数据库数据模型

数据模型三要素是数据结构、数据 *** 作、数据的约束条件。

故为C

1)数据结构：是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。

(2)数据 *** 作：对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许执行的 *** 作的集合， *** 作及 *** 作规则。如 *** 作有检索、插入、删除、修改， *** 作规则有优先级别等。数据 *** 作对系统动态特性的描述

。

(3)数据的约束条件：是一组完整性规则的集合。也就是说，对于具体的应用娄必须遵循特定的语义约束条件，以保证数据的正确、有效和相容。例如，某单位人事乍中，要求在职的“男\"职工的年龄必须大于1

8岁小于6

O岁，工程师的基本工资不能101

5

0

0元，每个职工可担任一个工种，这些要求可以通过建立数据的约束条件来实现。

arcgis的原创数据格式由geodatabase决定gdb是包含了空间数据的关系型数据库有两种类型的gdb个人的和企业级的个人的只支持access的mdb格式大小限制在2g

一、航空物探数据库定位

数据库是信息系统的基础和核心,把大量的数据信息按一定的模型组织起来存储在数据库中,提供数据维护、数据检索等功能,使信息系统能方便、及时、准确地从数据库中获得所需的信息。因此,数据库结构设计是信息系统开发的重中之重。

经分析航空物探数据具有空间性、海量性、多源性和多尺度的特点,这说明航空物探数据具有典型的空间数据的特点,可以采用空间数据管理方式进行管理。

ESRI公司的Geodatabase(空间数据库)是采用标准关系数据库技术来表现地理信息的面向对象的高级GIS数据模型,是建立在DBMS之上的统一的、智能化的空间数据模型,是以一组相关联的表来表达地理要素之间关系、有效性规则和值域。对于多源、海量的航空物探数据,Geodatabase能在一个统一的模型框架下很好地解决多源数据一体化存储的问题,和采用标准关系数据库技术来表现海量航空物探数据的地理信息特性。Geoda-tabase引入了地理空间实体的行为、有效性规则和关系,在处理Geodatabase中对象时,对象的基本行为和必须满足的规则无需通过程序编码实现,只需根据需要扩展其有效性规则(Geodatabase面向对象的智能化特性),即可支持航空物探数据模型扩展的需要。

因此,航空物探数据库是空间数据库,在航空物探数据库建模过程中,以空间数据建模为主导,统领属性数据建模。

二、统一空间坐标框架

为了用数学语言描述地球,人们用规则的几何形体来替代地球表面,从地球自然表面、大地水准面、旋转椭球面直到用简单数学函数表达的参考椭球体,以便通过地图投影将三维曲面转化成二维平面。由于地球表面不同地区的地形起伏差异很大,采用单一椭球体势必会造成某地区的误差小而其他地区误差很大的结果。因此,在20世纪初不同国家或地区先后采用了逼近本国或本地区地球表面的椭球体,如中国的克拉索夫斯基椭球体,美国的海福特椭球体、英国的克拉克椭球体等。这又造成了目前世界各国的地理信息空间坐标框架不统一,空间数据信息难以共享被动局面。为此,在实现数字地球计划中,必须规范和统一世界上不同国家和地区的地球参考椭球体。

在小区域表达地球表面时,通常采用平面的方式,即投影坐标系统。如何科学地选择投影坐标,一般要根据具体的地学应用、地理区域和范围、比例尺条件等因素来确定,不同的国家有着不同的规定。

通过对航空物探数据的坐标系统进行分析可知,航空物探图件的坐标框架与国家对基本比例尺制图的规定相一致,即小比例尺编图采用Lambert双标准纬线等角圆锥投影;中比例尺采用Gauss6°带的分带投影;大比例尺采用Gauss3°带的分带投影(表2-1);对于低纬度的海上作业区通常采用Mecator等角圆柱投影。地球椭球体分别采用1954北京坐标系的Krassovsky椭球参数、WGS84椭球参数和未来的国家2000坐标系的椭球参数。

表2-1 航空物探地理坐标数据的投影方式

传统的航空物探数据是按测区管理的,根据测区的测量比例尺来确定相应的坐标框架;因此,勘探目标不同的测区测量比例尺是不一致的,地坐标框架也不同。航空物探数据库要将不同测区、不同比例尺、不同坐标框架的数据集中管理和可视表达,若没有统一的空间坐标框架,就不可能正确地表达全国航空物探数据。所以,面对如此复杂的多坐标框架的航空物探数据,如何确定科学合理的空间坐标框架,将全国的航空物探数据整合到统一的空间参考框架下,实现数据的统一存储和数据间无缝拼接,是航空物探数据库建设的关键所在,是组织和管理多维、多格式、大跨度、跨平台的航空物探数据和多目标数字制图的数学基础。

统一的空间坐标框架必须支持我国领土覆盖的海域和陆域航空物探数据的存储和表达。我国领土东西跨度达70°,南北达55°,显然采用任何投影坐标系都是不合适的。Gauss6°投影适合6°带内空间数据表达,若全国航物探数据采用6°分带表达,在高纬度地区会造成6°带间数据裂缝问题;Lambert投影可满足数据的无缝表达,但对大比例尺数据变形较大,无法满足数据制图的精度要求;Mecator投影也可满足数据的无缝表达,低纬度地区也能满足大比例尺数据制图的精度要求,但在我国中高纬度区存在着严重变形问题。所以,航空物探数据模型采用地理坐标(无投影,图2-1)格式存放,可根据实际应用的需要将航空物探数据变换到任何方式的投影坐标系统。

航空物探数据库模型采用Beijing_1954地理坐标系,相关参数如下:

角度单位:°(0017453292519943299rad)

零经线:格林尼治(0000000000000000000)

基准:D_Beijing_1954

椭球:Krasovsky_1940

长轴半径:6378245000m

短轴半径:6356863019m

建立统一坐标框架是空间数据库建设的一项基础性工作,采用Beijing_1954地理坐标系作为航空物探数据库统一空间坐标框架具有以下优点。

图2-1 统一空间坐标框架示意图

(一)无缝空间数据存储

统一空间坐标框架解决了复杂的航空物探数据的坐标系统、投影、比例尺等不统一的问题,实现同一性质的物探数据在同一个主题中进行管理。如全国的航磁异常数据可放在一个图层上进行管理。

(二)适合多尺度表达

按测区管理的多尺度、多框架的航空物探数据是处于一个相对坐标系统中,各个测区间相对位置关系会发生错位。采用统一的Beijing_1954地理坐标框架,恢复了各测区间正确的位置关系,实现不同尺度数据的集成和正确表达,易于多源异构空间数据的融合。

(三)大区域数据集成

我国海陆面积近1300×104km2,地域跨度较大。在进行小比例尺的航空物探编图时,需要选用与之相适应的投影坐标;在陆地和海域进行大比例尺制图时,同样需要选用合适投影系统。航空物探制图的实践也证明了这一点。1995年6月由中国、加拿大、美国、爱尔兰和俄罗斯等国科学家共同编制的1:1000万欧亚东北地区磁异常与大地构造图,采用横轴Mercator投影。中心编制的1:500万全国航磁图采用Lambert投影。2008年,由中国和吉尔吉斯斯坦科学家编制的1:100万中吉天山金属矿产成矿规律图,采用Lambert投影,将两个国家不同时期、不同尺度的数据进行了有效的集成,是地质、地球物理等综合应用的典范。

随着航空物探数据应用领域的不断扩展,陆地、海域,甚至于洲际和全球航空物探数据的整体表达都需对坐标投影提出要求。采用统一的地理坐标框架的航空物探数据非常容易变换到指定的投影坐标框架,满足多样化的制图要求。

三、要素类和对象类的划分

Geodatabase空间数据库模型结构(图2-2)分为空间数据库、要素数据集(Feature dataset)、要素类(Feature classes)、要素(Feature)4个层次。为了建立航空物探Geoda-tabase空间数据模型,我们依据Geodatabase模型关于要素类和对象类的划分原则,结合相关的国家标准和地球物理行业标准,制定了《航空物探数据要素类和对象类划分标准》,对航空物探数据进行数据分类。

图2-2 空间数据库模型结构

1)按照航空物探数据的空间特征,将其划分为5个要素数据集,即勘查项目概况要素数据集、基础数据要素数据集、异常要素数据集、解释要素数据集和评价要素数据集。

2)根据航空物探测量方法、数据处理过程以及推断解释方法和过程,进一步把航空物探数据划分为若干要素类和对象类,定义了要素类的主题特征和表达方式,确定子类和属性域;定义对象类的结构和联接字段,建立了关系类。

3)定义要素类的内容、字段名称和存储结构。在航空物探数据采集过程中,不同类型的数据采样率不同,坐标数据采样2次/s,重力场数据采样2次/s,磁场数据采样10次/s,这就造成了场值数据与坐标数据无法一一对应问题。若按场值数据采样率内插坐标数据,将导致数据量成倍增长;若按坐标数据采样率抽稀场值数据,将降低航空物探测量对地质体的分辨能力,影响测量效果。在综合分析航空物探数据应用基础上,提出了采用要素数据与属性数据分置的方式,将测线坐标数据与地球物理场数据分离,分别建立独立共享的航迹线数据要素类模型,磁场、重力场等数据对象类模型(图2-3),很好地解决了航空物探数据的存储问题。

图2-3 要素数据与属性数据分置示意图

采用要素数据与属性数据分置方式,不仅是基于航空物探数据属性数据的多源性、不同采样频率等特点的考虑,还考虑到数据的综合查询和检索的速度,特别是通过ArcSDE访问空间数据库的效率的问题。再者,对于大部分用户来说,需求是属性数据的综合应用,因此在数据库建模过程中,将属性数据采用对象类的方式进行管理,不但提高了空间数据的 *** 作能力,同时在ArcSDE的配置上采用直接访问数据库(对象类)方式,并且加快了数据查询和统计的速度。

四、数据库概念模型

用户需求是数据库建设的约束条件之一。航空物探数据的空间特性决定航空物探数据库必须是空间数据库,采用数据库管理数据,利用GIS技术提供可视化服务,这是各个层次用户的一致要求。因此,我们从现实世界出发,对航空物探数据的多源性、多尺度和不同采样等问题进行了描述,提出了解决方案。此方案是不依赖于任何具体的硬件环境和数据库管理系统(DBMS),建立了客观反映现实世界的航空物探数据库概念模型,把用户需要管理的信息统一到整体概念结构中,表达了用户需要。

在全面分析航空物探业务流程和数据流程,以及航空物探数据特性的基础上,按照《航空物探数据要素类和对象类划分标准》,以及空间实体点、线、面要素特征的基本原则,对航空物探数据库所涉及的实体进行归类,划分成12个主题。根据空间数据分主题表达的特点和航空物探空间数据坐标框架的定义,确定航空物探数据库空间数据概念模型,明确各个主题的用途、数据来源、表达方式、空间参考、比例尺和精度等内容,按照ArcGIS定义空间数据库的数据分层表达方式(图2-4),完成航空物探数据库概念模型设计(图2-5)。

图2-4 航空物探数据库空间数据分层模型

图2-5 航空物探数据库空间数据概念模型

数据库关系模型（数据库逻辑模型）是将数据概念模型转换为所使用的数据库管理系统（DBMS）支持的数据库逻辑结构，即将E-R图表示成关系数据库模式。数据库逻辑设计的结果不是唯一的，需利用规范化理论对数据库结构进行优化。

在关系模型中，数据库的逻辑结构是一张二维表。在数据库中，满足下列条件的二维表称为关系模型：

1）每列中的分量是类型相同的数据；

2）列的顺序可以是任意的；

3）行的顺序可以是任意的；

4）表中的分量是不可再分割的最小数据项，即表中不允许有子表；

5）表中的任意两行不能完全相同。

由此可见，有序的航空物探测量剖面数据不满足数据库关系模型条件第3条“行的顺序可以是任意的”，因此，不能简单地直接利用关系数据库（如Oracle，SQL Server，Sybase等）来管理剖面数据，需将数据在数据库中的存储方式改为大字段存储，确保不因数据库数据的增加和删除等 *** 作改变剖面数据有序特性。

一、大字段存储

（一）大字段存储技术

大字段LOB（Large Object）技术是Oracle专门用于存放处理大对象类型数据（如多媒体材料、影像资料、文档资料等）的数据管理技术。LOB包括内部的和外部的两种类型。内部LOB又分CLOB（字符型）、BLOB（二进制型）等3种数据类型，其数据存储在数据库中，并且支持事务 *** 作；外部LOB只有BFILE类型，其数据存储在 *** 作系统中，并且不支持事务 *** 作。LOB存放数据的长度最大可以达到4G字节，并且空值列（没有存放数据）不占空间（图2-6）。

图2-6 大字段存储示意图

由于外部LOB存放在 *** 作系统文件中，其安全性比内部LOB差一些。此外，大字段的存储支持事务 *** 作（批量提交和回滚等），而外部LOB不支持事务 *** 作。所以，航空物探测量剖面数据采用BLOB来存储。对于BLOB类型，如果数据量小于4000字节，数据库通常采用行内存储，而数据量大于4000字节采用行外存储。分析航空物探测量剖面数据，每个场值数据占4个字节（单精度），目前航磁数据采样率为10次/s，4000字节只能存储100 s数据；一般情况下航空物探测量每条测线飞行时间至少在10 min以上，每条测线数据量远远大于4000字节。所以，航空物探测量剖面数据采用行外存储方式，即大字段列指定“Disable Storage In Row”的存储参数。

由于大字段类型长度可变，最大可到4G。假设测线飞行时间为T，场值采样率为n次/s，测线场值数据量为4Tn，所以有4Tn≤4G。单条测线飞行时间T不会超过10 h（36000 s，航空物探测量1架次至少飞行1个往返2条测线），则场值的采样率n≤4G/4T=4×1024×1024×1024/4×36000次/s=29826次/s。采用大字段来存储测量数据，不仅能够减少数据表的记录数，提高查询效率，而且使得采样率的扩展不受限制。

（二）大字段存储技术应用

由于航空物探数据的数据量较大，现有的航磁测量数据按基准点方式（点存储）存储可达几亿个数据记录。若按磁场数据采样点存储方式（简称“场值存储方式”），则记录条数=（磁场数据采样率/坐标采样率）点存储方式的记录数，达几十亿条数据记录，且随着数据采样率的扩展、测点的加密，航空物探测量数据量随着时间的推移呈现快速增长之势。显然，如果采用常规的表结构来存储，势必造成数据的存储、管理、检索、浏览和提取都非常困难。另一方面，从航空物探专业应用需求来说，很少对单个测点的场值数据进行运算、分析等 *** 作，一般至少是对一条测线或以上测线，多数时候是需要对整个测区的场值数据进行化极、上延、正反演拟合等。

因此，在航空物探数据库表结构设计时，改变过去将基准点或场值点数据记录作为数据库最小管理对象的理念，采用了大字段存储技术，将测线作为数据库最小管理对象，将测线上的测量数据，如坐标数据和磁场、重力场数据分别存储在相应大字段中。在航空物探数据库建设中，大量采用数据库的大字段存储技术（详见《航空物探信息系统数据库结构设计》）。

（三）大字段存储效率

以航磁测量数据为例分析大字段存储技术优势。如果以场值存储方式存储测线数据，则每条记录包含架次号、测线号、基准号、地理坐标、投影坐标、磁场数据等，由于坐标数据采样率2次/s，磁场数据采样率10次/s，每5个磁场数据中，只有第1个磁场数据有坐标数据，其他4个坐标数据是内插出来，因此在测线记录中会产生大量冗余的数据坐标数据。采用点存储方式存储的测线数据记录数等于线上基准点数，若采用大字段存储方式，一条测线数据只存储为1条数据记录（图2-7），一般一条测线的测点数近万个，甚至更多，可见采用大字段存储大大减少测线数据存储记录数，提高数据的存取效率。

以某测区的两条航迹线为例，分别采用3种方式测试数据库的数据存储效率。磁场数据的采样率10次/s，坐标数据采样率2次/s，两条测线上共有基准点8801个。以场值方式存储先内插坐标信息，使得每个场值数据都拥有自己的坐标，然后存入数据库，共有数据记录44005条，写入数据库时间为5722 s，读取时间为103 s。第二种方式是以采样点的方式进行存储，共有8801条记录，写入数据库时间为947 s，读取需要091 s。第三种方式是以大字段的形式存储，只有2条记录，写入数据库103 s，读取时间为044 s（表2-2）。大字段数据存储记录数最少，存取效率最高。用整个测区数据测试效果更加明显。

表2-2 三种数据存储方法的存取效率比较

图2-7 大字段存储方式示意图

二、联合主键

主外键是关系型数据库建立表间关系的核心。在航空物探空间数据库建设过程中，要素类与要素类之间、要素类与对象类之间，以及对象类与对象类之间的关系的描述有3种形式，即拓扑关系——描述要素类与要素类之间结点、邻接和联通关系；叠加关系——描述要素类与要素类之间的相交、包含与分类关系；隶属关系——描述对象类与对象类之间的派生关系。前两种关系是采用空间数据模型建立的关系，而隶属关系是通过主键建立的对象类与对象类之间的关系。在建立一对一、一对多的表间关系时，需要在整个数据库表中确定具有唯一性的一个字段作为主键（主关键字）。

按照传统的航空物探数据的档案管理模式，每个项目分配一个自然数作为档案号，项目的所有资料均与此档案号相联系。勘查项目和科研项目的档案号是独立编号的，且均从001开始。加之人工管理的原因，存在1个项目2个档案号和2个项目1个档案号的情况，因此现行的档案号与项目之间的对应关系不具备唯一性，不能作为项目的唯一标识，即不能作为数据库表的主键。项目编号也不能作为数据库表的主键，项目编号也只是近十年的事，以前的项目没有项目编号。

综合考虑上述因素和项目具有分级、分类的特点，提出了构造项目唯一标识码（简称“项目标识”）的方法，并以此码作为数据库表的主键。

项目标识（主键）：AGS+项目类别（2位）+项目起始年份（4位）+档案号（6位）

标识含义：AGS——航空物探的缩位代码；

项目类别——2位代码，01代表勘查项目、02代表科研项目；

起始年份——4位代码，项目开始年号；

档案号——6位代码，为了与传统的项目管理方式相衔接，后面3～4位是

项目档案管理模式下的档案号，不足部分补零。

以上15位编码是一级项目的项目标识，二级及其以下级别的项目标识是在上一级项目标识基础上扩展2位数字代码，中间用“”号隔开，数字为该级项目的序号。项目标识定义为30位编码，适用于六级以内的项目。例如：AGS022004000576080402，表示该项目为2004年开展的档案号为576的航空物探科研项目（一级项目）的第8课题（二级项目）第4子课题（三级项目）的第2专题。由此可见，该项目标识不仅仅是一个建立表间关系的关键字，同时还表达了不同级别项目间的隶属关系。在系统软件开发时，利用此关系生成了项目的分级树形目录，用户对项目的层次关系一目了然，便于项目查询。

数据库的主键一经确定，相应地需要确定联合主键的组成及其表达方式。所谓联合主键就是数据资料的唯一标识，在一个数据库表中选择2个或者2个以上的字段作为主键。由于航空物探数据绝大部分与项目标识有关，加之数据的种类较多，分类复杂，单凭主键确定数据库表中记录的唯一性，势必需要构建极其复杂的主键，这种方法既不利于主键的数据 *** 作，又会造成大量的数据冗余，合理地使用联合主键技术可以很好地解决资料唯一问题。以项目提交资料为例，提交的资料分为文字类资料、图件类资料和媒体类资料，我们对资料进行分类和编号，例如100代表文字资料（110——World文档，120——PDF文档），200代表图件资料（210——基础地理资料、220——基础地质资料，230——航迹线图，240——剖面图，250——等值线图等），300代表媒体资料（310——PPT文档，320——照片等），第1位（百位）表示该资料的类型，第2～3位表示该类资料的序号。

在数据库管理和项目资料查询时，采用项目标识与资料分类编号作为联合主键（图2-8），可以高效地实现复杂数据的查询。在整个数据库系统中多处（项目查询、数据提取等模块）使用联合主键技术。

图2-8 联合主键实例

三、信息标准化

为了实现数据共享，在航空物探数据库建模过程中，参考和引用了近百个国家信息化标准，编制了4个中心信息化标准和1个图件信息化工作指南。

（一）引用的国家信息化标准

1）地质矿产术语分类代码：地球物理勘查，地球化学勘查，大地构造学，工程地质学，结晶学及矿物学，矿床学，水文地质学，岩石学，地质学等。

2）国家基础信息数据分类与代码，国土基础信息数据分类与代码，地球物理勘查技术符号，地面重力测量规范，地面磁勘查技术规程，地面高精度磁测技术规程，大比例尺重力勘查规范，地理信息技术基本术语，地理点位置的纬度、经度和高程的标准表示法，地名分类与类别代码编制规则。

3）地球空间数据交换格式；数学数字地理底图数据交换格式；数字化地质图图层及属性文件格式。

（二）本系统建立的信息化标准

编写了“航空物探空间数据要素类和对象类划分标准”，“航空物探项目管理和资料管理分类代码标准”，“航空物探勘查分类代码标准”，“航空物探信息系统元数据标准”，“航空物探图件信息化工作指南”，以便与其他应用系统进行信息交换，实现数据库资料共享。

航空物探空间数据要素类和对象类划分标准：根据物探方法、数据处理过程以及推断解释方法和过程，把与GIS有关的数据划分为不同类型的要素类-对象类数据，按专业、比例尺、数据内容对要素类和对象类进行统一命名，使空间数据库中的每个要素类和对象类的命名具有唯一性，防止重名出现。规定要素类-对象类数据库表结构及数据项数值类型。

航空物探项目管理和资料管理分类代码标准：规定了航空物探项目管理和资料管理的相关内容，包括航空物探勘查项目和科研项目的项目立项、设计、实施、成果、评审、资料汇交等项目管理的全过程中的内容，以及项目成果资料和收集资料的归档、发送、销毁、借阅等资料管理与服务过程中的内容和数据项代码。

航空物探勘查分类代码标准：在“地质矿产术语分类代码 地球物理勘查”（国家标准GB/T 964928—1998）增加了航磁、航重专业方面所涉及的数据采集、物性参数、方法手段、仪器设备、资料数据解释及成图图件等内容和数据项代码。

航空物探信息系统元数据标准：规定了航空物探空间数据管理与服务的元数据（数据的标识、内容、质量、状况及其他有关特征）的内容。

四、航迹线数据模型

（一）航迹线模型的结构

航空物探测量是依据测量比例尺在测区内布置测网（测线和切割线）。当飞机沿着设计的测线飞行测量时，航空物探数据收录系统按照一定的采样率采集采样点的地理位置、高度和各种地球物理场信息。采用属性数据分置的方法，将测线地理位置信息从航空物探测量数据中分离出来，形成航迹线要素类表，在此表中只存储与航迹线要素类有关的数据，如项目标识、测区编号、测线号、测线类型（用于区分测线、切割线、不同高度线、重复线等）、坐标、高度值等；将航迹线的对象类数据（磁场、重力场基础数据）分别以大字段形式存储在各自的二维表中，它们共享航迹线，解决了多源有序不同采样率的航空物探测量数据的数据存储问题，在满足要素类空间查询的同时，统一数据的存储方式（图2-9）。航迹线要素类隶属于测区要素类，它们之间为空间拓扑（包含）关系。测区从属于勘查项目，每个勘查项目至少有一个测区，它们之间为1对多关系。有关项目信息存放在项目概况信息对象类表中，各种表之间通过项目标识进行联接。

图2-9 航迹线数据模型结构

（二）航迹线的UML模型

统一建模语言UML（Unified Modeling Language）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。它溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。UML是面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言，成为可视化建模语言的工业标准。在UML基础上，ESRI定义了空间数据库建模的ArcGIS包、类库和扩展原则。

图2-10 与航迹线有关的数据库表逻辑模型结构图

在确定航迹线数据模型后，以它为基础，使用UML完成与航迹的有关的项目概况信息、测区信息、原始数据等数据库表逻辑模型设计（图2-10）。

由UML模型生成Geodatabase模式时，模型中的每个类都对应生成一个要素类或对象类。类的属性映射为要素类或对象类的字段。基类属性中包含的字段，在继承类中不需重复创建。例如，每个类都包括项目标识等字段，可以创建一个包含公共属性的基类，其他类从该类继承公共的属性，而无需重复建基类中包含的属性。因为基类没有对应的要素类或对象类，所以将基类设置为抽象类型。要素类之间的关系采用依赖关系表示。

五、数据库逻辑模型

关系数据库的逻辑结构由一组关系模式组成，因而从概念结构到关系数据库逻辑结构的转换就是将概念设计中所得到的概念结构（ER图）转换成等价的UML关系模式（图2-11）。在UML模型图中，要素数据集用Geodatabase工作空间下的静态包表示。要素集包不能互相嵌套，为了容易组织，在生成物理模型后，在要素数据集包中自定义嵌套。要素数据集与空间参考有关，但是空间参考不能在UML中表达。要素类和二维表都是以类的形式创建的，区别是要素类继承Feature Class的属性，而二维表继承Object属性。为了表达每种元素的额外属性，比如设置字符型属性字段的字符串长度，设置要素类的几何类型（点、线或面）需要使用Geodatabase预定义的元素标记值。

图2-11 逻辑设计关系转换

基于航空物探数据的内在逻辑关系进行分析，使用统一建模语言（UML）构建数据实体对象间的关系类，定义了航空物探数据库的逻辑模型（图2-12）。

据访问需要的完整解datamodule4adoquery2sqladd('SELECT借书证号,密码FROM[user]WHERE(借书证号=:tt)');

datamodule4adoquery2parameters[0]value:=username;

datamodule4adoquery2open;

在为TQuery或TADOquery部件设置SQL属性时调用Close方法总是很安全的，如果TQuery或TADOquery部件已经被关闭了，调用Close方法时不会产生任何影响。在应用程序中为SQL属性设置新的SQL命令语句时，必须要调用Clear方法以清除SQL属性中现存的SQL命令语句，如果不调用Clear方法，便调用Add方法向SQL属性中设置SQL命令语句，那么新设置的SQL命令语句会追加在现存SQL命令语句后面，在程序运行时常常会出现出乎意料的查询结果甚至程序无法运行下去。

在这里要特别注意的，一般情况下TQuery或TADOquery部件的SQL属性只能包含一条完整的SQL语句，它不允许被设置成多条SQL语句。当然有些数据库服务器也支持在TQuery或TADOquery部件的SQL属性中设置多条SQL语句，只要数据库服务器允许这样，我们在编程时可以为SQL属性设置多条SQL语句。

在为TQuery或TADOquery部件设置完SQL属性的属性值之后，也即编写好适当的SQL程序之后，可以有多种方式来执行SQL程序。

在设计过程中，设置完TQuery或TADOquery部件的SQL属性之后将其Active属性的值置为True，这样便可以执行SQL属性中的SQL程序，如果应用中有与TQuery或TADOquery部件相连的数据浏览部件(如TDDGridTDBEdit等)那么在这些数据浏览部件中会显示SQL程序的执行结果。

在应用程序运行过程中，通过程序调用TQuery或TADOquery组件的Open方法或ExecSQL方法可以执行其SQL属性中的SQL程序。Open方法和ExecSQL方法是不一样的。Open方法只能用来执行SQL语言的查询语句(Select命令)，并返回一个查询结果集，而ExecSQL方法还可以用来执行其它常用的SQL语句(如INSERT,UPDATE,DELETE等命令)，例如：

Query1Open(这样会返回一个查询结果集)

如果调用Open方法，而没有查询结果时，会出错。此时应该调用ExecSQL方法来代替Open方法。如：

Query1ExecSQL(没有返回结果)

当然在设计应用程序时，程序设计人员是无法确定TQuery或TADOquery组件中的SQL语句是否会返回一个查询结果的。对于这种情况应当用Try…Except模块来设计程序。在Try部分调用Open方法，而在Except部分调用ExceSQL方法，这样才能保证程序的正确运行。

例如：

Try

Query1Open

Except

Query1ExecSQL

End

通过Tquery或TADOquery组件可以获得两种类型的数据：

u“活动”的数据

这种数据就跟通过TTable部件获得的数据一样，用户可以通过数据浏览部件来编辑修改这些数据，并且当调用Post方法或当焦点离开当前的数据浏览部件时，用户对数据的修改自动地被写回到数据库中。

u非活动的数据(只读数据)

用户通过数据浏览部件是不能修改其中的数据。在缺省情况下，通过TQuery部件获得的查询结果数据是只读数据，要想获得“活动”的数据，在应用程序中必须要设置Tquery或TADOquery组件的RequestLive属性值为True，然而并不是在任何情况下(通过设置RequestLive的属值True)都可以获得“活动”的数据的，要想获得“活动”的数据，除了将TQuery部件的RequestLive属性设置为True外，相应的SQL命令还要满足以下条件。

本地SQL语句查询情况下，要得到可更新的数据集，SQL语句的限制为：

n查询只能涉及到一个单独的表

nSQL语句中不能包含ORDERBY命令

nSQL语句中不能含聚集运算符SUM或AVG

n在Select后的字段列表中不能有计算字段

n在Select语句WHERE部分只能包含字段值与常量的比较运算，这些比较运算符是：Like,>,<,>=,<=。各比较运算之间可以有并和交运算：AND和OR

当通过SQL语句查询数据库服务器中的数据库表：

n查询只能涉及到一个单独的表

nSQL语句中不能包含ORDERBY命令

nSQL语句中不能含聚集运算符SUM或AVG运算

另外，如果是查询Sybase数据库中的表，那么被查询的表中只能有一个索引。

如果在应用程序中要求TQuery或TADOquery组件返回一个“活动”的查询结果数据集，但是SQL命令语句不满足上述约束条件时，对于本地数据库的SQL查询，BDE只能返回只读的数据集。对于数据库服务器中的SQL查询，只能返回错误的代码。当Tquery或TADOquery组件返回一个“活动”的查询结果数据集时，它的CanModIfy属性的值会被设置成True。

§34MSSQLServer简述

SQLServer是一个后台数据库管理系统,它功能强大 *** 作简便,日益为广大数据库用户所喜爱。越来越多的开发工具提供了与SQLServer的接口。SQLServer是一个关系数据库管理系统，它最初是由Microsoft、Sybase和Ashton-Tate三家公司共同开发的。于1988年推出了第一个OS/2版本，在WindowsNT推出后，Microsoft与Sybase在SQLServer的开发上就分道扬镳了，Microsoft将SQLServer移植到WindowsNT系统上，专注于开发推广SQLServer的WindowsNT版本。

SQLServer2000是Microsoft公司推出的SQLServer数据库管理系统的最新版本，该版本继承了SQLServer70版本的优点，同时又比它增加了许多更先进的功能、具有使用方便、可伸缩性好与相关软件集成程度高等优点。可跨越从运行MicrosoftWindows98的膝上型电脑到运行MicrosoftWindows2000的大型多处理器的服务器等多种平台使用。MSSQLServer不但可以应用于大中型数据库管理中，建立分布式关系数据库，并且也可以开发桌面数据库。事实上，SQLServer数据库处理的基本结构，采取关系型数据库模式，尽管如此，相信大家都可以轻易的发现，在SQLServer的数据库处理方式，则是使用面向对象的 *** 作方式与精神，也就是说，SQLServer的所有功能，都可以基于系统已经建立好的一些对象来达成，是相当OO（面向对象）的一个系统结构。

SQLServer企业管理器是SQLServer的主要管理工具，它提供了一个遵从MMC标准的用户界面，使用户得以：

·定义SQLServer实例组。

·将个别服务器注册到组中。

·为每个已注册的服务器配置所有SQLServer选项。

·在每个已注册的服务器中创建并管理所有SQLServer数据库、对象、登录、用户和权限。

·在每个已注册的服务器上定义并执行所有SQLServer管理任务。

·通过唤醒调用SQL查询分析器，交互地设计并测试SQL语句、批处理和脚本。

·唤醒调用为SQLServer定义的各种向导。

·

第三章图书管理系统设计分析

§41应用需求分析

图书管理系统需要满足来自三方面的需求，这三个方面分别是图书借阅者、图书馆工作人员和图书馆管理人员。图书借阅者的需求是查询图书馆所存的图书、个人借阅情况及个人信息的修改；图书馆工作人员对图书借阅者的借阅及还书要求进行 *** 作，同时形成借书或还书报表给借阅者查看确认；图书馆管理人员的功能最为复杂，包括对工作人员、图书借阅者、图书进行管理和维护，及系统状态的查看、维护并生成催还图书报表。

图书借阅者可直接查看图书馆图书情况，如果图书借阅者根据本人借书证号和密码登录系统，还可以进行本人借书情况的查询和维护部分个人信息。一般情况下，图书借阅者只应该查询和维护本人的借书情况和个人信息，若查询和维护其他借阅者的借书情况和个人信息，就要知道其他图书借阅者的借书证号和密码。这些是很难得到的，特别是密码，所以不但满足了图书借阅者的要求，还保护了图书借阅者的个人隐私。

图书馆工作人员有修改图书借阅者借书和还书记录的权限，所以需对工作人员登陆本模块进行更多的考虑。在此模块中，图书馆工作人员可以为图书借阅者加入借书记录或是还书记录，并打印生成相应的报表给用户查看和确认。

图书馆管理人员功能的信息量大，数据安全性和保密性要求最高。本功能实现对图书信息、借阅者信息、总体借阅情况信息的管理和统计、工作人员和管理人员信息查看及维护。图书馆管理员可以浏览、查询、添加、删除、修改、统计图书的基本信息；浏览、查询、统计、添加、删除和修改图书借阅者的基本信息，浏览、查询、统计图书馆的借阅信息，但不能添加、删除和修改借阅信息，这部分功能应该由图书馆工作人员执行，但是，删除某条图书借阅者基本信息记录时，应实现对该图书借阅者借阅记录的级联删除。并且还应具有生成催还图书报表，并打印输出的功能。

在本系统中由于没有打印机设备供试验，所以预先把报表打印改成报表预览。

设计不同用户的 *** 作权限和登陆方法

对所有用户开放的图书查询

借阅者维护借阅者个人部分信息

借阅者查看个人借阅情况信息

维护借阅者个人密码

根据借阅情况对数据库进行 *** 作并生成报表

根据还书情况对数据库进行 *** 作并生成报表

查询及统计各种信息

维护图书信息

维护工作人员和管理员信息

维护借阅者信息

处理信息的完整性

对借阅过期的图书生成报表

图4-2图书管理系统数据库应用需求的总结

根据以上所做的需求分析，并略掉一些细节（如不考虑用户的登录；对记录的维护），得出以下的三层数据流图。

§42系统功能模块划分

系统功能框图如图4-10所示。

§43系统数据库设计

431概念设计

在概念设计阶段中，设计人员从用户的角度看待数据及处理要求和约束，产生一个反映用户观点的概念模式。然后再把概念模式转换成逻辑模式。将概念设计从设计过程中独立开来，使各阶段的任务相对单一化，设计复杂程度大大降低，不受特定DBMS的限制。

利用ER方法进行数据库的概念设计，可分成三步进行：首先设计局部ER模式，然后把各局部ER模式综合成一个全局模式，最后对全局ER模式进行优化，得到最终的模式，即概念模式。

（1）设计局部ER模式

实体和属性的定义：

图书（图书编号，图书名称，作者，出版社，出版日期，备注，价格，数量，）

借阅者（借书证号，姓名，性别，身份z，联系电话，密码）

身份（身份编号，身份描述，最大借阅数）

图书类别（图书类别编号，类别描述）

ER模型的“联系”用于刻画实体之间的关联。一种完整的方式是对局部结构中任意两个实体类型，依据需求分析的结果，考察局部结构中任意两个实体类型之间是否存在联系。若有联系，进一步确定是1:N，M:N，还是1:1等。还要考察一个实体类型内部是否存在联系，两个实体类型之间是否存在联系，多个实体类型之间是否存在联系，等等。联系定义如图4-5所示。解释如下：

u一个借阅者（用户）只能具有一种身份，而一种身份可被多个借阅者所具有；

u一本图书只能属于一种图书类别（类别），而一种图书类别可以包含多本图书；

u一个用户可以借阅多本不同的书，而一本书也可以被多个不同的用户所借阅。

（2）设计全局ER模式

所有局部ER模式都设计好了后，接下来就是把它们综合成单一的全局概念结构。全局概念结构不仅要支持所有局部ER模式，而且必须合理地表示一个完整、一致的数据库概念结构。

1)确定公共实体类型

为了给多个局部ER模式的合并提供开始合并的基础，首先要确定各局部结构中的公共实体类型。在这一步中我们仅根据实体类型名和键来认定公共实体类型。一般把同名实体类型作为公共实体类型的一类候选，把具有相同键的实体类型作为公共实体类型的另一类候眩

2)局部ER模式的合并

合并的原则是：首先进行两两合并；先和合并那些现实世界中有联系的局部结构；合并从公共实体类型开始，最后再加入独立的局部结构。

3)消除冲突

冲突分为三类：属性冲突、结构冲突、命名冲突。

设计全局ER模式的目的不在于把若干局部ER模式形式上合并为一个ER模式，而在于消除冲突，使之成为能够被所有用户共同理解和接受的同一的概念模型。

3)全局ER模式的优化

在得到全局ER模式后，为了提高数据库系统的效率，还应进一步依据处理需求对ER模式进行优化。一个好的全局ER模式，除能准确、全面地反映用户功能需求外，还应满足下列条件：实体类型的个数要尽可能的少；实体类型所含属性个数尽可能少；实体类型间联系无冗余。

综上所述，“图书管理系统”的全局ER模式如图4-13所示。

432关系数据库的逻辑设计

由于概念设计的结果是ER图，DBMS一般采用关系型（本人所使用的MSSQLServer就是关系型的DBMS），因此数据库的逻辑设计过程就是把ER图转化为关系模式的过程。由于关系模型所具有的优点，逻辑设计可以充分运用关系数据库规范化理论，使设计过程形式化地进行。设计结果是一组关系模式的定义。

（1）导出初始关系模式

book（图书编号＃，图书名称，图书类别＃，作者，出版社，出版日期，备注，价格，数量）class（图书类别#，类别名）user（借书证号＃，姓名，性别，身份编号＃，身份z，联系电话，密码）ID（身份编号#，身份描述，最大借阅数）Owner（借书证号#,图书编号#，借书日期）

图4-14关系模式集

（2）产生子模式

子模式是用户所用到的那部分数据的描述。除了指出用户用到的数据外，还应指出数据与概念模式中相应数据的联系，即指出概念模式与子模式之间的对应性。

借书子模式（借书证号#，姓名，图书编号＃，图书名称，借书日期）

图4-15部分子模式

（3）根据设计中出现的问题本人在写系统时还加入了两个关系模式：

1、ownertemp：用于工作人员在处理借书、还书工作时临时存储借书、还书信息，以便打印报表时使用。

2、keyer：用于存储工作人员和图书馆管理员的用户名和密码及权限，以便工作人员或图书馆管理员进入相应的功能模块时进行验证用户的身份。

433数据库的实现

我选用MicrosoftSQLServer2000(企业版)数据库来进行数据库的逻辑设计。首先创建七个基本数据库表如表4-1－4-7所示，然后根据全局ER图，建立各个表之间的联系，如图4-8所示。

表4-1借阅者基本信息表的结构(User)

表4-2图书信息表的结构（Book）

表4-3图书类别信息表的结构（Class）

表4-4借阅者身份信息表的结构（ID）

表4-5借阅情况信息表的结构（Owner）

表4-6借阅情况临时存储信息表的结构（Ownertemp）

注：在owner表和ownertemp表中加入了索引字段，用来唯一标识一条借书记录，并且设置为标识，标识种子为1。

表4-7工作人员和管理员信息表的结构（Keyer）

图4-8数据库表间联系图

第五章图书管理系统应用程序设计

§51系统窗体模块组成

§52数据模块窗体的设置

在编写数据库应用程序时，经常要遇到这样的情况，即好多组件、窗体同时访问相同的数据源，如果为每一个组件或者窗体都设置一个数据源将是十分耗时的工件，而且要保证这些数据源的确是相同的也需花一番功夫。那么，能不能将这些数据源集中管理，最好是做成一个统一的模块，需要时就将该模块引入而不必直接 *** 作数据源本身呢？数据模块（DataModule）是解决这个问题最好的答案。简单说来，数据模块是用来集中管理数据源的一个窗体，该窗体可被需要的地方随时引入。

但本人在开发这个系统时，开始使用了一下数据模块，但在使用过程中却碰到了一些问题。并且考虑这个系统使用到的TADOQuery控件比较多，如果使用数据控件可能会带来管理上的麻烦，如弄混各个数据控件的作用。还考虑到使用动态生成ADOQuery可能会更节省资源。所以在本人的系统中，开始做的第一个模块“借阅者个人模块”中还稍微使用了一下数据模块。但在后面做的两个模块中大多都是用动态生成ADOQuery来实现的。并且由于SQL语句是动态加入的所以datamodule中的控件也不会多。

§53启动画面的实现

启动画面是为了给用户一个良好的印像，加深软件的亲和力，没有实际的功能，在Form1窗体中加入了Image和Time组件。启动画面的窗体略，主要的源代码如下：

§54用户登录窗体的的实现

本窗体是为三种不同的用户（一般用户，工作人员，管理员）提供选择以进入不同的模块，满足不同用户的需求。源代码比较简单，略。

§55用户密码认证窗体的的实现

本窗体是为了让工作人员或图书馆管理员按照用户名和密码进行登录，并且跟据用户名检查Keyer表中的“权限”字段，以分辩进入图书馆管理人员模块还是进入工作人员模块。窗体界面、源代码如下

§56借阅者服务模块的实现

借阅者服务窗体的功能主要是图书的查询，个人借阅情况查看及个人部分信息的修改。界面图如下：

561图书查询功能的实现

在本系统中，任何人都有权限使用查询功能，不做任何限制。界面如下，

由于实现的查询功能有多种，如按图书编号、图书名称等字段进行完全体配查找和部分体配的模糊查找，还有按多个条件进行逻辑与或是逻辑或的多条件查找。其中实现的方法者差不多，所以只给出多条件查找的代码，如下：

562借阅者登录功能的实现

这个功能的实现与工作人员和管理人员登录功能实现的方法大致一样，并且还要简单。是从User表中查到到借阅证号与密码，看与用户输入的是否一致。如果一致，那么用户就可查看自已的借阅情况并维护自己的部分信息。源代码与借阅者登录界面都略。

563借阅者借阅情况功能的实现

当借阅者正确登录到系统后，此功能将被激活，使用户能查看到自身的借阅情况。在此系统中，信息的显示一般用ListView来实现，只在较少的情况下用到了DBgrid，因为我觉得ListView更好实现，并能使信息数据对用户的完全分离。

在这里跟据借阅者的不同要求实现借阅情况的查询，有检查所有的借阅情部、某本书的借阅情况、和根据已借阅天数的来查询。其中根椐借阅天数来查询更有代表性，有方式一和方式二。以下给出此功能的源代码

按借阅天数查询方式一

按借阅天数查询方式二

564借阅者个人资料维护功能的实现

此功能实现当前借阅者部份资料的修改，但借书证号和身份类别这样的信息不允许修改，这是图书馆管理员模块的功能。在此界面中点击修改按钮将出现“修改”窗体（Form8），点击修改密码按钮将出现groupbox8，在这里进行密码修改。关键源代码如下。

这里给出个人部分信息修改的源代码：

这里给出密码修改的源代码：

57工作人员－图书借阅/归还模块的实现

571工作人员进行图书借阅功能实现

在这个功能中，工作人员输入借阅者的借阅证号和所要借阅的图书的图书编号，然后点击借阅按钮就可进行图书借阅。考虑到实际中可能会出现只知图书名而不知图书编号的情况，在此界面下方加入了一个转换功能，可以把图书名称转换成图书编号，再进行图书借阅。

在借阅完成后会生借阅报表以便借阅者检查和确认，借阅报表的打印效果如下图，实现比较简单，略去实现过程。

572工作人员进行图书归还功能实现

在此功能中，工作人员根据借阅者的借书证号和归还的图书编号进行图书的归还工作。并且根据现实中可能会出现的只知图书名不知图书编号的归还情况，所以加入了按书籍名称进行归还的功能。这个功能是图书借阅功能中把图书名称转换成图书编号的一种改进方法，这样就不用如借阅功能中一样要先转换再借阅了。归还完成后，同样会打印出归还报表以便用户检查和确认。

58图书馆管理员模块的实现

581图书馆管理员图书管理功能的实现

在这个功能中可以在（＊图书编号）中输入图书编号，点查找按钮后就会在各个相应的组件中显示出信息，或按图书名称模糊查找到所要的记录，在各个相应的组件中显示第一条记录的信息，也可在下端的ListView组件中点击某一条记录，在各个相应的组件中也会显示所选记录的信息。在入库功能中只要不是相同的图书编号并且带＊号提示的字段不为空就可插入新的图书记录。删除则删除那些Book表中的图书记录，如果借出还可依用户要求连带删除owner表中的记录。因为图书修改与图书入库的功能与工作人员记录修改和工作人员记录添加的实现过程一样，所以下面仅给出删除功能的源代码，如下

582图书馆管理员工作人员和管理员管理功能的实现

在此功能中可以加入工作人员或是管理员，或是修改他们的密码、权限。

在此功能中如果选中ListView中的记录，则在右边相应的组件中显示出信息，并且管理员还可对这些记录进行修改或加入新的记录。并且也可以点删除按钮删除选中的一条或多条记录。删除功能与图书记录的删除一般，所以下面只给出添加与修改的实现过程。

583图书馆管理员修改图书类别及统记功能的实现

在此窗体中能对图书的类别进行删除，添加和修改，这模块的功能的实现过程与图书记录的删除，添加和修改一样的，但是这个窗体还能跟据图书类别进行统计，还可根据Book表和owner表统计出图书总数目，库存图书数目，借出图书数目及借阅过期的图书数目。在这里给出统计图书总数目，库存图书数目，借出图书数目及借阅过期的图书数目的实现过程中的几个函数和过程

584图书馆管理员借阅者管理功能的实现

查询借阅者可根据借阅者的借书证号或姓名或身份编号查找到借阅者的信息，也可以实行模糊查找，这个功能的实现与前面图书查找的实现过程一般，就不再详细说明。

585图书馆维护借阅者管理功能的实现

此功能能对借阅者信息进行查看添加、删除、修改。在这里给出刷新按钮的实现过程

586图书馆身份维护功能的实现

这一部分是对借阅者身份进行管理，能对身份进行添加、删除、修改。并且同样的在listview中选中某条或多条记录时会在相应的右边的组件中显示出信息。此功能实现过程与前面所叙有雷同，略。

587图书馆借阅者统计功能的实现

此功能按借阅者身份进行统计，得出具有某种身份的借阅者总数，此种身份的并借阅图书的借阅者数和所借阅的图书数，在下面给出实现过程。

588图书馆统计借阅过期记录功能的实现

打印出的借阅过期催还报表如下图所示：

此报表能显示按借书证号升序排列的借阅信息超过限定时限的信息，其中主要的SQL语句如下：

59系统信息显示的实现

显过本系统的信息，并且右边的字向上滚动显示，主要实现如下：

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