地質(zhì)信息系統(tǒng)軟件。

3.2 基本原理和方法

用3DMine軟件建模，第一步要做的是礦體模型的建立，要將礦體形態(tài)以較為精確的形狀和趨勢模擬出來，這和巖石模型的建立一樣。礦體模型實質(zhì)上是一個密實的實體，實體是由一系列線上的點和一系列相鄰的三角面相互連接包裹而成的密實三

角網(wǎng)。

3DMine基本具備了上述傳統(tǒng)建模的方法，并有著自己的特點。按傳統(tǒng)方法的步驟，先把鉆孔數(shù)據(jù)庫建好，然后直接用3DMine軟件提取礦體頂?shù)装妩c，再對這些點進行插值法加密生成頂?shù)装迕?。建立礦體的方法：第一步直用3DMine加載各水平的礦體剖面線。在相鄰剖面線條之間連接三角網(wǎng)，選擇其中兩個閉合線，依次連接多段，連續(xù)點擊，三角網(wǎng)連接完成，完整的礦體模型就形成了。

3.3 特有的優(yōu)勢

在露天開采設(shè)計中，要進行露天開采計劃和境界圈定的編制，必須先建立巖石模型。沉積型礦床的賦存面積大，很多甚至在20多平方公里以上，礦體厚度也常在1～2m之間，而次級模塊尺寸小是保證礦體儲量準確性的基本要求，所以確保大范圍的巖石模型的建立非常困難。但是如果利用3DMine軟件，在沒有約束的地方，它的模型尺寸很大，而在邊緣的約束部位附近，模塊尺寸最小即為次級模塊尺寸，這樣就可以達到減小模型大小的目的，成功解決了大范圍建立巖石模型困難的

局面。

4 建模方法的比選

通過對前面幾種建模方法優(yōu)劣勢的比較分析，可以幫助我們找到一種最佳的方法。

4.1 鉆孔數(shù)據(jù)法

鉆孔數(shù)據(jù)法就是直接利用鉆孔數(shù)據(jù)，提取頂?shù)装妩c來生成頂?shù)装迕?。這種方法的優(yōu)點是快速便捷，比較符合沉積型礦床的建模的需求。缺點是在層狀模型中，由于礦體的整體傾向傾角較大，導致多層礦層現(xiàn)象的存在，另外礦層間還有相互交錯的礦脈。針對這種情況，如果直接用這種方法，在礦區(qū)的邊緣，建立出來的模型將與地質(zhì)勘探報告區(qū)別很大。而且這種方法是依靠增多虛擬孔來對礦體形態(tài)進行控制的，如果礦層較多，對礦體形態(tài)的控制將變得很有難度。

4.2 剖面線法

這種方法是利用礦體剖面線上的頂?shù)装寰€來生產(chǎn)頂?shù)装迕?。針對沉積性礦床的特點，我們可以直接利用剖面線上的頂板線生成頂板面文件，從而達到約束生成體文件的目的。這樣不僅使手工連接的工作量減少了，而且建立出來的模型也會比較吻合地質(zhì)勘探報告。因為剖面線和頂?shù)装寰€包含了對礦體專業(yè)詳細的分析，特別是在處理礦層邊緣和交叉相錯的問題上，這方面的信息豐富而全面，使礦體建模有依據(jù)，符合礦體建模原則。

另外我們還可以利用3DMine軟件對礦體頂?shù)装寰€、剖面線、地形線轉(zhuǎn)換成三維坐標系統(tǒng)來建立礦體模型。這樣還可以利用3DMine與其他軟件的兼容性使工作效率得到提高。礦體頂?shù)装寰€和地形的高程賦值的計算比較繁瑣，但是把它放在3DMine中進行將會很便捷。而且使用這種方法控制礦體形態(tài)和儲量將變得簡單得多，不再需要增多虛擬孔就能達到控制效果，相比第一種方法而言，使礦體建模得到很大程度上的改善。

4.3 綜合法

綜合法即綜合利用底板等高線、礦體剖面線和鉆孔的頂?shù)装妩c等信息來生產(chǎn)礦體。通過分析，我們看到第二種方法有著很好的建模效果，但是仍然存在著一些不足。剖面線法沒能直接利用不在剖面上鉆孔和頂?shù)装甯呔€等方式來達到剖面間礦體形態(tài)的目的。針對沉積型礦床流線形態(tài)的特點，我們可以綜合利用鉆孔頂?shù)装妩c、礦體剖面線和頂?shù)装甯呔€等信息分別生成礦層的頂?shù)装迕妫@將會是一個更好的方法。

我們可以通過采用上述方法建立沉積型礦體模型來驗證其可行性，實踐結(jié)果表明，利用這種方法建立的礦體模型，礦體總儲量誤差在5%以內(nèi)，和地質(zhì)儲量勘察報告的吻合度好，且完全符合生產(chǎn)和設(shè)計的標準，滿足復雜地質(zhì)的建模要求。在礦體的賦存和形態(tài)方面，頂?shù)装迕嬉矟M足沉積型礦床的賦存需求，流暢平滑，和地質(zhì)賦存勘察報告的吻合度也好，完全能夠用來作為地質(zhì)建模施工圖的

設(shè)計。

5 結(jié)語

通過對各種地質(zhì)建模方法的探討，我們發(fā)現(xiàn)了綜合利用頂?shù)装妩c、底板等高線和剖面線進行沉積型礦床地質(zhì)建模是比較好的方法，解決了針對沉積型礦床特點的一些工程難題，同時也說明了工程軟件的應(yīng)用對于礦山地質(zhì)建模的重要性?？茖W技術(shù)的發(fā)展，可以在很大程度上推動工程建設(shè)的發(fā)展，我們要好好利用這項寶貴資源。探討創(chuàng)新的精神在任何時候都是需要的，它才是社會發(fā)展的源

動力。

參考文獻

[1] Joon K I，Ho L J，Ro L S，et al.Probabilistic analysis for regional mineral potential mapping with GIS for sedimentary ore deposits in the Kangwondo Area[J].Korea，2005.

篇（3）

2基于歷史建模（HistoryMode）到獨立于歷史建模的技術(shù)轉(zhuǎn)換

從基于參數(shù)化歷史建模（HistoryMode）到獨立于歷史建模（History-FreeMode）：模型參數(shù)被剝奪，如特征支持同步模式,它被轉(zhuǎn)換成一個同步特征，這些特征包括邊倒圓，倒角，孔和螺紋特征，它們的表達式也被轉(zhuǎn)換。產(chǎn)品設(shè)計中的某個特征是在基于歷史模式中建立和存貯的特征。一個同步特征能對某個特征進行修改，不需要對產(chǎn)品構(gòu)建的過程特征數(shù)進行實時的更新和回放。某些同步建模特征也被轉(zhuǎn)換到同步特征，這個包括線性尺寸，角度尺寸，和徑向尺寸特征，它們的表達式也被轉(zhuǎn)換。也可以從部件導航器或通過在圖形窗口中雙擊它們?nèi)ゾ庉嬐教卣鳌２輬D曲線的約束在草圖中被維護起來，但在草圖內(nèi)沒有任何目標與草圖外的對象是關(guān)聯(lián)的。不呈現(xiàn)非同步特征的特征.從獨立于歷史建模（History-FreeMode）到基于參數(shù)化歷史建模（HistoryMode），模型參數(shù)再次被剝奪。在模型中大部分同步特征被移去，草圖和基準被保留為可編輯的特征，可以利用草圖去建立新特征。如圖3所示。

篇（4）

（The Academy of Equipment Command & Technology，Beijing 102206，China）

摘要： 針對裝備試驗這一復雜大系統(tǒng)中的風險識別問題，引入等級全息建模的分析方法。分析等級全息建模的思想和原則；確定風險的定義與裝備試驗風險源；建立裝備試驗風險概念模型；設(shè)計裝備試驗HHM框架并分析其在裝備試驗風險識別中的應(yīng)用。

Abstract: Hierarchical holographic modeling as an analytic way is introduced to research the risk identification in complex system of equipment testing. Hierarchical holographic modeling ideas and principles are analyzed. Risk definition and risk source in equipment testing are defined. The concept of risk models in equipment testing is established. HHM framework of equipment testing is designed and its applications in risk identification of equipment testing are analyzed.

關(guān)鍵詞： 等級全息建模 裝備試驗 風險 風險識別

Key words: HHM；equipment testing；risk；risk identification

中圖分類號：E139文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）26-0309-02

0引言

裝備試驗時間、空間跨度大，參與部門和人員眾多，風險源構(gòu)成復雜，裝備試驗風險識別屬于復雜大系統(tǒng)建模與分析[1]。傳統(tǒng)的數(shù)學建模是對實際系統(tǒng)做出簡化假設(shè)，從某個單一方面出發(fā)進行研究。但簡化假設(shè)會直接影響模型的可信度，另外，單一方面研究難以研究多變量、多目標決策問題，這導致傳統(tǒng)的數(shù)學建模在復雜大系統(tǒng)建模與分析方面存在困難。

相對于傳統(tǒng)數(shù)學建模，等級全息建模（hierarchical holographic modeling，HHM）是一種全面的思想和方法論，其目的在于通過眾多方面、視角、觀點、維度和層次來研究一個系統(tǒng)內(nèi)在的本質(zhì)和外在的特征。HHM同傳統(tǒng)的數(shù)學建模技術(shù)的差異在于：數(shù)學建模只能刻畫真實系統(tǒng)的少量因素，而HHM通過全方位的視角去研究整個系統(tǒng)。在分析裝備試驗風險識別這類大規(guī)模系統(tǒng)時應(yīng)采用HHM全面的思想和方法論。

1等級全息建模

近三十年來，在系統(tǒng)工程領(lǐng)域?qū)碗s大系統(tǒng)建模方法的研究取得了很多進展。例如，從單目標建模到多目標建模和優(yōu)化（MOP）、分級重疊協(xié)調(diào)（HOC）、分級多目標優(yōu)化（HMO）、等級全息建模（HHM）和多目標風險評價（MRA）等[2]。

1.1 等級全息建模思想美國學者Haimes認為，一個精確的模型只能是它所描繪的真實系統(tǒng)的某個方面和有限的反映。一個系統(tǒng)不僅包含多元素、多目標和多約束，而且還包括各種各樣社會人文方面因素（職能、時間、地理、經(jīng)濟、政治、法律、環(huán)境、部門、制度等），因此用單模型分析和闡明整個系統(tǒng)是困難的。為解決這個問題，Haimes提出一種分級全息建模策略。在分級全息建模策略中，系統(tǒng)的不同方面由不同模型來表達，每個模型都是一個全息子模型?；谝陨嫌^點，Haimes提出了HHM，發(fā)展了傳統(tǒng)的分級多目標優(yōu)化HMO（Hierarchical multi-objective optimization）。

HMO主要解決問題分解，而HHM通過共享設(shè)計變量和設(shè)計指標來完成對子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，不同領(lǐng)域活動之間的協(xié)調(diào)是通過調(diào)整協(xié)調(diào)參數(shù)對目標函數(shù)的敏感度來實現(xiàn)的。HHM的分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大系統(tǒng)的建模、控制、分析等各個方面。

1.2 等級全息建模原則HHM建立在大規(guī)模系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)哲學基礎(chǔ)之上，是大系統(tǒng)理論的一部分。HHM把系統(tǒng)用一種以上的分解方法來進行分析研究，可以把一個大系統(tǒng)分解成只有一級的子系統(tǒng)，HHM能夠確定大部分風險和不確定性。HHM的層次分析過程是內(nèi)在分級的，并實現(xiàn)了自組織。

不同研究者對同一個系統(tǒng)的研究可能采用不同的模型。為了理解和分析大規(guī)模系統(tǒng)，Blauberg從理論的角度上定義了HHM全體（描述系統(tǒng)整體）和分級（描述系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)）的基本原則：為了獲得對一個系統(tǒng)的充分認識，必須把系統(tǒng)描述分成確定的分級，每一個分級只能包括系統(tǒng)的某個方面和層次。事實上，這個原則來源于對系統(tǒng)描繪的基本相關(guān)性。為了得到系統(tǒng)的所需要的合適的信息，可以將系統(tǒng)從多個不同的角度、不同方面進行分類。

考慮到分級全息建模方法的多面性，HHM方法適合于復雜問題的解決。Thomas提出了將HHM應(yīng)用到系統(tǒng)整體規(guī)劃中的策略：按照層次結(jié)構(gòu)，最上一層為主標題，下一層為副標題，依次向下規(guī)劃。

2裝備試驗風險

2.1 風險的定義Kaplan和Garrick（1981）建立了風險定義的三組集，風險R可表示為：R={}

其中，Si表示第i個風險情景，Li表示這種風險情景發(fā)生的可能，Xi表示損害向量或引起的結(jié)果。關(guān)于如何量化Li、Xi以及其含義，早期的成果已經(jīng)解決了這些問題（Kaplan 1993，1996）。

Kaplan（1991，1993）在三組集的定義基礎(chǔ)上對風險R進行了新的定義：R={}c下標c表示風險情景集{Si}是完備的，包含所有可能的情景，或至少是所有重要的情景。

Kaplan（1991，1993）描述了“成功”或“按計劃進行”由S0表示，風險情景Si通過S0變化而來。Kaplan指出，不同領(lǐng)域使用的不同風險分析方法開始融合，這種融合思想可以作為對Si確定和分類的系統(tǒng)方法。

2.2 裝備試驗風險源裝備試驗存在諸多風險源，不考慮試驗品自身的隱含風險，即假定試驗品是合格、安全的，在此假定前提下，重要的風險源主要有：①試驗計劃風險。試驗計劃的制定存在疏忽和漏洞，導致裝備試驗計劃風險。②試驗管理風險。試驗管理者由于管理程序不規(guī)范、信息溝通不及時等原因?qū)е略囼灢荒苓_到預期目標，產(chǎn)生試驗管理風險。③試驗技術(shù)風險。試驗方案與技術(shù)途徑精選評估不夠、試驗技術(shù)指標制定不合理等原因則產(chǎn)生試驗技術(shù)風險。④試驗保障風險。在試驗過程中，因組織領(lǐng)導保障、試驗技術(shù)保障、試驗物資器材保障、試驗安全保障、試驗外協(xié)保障及試驗勤務(wù)保障組織不力，則會產(chǎn)生試驗保障風險。⑤試驗環(huán)境風險。試驗環(huán)境風險是指裝備試驗因氣象、地理等自然環(huán)境因素導致試驗不能達到預期目標[3]。

2.3 裝備試驗風險概念模型裝備試驗風險的概念模型如圖1所示，其要素包括三個方面：風險源、系統(tǒng)弱點、安全措施。裝備試驗風險概念模型可簡單表述為：裝備試驗系統(tǒng)中存在諸多系統(tǒng)弱點，針對系統(tǒng)弱點，裝備試驗設(shè)置了諸多風險干預措施。試驗技術(shù)風險、試驗管理風險、試驗技術(shù)風險、試驗保障風險、試驗環(huán)境風險等風險源經(jīng)過風險干預后，仍有可能作用于系統(tǒng)弱點，形成風險。

3HHM在裝備試驗風險識別中的應(yīng)用

HHM是一種全面的思想和方法論，它目的在于從多個方面、視角和維度展現(xiàn)一個系統(tǒng)的內(nèi)在特征和本質(zhì)。HHM方法的核心是一個特殊的圖表框架。

3.1 裝備試驗風險識別裝備試驗風險辨識，也稱為裝備試驗風險的識別，即對存在于裝備試驗中的各種風險根源或是不確定性因素按其產(chǎn)生的背景原因、表現(xiàn)特點和預期后果進行定義、識別，對所有的風險因素進行科學的分類。采取不同的分析方法進行評估，并依此制定出對應(yīng)的風險管理計劃方案和措施，付諸實施。

風險識別是風險分析的第一步，被廣泛認為是整個風險管理過程中最難完成的一項任務(wù)。只有準確地掌握風險的類別、成因及影響，才能對風險評估和風險控制等管理行為確定方向，才能制定出經(jīng)濟有效的管理方案。裝備試驗風險識別就是運用各種方法，系統(tǒng)地認識裝備試驗所面臨的各種風險種類以及分析引發(fā)風險的各種潛在因素，并進行定義，分析風險的狀態(tài)及對裝備試驗造成的威脅和影響，對風險進行科學的分類，為風險的進一步管理與防范提供依據(jù)。識別的主要步驟如下[4]：

①收集和分析歷史數(shù)據(jù)。對裝備試驗風險進行識別前，首先應(yīng)收集與裝備試驗活動有關(guān)的業(yè)務(wù)資料，如已有的試驗報告、已有的風險時間表等，為風險的辨識提供依據(jù)。②通過研討會、專家調(diào)查等方法進行風險的全面了解，建立HHM框架。分析裝備試驗計劃中的風險點，識別潛在的風險因素。③風險識別分析。采用HMM理論和模型，基于HHM框架進行風險識別分析。④結(jié)合有關(guān)專家評審和分析會，確定可能面臨的風險以及形成這些風險的因素，描述風險癥狀，為下一步的風險分析及防范奠定基礎(chǔ)。

3.2 裝備試驗HHM框架的設(shè)計裝備試驗風險識別涉及管理、技術(shù)、環(huán)境、人員多方面因素，規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復雜，多層次互相關(guān)聯(lián)，帶有隨機性和不確定性，因而裝備試驗風險識別是復雜大系統(tǒng)建模與分析。本文提出的HHM框架從計劃、管理、技術(shù)、保障、環(huán)境五個不同的方面來刻畫裝備試驗風險分析。其中，每一個主體代表了一類風險場景，并且可向下細分構(gòu)成樹狀結(jié)構(gòu)，以便于更加精確、詳細的描述系統(tǒng)[5]。圖2是裝備試驗系統(tǒng)的HHM框架。

計劃風險從計劃這個角度描述裝備試驗的風險，計劃風險來自三個方面：計劃制定、計劃審查、計劃執(zhí)行。在計劃制定中存在兩類風險，人為疏忽導致的風險和概率出錯產(chǎn)生的風險，其中概率出錯是最難以排查的風險；管理風險主要來自三個方面：協(xié)調(diào)出錯、管理疏忽、管理水平；技術(shù)風險包括方案錯誤和采取了不適宜的技術(shù)途徑，例如，多個技術(shù)途徑之間不匹配，技術(shù)途徑超越現(xiàn)實條件，實現(xiàn)起來不切實際；保障風險來自三個方面：人員保障、設(shè)備保障、資金保障；環(huán)境風險指氣象、地理等因素產(chǎn)生的風險，例如地理條件、強風、降水、沙塵暴、空間天氣等。

3.3 HHM框架在風險識別中的應(yīng)用HHM框架采用一個反復迭代的方法來確定所有系統(tǒng)風險的結(jié)構(gòu)，如果HHM當前框架不能確定一個風險來源，可以增加新的視角，用一個新的分解來擴展該框架。迭代是一個持續(xù)的過程，每一次迭代都進一步完善HHM框架的合理性，最終HHM框架能捕獲所有的風險場景[6]。

裝備試驗系統(tǒng)中的風險大部分為多因素交互產(chǎn)生，為了識別多因素交互產(chǎn)生的風險，可以將HHM框架分解為圖3所示的HHM子模型。假設(shè)計劃風險主要有三類風險：計劃制定、計劃審查、計劃執(zhí)行，現(xiàn)在要識別計劃審查風險與“技術(shù)風險”、“環(huán)境風險”的關(guān)系?！凹夹g(shù)風險”和“環(huán)境風險”的不同組合有10種情形，在每一種情形下計劃審查存在不同的風險場景。比如，在強風的氣象條件下，技術(shù)途徑存在不匹配的問題，這就加大了計劃審查出錯的風險。識別風險時可采用許多如圖3所示的HHM子模型，將各種情形都要考慮在內(nèi)，保證風險識別質(zhì)量。

4結(jié)論

裝備試驗風險識別屬于復雜系統(tǒng)建模與分析，利用傳統(tǒng)數(shù)學建模方法進行裝備試驗風險識別存在不足。HHM建立在大規(guī)模系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)哲學基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了復雜大系統(tǒng)的完全分解。HHM為裝備試驗復雜大系統(tǒng)中的風險識別提供了整體、全面的分析方法，克服了傳統(tǒng)數(shù)學建模的不足。

參考文獻：

[1]劉漢榮.王保順等.國防科研試驗項目管理[M].北京:國防工業(yè)出版社，2009:165-167.

[2]宋暉.分級全息建模思想在網(wǎng)絡(luò)資源管理中的應(yīng)用[J].微計算機信息，2007，23，（9）:16.

[3]劉漢榮，秦紅燕，丁向麗.國防科研試驗項目風險管理[J].裝備指揮技術(shù)學院學報，2008，19，（4）:5.

篇（5）

一、引言

在全球經(jīng)濟一體化建立和資本流動加速的背景下，國內(nèi)外競爭日益加劇，經(jīng)營的潛在風險趨向多元化。尤其在全球經(jīng)濟復蘇緩慢且不穩(wěn)定，歐洲債務(wù)危機的陰霾仍然未消除的形勢下，這些風險帶來的不確定性對企業(yè)的內(nèi)部控制和風險管理提出了更高的要求。事實證明，只有建立和實施科學的內(nèi)部控制系統(tǒng)，才能提升企業(yè)風險防范能力，實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

內(nèi)部控制系統(tǒng)實施過程中的核心工作之一是對企業(yè)正在運行的控制流程和控制點進行建模。所謂建模就是為了理解事物而對事物做出的一種抽象，是對事物的一種無歧義的書面描述。在手工環(huán)境下，面向流程建模方法是企業(yè)內(nèi)控實施人員或內(nèi)審人員最常用的建模方法之一。通過對企業(yè)內(nèi)部控制流程建模，梳理內(nèi)控風險點和控制缺陷，提出企業(yè)內(nèi)控整改策略。

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，充分利用信息技術(shù)實施內(nèi)部控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢。在信息化環(huán)境下內(nèi)部控制系統(tǒng)并未發(fā)生本質(zhì)的變化，它是以信息資源和信息技術(shù)為主要工具，由董事會、管理層和其他人員共同實施的，基于企業(yè)的風險管理與內(nèi)部控制運動，由人、信息設(shè)備和控制制度組成的人機一體化監(jiān)控系統(tǒng)。在信息化環(huán)境下內(nèi)部控制系統(tǒng)建模的重點是要充分考慮企業(yè)已有的制度系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，劃分人工控制和自動控制界面，甄別人工控制點和自動控制點。所建立的模型中要能夠表達諸如控制流程中哪些控制點可以信息化、哪些控制點不能信息化、企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)已經(jīng)嵌入了哪些控制點、哪些控制流程需要人工控制與自動控制協(xié)同等此類問題。因此僅僅應(yīng)用面向流程方法是遠遠不夠的，還需要運用更優(yōu)的建模方法進行相關(guān)的分析與建模。

本文擬采用面向服務(wù)方法學（SOAD，Service-Oriented Analysis and Design）對內(nèi)部控制系統(tǒng)進行建模，試圖摸索在信息化環(huán)境下內(nèi)部控制系統(tǒng)建模的方法和思路，并以A上市公司實施內(nèi)部控制系統(tǒng)為例進行分析與總結(jié)，以期能夠為希望借助信息技術(shù)實施內(nèi)部控制系統(tǒng)的企業(yè)提供一些經(jīng)驗和借鑒。

二、面向服務(wù)方法學（SOAD）的主要內(nèi)容及思想內(nèi)核

面向服務(wù)方法學（SOAD）起源于面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的廣泛應(yīng)用。面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）最早是從軟件體系結(jié)構(gòu)的角度提出的一種架構(gòu)風格，區(qū)別于DCOM、CORBA等分布式計算架構(gòu)。進入21世紀以來，隨著Internet技術(shù)高速發(fā)展，Web service、XML等技術(shù)廣泛應(yīng)用，在微軟、IBM等廠商不遺余力的推崇下，面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）已經(jīng)成為企業(yè)應(yīng)用的核心概念之一。面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）逐步發(fā)展成包含運行環(huán)境、編程模型、架構(gòu)風格和相關(guān)方法論等在內(nèi)的一整套新的分布式軟件系統(tǒng)構(gòu)造方法和環(huán)境，涵蓋服務(wù)的整個生命周期，包括建模、開發(fā)、整合、部署、運行和管理。

（一）服務(wù)（Service）的定義和特征分析

服務(wù)（Service）的一般解釋是向消費者提供旨在滿足對方特定需求的一種活動?！掇o?！方o出的解釋為：履行職務(wù)，為大家做事。因此，從廣義上講，服務(wù)是提供者為消費者完成工作的活動或過程。在面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）方法論里，服務(wù)是面向服務(wù)分析和設(shè)計的最小單位，它可以是一個活動或一個流程。

綜合理論界和實務(wù)界的研究與探討，關(guān)于面向服務(wù)方法學中對服務(wù)的定義有很多種，其中典型的歸納如下：W3C將服務(wù)定義為服務(wù)提供者完成一組工作，為服務(wù)使用者交付所需的最終成果，最終結(jié)果通常會使使用者的狀態(tài)發(fā)生變化，但也可能使提供者的狀態(tài)改變，或者雙方發(fā)生變化（Nicolai，2008）。葉鈺等（2005）認為服務(wù)是一個粗粒度、可發(fā)現(xiàn)的軟件實體，它以一個單獨的實例存在，并通過一組松散的耦合和基于消息的模型與其他的應(yīng)用或服務(wù)交互。Endrei等（2004）認為服務(wù)是一個邏輯實體，由一個或多個已的接口定義的契約組成。邢少敏等（2008）認為服務(wù)包含一個合約、一個或多個接口和一個實現(xiàn)。

（二）面向服務(wù)建模（SOM）

面向服務(wù)建模（SOM）是指通過業(yè)務(wù)領(lǐng)域和現(xiàn)有系統(tǒng)分析識別全局業(yè)務(wù)模型下可能存在的服務(wù)，確定合理的服務(wù)粒度。面向服務(wù)建模（SOM）的結(jié)構(gòu)是以一個服務(wù)列表作為服務(wù)候選者，展示了當前業(yè)務(wù)領(lǐng)域下業(yè)務(wù)模型的所有合理業(yè)務(wù)拆分。主要采用自上而下、自下而上和中間對齊的步驟和方法得到服務(wù)候選者列表。

1.自上而下（領(lǐng)域分解）

自上而下是指從業(yè)務(wù)著手進行分析，將業(yè)務(wù)進行領(lǐng)域分解和流程分解，將業(yè)務(wù)流程分解成子流程或者業(yè)務(wù)活動，逐級進行，直到每個業(yè)務(wù)活動都是具備業(yè)務(wù)含義的最小單元。流程分解得到的業(yè)務(wù)活動樹上的每一個節(jié)點，都是可能的服務(wù)抽取點，所有節(jié)點構(gòu)成了服務(wù)候選者列表。服務(wù)候選者列表經(jīng)過劃分，最終形成層次化的服務(wù)目錄。

2.自下而上（已有資產(chǎn)分析）

自下而上是指利用已有資產(chǎn)來發(fā)現(xiàn)和識別服務(wù)，已有資產(chǎn)包括：已有系統(tǒng)、套裝或定制應(yīng)用、行業(yè)規(guī)范或業(yè)務(wù)模型等。對已有資產(chǎn)的業(yè)務(wù)功能、技術(shù)平臺、架構(gòu)及實現(xiàn)方式的分析，除了能夠驗證服務(wù)候選者或者發(fā)現(xiàn)新的服務(wù)候選者，還能夠通過分析已有系統(tǒng)、套裝或定制應(yīng)用的技術(shù)局限性，盡早驗證服務(wù)實現(xiàn)決策的可行性，為服務(wù)實現(xiàn)決策提供重要的依據(jù)。

3.中間對齊（業(yè)務(wù)目標建模）

中間對齊是幫助發(fā)現(xiàn)與業(yè)務(wù)對齊的服務(wù)，并確保關(guān)鍵的服務(wù)在流程分解和已有資產(chǎn)分析的過程中沒有被遺漏。業(yè)務(wù)目標建模將業(yè)務(wù)目標分解成子目標，然后分析哪些服務(wù)是用來實現(xiàn)這些子目標的。在這個過程中，為了可以度量這些服務(wù)的執(zhí)行情況并進而評估業(yè)務(wù)目標，我們會發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標、度量值和相關(guān)的業(yè)務(wù)事件。

通過以上三個步驟，可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)候選者列表，并按照業(yè)務(wù)范圍劃分為服務(wù)目錄。圖1展示了面向服務(wù)建模的過程。

面向服務(wù)建模（SOM）還要考慮的一個因素是服務(wù)的粒度。服務(wù)粒度設(shè)計的太小會影響服務(wù)的松耦合性，不符合服務(wù)的粗粒度特征；服務(wù)粒度設(shè)計的太大也不利于服務(wù)的組合和增值，不符合服務(wù)的可復用性和可組合性特征。目前對于服務(wù)粒度的設(shè)計并沒有一個統(tǒng)一的標準，需要根據(jù)具體的需求和場景來確定。

（三）面向服務(wù)方法學的思想內(nèi)核

面向服務(wù)方法學的出發(fā)點和基本目標是以面向服務(wù)的思想對業(yè)務(wù)流程和功能在傳統(tǒng)方法學基礎(chǔ)上進行更高層次的抽象和建模，使得業(yè)務(wù)與技術(shù)之間的距離更加接近，以業(yè)務(wù)驅(qū)動服務(wù)和服務(wù)驅(qū)動技術(shù)，更好的為企業(yè)實現(xiàn)業(yè)務(wù)整合和資源整合的信息系統(tǒng)。其基本思想是：首先對企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域和業(yè)務(wù)功能領(lǐng)域進行劃分，按照自上而下的方式進行領(lǐng)域分解，勾勒目標企業(yè)的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，再逐步分解到業(yè)務(wù)流程直至業(yè)務(wù)活動，發(fā)現(xiàn)主要的服務(wù)候選者；其次是對現(xiàn)有系統(tǒng)按照自下而上的方式進行已有資產(chǎn)分析，驗證服務(wù)候選者和發(fā)現(xiàn)新的服務(wù)候選者；最后對業(yè)務(wù)目標進行建模，通過中間對齊的方式幫助發(fā)現(xiàn)與業(yè)務(wù)對齊的服務(wù)，并確保關(guān)鍵的服務(wù)在流程分解和已有資產(chǎn)分析的過程中沒有被遺漏。

面向服務(wù)方法學是一種來源于面向服務(wù)架構(gòu)的全新方法學，相對于面向?qū)ο蠓椒▽W、結(jié)構(gòu)化設(shè)計等傳統(tǒng)方法學具有更高層次的抽象性，使得業(yè)務(wù)與技術(shù)之間的鴻溝更小。隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，開放和標準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議被普遍支持，服務(wù)作為一個自包含的功能，通過明確定義的接口（契約）來與另一個服務(wù)交互。服務(wù)的概念伴隨著網(wǎng)絡(luò)和分布式計算環(huán)境的發(fā)展而產(chǎn)生，現(xiàn)在服務(wù)要改變?nèi)藗冋J識客觀世界的認知方法，對現(xiàn)有的業(yè)務(wù)、流程按照面向服務(wù)建模以更好的幫助客觀需求在信息化環(huán)境中更好地實現(xiàn)，同時推動新的分布式應(yīng)用的發(fā)展。

三、面向服務(wù)方法學應(yīng)用于內(nèi)部控制系統(tǒng)建模優(yōu)勢分析

將面向服務(wù)思想應(yīng)用于內(nèi)部控制系統(tǒng)建模，通過將內(nèi)部控制服務(wù)化和系統(tǒng)化來開發(fā)和實施內(nèi)部控制系統(tǒng)具有一定的可行性和可操作性，其具體應(yīng)用優(yōu)勢如下：

（一）兩者具有一定的內(nèi)在融合性和一致性

首先，內(nèi)部控制管理是目標為導向的，內(nèi)部控制最終要實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營有效性、財務(wù)報表可靠性、經(jīng)營合法合規(guī)性和資產(chǎn)安全性等目標；其次，內(nèi)部控制的要求和規(guī)范是緊緊圍繞著以上目標按照自上而下的順序逐步構(gòu)建，涉及到企業(yè)各個層次包括會計、財務(wù)、銷售、采購、研發(fā)、生產(chǎn)、人力資源等；再次，在實踐中企業(yè)一般都已建立了一定的管理制度和管理系統(tǒng)，內(nèi)部控制系統(tǒng)的實施并不是要企業(yè)現(xiàn)有的管理體系，而是要融入到企業(yè)現(xiàn)有的管理體系中，實施過程是按照自下而上的順序逐步完成。面向服務(wù)方法學試圖通過建立服務(wù)的概念實現(xiàn)企業(yè)目前已存在的管理系統(tǒng)統(tǒng)一和融合，其所包含的自上而下、自下而上、業(yè)務(wù)對齊的建模思想與內(nèi)部控制管理的思想不謀而合。從系統(tǒng)論的角度，內(nèi)部控制系統(tǒng)的構(gòu)成要素由一系列的控制點、控制線、控制面和控制體組成，根據(jù)具體情況將控制點、控制線、控制面分別作為服務(wù)來建模和實現(xiàn)，通過服務(wù)之間標準的通信和互動實現(xiàn)服務(wù)之間的集成達到控制體的整體效果。

從上述分析來看，將面向服務(wù)方法學應(yīng)用于內(nèi)部控制管理不存在理論上的沖突和技術(shù)上的障礙，兩者具體有一定的內(nèi)在融合性和一致性。將內(nèi)部控制系統(tǒng)的控制點、控制線和控制面作為一種服務(wù)，通過服務(wù)之間的標準調(diào)用實現(xiàn)控制集成，共同服務(wù)于內(nèi)部控制目標的實現(xiàn)。面向服務(wù)具有規(guī)劃、標準、整合等思想的業(yè)務(wù)應(yīng)用集成理念，內(nèi)部控制的實施正是需要這樣的思想，實現(xiàn)企業(yè)管理上的整合和集成。因此面向服務(wù)方法為內(nèi)部控制系統(tǒng)建模提供了可行的實踐路徑。

（二）面向服務(wù)的契約性可以實現(xiàn)內(nèi)部控制系統(tǒng)的集成管理

利用面向服務(wù)的契約性，將內(nèi)部控制的控制規(guī)則和標準暴露成為一個服務(wù)，將服務(wù)交互和調(diào)用所需要公開和約定的相關(guān)信息作為契約予以確定，這樣內(nèi)部控制相關(guān)各業(yè)務(wù)之間可以實現(xiàn)集成。內(nèi)部控制系統(tǒng)要實現(xiàn)集成控制需要跨越多個系統(tǒng)的障礙，例如預算系統(tǒng)、資金系統(tǒng)、賬務(wù)系統(tǒng)、采購系統(tǒng)及銷售系統(tǒng)等等。在各企業(yè)中以上系統(tǒng)的構(gòu)建和信息化程度完全不一樣，即使在同一個企業(yè)中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)由于建設(shè)的時期不同所采用的技術(shù)也不盡相同，因此要想實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間的通信和交互，面向服務(wù)方法是目前業(yè)界最合適的解決思路。

例如要實現(xiàn)“按照預算某部門12月份材料采購額不能大于10萬元，超過10萬元需要財務(wù)總監(jiān)審批”的控制規(guī)則，傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式是在采購系統(tǒng)中采用硬編碼的方式內(nèi)置“某部門12月份材料采購額不能大于10萬元”的規(guī)則和邏輯。如果12月份的采購額沒有超過10萬元，采購系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)控制；如果12月份的采購額確實需要超過10萬元，采購系統(tǒng)是不允許執(zhí)行的，即使財務(wù)總監(jiān)已經(jīng)審批，但是由于采購系統(tǒng)無法識別財務(wù)總監(jiān)審批的結(jié)果，因此在系統(tǒng)中無法操作，只能通過非正常手段調(diào)整系統(tǒng)。涉及到采購后續(xù)的資金支付、賬務(wù)核算都會出現(xiàn)類似問題。如果將某部門材料采購的合規(guī)性作為預算系統(tǒng)的一項服務(wù)暴露出來，由采購系統(tǒng)、資金系統(tǒng)、賬務(wù)系統(tǒng)共享和調(diào)用則能解決此問題。采購系統(tǒng)在執(zhí)行采購操作的時候調(diào)用預算系統(tǒng)的采購合規(guī)性審核服務(wù)，即可獲得采購審批的結(jié)果，如果12月份低于10萬元則可直接采購，如果12月份超過10萬元則需要獲得財務(wù)總監(jiān)的審批結(jié)果，同時資金系統(tǒng)和賬務(wù)系統(tǒng)在資金控制和賬務(wù)控制上也可以直接獲得審批結(jié)果，以完成資金支付操作和賬務(wù)處理操作。

（三）面向服務(wù)的粗粒度性能夠簡化內(nèi)部控制系統(tǒng)設(shè)計的復雜性

從服務(wù)的定義來看，服務(wù)是一個粗粒度的邏輯實體。面向服務(wù)的粗粒度性源于軟件工程理論的“關(guān)注點分離”的思想，即將一個大的、復雜的軟件問題分解為一系列單個關(guān)注點，每個關(guān)注點所需要解決的問題是更小的相關(guān)片斷的集合，每一段邏輯只處理一個特定的關(guān)注點。這個思想在結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計、面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計等不同的軟件開發(fā)方法學中都得到了一定的體現(xiàn)。只不過相對于它們來說，面向服務(wù)方法學不是以細粒度的對象和基于私有接口協(xié)議的組件為基礎(chǔ)的，而是以粗粒度、基于開放標準協(xié)議的服務(wù)為基礎(chǔ)的。例如我們可以將預算執(zhí)行控制作為一個服務(wù)進行公開，采購、研發(fā)、資金、核算等系統(tǒng)在實現(xiàn)預算相關(guān)的內(nèi)部控制時候都可以統(tǒng)一的調(diào)用和訪問預算執(zhí)行控制服務(wù)，判斷是否可以執(zhí)行相關(guān)業(yè)務(wù)，這樣大大降低了預算執(zhí)行控制在采購、研發(fā)、資金、核算等系統(tǒng)中實現(xiàn)的復雜度，也提高了內(nèi)部控制的集成和共享。

四、A上市公司內(nèi)部控制系統(tǒng)建模過程

A上市公司是證監(jiān)會2011年上市公司內(nèi)控規(guī)范試點單位之一，筆者作為內(nèi)控實施項目的成員，深度參與了其內(nèi)部控制系統(tǒng)的建設(shè)過程。從項目伊始，A上市公司決定充分利用信息技術(shù)實施內(nèi)部控制系統(tǒng)。由于A上市公司已上線運行多套信息系統(tǒng)，如何充分利用現(xiàn)有信息系統(tǒng)，確定哪些控制點可以信息化、哪些控制點通過人工完成等是內(nèi)部控制系統(tǒng)建模的重點內(nèi)容。

（一）A上市公司信息化環(huán)境分析

A上市公司經(jīng)過多年發(fā)展，在各業(yè)務(wù)板塊下的分子公司逐步開發(fā)和應(yīng)用了財務(wù)系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等各類信息系統(tǒng)，形成了以分子公司信息化為主的信息系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境。但是目前由于各分子公司的通信和網(wǎng)絡(luò)相互割裂，不能互聯(lián)，母公司無法實時掌握各分子公司的運營數(shù)據(jù)。A上市公司目前已上線運行的信息系統(tǒng)如表1所示。

A上市公司信息化環(huán)境主要存在以下幾個方面的問題：

1.信息化建設(shè)缺乏統(tǒng)籌管理

從我們調(diào)研的情況來看，母公司未成立信息化部門，也未設(shè)立首席信息官職位，因此集團內(nèi)部對信息化缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管理，集團信息化缺乏戰(zhàn)略，信息化人才匱乏。信息系統(tǒng)建設(shè)缺乏統(tǒng)籌管理，資金投入分散，整體性不強，綜合效能展現(xiàn)不足。

2.信息資源分散，存在信息孤島

由于母公司缺乏信息化戰(zhàn)略和整體規(guī)劃，分子公司信息化各自為政，互不相通。信息資源的統(tǒng)一管理機制缺乏，信息資源開發(fā)利用程度不高，尚未在決策支持、業(yè)務(wù)規(guī)范、流程優(yōu)化、綜合管理等方面得到深化應(yīng)用。

3.信息安全風險較高

雖然各分子公司已經(jīng)使用了用友、金蝶等財務(wù)軟件和ERP系統(tǒng)等軟件，但是軟件系統(tǒng)內(nèi)的用戶權(quán)限未進行不相容設(shè)置，大部分用戶都具備所有操作權(quán)限，數(shù)據(jù)被篡改風險較高。同時各分子公司均未建立合理的數(shù)據(jù)備份機制，一旦出現(xiàn)服務(wù)器崩潰等異常情況，容易造成數(shù)據(jù)丟失。

（二）A上市公司內(nèi)部控制系統(tǒng)建模

A上市公司屬于多元化投資企業(yè)，在以紡織服裝為主營業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，逐步向房地產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)投資等領(lǐng)域擴張。因此其內(nèi)部控制系統(tǒng)面臨對多行業(yè)的戰(zhàn)略控制問題，即如何將企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略分解并灌輸?shù)礁鱾€業(yè)務(wù)板塊中，保證各業(yè)務(wù)板塊在風險可控的條件下運行。針對A上市公司內(nèi)部控制系統(tǒng)的規(guī)劃和梳理，形成了貨幣資金管理、投資活動、籌資活動、采購業(yè)務(wù)、存貨管理、固定資產(chǎn)管理、銷售業(yè)務(wù)、工程項目、業(yè)務(wù)外包、財務(wù)報告、預算管理、合同管理和關(guān)聯(lián)交易等核心控制流程。

限于篇幅，以下對A公司采購控制業(yè)務(wù)進行建模，闡述內(nèi)部控制系統(tǒng)建模的過程。按照面向服務(wù)建模方法，以上述梳理的采購業(yè)務(wù)控制流程為基礎(chǔ)，分為3個步驟進行建模。

1.自頂向下領(lǐng)域分解

按照層次分析法，對實現(xiàn)內(nèi)部控制目標的相關(guān)領(lǐng)域進行層層分解。綜合內(nèi)部控制規(guī)范及配套指引和A公司采購業(yè)務(wù)控制流程，A公司采購業(yè)務(wù)控制流程建模圖如圖2所示。從圖2可以看出，采購控制流程一共分解為三層，第二層流程包括采購計劃、供應(yīng)商選擇、采購定價、訂立合同、質(zhì)量檢驗、付款等控制環(huán)節(jié)，其中供應(yīng)商選擇環(huán)節(jié)又分解為供應(yīng)商資格、風險評估、資質(zhì)授信等業(yè)務(wù)活動，訂立合同控制環(huán)節(jié)分解為合同訂立、合同審核、合同簽訂等業(yè)務(wù)活動，付款控制環(huán)節(jié)分解為取得發(fā)票、付款結(jié)算和資金支付等業(yè)務(wù)活動。由此我們可以初步得到一個控制服務(wù)的候選服務(wù)列表，如表2所示。

2.自底向上分析

自底向上分析是根據(jù)A公司目前已有的管理制度、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)規(guī)范等來抽象、識別和發(fā)現(xiàn)服務(wù)。以紡織分公司為例，公司已經(jīng)使用金蝶K3系統(tǒng)和環(huán)思ERP系統(tǒng)。因此根據(jù)自底向上分析的方法和步驟，采購控制服務(wù)流程自底向上建模如圖3所示。

從圖3中可以看出，在第一步自頂向下分析中得出的候選服務(wù)中，大部分服務(wù)可以通過現(xiàn)有ERP系統(tǒng)和財務(wù)系統(tǒng)獲得，質(zhì)量檢驗控制服務(wù)需要通過人工控制實現(xiàn)。具體分析如表3所示。

通過自頂向下的分析進行領(lǐng)域和流程建模，再經(jīng)過自底向上的已有資產(chǎn)分析，我們基本可確定供應(yīng)商識別、風險評估、資質(zhì)授信、采購定價、合同審核、合同簽訂、付款申請和資金支付可通過信息系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制服務(wù)，采購計劃、合同訂立、合同簽訂、質(zhì)量檢驗、取得發(fā)票作為人工控制服務(wù)。

3.中間對齊分析

中間對齊通過對內(nèi)部控制目標進行建模，將內(nèi)部控制目標進行分解并與以上識別和發(fā)現(xiàn)的服務(wù)進行對比，幫助發(fā)現(xiàn)在第一步和第二步建模的過程中是否有遺漏的服務(wù)。對采購流程內(nèi)部控制目標建模如圖4所示。

將采購流程內(nèi)部控制目標與采購流程候選服務(wù)列表進行中間對齊后，如表4所示。

通過表4我們可以發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過中間對齊步驟后，將采購流程內(nèi)部控制目標與采購流程內(nèi)部控制候選服務(wù)的對比，我們發(fā)現(xiàn)在采購實現(xiàn)戰(zhàn)略目標和提高經(jīng)營效率效果目標方面，還需要增加一個采購數(shù)據(jù)實時監(jiān)控服務(wù)，以保證企業(yè)管理當局實時掌握各類采購數(shù)據(jù)。在會計核算真實完整目標方面，也需要增加支付核算控制服務(wù)和應(yīng)付賬款控制服務(wù)，以保證財務(wù)報告真實完整性目標的實現(xiàn)。

通過對A公司采購控制流程的建模，我們可以初步捋清A公司采購控制的控制點和控制線，而且明確出哪些控制點嵌入到信息系統(tǒng)中、哪些控制點由人工控制，以及人工控制和自動控制之間的關(guān)系和流程銜接。綜合上述分析，A公司采購控制系統(tǒng)的整體控制過程如圖5所示。從圖5我們可以看出，A公司采購控制系統(tǒng)由監(jiān)督平臺、人工控制、環(huán)思ERP、合同控制、金蝶K3等人工系統(tǒng)和信息系統(tǒng)共同組成，基本達到在信息化環(huán)境下充分利用信息系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)部控制系統(tǒng)的目標。

四、總結(jié)

面向服務(wù)方法（SOAD）是在信息化環(huán)境下比較適合內(nèi)部控制系統(tǒng)建設(shè)的一種邏輯建模方法。其主要優(yōu)點是能夠基于企業(yè)現(xiàn)有的管理系統(tǒng)、制度系統(tǒng)和信息系統(tǒng)，以服務(wù)的粒度對控制流程和控制點建模，甄別人工控制點和自動控制點，清晰劃分人工控制和自動控制界面，實現(xiàn)人工控制與自動控制的融合和協(xié)同。

篇（6）

一、引言

UML是一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，主要幫助開發(fā)人員對軟件系統(tǒng)從需求分析直到最終實現(xiàn)的全部開發(fā)過程進行面向?qū)ο蟮拿枋龊徒??；疖囌臼燮毕到y(tǒng)實現(xiàn)查票、訂票、退票和換票功能，主要用于火車站售票大廳及點售票使用。為了提高系統(tǒng)開發(fā)的效率，達到系統(tǒng)的設(shè)計目標，滿足用戶的要求，在對系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上，采用UML對系統(tǒng)進行建模。

二、系統(tǒng)需求分析

需求分析是指理解用戶需求，就軟件功能與客戶達成一致，估計軟件風險和評估項目代價，最終形成開發(fā)計劃的一個復雜過程。訂購火車票系統(tǒng)是一款復雜的軟件控制硬件的系統(tǒng)，它的系統(tǒng)功能需求主要包括：①用戶管理模塊；②系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊；③票務(wù)信息模塊；④訂票管理模塊；⑤實時信息管理模塊；⑥數(shù)據(jù)庫管理模塊。

三、系統(tǒng)建模

（1）用例模型。UML中的用例圖描述了一組用例、參與者以及它們之間的關(guān)系。用例是對系統(tǒng)的用戶需求（主要是功能需求）的描述，表達了系統(tǒng)的功能和所提供的服務(wù)。參與者是系統(tǒng)外部的一個實體（可以是任何的事物或人），它以某種方式參與了用例的執(zhí)行過程。

根據(jù)系統(tǒng)的需求分析可以確定系統(tǒng)的角色主要有兩個：旅客和售票員。同時可以確定系統(tǒng)的用例有：查票、訂票、退票、換票、停止售票和繳納手續(xù)費。在確定好系統(tǒng)的角色和用例的基礎(chǔ)上，得出用例圖如下圖1所示：

圖1 系統(tǒng)用例圖

（2）靜態(tài)模型。靜態(tài)模型顯示了系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，特別是存在事物的種類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及相互之間的關(guān)系。靜態(tài)模型最主要的工作是構(gòu)造類圖。它是在分析階段用例建模以后，設(shè)計階段開始類圖建模，主要實現(xiàn)用例圖中的用例，描述系統(tǒng)提供給最終用戶的服務(wù)。它主要包括類、接口、協(xié)作以及它們之間的關(guān)系。類圖中類之間的關(guān)系有：依賴、泛化、關(guān)聯(lián)、聚合、實現(xiàn)和組合。

實現(xiàn)該系統(tǒng)功能的類圖如下圖2所示，它包含8個類（旅客、售票員、用戶、打印機、電腦、工作設(shè)備、數(shù)據(jù)庫和火車票）和4種關(guān)系（依賴、實現(xiàn)、泛化和聚合）。

圖2 系統(tǒng)類圖

（3）動態(tài)模型。動態(tài)模型描述了系統(tǒng)隨時間變化的行為，這些行為是用從靜態(tài)模型中抽取的系統(tǒng)的瞬間值的變化來描述的。它主要建立系統(tǒng)的交互圖和行為圖。交互圖包括時序圖和協(xié)作圖；行為圖包括狀態(tài)圖和活動圖。

當客戶查詢車次時候，系統(tǒng)由等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)；若是列車正常運行并且有余票，客戶可以預定車票，若是預定成功，系統(tǒng)將進行自身轉(zhuǎn)換，修改車票信息。

（4）實現(xiàn)模型。火車站售票系統(tǒng)的物理方面建模是實現(xiàn)模型，建模時要用到兩種圖：組件圖和配置圖。組件圖描述軟件組件以及組件之間的關(guān)系，組件本身是代碼的物理模塊，組件圖則顯示代碼的結(jié)構(gòu)。配置圖顯示了運行軟件系統(tǒng)的物理硬件，以及如何將軟件部署到硬件上。它描述了運行系統(tǒng)的硬件拓撲。由于篇幅所限，系統(tǒng)配置圖如圖3所示，該圖共有六個節(jié)點（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、工作站1、工作站2、打印機1和打印機2），節(jié)點之間是關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點包括查詢程序和預定程序兩個組件。

圖3 系統(tǒng)配置圖

四、總結(jié)

篇（7）

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2011)31-0000-00

Model-Based Systems Engineering And Systems Modeling Language

SUN Yu, MA Li

(91872th Unit, Beijing 102442, China)

Abstract: As the system size and complexity continues to increase, the traditional document-based systems engineering will produce more and more sorts of different documents, find information, understanding and change is hard. Model places it is intuitive, unambiguous, modular, reusable etc. rapid coverage of software, electronics and other engineering fields. In order to support model-based systems engineering MBSE, and INCOSE International Systems Engineering in the Object Management Group OMG Unified Modeling Language (UML) software engineering for reuse and expansion, based on the introduction of a standard system modeling language SysML, eliminating the different models language expressions and the different terminology, standardized symbols and semantics. SysML will improve a wide range of applications between systems engineering and other disciplines as well as effective communication system will greatly promote the development of engineering theory and practice. In this paper, systems engineering methods, model based system engineering and systems modeling language SysML provides a brief analyses.

Key words: SysML; systems modeling language; systems engineering; MBSE

所謂系統(tǒng)，是指由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互作用的一些部分所組成的具有某種功能的有機整體。系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)理論為依據(jù)，以整個系統(tǒng)為研究對象，從全局統(tǒng)一考慮，運用運籌學、概率學與統(tǒng)計學、控制論、信息論、管理學、經(jīng)濟學及計算機科學等科學理論與方法去權(quán)衡解決問題，實現(xiàn)系統(tǒng)整體性價比最優(yōu)的一門學科[1]。

在系統(tǒng)工程初期階段，系統(tǒng)產(chǎn)生的信息均是以文檔的形式來描述和記錄。但是隨著系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度的不斷提高，這種基于文檔的系統(tǒng)工程面臨的困難越來越突出，如信息表示不準確，容易產(chǎn)生歧義、難以從海量文檔中查找所需信息、無法與其他工程領(lǐng)域的設(shè)計相銜接(如軟件、機械、電子等)。為了解決這些問題，基于模型的系統(tǒng)工程MBSE (Model Based Systems Engineering) [2]便產(chǎn)生了，這也正是未來系統(tǒng)工程發(fā)展的必然趨勢。

為了支持基于模型的系統(tǒng)工程MBSE，國際系統(tǒng)工程學會INCOSE以及對象管理組織OMG在對統(tǒng)一模型語言UML進行重用和擴展的基礎(chǔ)上，推出一種標準的系統(tǒng)建模語言SysML（Systems Modeling Language），消除了不同模型語言在表達法及術(shù)語上的不同，規(guī)范了符號和語義。同統(tǒng)一模型語言(unified modeling language，UML)主導了軟件工程設(shè)計一樣，SysML也將是統(tǒng)一系統(tǒng)工程的建模語言。

1 系統(tǒng)工程概述

《方法論》(Discours de la méthode)是法國著名哲學家、科學家和數(shù)學家勒內(nèi)?笛卡兒在1637年出版的著名論著。笛卡兒在方法論中提出了一套研究問題的方法，其中最典型的觀點就是把要研究的復雜問題，分解成比較簡單的小問題，再把小問題從簡單到復雜排列，先解決容易的問題。如果每一個小問題都解決好了，再組合起來的大問題自然就解決好了。

笛卡兒的理論和觀點對西方人的思維方式，行為模式以及科學研究方法產(chǎn)生了極大的影響。在十九世紀六十年代以前，西方科學研究的方法，基本都是按照笛卡兒的方法論進行的?！斗椒ㄕ摗穼ξ鞣浇茖W文化的飛速發(fā)展，起了極大的促進作用。一直到美國阿波羅號登月工程的出現(xiàn)，科學家們才發(fā)現(xiàn)，有的復雜問題根本無法分解，即使分解了，各個小問題之間也有關(guān)聯(lián)和沖突，必須以復雜的、整體的方法來解決，因此系統(tǒng)工程方法出現(xiàn)了，方法論的方法才被綜合性的系統(tǒng)工程方法所取代。

簡單地講，系統(tǒng)工程就是開發(fā)解決問題的系統(tǒng)的思想方法，按照這樣的方法和步驟就可以幫助人們了解一個系統(tǒng)，對于復雜的系統(tǒng)就不會使人感到無從下手。

2 基于模型的系統(tǒng)工程

基于模型的系統(tǒng)工程MBSE(Model-Based Systems Engineering)就是采用模型的表達方法來描述系統(tǒng)的整個生命周期過程中需求、設(shè)計、分析、驗證和確認等活動。

隨著系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度的提高，傳統(tǒng)的基于文檔的系統(tǒng)工程將產(chǎn)生大量的各種不同的文檔，它面臨的困難越來越明顯：

1）信息的完整性和一致性以及信息之間的關(guān)系難于評估和確定，因為它們散布于各種不同的數(shù)量巨大的文檔中。

2）難于描述各種活動。活動是動態(tài)的，有交互的，僅用文字描述對于相對簡單，參與方不多的活動還能勝任，但對于復雜活動就很難描述清楚了。

3）更改的難度很大。由于文檔的數(shù)量巨大，要確保所有需要更改的內(nèi)容都得到更改，將是個很難很大的工程。

基于模型的系統(tǒng)工程MBSE的出現(xiàn)就是為了解決基于文檔的系統(tǒng)工程方法的困難，相對于基于文檔的系統(tǒng)工程方法，它主要在以下幾個方面有所改進：

1）知識表示的無二義性。文字的描述經(jīng)常會因為個人理解的差異而產(chǎn)生不同的解釋，而模型是一種高度圖形化的表示方法，具有直觀、無歧義、模塊化、可重用等優(yōu)點，建立系統(tǒng)模型可以準確統(tǒng)一地描述系統(tǒng)的各個方面，如功能、詳細規(guī)范與設(shè)計等，對整個系統(tǒng)內(nèi)部的各個細節(jié)形成統(tǒng)一的理解，尤其是可以提高設(shè)計人員和開發(fā)人員之間的理解的一致性。

2）溝通交流的效率提高。隨著系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度的提高，各種文檔越來越多，相對于厚厚的技術(shù)文檔，閱讀圖形化的模型顯然更加便利直觀、無歧義，使得不同人對同一模型具有統(tǒng)一一致的理解，有利于提高系統(tǒng)內(nèi)各個需要協(xié)調(diào)工作部門之間的溝通與交流的效率，如顧客、管理人員、系統(tǒng)工程師、軟硬件開發(fā)人員、測試人員等。

3）系統(tǒng)設(shè)計的一體化。由于系統(tǒng)模型的建立是涵蓋系統(tǒng)的整個生命周期過程的，包括系統(tǒng)的需求、設(shè)計、分析、驗證和確認等活動，是一個統(tǒng)一整體的過程，可以提供一個完整的、一致的并可追溯的系統(tǒng)設(shè)計，從而可以保證系統(tǒng)設(shè)計的一體化，避免各組成部分間的設(shè)計沖突，降低風險。

4）系統(tǒng)內(nèi)容的可重用性。系統(tǒng)設(shè)計最基本的要求就是滿足系統(tǒng)的需求并且把需求分配到各個組成部分，因此建立系統(tǒng)的設(shè)計模型必然會對系統(tǒng)的各個功能進行分析并分解到各個模塊去實現(xiàn)，從而對于功能類型相同的模塊就不必重復開發(fā)了。

5）增強知識的獲取和再利用。系統(tǒng)生命周期中包含著許多信息的傳遞和轉(zhuǎn)換過程，如設(shè)計人員需要提取需求分析人員產(chǎn)生的需求信息進行系統(tǒng)的設(shè)計。由于模型具有的模塊化特點，使得信息的獲取、轉(zhuǎn)換以及再利用都更加方便和有效。

6）可以通過模型多角度的分析系統(tǒng)，分析更改的影響，并支持在早期進行系統(tǒng)的驗證和確認，從而可以降低風險，降低設(shè)計更改的周期時間和費用。

同其他工程學科（軟件、電子等）一樣，系統(tǒng)工程正在進行進化：從基于文檔的方法到基于模型的方法，而這也正是系統(tǒng)工程發(fā)展的必然趨勢。如圖1所示。

圖1系統(tǒng)工程表示方法的轉(zhuǎn)變

3 系統(tǒng)建模語言SysML

在SysML推出以前，系統(tǒng)工程使用的建模語言工具和種類很多，如IDEF0、行為圖、N2圖等。這些建模語言使用的符號和語義各不相同，各自為政，彼此之間互不支持，無法互操作和重用。系統(tǒng)工程缺乏一種強大的“標準的”建模語言，嚴重限制了系統(tǒng)工程和其他學科之間的有效溝通，影響了系統(tǒng)工程的質(zhì)量和效率。

為了支持基于模型的系統(tǒng)工程MBSE，是國際系統(tǒng)工程學會(International Couneil of Systems Systems Engineering，INCOSE)和對象管理組織(Object Management Group，OMG)聯(lián)合提出的一種通用的針對系統(tǒng)工程應(yīng)用的“標準系統(tǒng)建模語言”SysML (Systems Modeling Language)[3]，它可以支持系統(tǒng)工程應(yīng)用的多領(lǐng)域系統(tǒng)包含硬件、軟件、信息等系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、功能描述、系統(tǒng)驗證等。

系統(tǒng)工程經(jīng)過多年的發(fā)展，逐漸在各個層次的理論研究和工程實踐中提出了許多標準，如圖2所示為系統(tǒng)工程的標準框架。一般從方法學上來講，系統(tǒng)工程的實施可以分為5個層次，從頂層設(shè)計到具體實施分別是過程標準、體系結(jié)構(gòu)框架、建模方法、建模與仿真標準、數(shù)據(jù)交換標準，以及最底層的數(shù)據(jù)庫。SysML正是建模與仿真層的“標準建模仿真語言”。

圖2 系統(tǒng)工程的標準框架

SysML作為系統(tǒng)工程領(lǐng)域一種新的系統(tǒng)建模語言，主要是以軟件工程領(lǐng)域事實上的標準--統(tǒng)一模型語言UML (unified modeling language) 為基礎(chǔ)，集成了面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的可視化設(shè)計語言的優(yōu)勢，修改擴充了活動圖及需求圖，并將配置圖集成到裝配圖中，是系統(tǒng)工程領(lǐng)域推廣的標準系統(tǒng)建模語言。

SysML的設(shè)計目的是要解決系統(tǒng)工程中面臨的建模問題，為系統(tǒng)設(shè)計師提供一種簡單易學、功能強大的建模語言。SysML對于系統(tǒng)設(shè)計分析中系統(tǒng)的需求分析、結(jié)構(gòu)分析、行為描述、參數(shù)分配和屬性約束等描述特別有效，它支持結(jié)構(gòu)化和面向?qū)ο蟮亩喾N方法和多種過程。SysML在重用UML2．1的基礎(chǔ)上，對其進行了特定的擴充和修改。SysML與UML的關(guān)系圖如圖3所示。重疊部分表示SysML重用UML的部分，可見SysML在UML的基礎(chǔ)上還有特定的擴充和修改， UML中還有很多要素是不為SysML所用的要素。

圖3 SysML與UML關(guān)系圖

如圖4所示是SysML圖形分類，SysML一共定義了三類共9種圖形來描述模型的各個方面特征。分別是需求圖、結(jié)構(gòu)圖和行為圖。結(jié)構(gòu)圖包括方框圖、內(nèi)部塊圖、包圖和參數(shù)圖，其中參數(shù)圖是SysML新增的圖形，方框圖、內(nèi)部塊圖是在UML的基礎(chǔ)上擴展和修改的，包圖是重用UML的圖形；行為圖包括活動圖、順序圖、狀態(tài)機圖和用例圖，其中只有活動圖是在UML的基礎(chǔ)上擴展和修改的，其它都是重用UML的圖形。為了加強需求的分析設(shè)計，需求圖也是SysML新增的圖形。

圖4 SysML圖形分類

4 SysML在系統(tǒng)建模中的應(yīng)用

限于篇幅，本文僅以汽車的剎車系統(tǒng)ABS系統(tǒng)為例，運用SysML系統(tǒng)模型語言簡單描述一下該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、活動、參數(shù)和需求等。

第一步，描述需求。為了加強對系統(tǒng)需求的分析設(shè)計，SysML新增了需求圖。需求是指系統(tǒng)必須滿足的能力或條件，一個需求能夠分解成多個子需求。需求圖能夠描述系統(tǒng)的詳細需求以及分系統(tǒng)的需求、各需求之間以及需求和其他建模元素之間的關(guān)系。SysML用requirements說明需求，需求圖有點類似于類圖，有兩個屬性：text和id。text是需求的文本描述，id是需求的標識符。如圖5所示為剎車系統(tǒng)的需求，詳細的需求描述又分為兩項，一項為制動距離，具體為在干燥平整的了路面上車輛應(yīng)在150英尺范圍內(nèi)完成從60公里/小時到停止的制動。另一項是反鎖死行為的需求描述，具體即在所有的剎車條件下，剎車系統(tǒng)都應(yīng)該阻止輪胎鎖死。

圖5 剎車需求圖

第二步，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。如圖6所示是用SysML的包圖描述ABS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。ABS系統(tǒng)主要是由電子設(shè)備中心處理器、反鎖死控制器、電子液壓閥門、牽引力探測器和剎車調(diào)節(jié)器組成。牽引力探測器和剎車調(diào)節(jié)器是反鎖死控制器的組成部分，代號為d1和m1，同時可以看出牽引力探測器有信息傳給電子設(shè)備中心處理器，剎車調(diào)節(jié)器控制電子液壓閥門。通過這個圖，可以看出ABS系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)以及各部分相互之間的關(guān)聯(lián)。

圖6 ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖7所示是用SysML的內(nèi)部塊圖描述反鎖死控制器的內(nèi)部關(guān)系?？梢姺存i死控制器有兩個子單元，即牽引力探測器和剎車調(diào)節(jié)器。牽引力探測器輸出一個控制信號c2到剎車調(diào)節(jié)器的輸入端。

圖7 反鎖死控制器內(nèi)部塊圖

第三步，描述系統(tǒng)的行為，即活動。SysML的行為圖有四個圖形：順序圖、活動圖、狀態(tài)機圖和用例圖。由于這個系統(tǒng)較小，行為比較簡單，我們只用活動圖就可以描述清楚系統(tǒng)的行為。如圖8所示是用SysML的活動圖描述反鎖死控制的活動行為。可見反鎖死控制活動相關(guān)的有兩個子單元（兩個泳道），即牽引力探測器和剎車調(diào)節(jié)器。當牽引力探測器發(fā)現(xiàn)牽引力丟失后就發(fā)送控制信號c2給剎車調(diào)節(jié)器控制剎車的力度。

圖8 反鎖死控制活動圖

第四步，通過參數(shù)圖分析各系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系。參數(shù)圖也是SysML新增的圖形，參數(shù)關(guān)系沒有方向，只是說明了一個屬性值的變化對其他的屬性值有影響。參數(shù)約束關(guān)系可以描述系統(tǒng)的各屬性之間的相互關(guān)系，可以是基本的數(shù)學操作符，也可以是相互關(guān)系的數(shù)學表達式。如圖9所示為直線行車的動力參數(shù)圖，其中e1是剎車力度等式；e2是加速度等式；e3是速度等式；e4是距離等式。分別可見f=(tf*bf)*(1-tl)；f=m*a；a=dv/dt；v=dx/dt。

圖9 直線行車的動力參數(shù)圖

系統(tǒng)中經(jīng)常重復利用的各種參數(shù)、變量或者某個模塊都應(yīng)該在包圖中定義出來，圖9中的各個變量（tf、bf、m、a、t、v、tl等）就應(yīng)在包圖中定義，如圖10所示。

圖10 直線行車的動力分析包圖

限于篇幅，本文舉的這個例子是對簡單小系統(tǒng)的描述過程，建模和分析過程比較簡單。對于復雜大系統(tǒng)通常也是這個過程，即從系統(tǒng)的需求分析開始，只不過系統(tǒng)需要逐級分解描述各個分系統(tǒng)的需求、結(jié)構(gòu)、行為以及各個分系統(tǒng)之間的關(guān)系。需要說明的是，SysML是標準建模語言，而不是標準過程或方法。不同的系統(tǒng)工程應(yīng)用領(lǐng)域要求不同的過程，SysML獨立于任何一種系統(tǒng)工程過程和方法，但支持任何過程和方法。

5 結(jié)論

本文簡要介紹了基于模型的系統(tǒng)工程和SysML模型語言并以汽車的ABS系統(tǒng)為例建立了基于SysML的系統(tǒng)模型。限于篇幅SysML的其他圖形以及圖形的混合用法沒有介紹。

SysML是是國際系統(tǒng)工程學會(International Couneil of Systems Systems Engineering，INCOSE)和對象管理組織(Object Management Group，OMG)聯(lián)合提出的一種通用的針對系統(tǒng)工程應(yīng)用的“標準系統(tǒng)建模語言”，能對系統(tǒng)工程的各種問題建模。消除了不同模型語言在表達法及術(shù)語上的不同，規(guī)范了符號和語義。目前系統(tǒng)工程領(lǐng)域的各工具開發(fā)商都在致力于SysML建模與仿真環(huán)境的開發(fā)，市場上也已經(jīng)有不少相關(guān)產(chǎn)品，相信同統(tǒng)一模型語言(unified modeling language，UML)主導了軟件工程設(shè)計一樣，SysML也將統(tǒng)一系統(tǒng)工程的建模語言。SysML的廣泛應(yīng)用必將提高系統(tǒng)工程之間以及和其他學科之間的有效溝通，將有力地推動系統(tǒng)工程理論和實踐的發(fā)展。

參考文獻：

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[6] OMG.SysML-v0.9-PDF-050110.pdf[EB/OL].(2005-01-10),[2005-04-18].,2005.

篇（8）

中圖分類號：C37 文獻標識碼：A 文章編號：

快速繪圖與建模是近年來計算機技術(shù)研究的重點內(nèi)容之一。目前繪圖和建?；静捎脜?shù)化技術(shù)、變量化技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)。普通用戶短時間內(nèi)難以掌握上述方法。本文筆者根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗，探討了繪圖與數(shù)據(jù)處理。

一、數(shù)據(jù)處理

AutoCAD是繪圖軟件，Excel是辦公軟件，兩者的數(shù)據(jù)格式并不相同，直接利用Excel文檔中的測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)快速繪圖首先要做的工作是數(shù)據(jù)處理，即如何把文檔中的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AutoCAD繪圖的矢量數(shù)據(jù)。本文利用Excel的數(shù)據(jù)處理能力把Excel中得測繪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)并按一定的方式保存在Excel中，以便于AutoCAD直接讀取這些數(shù)據(jù)進行繪圖。

1、數(shù)據(jù)解析

測繪數(shù)據(jù)在文檔采用圖表方式描述，數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)元素關(guān)系屬于樹型集合結(jié)構(gòu)，即表中的數(shù)據(jù)元素是“屬于同一個集合”(這些數(shù)據(jù)屬于同一建筑)。從結(jié)構(gòu)上看，該結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素之間存在著一對多的關(guān)系，其中的根節(jié)點表示建筑物的邊長，子節(jié)點表示室(戶)的邊長，葉子節(jié)點表示房間的邊長。這種存儲結(jié)構(gòu)可以方便的將數(shù)據(jù)按建筑的幾何特性進行有效組織，并將其轉(zhuǎn)換為能夠方便的進行編輯和移動的節(jié)點的形式；而且這種樹狀結(jié)構(gòu)非常適合系統(tǒng)進行各種遍歷操作。由于文檔中的測量數(shù)據(jù)在格式、組織等方面與CAD完全不同，因此要實現(xiàn)快速繪圖必須把文檔中的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成CAD的格式，進而驅(qū)動CAD自動繪圖。數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換正是數(shù)據(jù)解析所要做的工作。數(shù)據(jù)解析首先對讀入內(nèi)存的文件進行遍歷，讀取所需要的數(shù)據(jù)元素，將其轉(zhuǎn)換成樹形層次結(jié)構(gòu)，其中樹的根節(jié)點表示整個建筑物的尺寸信息，第二層表示房間之間的分界線，葉子節(jié)點表示各房間的墻線信息；然后把根節(jié)點和子節(jié)點的數(shù)據(jù)值賦給對應(yīng)的數(shù)組，每一個數(shù)組表示對應(yīng)節(jié)點的坐標。解析就是把每一節(jié)點值轉(zhuǎn)換成CAD中對應(yīng)點的坐標格式。

2、Excel概述

Microsoft Excel是美國微軟公司開發(fā)的Windows環(huán)境下的電子表格系統(tǒng)，它是目前應(yīng)用最為廣泛的辦公室表格處理軟件之一。Excel軟件的強大的數(shù)據(jù)處理功能和操作的簡易性逐漸走入了一個新的境界，整個系統(tǒng)的智能化程度也不斷提高。Excel具有強有力的數(shù)據(jù)庫管理功能、豐富的宏命令和函數(shù)、強有力的決策支持工具，它具有以下主要特點：分析能力、操作簡便、圖表能力、數(shù)據(jù)庫管理能力五、宏語言功能、樣式功能、對象連接和嵌入功能。

3、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的任務(wù)是把Excel中的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)并按一定順序保存在Excel中。其工作工作機理：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換實質(zhì)是把Excel工作簿(Workbooks)中工作表(worksheet))中數(shù)據(jù)，按預設(shè)的轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)再保存到另一張工作表(worksheet2)中。

二、基于文檔快速繪圖

（一）快速繪制二維平面圖

1、圖形的分解

建筑物圖形的分解是按照文檔中的數(shù)據(jù)關(guān)系和拓撲關(guān)系來進行。測量數(shù)據(jù)在文檔中采用圖表方式描述，數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)關(guān)系屬于樹型集合結(jié)構(gòu)，即表中的數(shù)據(jù)是“屬于同一個集合”(這些數(shù)據(jù)屬于同一建筑)。從結(jié)構(gòu)上看，該結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素之間存在著一對多的關(guān)系，即多個數(shù)據(jù)對應(yīng)一個建筑結(jié)構(gòu)。根節(jié)點表示建筑物的邊長，子節(jié)點表示室的邊長，葉子節(jié)點表示房間的邊長。

2、定義基本圖元對象

根據(jù)圖形的分解結(jié)果，把基本圖形定義為圖元對象并設(shè)置參數(shù)控制其的大小和形狀，用轉(zhuǎn)換后的矢量數(shù)據(jù)對參數(shù)賦值。圖元參數(shù)表示基本圖形的端點坐標。這種繪圖方法即能繪制形狀不同的圖形(克服了參數(shù)化繪圖只能繪制形狀相同的圖形)，又避免控制參數(shù)的人工輸入，把人機交互式輸入?yún)?shù)改為程序自動讀取數(shù)據(jù)。

利用VB中對象定義語句創(chuàng)建輪廓線圖元對象，把輪廓線圖元定義為AcadLWPolyline的對象，設(shè)置一組參數(shù)變量作為參數(shù)，參數(shù)值用來表示建筑物輪廓的各點坐標，用Linewithds和Linecolor等變量用來定義線寬線型顏色等。

3、繪制基本圖形

繪制輪廓線：把輪廓線圖元對象定義完成后，即可對參數(shù)賦值。數(shù)據(jù)處理中轉(zhuǎn)換的矢量數(shù)據(jù)保存在Excel中，打開Excel讀出單元格中的矢量數(shù)據(jù)對圖元參數(shù)賦值，再用繪圖語句調(diào)用圖元對象參數(shù)進行繪圖。

4、基本圖形的組合

整個建筑的輪廓線、室線、房間線繪制完成后，不同墻線相交時可能會有多余的交叉，此時需要把這些多余的墻線刪除。根據(jù)數(shù)據(jù)處理中的拓撲關(guān)系判斷哪些線段是多余線段。如當分戶線與房間線相交時，房間以外的線段即為多余線段。選擇多余的墻線，再調(diào)用修剪命令(Trim)刪去多余的墻線；或者定義一個集合把所有多余墻線放入其中，再把該集合置空。即可得到建筑平面圖。

5、繪圖示例

下面是某辦公樓的快速繪圖過程。

調(diào)用繪圖模塊，選擇繪制輪廓線，系統(tǒng)從文檔中讀取測量數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)矢童化，對輪廓線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的參數(shù)賦值，驅(qū)動CAD繪制辦公樓的外部輪廓線。再分別選擇繪制分戶線、繪制房間線，完成辦公樓的分戶線、房間線的繪制，最后用修剪語句((Trim)刪除草圖中的多余線段，即可得到辦公樓的平面圖。繪圖過程如圖.

繪圖過程示例

（二）快速繪制三維線框圖

建筑物一般由大量基本構(gòu)件組成，如房屋中的房頂、墻體，涼亭的柱等，這些基本構(gòu)件可視為可再分的結(jié)構(gòu)。建筑實體中絕大部分構(gòu)件的幾何形態(tài)都是標準的，其建模方法有規(guī)則可循，可以通過少量的特征參數(shù)來表達。改變特征參數(shù)的值可以控制構(gòu)件的大小和形狀。本文通過特征參數(shù)對構(gòu)件對象建模，構(gòu)件模型通過布爾運算組成建筑模型。這種建模方法的優(yōu)點一方面是降低建模難度。傳統(tǒng)建模方法是對整個建筑建模，本文是對構(gòu)件建模。對構(gòu)件建模比對整個建筑建模簡單得多，對構(gòu)件建模更易于實現(xiàn)。另一方面利用計算機自動建模技術(shù)提高建模速度。在傳統(tǒng)建模中數(shù)據(jù)的輸入和建模過程都靠人工完成，這是造成傳統(tǒng)建模速度較慢的主要原因?？焖俳０褦?shù)據(jù)輸入和建模過程全部交給計算機完成，因而大大提高建模速度。

結(jié)束語

以上就是筆者在工作中的一些工作體會，當然還有待繼續(xù)研究完善，比如：進一步完善繪圖和建模方法，歸納齊全規(guī)則對象和不規(guī)則對象結(jié)構(gòu)特點；進一步完善系統(tǒng)功能，使之不僅能夠繪圖、建模，還能對建立的對象進行材料、載荷等性能進行分析研究等。

【參考文獻】

篇（9）

一、傳統(tǒng)建模方法存在的問題及研究現(xiàn)狀

目前，城市設(shè)計傳統(tǒng)建模方法存在的問題有：

一是三維可視化不強。現(xiàn)有城市設(shè)計主要基于平面二維設(shè)計的方法，完成方案之后，再開展三維建模。由于可視化不強，在對方案進行評價時，無法觀察到很多方案細節(jié)。此外，在設(shè)計方案時，設(shè)計師往往只能憑借經(jīng)驗，無法在一個虛擬的環(huán)境下感受建筑的尺度、比例、色彩對比等。

二是建模過程復雜。通常來說，城市設(shè)計要對一定區(qū)域內(nèi)所有建筑進行三維建模，數(shù)量巨大任務(wù)繁重。傳統(tǒng)建模對單棟建筑可以做到很精細的程度，對于大量建筑群就顯得力不從心。同時，由于還要考慮到城市建筑風格、建筑色彩等問題，需要花費大量精力在建筑外表面上進行設(shè)計，無疑加大了建模的工作量。

三是群眾參與性不高。傳統(tǒng)城市設(shè)計是自上而下的方式，由設(shè)計方設(shè)計并交甲方（政府）評審，根據(jù)甲方意見修改設(shè)計，廣大群眾無法有效參與到設(shè)計之中。

目前國內(nèi)對城市三維建模及可視化有一定的研究。劉增良、楊軍、張保鋼（2009）探討了目前主流的三維建模技術(shù)方法，并且在實際的三維規(guī)劃中對各類三維建模技術(shù)進行了綜合應(yīng)用[1]；閻鳳霞、張明燈（2009）提出三維數(shù)字城市構(gòu)建和實現(xiàn)方法[2]；冉磊、高磊、張宇琳、楊艷峰（2010）又進一步論述了三維數(shù)字城市建立的路線、技術(shù)流程及數(shù)據(jù)處理過程，最后探討了數(shù)據(jù)更新和維護及三維數(shù)字城市技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[3]；王法（2011）以奉化市為例，對城市三維仿真建模的基本技術(shù)路線和方法進行探討和研究，為三維地形、模型、參加的優(yōu)化在城市規(guī)劃中的應(yīng)用提供了方法[4]。

在三維建模方法，應(yīng)用最多的是基于3DGIS系統(tǒng)。單楠（2009）采用SketchUp和ArcGIS相結(jié)合的方法進行了三維GIS的開發(fā)，并在小區(qū)三維可視化管理系統(tǒng)中得到了應(yīng)用[5]；吳學強、孫建剛、李想（2013）將ESRI CityEngine用于大慶石油儲庫的場景建模中，提出基于規(guī)則的建模平臺，使得使用者只需要改變模型的參數(shù)就可以創(chuàng)造出更多的模型或者不同的設(shè)計方案[6]。

從目前國內(nèi)的研究現(xiàn)狀上分析可以發(fā)現(xiàn)以下兩個問題：

一是研究中涉及到三維建模與城市設(shè)計的很少。大多數(shù)研究是基于三維建模的城市，以及數(shù)字城市的發(fā)展。對于如何讓參數(shù)化三維建模在城市設(shè)計中起到作用，如何通過三維建模在區(qū)域場景中直接開展規(guī)劃設(shè)計，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可視化等問題的研究，涉及度以及深度都遠遠不足。

二是城市規(guī)劃領(lǐng)域三維建模對新技術(shù)研究不足。目前城市規(guī)劃領(lǐng)域的研究大多是基于SketchUp、ArcGIS及其拓展程序，而這些軟件在使用過程中都有一定的局限性。對于當前城市設(shè)計中面臨的種種問題，亟需引入新的技術(shù)方法，來打破傳統(tǒng)設(shè)計理念的桎梏。然而，國內(nèi)對新技術(shù)的研究卻還沒有大的突破。

二、基于城市引擎CityEngine的三維城市設(shè)計方法

（一）基本原理

參數(shù)化建模（Parametric Modeling）是用專業(yè)知識和規(guī)則來確定幾何參數(shù)和約束的一套建模方法，通過簡單地改變模型中的參數(shù)值就能建立和分析新的模型。本文的研究是將參數(shù)化建模建立在CityEngine這一軟件平臺上。

CityEngine是基于規(guī)則進行建模的軟件，它的建模速度快，規(guī)則模型可重用性強，基于工作流場景畫面顯示流暢，并能實時、動態(tài)、有效地優(yōu)化城市設(shè)計場景模型。

將CityEngine與ArcGIS相結(jié)合，協(xié)調(diào)建模。首先在ArcGIS中將建模所需的二維數(shù)據(jù)處理好，通過Geodatabase文件導入模型基底到CityEngine中；然后將已經(jīng)整理好的規(guī)則應(yīng)用于基底，這時初步的模型就建立起來。這里的規(guī)則是指預先對模型進行的各項定義，如建筑風格、建筑層數(shù)、道路寬度、綠化布置等，這是CityEngine的核心部分，存儲在規(guī)則文件.Cga中；接著就要在CityEngine中通過修改參數(shù)來修改模型，并在這個過程中反復修改方案。在CityEngine中，一組參數(shù)對應(yīng)一個規(guī)則，每個規(guī)則所建立的模型也不同，因此我們通過應(yīng)用不同的規(guī)則來直觀地觀察不同方案的合理性；同時CityEngine也為使用者提供了大量科學的分析，如日照分析、視域分析、天際線分析等，通過這些分析來調(diào)整方案，達到建模與方案設(shè)計同步進行，并使二者產(chǎn)生積極的互動，最終通過參數(shù)化及可視化的方式，完成整個城市設(shè)計。

（二）方法應(yīng)用

1.準備工作

（1） 二維數(shù)據(jù)

將CityEngine與ArcGIS相結(jié)合，實現(xiàn)二維數(shù)據(jù)到三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，在建模之前要構(gòu)建模型基底（圖1），主要在ArcGIS中進行，以AutoCAD輔助。

（2） 規(guī)則

應(yīng)用CityEngine為城市設(shè)計建立模型，其高效性來源于規(guī)則的使用，在真正建立模型前，要建立相應(yīng)的規(guī)則庫。城市引擎CityEngine建立的模型可以實現(xiàn)共享，因此規(guī)則的來源之一就是采用其他設(shè)計者已經(jīng)建立好的規(guī)則；另外也可以預先按照設(shè)計要求自己設(shè)定規(guī)則，例如要建立一個高12米、層高為3米的建筑，就可采用以下語句：

Attr height=12

Lot——>extrude （height） Mass

Mass——>aplit（y） （～3：Floor）*

城市設(shè)計建模所包含的要素十分豐富，建筑、道路、綠化等都需要準備相應(yīng)規(guī)則，而且規(guī)則不能過于單一，要建立多個規(guī)則以供修改方案使用。

2.模型建立

將ArcGIS中的二維數(shù)據(jù)通過GeoDatabase文件導入到CityEngine場景中，拖入規(guī)則到指定地塊，快速建立模型（圖2、圖3）。

3.模型優(yōu)化

為了達到三維建模輔助城市設(shè)計的目的，要開始在CityEngine中調(diào)整模型，以到達最優(yōu)設(shè)計。

調(diào)整模型的方法有三種：一是在檢閱視圖（Inspector）中修改。當我們想要調(diào)整某棟建筑的高度時，可以選中該建筑，再在同步彈出的Inspector工具欄中調(diào)整高度參數(shù)，或者重新輸入新的高度數(shù)值。二是在規(guī)則的定義中修改語句。先將規(guī)則文件進行調(diào)整，然后重新加載進CityEngine的場景中。如：修改建筑的規(guī)則高度改變最初所設(shè)定的高度，修改語句attr height=18，在規(guī)則中將原來建筑的高度由12m改為18m。三是在規(guī)則交互視圖（Model Hierarchy）中修改規(guī)則參數(shù)。CityEngine中規(guī)則文件的可視管理使我們可以很方便地改寫視圖參數(shù)，調(diào)整規(guī)則視圖的組塊結(jié)構(gòu)就可以高效直觀地增減或刪改規(guī)則。

4.模型分析

CityEngine中提供了多種專業(yè)分析，來輔助城市設(shè)計，進行方案的修改。如參照陰影分析（Shadow Analysis）可以調(diào)整建筑高度、建筑密度等參數(shù)；通過天際線分析（Skyline Analysis）可以改變建筑布局、建筑高度等，由此進一步完善城市設(shè)計方案，使最終的方案更加科學，這是在普通的建模軟件中無法實現(xiàn)的操作。

5.成果輸出，完成城市設(shè)計

方案的設(shè)計和修改與模型的建立實現(xiàn)良性互動，當方案最終確立后，最終的效果圖也同步完成。

三、結(jié)論與展望

將CityEngine、ArcGIS等先進數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于城市設(shè)計，可以彌補傳統(tǒng)城市設(shè)計中的不足之處：

第一，參數(shù)化建模大大提高城市設(shè)計效率。Esri CityEngine可以利用二維數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建三維場景，而且對ArcGIS的完美支持，使很多已有的基礎(chǔ)GIS數(shù)據(jù)不需要轉(zhuǎn)換即可快速實現(xiàn)三維建模，減少了系統(tǒng)再投資的成本，也縮短了三維GIS系統(tǒng)的建設(shè)周期。

第二，規(guī)則的應(yīng)用使城市設(shè)計走向可視化、科學化。CityEngine最關(guān)鍵、最強大的功能之一，是通過提供可視化的、交互的對象屬性參數(shù)修改面板來調(diào)整規(guī)則參數(shù)值，比如房屋高度、屋頂類型、貼圖風格等，可以立刻看到調(diào)整后的效果。

第三，使用CityEngine進行建模實現(xiàn)城市模型共享。CityEngine基于WebGL技術(shù)，大多數(shù)的瀏覽器都無需安裝插件便可直接使用。此外該軟件與當前主流的GIS平臺ArcGIS緊密集成，讓使用者可以在工作中輕松使用海量的3D城市模型。

CityEngine開啟了全新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，新技術(shù)的出現(xiàn)使得規(guī)則化大規(guī)模快速城市建模成為了可能，這將大大提高城市設(shè)計的建模高效化、分析科學化、三維可視化，并對于提高公眾參與度具有重大意義，使城市設(shè)計在新技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域上升到更高水平。

參考文獻：

[1]劉增良，楊軍，張保鋼.面向城市規(guī)劃的三維建模技術(shù)探討與應(yīng)用[J]. 北京測繪，2009（2）：1—3.

[2]閻鳳霞，張明燈.三維數(shù)字城市構(gòu)建技術(shù)[J]. 測繪學刊，2009，32（2）：93—96.

[3]冉磊，高磊，張宇琳，楊艷峰.三維數(shù)字城市技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J]. 城市勘測，2010（2）：99—101.

篇（10）

中圖分類號： TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）03-0000-00

1、引言

隨著現(xiàn)代軟件工程的復雜程度不斷提高，而軟件項目也產(chǎn)生了越來越多的問題，像軟件項目的花費以及維護費用越來越高，以及軟件開發(fā)的周期也越來越長等，而一個優(yōu)秀的模型系統(tǒng)的建立成為必要。UML已經(jīng)成為通用建模語言的工業(yè)標準，而工業(yè)在競爭激烈的市場中生存發(fā)展，則就需要基于UML的適用于需求分析、概要設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的軟件開發(fā)支持環(huán)境。而與傳統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境不同的是，它能廣泛覆蓋軟件開發(fā)的各方面，同時其支持環(huán)境提供了全面的軟件建模支持以及良好的體系結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)者提供最好的服務(wù)。

2、基于UML的軟件開發(fā)方法

在對基于UML的軟件開發(fā)方法探索時，則傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法必然有其不足之處。其一，很難準確的理解以及表達系統(tǒng)需求。畢竟準確、透徹的理解系統(tǒng)需求是軟件開發(fā)的首要任務(wù)。其二，很難處理系統(tǒng)需求的變化。當前，軟件系統(tǒng)更新較快，這就要求研發(fā)的周期要盡可能的短，同時在開發(fā)過程中要調(diào)整需求。其三，風險大以及軟件復用率低。傳統(tǒng)的開發(fā)方法，開發(fā)中大多是一段程序或者是模塊的復用，軟件復用的利用率和效果都不是很好。其四，軟件的可維護性較差。這是由于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法中，需求分析、設(shè)計和編碼以及測試之間存在著鴻溝所造成的。

由于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法存在著諸多的弊端，而無法適應(yīng)當今復雜并具有人性化的軟件系統(tǒng)。則在眾多開發(fā)中基于UML的軟件開發(fā)方法成為首選。UML是一種建模語言，并不是一種面向?qū)ο蟮慕７椒ā．斍耙灿蠷UP、OPEN以及OOSP等較為流行的開發(fā)過程，但通過比較RUP最為完善，與UML形成了最好的結(jié)合，是UML推薦使用的軟件開發(fā)過程。

首先，RUP建?？蚣苣Ｐ?。從軟件工程過程的角度看，RUP是一個軟件開發(fā)過程，是一個將用戶需求轉(zhuǎn)化成軟件系統(tǒng)的一組有序的步驟。RUP是一種二維結(jié)構(gòu)的軟件開發(fā)過程。在RUP的二維開發(fā)模型中，則包括階段與迭代內(nèi)容。階段是軟件開發(fā)過程隨著時間的動態(tài)組織。RUP把一個開發(fā)周期分成四個連續(xù)的階段，有初始階段、細化階段、構(gòu)造階段和移交階段。而迭代是一個完整的開發(fā)循環(huán)，它的結(jié)果是可執(zhí)行產(chǎn)品的一個版本，是正在開發(fā)的最終產(chǎn)品的一個子集。當然，在上述的內(nèi)容中可見，RUP建?？蚣苣Ｐ椭幸泊嬖谶@不足。則基于領(lǐng)域分析的RUP改進模型框架出現(xiàn)，它是一種三維模型，包括領(lǐng)域維、生命周期維和階段維?；陬I(lǐng)域分析的RUP改進模型動態(tài)建模技術(shù)主要有兩個部分組成，領(lǐng)域建模方法和基于領(lǐng)域分析的RUP改進模型的動態(tài)建模方法。開發(fā)系統(tǒng)的最終目的是建立一個可執(zhí)行的系統(tǒng)，在軟件開發(fā)過程中，RUP為需求、分析、設(shè)計、實現(xiàn)以及測試提供了很好的指導。

3、基于UML的軟件開發(fā)支撐環(huán)境

基于UML的軟件開發(fā)支撐環(huán)境方面，國際上已經(jīng)進行了一些研究和實際開發(fā)工作。特別是Rational公司的Rational Rose是目前國際上應(yīng)用最廣泛以及功能最強大的UML支撐環(huán)境。而國內(nèi)對于UML支撐環(huán)境的研制開發(fā)工作尚處于起步階段，而比較典型的有UML_Designer。而其按照功能劃分包括建模和模型管理子系統(tǒng)，模型檢查和代碼生成子系統(tǒng)以及逆向變換和構(gòu)件支持子系統(tǒng)以及工程管理和支持子系統(tǒng)。其中Rational Rose提供了UML的所有建模元素的可視化編輯環(huán)境，基于組件的開發(fā)以及對軟件開發(fā)全過程的支持，其中, Rational Rose目前在面向?qū)ο蠓治觥⒔Ｒ约霸O(shè)計工具市場上都起著主導作用。

基于UML的軟件開發(fā)支撐環(huán)境主要包括UML建模環(huán)境、UML模擬環(huán)境以及自動代碼生成環(huán)境和逆向變換環(huán)境等。而這些環(huán)境均是基于UML的語法規(guī)則和語義定義。在UML建模環(huán)境中主要實施的是對UML各種圖形的可視化支持，除了完成最基本的圖形編輯功能外，還要能進行語法檢查和一致性檢查，從而保證系統(tǒng)模型的完整性。其結(jié)構(gòu)體系主要包括對象管理系統(tǒng)、圖形支持庫以及結(jié)構(gòu)化圖形編輯器生成工具等。自動代碼生成，就是把為系統(tǒng)建立的各級分析以及設(shè)計模型轉(zhuǎn)換成特定語言的代碼，自動代碼生成是以信息中心庫為基礎(chǔ)的。當用戶對生成的代碼進行修改后，逆向變換機制將用戶的修改轉(zhuǎn)換到模型上，保證模型和代碼的一致性。代碼的生成主要是通過五個步驟后生成，有檢查系統(tǒng)模型，生成組件并將類賦予組件，設(shè)置代碼生成屬性，選擇生成對象，生成代碼。UML模擬環(huán)境支持UML的動態(tài)模型的模擬以及系統(tǒng)功能和用戶界面的模擬和系統(tǒng)性能的模擬。作為一個良好的建模和開發(fā)支持工具，以支持對系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的建模，即在不同系統(tǒng)配置和功能分配的情況下，對系統(tǒng)性能進行模擬。

4、結(jié)語

建模是開發(fā)優(yōu)秀軟件的所有活動中的關(guān)鍵部分，其目的是為了更好的理解、分析以及設(shè)計和實現(xiàn)所構(gòu)造的系統(tǒng)。而統(tǒng)一建模語言UML的出現(xiàn)是軟件工程領(lǐng)域的重大突破，在對基于UML的軟件開發(fā)方法以及軟件支撐環(huán)境的研究中，雖然開發(fā)設(shè)計的探討中，對全局性的框架部分有著理論以及相關(guān)實踐的支持，特別是國內(nèi)開發(fā)的UML_Designer開發(fā)支持環(huán)境，雖然并不是很完善，但也有著更大的發(fā)展前景。諸多不完善的地方主要有以下方面，對于UML的應(yīng)用仍需要更多的實踐對其進行評價，同時基于UML的動態(tài)建模技術(shù)和基于構(gòu)件的開發(fā)技術(shù)還需要進一步結(jié)合等。對于這些方面的不足，有的需要進一步探討研究，有的需要更多的實踐應(yīng)用及反復測試得到更多的數(shù)據(jù)作為依據(jù)。

參考文獻

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