基于uml的城市污水处理系统建模

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1、随着水资源的日益短缺和对环境污染的日益重视，污水处理越来越受到人们的关注。与其他工业处理系统相比，污水处理系统的整个处理过程由许多单元组成，在不同的单元有可能发生不同的反应，如化学、物理和生物反应，因此在研究污水处理过程中需要面向单元对象分析，而不能单纯进行系统的整体建模分析，同时提供优良的低端通用型语言支持、高效的数值程序以及优化工具也是仿真软件开发中的重要方向。基于UML的建模更能全面、准确地反映污水处理中的工艺细节和系统的对象（类）及其之间的交互，充分捕获用户的实际需求。 1统一建模语言（UML）及相关技术介绍面向对象的分

2、析与设计（OOAManagementGroup）所接受，发布了UML的标准版。如今，UML已成为公认的最好的分析和设计面向对象软件的标准建模语言[1]，而不是建模方法。它不包含任何具体的过程，即它并不讲述如何运用面向对象的概念与原则去进行系统建模[2]，而只是定义了用于建模的各种元素，以及由这些元素所构成的各种图的构成规则。这使得UML作为一种建模工具，在面向对象领域有着广泛的用途，特别是针对城市污水处理这样一个复杂系统。RationalRose是Rational公司推出的一款支持UML可视化建模的工具软件，它包括了用例、逻辑、

3、组件和部署视图，支持面向对象分析和设计，在不同的视图中建立相应的UML图形，反应系统的不同特征。 从UML建模应用的角度看[3]，一个最大的特点就是在设计一个系统时采用面向对象技术，一般需要经过以下三个步骤：（1）功能需求的描述；（2）根据功能需求建立系统的静态模型；（3）在静态视图的基础上，分析和设计系统的动态行为。 总的来说，UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术，而且它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程[4].2

4、城市污水处理仿真软件的建模仿真2.1用例建模用例图（UseCaseDiagrams）是由软件需求到最终实现的第一步，在UML中用例图用于对系统、子系统或类的行为的可视化，以便系统的用户更容易理解这些元素的用途，也便于软件开发人员最终实现这些元素。在UML建模过程中，可以使用用例图对系统的语境进行建模，强调系统外部的参与者。 UML中的用例描述了一组用例、参与者以及它们之间的关系，因此用例图包括三方面内容：用例（UseCase）；参与者（Actor）；参与者之间的关系，包括泛化关系、包含关系、扩展关系等。 （1）定义系统目标与角色

5、：通过对污水仿真系统功能的分析，本系统的开发目标是提供一个运行稳定、仿真准确、功能完备的被控对象，主要使用者是验证控制方案的学生，因此学生是本仿真系统的主要角色；（2）分析角色与系统的交互，确定系统用例：一个良好的被控对象，仿真结果的准确性是最起码的要求，同时要求能够灵活设置参数，高效地进行过程控制，实时数据的趋势显示，仿真结果的数据存取。据此，污水处理系统的主要用例有7个，分别是：参数设置、历史趋势显示、数据存取、3D通讯、处理工程控制、重置冷态和转PLC外部控制。PLC外部控制是其下一步扩展功能，其主要职责是处理下位机的信号

6、数据，用户还可以通过扩展的3D通讯接口实现逼真的现实模拟。 图1描述了污水仿真软件总用例，其中描述的用例实际上就是污水仿真系统中的一个子系统功能，在实际的功能需求分析与设计中，用例粒度的大小根据实际的功能需求来界定。 2.2污水处理系统的业务流程分析与设计用例图只是表达了系统的功能需求，没有描述系统随时间变化的行为，这些行为是用从静态视图中抽取系统的瞬间值的变化来描述的。UML时序图描述了对象之间传递消息的时间顺序，它用来表示用例中的行为顺序，是强调消息时间顺序的交互图。时序图包括4个元素：对象（Object）、生命线（Life

7、line）、激活（Activation）和消息（Message）。污水处理系统的操作时序图如图2所示。这张操作时序图描述了污水仿真软件的一般性操作流程：首先登录仿真系统，验证用户名及其密码，经过后台验证后进入主界面；在操作主界面，用户可以使用默认的参数值，例如进水流量、曝气池容积、DO浓度、曝气空气流量、COD浓度等关键参数，也可以根据控制方案的需要修改初始参数值；用户可以配置运行环境，如仿真步长、仿真时间等参数；接着，封装为独立类的污水仿真引擎，对外表现为一个黑箱，仅开放接收数据和显示数据的接口，内部进行迭代仿真运算；用户此时

8、可以从扩展的3D通讯接口观察实际处理效果或者通过趋势曲线观察，并可通过操作阀门开度及回流比，实时调整控制出水各组分浓度。 由于采用了OO方法建立的污水仿真系统，其基本组成的元素为对象，而对象又是类的实例，所以采用静态视图描述类、对象和它们之间的关系。类是任何面向