一种基于UML的面向对象的软件需求分析方法.docx

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一种基于UML的面向对象的软件需求分析方法

一种基于UML的面向对象的软件需求分析方法

1引言

UML（Unified-ModelingLanguage，统一建模语言）又称标准建模语言，其为软件开发的所有阶段提供模型化与可视化支持，可应用于面向对象开发系统产品的说明、可视化与编制文档过程。

该语言于1994年由GradyBooch、JimRumbaugh、IvarJacobson联合开发，因其定义良好、易于表达、功能强大等特性，已成为OMG（ObjectManagementGroup，对象管理组织）的一项标准[1]。

软件需求分析阶段是软件开发的第一步，也是最重要的一步。

该阶段应明确系统目标，将用户对于软件的一系列意图、想法转变为软件开发人员所需要的有关软件的技术规格，并由此实现用户和开发人员之间的有效通信。

传统的软件需求分析通过结构化方式，通过功能分解描绘整个系统的组成，将各功能分解为相应功能模块，如图1所示。

其主要缺点为：

（1）缺少用户与系统交互行为的描述；

（2）设计和需求容易混淆；

（3）系统功能所在的应用环境被分割，无法直接描述系统功能之间关联。

UML作为一种沟通工具，可以应用于软件开发的整个流程中，包括需求分析阶段、系统分析与设计阶段、系统开发阶段及系统测试阶段等，供用户、需求分析师、设计人员、程序员和测试人员等相关人员共同使用。

在使用UML进行需求分析时，将信息抽象成对象进行分析，从而直观、形象、严谨地描述出业务概念、业务流程、用户的期望和需求，为需求分析及相关人员提供更清晰、明确的目标，从而建立其与用户沟通的良好桥梁。

UML具有以下优点：

（1）便于系统相关人员之间的无障碍交流，提高沟通效率；

（2）易于响应变化，在发生需求变更时，快速、清晰地识别出影响点；

（3）能够为软件设计提供良好支持，使设计成品与业务流程更加连贯、合理、有逻辑性，模块及功能之间的耦合关联更加清晰。

2UML图形工具

UML中常用的图有九种，包括用例图、类图、对象图、顺序图、协作图、状态图、活动图、构件图和部署图等，在需要分析阶段主要用到用例图、活动图、序列图等。

2.1用例图

该类图从用户角度描述系统的静态使用情况，展现用例、参与者（或角色）、系统以及其之间的关系。

该类图从用户角度描述系统的功能，并指出各个功能的执行者，有助于分析人员理解系统的行为，从而实现对系统功能宏观的、整体的描述。

该类图用参与者、系统边界、用例、关联等元素进行表达。

2.2活动图

该类图是一种表述过程基理、业务过程以及工作流的技术。

其本质是一种流程图，用于描述一个活动到另一个活动的控制流，通过展现参与行为的类的活动或动作，实现对业务过程、工作流的图形化建模。

该类图用起点、判断、并发线程、活动状态、状态转移、终点等元素来表达。

图1：

结构化软件需求分析方法

图2：

针对非法入侵人员的业务用例

2.3序列图

该类图是一种以时间为序的表示方法，其将用户的交互方式表示为二维图，用于描述对象之间的时间顺序。

序列图的主要用途是把用例表达的需求细化为一个或多个序列图，实现需求的更加正式层次的精细表达，并能够在设计系统功能的同时记录新系统与存在系统的对象的交互。

3UML的应用

软件需求分析过程分为需求调研、业务建模、需求定义三个阶段。

下面以本人参与的某AI周界监控系统为例，详细介绍利用UML进行面向对象的需求分析的过程。

阶段1：

需求调研阶段，该阶段通过与系统用户沟通，通过文档研究、问卷调查、访谈、观察、开会等方式分析系统涉及的问题领域，并通过原型法的方式明确系统运行的主要任务。

表1：

系统业务执行者表

表2：

系统执行者表

图3：

针对非法攀爬围栏活动的现状业务序列图

图4：

改进的业务序列图

图5：

系统用例图

图6：

非法人员入侵告警处置活动图

在本阶段，该AI周界监控系统的需求分析人员通过与用户访谈、开会获取了用户的业务需求背景，具体如下：

该系统应用部署于周界监控场景，利用部署于周界的光学摄像头进行实时监控，自动识别人、车等异常目标，及时对非法入侵现象进行报警，并将报警信息实时回传至值班室；同时，系统还应具备视频回看功能，存储相关现场视频与图像，供值班室工作人员迅速定位回溯相关视频节点，对报警现象进行人工确认。

目前现存系统的问题为：

主要依靠人工巡视和人工查看监控视频等方式发现异常情况，存在监控盲区和人工视觉疲劳状况，易造成不明身份人、车等目标闯入禁区但未被及时发现的现象。

在了解业务背景和业务场景后，通过和用户沟通，需求分析人员进一步明确了业务需求，并将其转换为算法需求，实现对系统能力需求的扩展。

在本过程中，由于AI识别算法的性能与样本特点、目标类型、样本量紧密，相关需求分析人员对算法需求进行了明确：

将用户提的需求“识别人、车辆目标”确定为人、车识别及车辆类型识别需求，并明确车辆类型包括：

小汽车、面包车、公交车、卡车等4类；将用户提的需求“非法入侵现象报警”的需求明确为3类：

（1）人员、车辆进入禁区；

（2）人员攀爬周界围栏；

（3）人员翻越周界围栏。

通过算法需求的明确，实现了用户需求和系统任务的进一步确认。

阶段2：

业务建模阶段，该阶段主要通过识别业务执行者（即组织之外与组织交互的其他组织）、业务用例，并利用活动图、时序图详述业务用例，建立业务对象模型。

（1）识别业务执行者。

在本系统确定业务执行者过程中，需求分析人员通过分析确定本系统的组织为XX周界管理组织，通过聚焦组织边界外部确定了业务执行者，包括：

入侵人员、入侵车辆等，其与业务系统之间为被动交互；同时，通过聚焦组织内部确定了业务工人，包括监控值班人员和巡逻值班人员等。

具体见表1。

（2）识别业务用例。

业务用例图的研究对象为用户组织，参与者为业务执行者，主要用于在业务建模阶段从用户的角度定位系统应该提供的价值。

本系统中，在确定系统业务执行者的基础上，需求分析人员识别确认了业务用例，其中，针对入侵人员的业务用例如图2所示。

（3）建立业务对象模型。

该过程通过构建现状业务序列图，分析确定当前业务处理的痛点，并明确对现状的改进之处，得到改进的业务序列图。

在本系统中，需求分析人员对系统的现状业务序列图进行了分析。

其中，针对非法入侵人员非法攀爬周界围栏活动的现状业务序列图如图3所示。

通过分析可知，针对非法攀爬围栏活动的业务处理痛点为：

当前的监控系统自动化程度太低，人工参与告警、处置过程全靠人工参与，因此，对该业务序列图进行改进，如图4所示。

阶段3：

需求定义阶段，识别系统执行者，并根据系统执行者确定系统用例，通过系统用例组织需求，并通过关系调整用例。

系统用例图主要是用于系统建模的阶段，目的是从系统的角度来定位系统应该提供的价值，系统用例图研究的对象是甲方系统，其参与者是系统执行者，即系统外与系统发生功能性交互的其他系统（或人）。

在本AI周界监控系统中，系统执行者分析结果如表2所示。

其中，根据系统业务序列图分析，系统用例图如图5所示。

基于系统用例和系统愿景，需求分析人员完成用例的细化，在此不在赘述；进而利用活动图进行每个用例的细化，本AI监控系统对非法人员入侵告警活动图如图6所示。

通过对每个系统用例进行细化，完成对系统用例的需求分析。

在此基础上，需求分析人员综合分析结果完成需求文档的编写。

4总结

在某AI周界监控系统的需求分析过程，基于UML的面向对象软件的需求分析步骤和方法，通过采用UML的多种技术，使分析人员能从业务的角度完整地把握客户的需求，并于客户达成共识。

通过该分析过程，能有效地保证需求工作的质量，大大提高沟通的效率和深度，并减少需求变更带来的影响。

在此基础上，需求分析人员可以方便快速地编写需求分析文档，完成需求分析过程。