简述数据库管理系统的功能

按功能划分，数据库管理系统大致可分为6个部分：

1、模式翻译：提供数据定义语言。用它书写的数据库模式被翻译为内部表示。数据库的逻辑结构、完整性约束和物理储存结构保存在内部的数据字典中。数据库的各种数据 *** 作（如查找、修改、插入和删除等）和数据库的维护管理都是以数据库模式为依据的。

2、应用程序的编译：把包含着访问数据库语句的应用程序，编译成在dbms支持下可运行的目标程序。

3、交互式查询：提供易使用的交互式查询语言，如SQLDBMS负责执行查询命令，并将查询结果显示在屏幕上。

4、数据的组织与存取：提供数据在外围储存设备上的物理组织与存取方法。

5、事务运行管理：提供事务运行管理及运行日志，事务运行的安全性监控和数据完整性检查，事务的并发控制及系统恢复等功能。

6、数据库的维护：为数据库管理员提供软件支持，包括数据安全控制、完整性保障、数据库备份、数据库重组以及性能监控等维护工具。

扩展资料：

计算机数据库管理系统最大的优势在于能够进行数据信息的长期存储和管理。而这一特点在很多领域都有广泛的应用。但是需要注意的是技术人员在增强信息存管率时应当对用户的身份进行细致识别，防止非法用户的入侵，最终减少恶意访问、黑客攻击等问题，真正保障数据信息的安全。

在计算机网络应用的过程中经常会出现信息丢失、系统崩溃等现象，致使数据信息损坏，无法正常调用。

而计算机数据库管理系统主要就是数据的集合存储，在这一存储的过程中，管理系统会按照一定的模式进行数据存储，并建立较为复杂的数据结构关系。这样既能实现数据的单独处理，也能实现数据结合的使用、处理，从而实现高效率的数据恢复。

(一)空间数据存储技术

随着地理信息系统的发展，空间数据库技术也得到了很大的发展，并出现了很多新的空间数据库技术(黄钊等，2003)，其中应用最广的就是用关系数据库管理系统(RDBMS)来管理空间数据。

用关系数据库管理系统来管理空间数据，主要解决存储在关系数据库中的空间数据与应用程序之间的数据接口问题，即空间数据库引擎(SpatialDatabase Engine)(熊丽华等，2004)。更确切地说，空间数据库技术是解决空间数据对象中几何属性在关系数据库中的存取问题，其主要任务是:

(1)用关系数据库存储管理空间数据;

(2)从数据库中读取空间数据，并转换为GIS应用程序能够接收和使用的格式;

(3)将GIS应用程序中的空间数据导入数据库，交给关系数据库管理。

空间数据库中数据存储主要有三种模式:拓扑关系数据存储模式、Oracle Spatial模式和ArcSDE模式。拓扑关系数据存储模式将空间数据存在文件中，而将属性数据存在数据库系统中，二者以一个关键字相连。这样分离存储的方式由于存在数据的管理和维护困难、数据访问速度慢、多用户数据并发共享冲突等问题而不适用于大型空间数据库的建设。而OracleSpatial实际上只是在原来的数据库模型上进行了空间数据模型的扩展，实现的是“点、线、面”等简单要素的存储和检索，所以它并不能存储数据之间复杂的拓扑关系，也不能建立一个空间几何网络。ArcSDE解决了这些问题，并利用空间索引机制来提高查询速度，利用长事务和版本机制来实现多用户同时 *** 纵同一类型数据，利用特殊的表结构来实现空间数据和属性数据的无缝集成等(熊丽华等，2004)。

ArcSDE是ESRI公司开发的一个中间件产品，所谓中间件是一个软件，它允许应用元素通过网络连接进行互 *** 作，屏蔽其下的通讯协议、系统结构、 *** 作系统、数据库和其他应用服务。中间件位于客户机/服务器的 *** 作系统之上，管理计算资源和网络通讯，并营造出一个相对稳定的高层应用环境，使开发人员可以集中精力于系统的上层开发，而不用过多考虑系统分布式环境下的移植性和通讯能力。因此，中间件能无缝地连入应用开发环境中，应用程序可以很容易地定位和共享中间件提供的应用逻辑和数据，易于系统集成。在分布式的网络环境下，客户端的应用程序如果要访问网络上某个服务器的信息，而服务器可能运行在不同于客户端的 *** 作系统和数据库系统中。此时，客户机的应用程序中负责寻找数据的部分只需要访问一个数据访问中间件，由该中间件完成网络中数据或服务的查找，然后将查找的信息返回给客户端(万定生等，2003)。因此，本系统实现空间数据库存储的基本思想就是利用ArcSDE实现各类空间数据的存储。

目前，空间数据存储技术已比较成熟，出现了许多类似ArcSDE功能的中间件产品，这些软件基本上都能实现空间数据的数据库存储与管理，但对于海量空间数据的存储，各种软件性能差别较大。随着数据量的增长，计算机在分析处理上会产生很多问题，比如数据不可能一次完全被读入计算机的内存中进行处理。单纯依赖于硬件技术，并不能满足持续增长的数据的处理要求。因此需要在软件上找到处理海量数据的策略，并最终通过软硬件的结合完成对海量数据的处理。在海量数据存储问题上，许多专家从不同侧面进行过研究，Lindstrom在地形简化中使用了外存模型(Out-of-core)技术;钟正采用了基于数据分块、动态调用的策略;汪国平等人在研究使用高速网络进行三维海量地形数据的实时交互浏览中，采用了分块、多分辨率模板建立模型等方法。这些技术、方法已经在各自系统上进行了研究和实现。本系统采用的ArcSDE软件基本上也是采用分块模型的方法，具体存储和 *** 作不需要用户过多了解，已经由ArcSDE软件实现。因此，对海量数据的存储管理，更需要从数据的组织方式等方面进行设计。塔里木河流域生态环境动态监测系统采集了大量的遥感影像、正射影像等栅格结构的数据，这些数据具有很大的数据量，为适应流域空间基础设施的管理需要，采取一种新的方式来管理、分发这些海量数据以适应各部门的快速浏览和管理需要。

(二)影像金字塔结构

影像数据库的组织是影像数据库效率的关键，为了获得高效率的存取速度，在数据的组织上使用了金字塔数据结构和网格分块数据结构。该技术主导思想如下:

(1)将数据库中使用到的纹理处理成为大小一致的纹理块;

(2)为每块纹理生成5个细节等级的纹理，分别为0、1、2、3、4，其中1级纹理通过0级纹理1/4压缩得到，2级纹理通过1级纹理1/4压缩得到，…，以此类推;

(3)在显示每个块数据之前，根据显示比例的大小，并以此决定该使用那一级的纹理;

(4)在内存中建立纹理缓冲池，使用LRU算法进行纹理块的调度，确保使用频率高的纹理调度次数尽可能少。

(三)影像数据压缩

影像数据压缩有无损压缩和有损压缩两个方法，具体采取哪种压缩方法需根据具体情况确定。对于像元值很重要的数据，如分类数据、分析数据等采用无损压缩(即LZ77算法)，否则采用有损压缩(即JPEG算法)。通过对影像数据的压缩，一方面可以节约存储空间，另一方面可以加快影像的读取和显示速度。影像数据的压缩一般与构建金字塔同时进行，在构建影像金字塔过程中自动完成数据的压缩。

早期的数据库管理都是采用文件系统。在文件系统中，数据按其内容、结构和用途组成若干命名的文件。文件一般为某个用户或用户组所有，但可供其他用户共享。用户可以通过 *** 作系统对文件进行打开、读、写和关闭等 *** 作。

文件系统有明显的缺点:

(1)编写应用程序很不方便。

应用程序的设计者必须对所用的文件的逻辑及物理结构有清楚的了解。 *** 作系统 只能打开、关 闭、读、写等几个低级的文件 *** 作命令，对文件的查询修改等处理都须在应用程序内解决。应用程序还 不可避免地在功能上有所重复。在文件系统上编写应用程序的效率不高。

(2)文件的设计很难满足多种应用程序的不同要求，数据冗余经常是不可避免的。

为了兼顾各种应用程序的要求，在设计文件系统时，往往不得不增加冗余的数据。数据冗余不仅浪费空间，而且会带来数据的不一致性（inconsistency)在文件系统中没有维护数据一致性的监控机制，数据的一致性完全有用户负责维护。在简单的系统中勉强能应付，但在大型复杂的系统中几乎是不可能完成的。

(3)文件结构的修改将导致应用程序的修改，应用程序的维护量将很大。

(4)文件系统不支持对文件的并发访问（concurrent access）。

(5)数据缺少统一管理，在数据的结构、编码、表示格式、命名以及输出格式等方面不容易做到规范化、标准化；数据安全和保密方面，也难以采取有效的办法。

GIS是世界上独一无二的一种数据库――空间数据库（Geodatabase）。它是一个“用于地理的信息系统”。从根本上说，GIS是基于一种使用地理术语来描述世界的结构化数据库。

这里我们来回顾一些在空间数据库中重要的基本原理。

· 地理表现形式

作为GIS空间数据库设计工作的一部分，用户要指定要素该如何合理的表现。例如，地块通常用多边形来表达，街道在地图中是中心线（centerline）的形式，水井表现为点等等。这些要素会组成要素类，每个要素类都有共同的地理表现形式。

每个GIS数据集都提供了对世界某一方面的空间表达，包括：

· 基于矢量的要素（点、线和多边形）的有序集合

诸如数字高程模型和影像的栅格数据集

网络

地形和其它地表

测量数据集

其他类型数据，诸如地址、地名和制图信息

描述性的属性

除了地理表现形式以外，地理数据集还包括传统的描述地理对象的属性表。许多表和空间对象之间可以通过它们所共有的字段（也常称为“关键字”）相互关联。就像它们在传统数据库应用中一样，这些以表的形式存在的信息集和信息关系在GIS数据模型中扮演着非常关键的角色。

空间关系：拓扑和网络

空间关系，比如拓扑和网络，也是一个GIS数据库的重要部分。使用拓扑是为了管理要素间的共同边界、定义和维护数据的一致性法则，以及支持拓扑查询和漫游（比如，确定要素的邻接性和连接性）。拓扑也用于支持复杂的编辑，和从非结构化的几何图形来构建要素（例如，用线来构建多边形）。

地理要素共享几何形状。可以使用节点、边、面的关系来描述要素的几何形状

在这个网络示例中，街道要素代表连接它们的端点（称为“连接”）的边。

转向模型可用于控制从一边到另一边的通行能力

· 专题图层与数据集

GIS将空间数据组织成一系列的专题图层和表格。由于GIS中的空间数据集具有地理参考，因此它们具有现实世界的位置信息并互相叠加。

GIS集成了多种类型的空间数据

在一个GIS中，同类型的地理对象集合被组织成图层，例如地块、水井、建筑物、正射影像以及基于栅格的数字高程模型（DEM）。明确定义的地理数据集对于一个实用的地理信息系统是相当重要的，同时专题信息集合使用层来组织，这样的思想也是GIS数据集一个关键的思想。

数据集可以用于表达：

原始量测值（例如卫星影像）

经过解译的信息 l 通过空间分析和建模处理而得来的数据

通过层之间共同的地理位置，我们可以很容易地得到多个层之间的空间关系。

GIS使用普通的对象类来管理这些简单的图层，同时凭借一套功能丰富的工具获取数据层之间的关键联系。

GIS会使用通常是来自不同组织机构，并且具有各种表现方式的大量数据集。因此对于GIS数据集很重要的是：

· 使用简单并易于理解

· 易于同其他的地理数据集结合使用

· 能够被有效地编辑与校验

· 能够形成具有内容详实，使用和目标描述明确的清晰文档

任何的GIS数据库或者用基于文件的数据组织方式都遵循这些共同的原则与概念。每个GIS都需要有一个机制依据这些原则来描述地理数据，并且通过一套综合的工具来使用和管理此信息。

一、系统目标与设计原则

系统的总体目标是利用GIS组件开发技术，与地下水污染预警理论相结合，开发可脱离GIS平台独立运行的地下水污染预警系统。系统可进行研究区域的水质评价、水质预测、含水层固有脆弱性评价、污染源荷载风险计算、污染风险评价、污染预警分析，从而可以帮助决策者和管理者制定地下水保护的管理战略方针，采取相应的对策和措施有效地控制地下水的演变方向，使地下水资源的保护具有预见性、针对性和主动性，为实现地下水资源的可持续利用服务。

系统设计原则：

（1）科学性与规范性。系统采用先进的开发平台和技术，通过Net开发平台将Arc GIS Engine中提供的GIS组件有机地融合在空间数据管理中，同时力求系统的科学性与规范性，按照国家统一规范和数据格式建立空间数据库管理系统。

（2）实用性。系统的开发以能更多地满足实际应用的需要为原则，同时力求系统结构简洁、使用方便、界面友好，易于 *** 作、管理，数据更新和系统升级。

（3）可靠性与稳定性。首先保证数据库中的所有数据准确可靠。另外系统有很强的容错能力和处理能力，不至于因某个动作或某个突发事件导致数据丢失和系统瘫痪。

（4）开放性与可扩充性。系统的设计应充分考虑到系统的扩展和与其他系统的兼容，具备良好的功能模块化设计，便于更新与移植。在数据库设计以及系统功能等方面尽可能留有余地，方便系统的扩充和移植，当新的模块增加时，现有模块和整个系统结构不会受到大的影响。

二、系统的总体结构

地下水污染预警系统主要包括研究区信息、水质评价、水质预测、污染风险评价、污染预警等功能模块，系统的总体结构如图13—1所示。

图13—1 地下水污染预警系统总体结构图

三、系统的主要功能

1地下水水质现状评价

利用地下水水质监测数据，进行单井和区域地下水水质现状评价。评价方法包括指数评价法（《地下水质量标准》GB/T14848—93）、模糊综合评判和BP神经网络方法。

2地下水水质预测

利用多年的地下水水质监测数据，可以采用灰色模型GM（1,1）或时间序列分析方法预测未来几年的水质状况，确定地下水水质变化趋势。

3含水层固有脆弱性评价

含水层固有脆弱性是指天然状态下含水层对污染所表现的内在固有的敏感程度。不考虑人类活动和污染源的影响，而只考虑水文地质内在因素。具体做法是将含水层埋深（D）、净补给量（R）、含水层介质类型（A）、土壤介质类型（S）、地形坡度（T）、包气带介质影响（I）、含水层渗透系数（C）的空间分布信息，根据标准分类后，叠加分析得到研究区含水层固有脆弱性分区图。

4污染源荷载风险计算

污染源荷载风险是指各种污染源对地下水产生污染的可能性。首先根据污染源种类（K）、污染物的数量（Q）、污染物释放的可能性（L）和距离（D）计算单个污染源产生污染的风险：P=K·Q· L·D，然后利用GIS的缓冲区分析和叠加分析，得到研究区污染源荷载风险。

5污染风险评价

根据地下水使用的目的，确定地下水受污染可能造成的危害程度，综合考虑含水层固有脆弱性、污染源荷载风险和地下水污染危害，得到研究区地下水污染风险分布图。

6地下水污染预警

综合考虑水质污染现状、水质变化趋势、污染风险，进行研究区地下水污染预警分析，得到研究区地下水警度分布图。

四、系统开发环境

系统采用面向对象设计思想及原型化开发方法，充分考虑系统的完整性、灵活性和安全性，基于以下环境和工具进行开发。

*** 作系统：以Windows 2000 NT XP作为系统开发平台。

数据库管理系统：以Microsoft Access作为后端数据库。

GIS软件：选择ESRI公司最新推出Arc GIS Engine，利用Arc GIS Engine提供的嵌入式GIS组件，在NET、JAVA、COM、C+＋等通用开发环境中开发出可以脱离Arc GIS Desktop环境而独立运行的应用软件。

开发工具：选用微软最新开发平台Visual StudioNET中的Visual BasicNET进行程序设计，系统采用Arc GIS Engine开发技术和Visual StudioNET开发平台进行建设，充分发挥了这项技术功能强大、应用灵活的特点，从而最大限度地保证了系统的方便简洁、安全稳定、兼容性强的设计原则。

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