CN107871050A - 面向数据和面向对象的混合建模方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

一种面向数据和面向对象的混合建模方法及存储介质，方法包括：对每个模型进行数据分析，整理出模型的输入输出数据，根据模型的具体业务功能，定义出模型的功能接口；将模型设计为独立的对象，对其进行封装和抽象，根据数据分析的结果，定义对象的成员接口和成员变量；根据模型的具体业务逻辑实现功能接口。在模型属性和功能接口定义时，利用IDL规范对模型数据和所述功能接口进行描述，在同一仿真系统中设立公共数据区用于存放仿真运行期间多个模型产生的所有数据。本发明使用IDL规范描述接口的定义便于跨平台进行数据交互；降低模型对象之间的强耦合关系，提高模型的复用性；减少模型数据和属性之间的强依赖性，增强仿真系统的容忍度。

Description

面向数据和面向对象的混合建模方法及存储介质

技术领域

本申请涉及一种仿真计算领域，更具体地说，涉及在仿真时的一种面向数据和面向对象的混合建模方法及存储介质。

背景技术

随着科学技术的发展，建模与仿真技术被广泛应用于各领域问题的分析评估和辅助决策。例如：国防领域的作战行动分析与评估、社会领域的非常规突发事件应急管理辅助决策，以及交通建模与仿真评估等。

通常一个仿真系统应用中需要模拟的对象、事件或者过程数量巨大。因此，选择一种合适的建模方法成为减少仿真模型重复开发，提高开发效率，增强模型规范性的关键。

目前大多数仿真系统都采用的是面向对象建模的方法。跟其他建模方法相比，面向对象建模具有以下优点：

1)数据抽象的概念可以保持外部接口不变的情况下改变内部实现，从而减少设置避免对外界的干扰；

2)通过继承大幅度减少冗余的代码、并可以方便的扩展现有代码，提高编码效率，减低出错概率，降低软化出错的概率；

3)结合面向对象分析、面向对象设计，运行将问题域里面的对象直接映射到程序中，减少软件开发过程中间环节的转换过程；

4)通过对对象的辨识，划分可以将软件系统分割为若干相对为独立的部分，在一定程度上便于控制软件的复杂度；

5)以对象为中心的设计可以帮助开发人员从静态和动态两个方面把握问题；

6)通过对象的聚合、联合可以保证封装与抽象的原则下实现对象在内在结构以及外在功能上的扩充，从而实现对象由低到高的升级。

但是，面向对象编程的实现方式并未考虑到内存存取成为现代计算机性能的重要衡量指标，面向对象编程有可能不缓存友好，导致有时候并不能发挥硬件最佳性能。

特别是当多个仿真系统一起进行联合试验，或仿真系统需要接入第三方模拟器数据进行仿真推演时，就产生了跨平台数据交互的问题。

仿真系统模型之间的交互亦是以对象为主，若是要获取某一个对象的数据，必须先获取这个对象，然后通过对象的方法或属性进行交互，

目前大多数仿真系统解决方法有以下几个：

1)提前约定交互数据的格式，使用网络通信进行数据交互。

2)参照仿真系统的模型体系，对第三方模型重新建模。

以上两种解决方法都存在工作量大、难度高、效率低等问题。

这样会产生一系列的问题。

1)模型对象间的直接数据交互可能造成多线程访问冲突以及出现数据不一致性问题，造成的现象就是仿真系统的违规崩溃，以及仿真结构的不可控；

2)模型之间的交互强依赖于仿真系统的模型体系，导致第三方模型想要与当前仿真系统进行交互就必须按照现有模型体系重新设计；

3)模型对象之间的强耦合关系，不利于模型的复用；

4)模型之间的输入输出关系十分隐晦，不利于模型开发；

5)模型数据和属性之间必须完全吻合，模型的鲁棒性较差，导致仿真系统十分敏感，某个对象属性的变更就有可能会造成仿真运行不正确。

综上所述，面向对象作为当前仿真系统中广泛使用的建模方法，存在以下缺陷：

1.无法提高模型的复用性，存在重复开发现象，浪费时间、人力；

2.多个仿真系统互联时，模型之间无法进行高效的数据交互；

3.仿真系统中跨平台数据交互困难。

因此，如何解决上述的问题，避免模型的重复开发，避免模型的强耦合关系，在多个仿真系统互联时进行高效的数据交互，解决跨平台数据交互困难成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向数据和面向对象的混合建模方法以及存储介质，

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向数据和面向对象的混合建模方法，包括如下步骤：

面向数据建模步骤S110：以数据为核心，对每个模型进行数据分析，整理出模型的输入输出数据，根据模型的具体业务功能，定义出模型的属性和功能接口；

面向对象建模步骤S120：采用面向对象的建模思想，将模型设计为独立的对象，对其进行封装和抽象，根据数据分析的结果，定义对象的成员接口和成员变量；

实现步骤S130：根据模型的具体业务逻辑实现功能接口。

可选的，在所述面向数据建模步骤中，利用IDL规范对所述功能接口进行描述，生成IDL文件。

可选的，在面向对象建模步骤中，根据上一步骤整理出的模型数据和接口，使用面向对象方式进行建模，单个模型为一个类，上述模型的自身属性对应于类的成员变量，上述模型的基础功能接口对应为类的成员函数。

可选的，在同一仿真系统中设立公共数据区，用于存放仿真运行期间多个模型产生的所有数据。

可选的，在针对飞机和雷达进行建模时，经过数据分析，

对飞机、雷达进行建模，首先分别针对飞机、雷达进行数据分析，并得到相应的功能接口；

针对飞机模型，自身属性包括：名称，飞机类型，空间类型，可靠性、速度信息、位置信息和姿态信息；

飞机模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备工作、处理消息、处理当前状态、计算起飞时间并处理起飞过程、检查并执行任务；

针对雷达模型，自身属性包括：设备状态、可探测DFD值、信号带宽、天线增益和最大最小探测范围；

雷达模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备功能、探测目标。

可选的，当位于不同仿真系统或是由不同的开发语言实现的两个仿真模型需要进行数据交互时，可调用IDL文件中定义的数据接口完成数据交互。

可选的，在同一仿真系统中的多个模型不存在直接数据交互关系，禁止相互调用，通过仿真系统提供公共数据中心用于仿真模型之间进行数据交换。

本发明还公开了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：

本发明具有如下优点：

1)降低了仿真模型对于模型体系的依赖，利于仿真系统与第三方模型的交互；

2)使用IDL规范描述数据和接口的定义，便于跨平台进行数据交互；

3)降低模型对象之间的强耦合关系，提高模型的复用性，减少了异常问题的出现；

4)明确定义了模型之间的输入输出关系，便于模型开发；

5)减少模型数据和属性之间的强依赖性，提高模型的鲁棒性，增强仿真系统的容忍度。

附图说明

图1是根据本发明的具体实施例的面向数据和面向对象的混合建模方法的流程图；

图2是根据本发明的具体实施例的利用混合建模方法进行建模的示例；

图3是是根据本发明的具体实施例的公共数据中心的数据交互示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

为了克服上述问题，本发明在面向对象建模之前首先进行模型数据的分析，定义该模型的功能接口，整理出该模型产生的交互数据，然后使用面向对象建模的思想，设计该模型为独立对象，对其进行封装和抽象。因此，当实现跨仿真平台的数据交互的时候，能够通过IDL中定义的功能接口进行方法调用，而无需依照现有模型体系对其他仿真系统中的模型重新建模。

具体而言，参见图1，示出了根据本发明的具体实施例的面向数据和面向对象的混合建模方法的流程图，包括如下步骤：

面向数据建模步骤S110：以数据为核心，对每个模型进行数据分析，整理出模型的输入输出数据，根据模型的具体业务功能，定义出模型的属性和功能接口。

在此步骤中，以数据为基础，以IDL为手段，根据业务功能定义功能接口，从而使得不同模型之间能够通过接口进行数据的交互。

例如，在一种针对飞行的建模中，需要对飞机、雷达进行建模，首先分别针对飞机、雷达进行数据分析，并得到相应的功能接口。

针对飞机模型，自身属性包括：名称，飞机类型(战斗机、直升机、客机等)，空间类型(空中、地面、水面等)，可靠性、速度信息、位置信息、姿态信息等；

飞机模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备工作、处理消息、处理当前状态、计算起飞时间并处理起飞过程、检查并执行任务。

针对雷达模型，自身属性包括：设备状态(开、关机)、可探测DFD值、信号带宽、天线增益、最大最小探测范围；

雷达模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备功能、探测目标。

其中功能实现中需要使用模型的自身属性数据，从而便于通过上述数据了解或者实现相应的功能。

进一步的，利用IDL规范对所述功能接口进行描述，生成IDL文件。

IDL(Interface description language，接口描述语言)，是用来描述软件组件接口的一种计算机语言。IDL作为一种程序软件接口定义语言，使用中立的方式来描述接口。当位于不同仿真系统或是由不同的开发语言实现的两个仿真模型需要进行数据交互时，就可以使用IDL进行数据接口的调用，而不需要产生额外的开发工作量。

由于使用了IDL作为接口描述语言，因此，当多个仿真系统互联的时候，模型之间能够直接通过上述接口读取所需要的数据，解决了跨平台数据读取的问题。

例如当多个仿真系统同时参与仿真推演时，由系统A提供雷达模型，系统B提供飞机模型。系统A需要获取到系统B的飞机位置数据，系统B需要获取到系统A的雷达探测数据。若两个系统的模型数据接口定义都使用了IDL规范生成相应的IDL文件，即可使用IDL编译器对其进行编译，生成相关接口框架文件和辅助文件，系统A和系统B分别加载相应的文件，即可调用IDL文件中定义的数据接口完成数据交互。而无需重新设计模型，或者完全加载模型从而获得数据。例如系统A无需按照自己的模型框架，重新对飞机进行建模；系统B也无需按照自己的模型框架，重新对雷达进行建模。

面向对象建模步骤S120：采用面向对象的建模思想，将模型设计为独立的对象，对其进行封装和抽象，根据数据分析的结果，定义对象的成员接口和成员变量。

具体而言，根据上一步骤整理出的模型数据和接口，使用面向对象方式对飞机和雷达进行建模，单个模型为一个类，上述模型的自身属性对应于类的成员变量，上述模型的基础功能接口对应为类的成员函数。

实现步骤S130：根据模型的具体业务逻辑实现功能接口。

进一步的，参见图3，为了提高在同一仿真系统中数据读取的效率以及减少出错率，禁止模型功能接口中出现直接调用的方式，在同一仿真系统中设立公共数据区，用于存放仿真运行期间多个模型产生的所有数据，所有模型在读取数据时需要根据自身业务需求进行过滤和选择。

所谓直接调用指的是，例如在同一仿真系统中具有飞机和雷达两个建模，在雷达的核心功能接口Detect(目标探测)中，需要获取飞机的位置数据进行计算。一般的实现方法为获取飞机对象，再由飞机对象获取到飞机的位置属性。但这种实现方式导致雷达模型与飞机模型产生了强耦合关系，若进行仿真的对象由飞机换成坦克或其他模型，雷达模型便不能复用；而且一旦出现同时对同一块内存进行读写操作，也容易出现多线程冲突的问题。所以，本发明在同一仿真系统中要求具备公共数据区，不同的仿真模型，例如飞机模型将产生的位置数据存放到公共数据区中，雷达模型在进行计算时由公共数据区获取参与仿真的其他模型写入的位置数据，进行目标探测计算。

实施例1:

参见图2，示出了根据本发明的具体实施例的利用混合建模方法进行建模的示例。

1)整理出待开发模型的交互数据和功能接口。考虑到以后的跨平台交互问题，使用IDL语言将其编写为.IDL文件；

2)模型开发人员使用编程开发工具，根据定义好的数据文件在编程开发中进行相关属性和接口的定义；

3)根据模型的功能特点，编写模型中功能接口的业务逻辑计算代码；

4)模型开发完成后，启动仿真系统加载模型进行仿真；

5)仿真运行过程中，模型将输出数据存入公共数据区，同一仿真系统的模型之间通过公共数据区进行数据交互。

因此，本发明具有如下的特点：利用面向对象建模方式创建仿真模型，提高开发效率，增强模型的规范性；利用面向数据建模方式构建新的数据交互模式，禁止模型对象之间的直接交互，降低模型对象之间的耦合度，提高模型的复用性。

1、仿真模型通过IDL规范描述输入输出关系；

2、仿真模型采用面向对象设计；

3、仿真模型之间不存在直接数据交互关系，禁止相互调用；

4、仿真系统提供公共数据中心用于仿真模型之间进行数据交换。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)降低了仿真模型对于模型体系的依赖，利于仿真系统与第三方模型的交互；

2)使用IDL规范描述数据和接口的定义，便于跨平台进行数据交互；

3)降低模型对象之间的强耦合关系，提高模型的复用性，减少了异常问题的出现；

4)明确定义了模型之间的输入输出关系，便于模型开发；

5)减少模型数据和属性之间的强依赖性，提高模型的鲁棒性，增强仿真系统的容忍度。

进一步的，本发明还公开了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行上述的的方法。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (8)

1.一种面向数据和面向对象的混合建模方法，包括如下步骤：

面向数据建模步骤S110：以数据为核心，对每个模型进行数据分析，整理出模型的输入输出数据，根据模型的具体业务功能，定义出模型的属性和功能接口；

面向对象建模步骤S120：采用面向对象的建模方法，将模型设计为独立的对象，对其进行封装和抽象，根据数据分析的结果，定义对象的成员接口和成员变量；

实现步骤S130：根据模型的具体业务逻辑实现功能接口。

2.根据权利要求1所述的混合建模方法，其特征在于：

在所述面向数据建模步骤中，利用IDL规范对模型属性和所述功能接口进行描述，生成IDL文件。

3.根据权利要求2所述的混合建模方法，其特征在于：

在面向对象建模步骤中，根据上一步骤整理出的模型数据和接口，使用面向对象方式进行建模，单个模型为一个类，上述模型的自身属性对应于类的成员变量，上述模型的基础功能接口对应为类的成员函数。

4.根据权利要求2或3所述的混合建模方法，其特征在于：

在同一仿真系统中设立公共数据区，用于存放仿真运行期间多个模型产生的所有数据。

5.根据权利要求4所述的混合建模方法，其特征在于：

在针对飞机和雷达进行建模时，经过数据分析，

对飞机、雷达进行建模，首先分别针对飞机、雷达进行数据分析，并得到相应的功能接口；

针对飞机模型，自身属性包括：名称，飞机类型，空间类型，可靠性、速度信息、位置信息和姿态信息；

飞机模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备工作、处理消息、处理当前状态、计算起飞时间并处理起飞过程、检查并执行任务；

针对雷达模型，自身属性包括：设备状态、可探测DFD值、信号带宽、天线增益和最大最小探测范围；

雷达模型应具备的基础功能包括：处理仿真运行前的准备功能、探测目标。

6.根据权利要求4所述的混合建模方法，其特征在于：

当位于不同仿真系统或是由不同的开发语言实现的两个仿真模型需要进行数据交互时，可调用IDL文件中定义的数据接口完成数据交互。

7.根据权利要求4所述的混合建模方法，其特征在于：

在同一仿真系统中的多个模型不存在直接数据交互关系，禁止相互调用，通过仿真系统提供公共数据中心用于仿真模型之间进行数据交互。

8.一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：

所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行权利要求1-7中任意一项所述的方法。