（电气工程专业论文）大型运输企业车辆运行与成本监控自动化管理.pdf

大型运输企业车辆管理与成本监控自动化 a u t o m a t i o no fv e h i c l em a n a g e m e n ta n dc o s ts u p e r v i s i o n i nl a r g e t r a n s p o r t a t i o ne n t e r p r i s e 摘要 二十一世纪的世界已步入信息时代，信息化己成为全球经济发展的共同抉择，信 息化程度己成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。运输部门作为一个 分布广、工作任务分散、经营数据繁琐的企业单位，要与世界接轨，参与国际竞争就 必须实现企业信息化。建立企业信息数据库，将生产数据实时录入，及时统计，及时 发布，从而使企业内部各部门相互了解，密切配合，同步协作。 本论文以运输企业信息化为背景，研究了运输部门生产经营的工作流程，关系数 据库的理论原理，以及企业网的计算模型 营分析的数学模型，总结了相应计算公式 并在其基础之上，建立了运输单车成本经 形成了企业信息数据库，开发了对运输单 车成本数据实时采集，实时统计分析，实时查询并对统计结果产生相应控制策略的信 息监控系统。考虑到运输部门自身的生产特点，如分工细、信息量大、单位分布广、 经营分析复杂，本系统要求在性能、实时显示、可靠性、安全性方面需同时兼顾。因 此，系统在性能优化上做了以下工作： ( 1 ) 将c s 与b s 两种计算模型相融合，在实际数据收集部分采用c s 模式， 确保实际数据的准确性；在经营分析统计数据发布部分，采用b s 模式，提高系统性 能。两种模式取长补短，达到系统运作的最佳效果： ( 2 ) 系统中大量的数据统计由数据库服务器的触发器与存储过程完成，充分利 用数据库服务器的优势，实现了系统的实时性，保证了数据的完整性和一致性。 ( 3 ) 操作界面的高效性。操作界面尽量减少数据的直接录入，提高了数据的安 全性及准确性。 关键词：系统性能、单车成本、实时性 a u t o m a t i o no f v e h i c l em a n a g e m e n ta n dc o s ts u p e r v i s i o n i nl a r g e t r a n s p o r t a t i o ne n t e r p r i s e a b s t r a c t t h e2ls t c e n t u r yi s i n f o r m a t i o ne r a a n di n f o r m a t i o n i z a t i o ni s ac o m m o n d e c i s i o no ft h ew o r l dt od e v e l o pe c o n o m y t h et r a n s p o r t a t i o nc o r p o r a t i o n o f s h e n g l io i lf i e l di s al a r g ee n t e r p r i s ei no u rc o u n t r y o n l yi fi tb u i l d su pa r l i n f o r m a t i o nd a t a b a s ea n dc o n n e c te v e r yp a r to fi tw i t hi n t e m e t ，c a ni tw i n i n t h ev i o l e n t c o m p e t i t i o n i nt h i sp a p e r , t h eo p e r a t i o n p r o c e s so f t h e t r a n s p o r t a t i o nd e p a r t m e n t ，t h e o r y o f t h er e l a t i o nd a t a b a s e ，c o m p u t a t i o n a lm o d e lo fi n t r a n e ta r es t u d i e da n dt h e m a t h e m a t i cm o d e lo ft h ec o s to fs i n g l ev e h i c l ea n dt h ev e h i c l e d i s p a t c h i n g m o d e la r ep r o v i d e d t h es y s t e mi n f o r m a t i o nd a t a b a s ei sb u i l tu pa n dt h e c o n t r o l l i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e mo f t h ec o s to fs i n g l ev e h i c l ei sd e v e l o p e d t h i ss y s t e mc a l lc o l l e c t ，h a n d l ea n ds t a t i s t i c a l l yp r o c e s si nr e a l t i m et h ed a t a o fc o s to f s i n g l ev e h i c l ea n dg e n e r a t ed e c i s i o nt oc o n t r o lt h ec o s t d e p e n d i n g o nt h eu n i q u ep r o d u c t i o nf e a t u r eo ft h et r a n s p o r t a t i o nd e p a r t m e n t ，t h es y s t e m i so p t i m i z e di nf o l l o w i n g a s p e c t s ： ( 1 ) u s eb sa n dc sc o m p u t i n gm o d e la tt h es a m et i m e q ) mo s t d a mo o m d u t n ga n dp r o c e s s n g 黜f u l f i l j e db y 1 h es e i v e r s 或( r e a n d t r i g g e rp r o c e d u r e t or e a c ht h e s y s t e mr e a l t i m er e s p o n s e ，t h e d a t a c o m p l e t e n e s sa n dc o n f o r m i t y f 3 1e m c i e n c yo ft h eo p e r a t i o ni n t e r f a c e m o s td a t aa r ee n t e r e d a u t o m a t i c a l l y , s ot h a tt h es y s t e m i sm o r er e l i a b l ea n da c c u r a t e k e yw o r d s ：d a t a b a s e ，p e r f o r m a n c e ，a n dc o s to f s i n g l ev e h i c l e 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体会员审查， 确认符合合肥工业大学硕士学位论文 质量要求。 主席： 答辩委员会签名 大学教授 委员：域缓擘髟碉簟暂 曼涛场晰。i l i i 幽限么习岩菇币中 舍肥壬业击哮教授 导师： a 也鳓巴工业大学 f 璐肥工业大学 佻工业大学搭趣 一学堂市耙 教授 教授 教授 教授 、，、 昂 独创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得金目壁王些太堂或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刍1 刍参j 够签字日期： 哆年彳月f 如 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件及磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权金目巴王、业盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名务1 签字啉沁弦7 月啪 导一骆魄勤抄 签字日期： 多年月l 蝠 学位论文作者毕业后去向：中国石化集团公司胜利石油管理局工程运输公司担任副经理 工作单位：中石化胜利工程运输公司 通讯地址：山东省东营市东营区北二路1 1 1 号邮编：2 5 7 0 7 5 致谢 本论文是在张崇巍教授、单亦先教授的悉心指导下完成的。在此感谢俩教授在 繁忙的教学和科研的同时，对论文的选题、结构、文字叙述等作出的精辟的指导。特 别是在论文完成之际，学生衷心感谢两位导师这几年对本人的指导和培养。他们渊博 的学识，严谨的学风，博大的胸怀令学生受益匪浅，终身难忘。 在作论文的过程中，本人不仅得到导师的精心指导和热情帮助，而且在学习研 究生课程和论文期间，得到了许多老师为本人提供了诸多方便，给予了很大帮助，在 此也一并表示感谢。 刘新海 2 0 0 3 0 3 0 7 第一章 引论 1 1 开展本课题的目的和意义 二十一世纪的世界已步入信息时代，信息化已成为全球发展经济的共同抉 择，信息化程度己成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。国内企 业要与世界接轨，参与国际竞争就必须实现企业信息化，将企业信息录入数据库， 建立企业信息网，利用i n t r a n e t 特有的信息集成、发布和浏览技术来加强企业的 内部联系，规范企业的运作机制，增强企业的竞争能力。 胜利油田运输总公司是目前石油石化最大的专业化运输单位，也是全国最大 的运输企业之一，该公司承担着胜利油田9 0 的运输任务和部分社会运输任务，年 产值约l o 亿元。公司下属单位分布广，管理层次多，数据经营分析复杂，部分单 位分布见图1 1 。由于通信设施滞后，数据统计方式落后，各单位经营信息常常 反馈不及时，经营分析数据失真，严重影响了运输总公司整体经营成效。为适应 市场化经营的需要，实现信息灵通，指令顺畅，超前预测，科学调度，高产高效 的运行特点，并充分调动企业员工的生产积极性，做到多劳多得，就必须以网络 为基础，建立企业数据库，将产值、成本、利润等经营数据分解到单车，将生产 经营数据及时录入，及时统计，对每一辆单车、每一位司机、每一天的生产情况 进行考核，从而及时发现生产漏洞，监控生产成本，并能为企业决策提供依据。 书记量釜童 l l l i z 台毒席 ll 叫尊唾 li e z 雹师 |ll l il l 科邑主哜师 l j 1 一 l l - - _ l 颦 成揸 售 士 彝舶蚤 瞎妊证知蛹 抽1 1 ,墙 同 管* 咀育慑州 营 亲空 牡榀 4 1 , “ 台 “ 广i _ h _ - _ 。一 广一 丁一- - y j 图卜1 单位分布示意图 二十世纪是计算机网络工程世纪，作为一个大型运输公司，需要有先进、 可靠、高效的计算机综合信息网络和优秀的计算机管理与单车成本监控系统，这 不但是提高运输里程利用率、降低运输成本、提高运输效益的需要，也是提高管 理水平的需要，还是衡量一个企业综合实力的标志。因此，只有建立企业数据库， 利用企业信息网将各部门信息数据及时汇总，及时发布，才能使企业各部门密切 配合，对生产经营进行即时评估，对瞬息万变的市场需求做出反应，才能在激烈 的市场竞争中立于不败之地。 1 2 研究现状及存在问题 尽管目前企业信息管理系统的建设如火如荼，但运输部门的信息管理监控 系统还是一个崭新的领域，我们的课题研究就是要填补这一领域的空白。运输部 门有其自身的生产特点，如分工细、信息量大、单位分布广、经营分析复杂。如 何对运输的生产、管理进行建模，使之为软件实现提供依据? 如何对运输行业所 要求的系统高性能、数据实时显示、系统安全、可靠等各方面综合考虑、协调部 署? 这就是我们在系统研究中的主要问题。 2 0 0 2 年胜利油田大面积进行内部网络的硬件和软件建设，胜利油田总公司 及下属各三级单位网络硬件初具规模，为进行网络化管理奠定了基础，运输总公 司计算机网络系统配置如图1 2 所示 t 中心i - l 办竺竺一 1 0 0 m 光纤连 两豳豳 接，三级单位 多数通过油 恻圆圈因 田其他二级 单位接入油 田局域网 图l - 2 单位计算机网络系统总配置例 1 3 主要研究内容 本论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 研究运输理论，分析单车成本。通过大量现场实际调研，了解运输生 产流程，确定成本消耗收集点，将各项成本细化分解到单车，建立调度模型，建 立单车成本输入输出模型，总结出运输调度与管理系统中大量统计计算公式。 ( 2 ) 根据运输实际生产情况，对错综复杂的信息数据进行条理化分析，确 定系统数据字典，建立网络系统数据库。 ( 3 ) 系统的模式与实现。根据运输生产的实际需求，采用b s 与c s 相结 合的计算模式，运用p o w e r b u i i d e r 、a s p 、f r o n t p a g e 等软件完成基于w e b 结构 的运输单车成本监控系统。 ( 4 ) 提高系统性能的研究。包括数据库优化、查询优化、应用程序优化， 以及提高系统安全性、可靠性的研究。从而使系统在规模较大，各种先进技术应 用较全面的前提下，各部分优势互补，协调运作。 4 2 1 运输理论 第二章相关研究理论基础 1 运输单车生产流程 胜利油田运输总公司的生产流程如图2 1 所示。单车的生产流程以路单的开 具、回收、结算为主线，成本消耗发生在车辆执行任务的整个过程中。其中路单 是运输出车的重要依据，通过路单可以反映出本次出车的基本信息，例如车号、 司机、产值、吨公里等，绝大部分的生产经营数据都是以路单信息为基础的。 图2 - 1 单车生产流程 2 成本数据构成 根据胜利油田运输总公司的生产流程，通过大量的实地调研，我认为运输单 车成本的数据结构可用图2 - 2 表示。 f 固定成本动? 、工资、福刹、差旅费、管理赘等 总 ll 油料费 巢l 可变成本 材料费 l 修理费 图2 - 2 运输单车成本结构 油料、材料、修理费是运输生产过程中发生的主要成本，其大小往往不可 控制，属于可变成本。而工资、福利、公司管理费等成本消耗通常由单位统一花 费，分派到单车，其大小相对固定，属于固定成本。可变成本与固定成本的总和 即构成单车总成本。 3 单车经营分析数据的产生 运输行业的特点是生产成本的消耗与利润的创造同时发生，因此，单车经营 分析的实际数据是伴随着单车生产流程产生的，如图2 3 所示。 车况信息 ；预计产量、：；实际产量、应耗可；：实际产值 车一：预计产值 ：变成本 卜羊 一一一i i 赶瓣一一 图2 3 单车经营分析数据的产生 由图可见，单车经营分析数据的产生有两条轨道：一条是单位制定生产计划， 细化分派到单车，形成单车计划数据；条沿单车生产运作流程前进，生成单车 实际与预计两套数据。最后对单车的三套数据进行分析和比较。 4 统计数据 基层单位单车的各种产值、成本等基础信息数据汇总后，可输出某单位、 某一车型、某一单车任段时间内的统计信息，其中包括计划、实际、预计三套 数据。从而实现单位之间、车型之间、单车之问、时间区段之间以及实际数据与 计划数据之间的分析与比较。统计数据明细如图2 4 所示。 2 2 关系及关系数据库理论 2 2 1 关系模型 在数据库技术中，我们用模型的概念描述数据库的结构与语义，对现实世界 进行抽象。表示实体类型及实体闯联系的模型称为“数据模型”。 关系模型是目前最为流行的种数据模型，用二维表格结构表示实体集，关 统 计 数 据 r 完好率 著誓 工作率 l 备状态车数 ，计划数据 经营分析i 数据j r 要爹 嶝二三 预计数据同上 实际数据同上 图2 4 统计数据关系图 键码表示实体间的联系。 1 关系模型的基本概念 ( 1 ) 键( k e y ) 键( 关键码) 是关系模型的一个重要概念，有下列几种键： a 超键：在关系模式中，能唯一标识元组的属性集称为超键( s u p e r k e y ) 。 b 候选键：如果一个属性集能唯一表示元组，且有不含有多余属性，那么 这个属性集称为候选键( c a n d i d a t ek e y ) 。 c 主键：关系模式中用户正在使用的候选简称为主键( p r i m a r y k e y ) 。一般， 如不加说明，键是指主键。 d 外键：如果模式r 中某属性及时乞讨似的候选键，那么该属性集对模式 r 而言是外键( f o r e i g nk e y ) 。 关系中每一个属性都有一个取值范围，这个取值范围称为属性的值域。 ( 2 ) 关系的定义 我们可用集合论的观点定义关系( r e l a t i o n ) 。关系是一个元数为k ( k 1 ) 的元组的集合。把关系堪称一个集合，集合中的元素是元组，每个元组都有k 个属性值。 如果一个关系的元组个数是无限的，那么称为无限关系；否则称为有限关系。 由于计算机存储系统的限制，只研究有限关系。 尽管关系与二维表格、传统的数据文件有类似之处，但他们又有区别。严格 的说，关系是一种规范化了的二维表格中行的集合。在关系模型中，对关系作如 下限制： a 关系中每一个属性值都是不可分解的，也不允许出现重复组。 b 关系中不允许出现相同的元组( 印不允许出现重复元组) c 由于关系是一个集合，因此不让用户考虑元组的顺序。 d 元组中属性是有序排列的，用户在使用时应考虑到顺序 ( 3 ) 关系数据库的数据体系结构 关系模型遵循数据库的三级体系结构，其名称如下：关系子模式、关系模式 和存储模式。 a 关系模式：数据库的概念模式定义为关系模式的集合。每个关系模式就 是记录类型。 关系模式的定义包括：模式名、属性名、值域名以及模式的主键。由于不涉 及到物理存储方面的细节，因此关系模式仅仅是对数据本身特性的描述。 b 关系子模式：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，还应指出数据与模式中相应数据的联系，即指出子模式与模式之 间的对应性。 c 存储技术：关系存储是作为文件看待的，每个元组就是一个记录。由于 关系模式有键，因此存储一个关系可用散列方法和索引方法实现。如果关系的元 组数目较少，那么也可以用“堆文件”方法实现( 即没有特定的次序) 。此外， 还可对任意的属性集建立辅助索引。 2 关系模型的三类完整性规则 为了维护数据库中数据与现实世界的一致性，关系数据库的数据与更新操作 必须遵循下列三类完整性规则： ( 1 ) 实体完整性规则( e n t i t yi n t e g r i t yr u l e ) ：这条规则要求关系中元组在主 键的属性上不能有空值。如果出现空值，那么主键值就起不了睢标识元组的作 用。 ( 2 ) 引用完整性规则( r e f e r e n c ei n t e g r i t yr u l e ) ：这条规则要求“不允许引 用不存在的元组”。 引用完整性规则的形式定义如下： 如果属性集k 是关系模式r 1 的主键，k 也是另一关系模式r 2 的外键，那 么在r 2 的关系中k 的区制止允许两种可能：空值；等于r l 的关系中某个各元 组的k 值。 这条规则使用时，k 在作为主键或外键出现时刻一起不同的名字，只要定义 在相同的值域上即可。 实体完整性规则和引用完整性规则是关系模型必须满足的规则，应该由系统 自动支持。 ( 3 ) 用户定义的完整性规则：这是针对某一具体数据的约束条件，有应用 环境决定，它反映某一具体应用所设计的数据必须满足的语义要求。系统提供定 义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统方法处理它们，不再由应用程序 承担这项工作。 3 关系模型的形成定义 关系模型由三部分组成：数据结构、数据操作、完整性规则。 ( 1 ) 数据库中全部数据及其相互联系都被组织成关系的形式。关系模型只 有一种数据结构关系。 ( 2 ) 关系模型提供一组完备的关系运算，以支持对数据库的各种操作。关 系运算的理论是关系代数和关系演算。关系数据库的数据操纵语言( d m l ) 以 关系运算理论为基础实现。 ( 3 ) 关系模型有三类完整性规则 4 关系模型的优点 与其他数据模型相比，关系模型的突出优点如下： ( 1 ) 关系模型提供单一的数据结构形式，具有高度的简明性和精确性。各 类用户都能很容易的掌握和运用基于关系模型的数据库系统，数据库应用系统的 开发效率显著提高。 ( 2 ) 关系模型的逻辑结构和数据操作完全独立于数据存储方式，具有高度 的数据独立性，用户完全不必关心物理存储细节。 ( 3 ) 关系模型建立在坚实的数学基础上。关系运算的完备性、设计规范理 论为数据库技术的成熟奠定了基础。 ( 4 ) 关系数据库语言与一阶谓词逻辑的固有内在联系，为以关系数据库为 基础的推力系统和知识库系统的研究提供了方便，成为新一代数据库技术不可缺 少的基础。 2 2 2 关系数据库的设计理论 数据库设计的重要性不言而喻。作为整个数据库应用开发的第一步，它显然 是整幢大厦的地基。如何设计数据库的关系模式，关系模式设计的好坏都直接影 响到数据设计的冗余度、一致性、操作灵活性等一系列问题。 关系数据库的设计主要涉及到关系的组成、范围及属性之间的联系的性质， 而关系模式正是对这些性质的描述。其一般形式为：r r ：关系模式名称，表示该模式的各实例关系； u ：域集，表示属陛取值范围的集合； d o m u 与d 之间的映像函数，即d o m ，u 斗d ，且每个属性a 所有可能 的取值集合构成d ，允许d i = d ， f ：u 上的一组约束称为数据依赖集。 如果关系模式设计不当，会引起一系列的问题如数据冗余、更新异常( 包括 修改异常、插入异常、删除异常) 。所幸的是，遵循属性之间的函数依赖性及模 式分解方法，可阱消除这些问题。 函数依赖性的定义是：设有一个关系模式r ( u ) ，x 和y 是属性集u 上的子 集，如对于r ( u ) 的任一个关系r ，r 中的任两个元组s ，t ，对应于x 的那些属 性分量的值相同，而对于y 的那些属性分量的值也必定相同，则称“x 函数决 定y ”。 所谓进行模式分解，即将一个关系模式分解为多个关系模式，并要求新的关 9 系模式具有原模式的各种特性和数据问函数依赖。这种无损分解的数学定义为： 设f 是关系模式r 的函数依赖集p = r ，r ：，r ，) 是r 的一个分解，如果对 于r 的满足f 的每个关系r 都有r = 石。( r ) a _ ) a 。( r ) 则p 为关于f 是 无损的。其实质是分解的关系可以通过自然连接运算恢复原有关系。 实现模式分解的无损连接性和保持函数依赖性通常要依据关系数据库的 3 n f 法。模式的设计中，需使模式的函数依赖性满足特殊的要求，不同程度的模 式的要求称为不同级别的范式( n f ) 。 1 n f 体现了关系系统的基础，它要求关系模式r 所包含的所有属性的取值 域均为单值的。 2 n f 的第一个要求是满足1 n f ，第二个要求则是每个实例或行可以唯一地标 识。具体的说是每个非主属性完全函数依赖于码。( 一个码值只唯一的决定一个 非主属性) 3 n f 使所有标准化数据库关系的工作真正有了意义。它要求r 首先是2 n f ， 且每个非主属性a 非传递函数地依赖于码x ( 即不存在满足x 呻y ，y ! 斗x ， y 寸a 的属性集y ) 。即指r 不舍有传递性函数依赖于码的非主属性集。 综上所述，范式规范化的基本思想不变：逐渐消除数据依赖中不适合的部分， 使模式中的各种关系模式达到某种程度的“分离”，即“一事一地”的模式设计 原则。让某一个关系描述一个概念、一个实体或者实体问的联系，若多于一个概 念就把它“分离”出去，因此规范化实质上是概念的单一化。 由于信息结构复杂，应用环境多样，数据库设计往往比较繁琐。近十余年来， 人们努力探索，提出了各中数据库设计方法，这些方法运用软件工程的思想和 方法，提出了各种设计准则和规程，都属于规范设计法。 规范设计法中比较著名的有新奥尔良( n e wo r l e a n s ) 方法。它将数据库设 计分为四个阶段：需求分析( 分析用户要求) 、概念设计( 信息分析和定义) 、逻 辑设计( 设计实现) 和物理设计( 物理数据库设计) 。其后，s b y a o 等又将数据 库设计分为五个步骤。又有i r p a l m e r 等主张把数据库设计当成一步接一步的过 程，并采用一些辅助手段实现每一过程。 基于e - r 模型的数据库设计方法，基于3 n f ( 第三范式) 的设计方法，基于 抽象语法规范的设计方法等等，是在数据库设计的不同阶段上支持实现的具体技 术和方法。 规范设计法从本质上看仍然是手工设计方法，其基本思想是过程迭代和逐步 求精。 计算机辅助数据库设计，日前还是在数据库设计的某些过程中模拟某一规范 设计方法，并以人的知识或经验为主导，通过人机交互方式实现设计中的某些部 分。 从目前技术条件看，按照一定的设计规程，用工程化方法设计数据库是最使 用的方法。 0 我们按规范设计的方法将数据库设计分为以下六个阶段：需求分析、概念结 构设计、逻辑结构设计、数据库物理设计、数据库实麓、数据库运行和维护a 1 这个设计步骤是从数据库应用系统设计和开发的全过程来考察数据库设 计的问题。因此它既是数据库设计也是应用系统的设计过程。 2 在设计过程中努力把数据库设计和系统其它成分的设计紧密结合。把数 据和处理的需求收集、分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照， 相互补充 结构特性设计部分形成了数据库的各级模式，如图2 5 应用1 应用i应用2应用3应用4 图2 - 5 数据库备级模式 需求收集和分析是数据库设计的第一阶段，这一阶段收集到的基础数据和一 组数据流图( d a t af l o wd i a g r a m 简记为d f d ) 是下一步设计概念结构的基础。 概念结构是整个组织中所有用户关心的信息结构。要设计好概念结构，就必 须在需求分析阶段用系统的观点来考虑问题、收集和分析数据及其处理。 从数据库设计的角度考虑，需求分析阶段的目标是：对现实世界要处理的对 象进行详细调查，在了解员系统的概况，确定新系统功能的过程中，收集支持系 统目标的基础数据及其处理。 调查的重点是“数据”和“处理“。通过调查要从中获得每个用户对数据库 的如下要求： 1 信息要求。 2 处理要求。 3 安全性和完整性要求。 结构化分析( s t r u c t u r e da n a l y s i s ，简称s a 方法) 是分析和表达用户需求 的一种简单实用的方法。s a 方法用自顶向下、逐层分解的方式分析系统。用数 据流图，数据字典描述系统。任何一个系统都可抽象为 然后把一个处理功能的具体内容分解为若干子功能，每个子功能继续分解， 直到把系统的工作过程表达清楚为止。在处理功能逐步分解的同时，它们所用的 数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图。数据流图表达了数据和处理过程的 关系。处理过程的处理逻辑常常用判定表或判定树来描述。数据字典则是对系统 中数据的详尽描述，是各类数据属性的清单，对数据库设计来讲，数据字典是进 行详细的数据收集和数据分析所获得的主要结果。 2 2 3 数据库操作系统 1 数据库系统的结构 数据的存储结构可能各不相同，但是绝大多数的数据库系统在总的体系结构 上都具有三级模式的结构特征。数据库的三级模式结构是由外模式、模式和内模 式组成，如图2 - 6 所示。 图2 - 6 数据库系统的三级模式 ( 1 ) 外模式 是数据库用户看到的数掘视图，与某一应用有关的数据的逻辑表示。数据库 的用户可能是应用程序员，也可能是远程访问者，外模式常常是模式的子集。数 据库系统提供外模式描述语言描述用户数据视图，但是外模式描述语言应与用户 的程序设计语言相容。 ( 2 ) 模式 是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视 图。模式不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，不同于外模式，与具体的应用 程序和程序设计语言无关。数据库系统提供模式描述语言来严格的表示这些内 容。用模式描述语言写出的某个数据库逻辑定义的全部语句，成为某个数据库的 1 2 模式；模式是对数据库结构的一种描述，而不是数据库本身，是装配数据的一个 框架。 ( 3 ) 内模式 是全体数据库数据的内部表示或者是低层描述，用来定义数据的存储方式和 物理结构。内模式通常用内模式描述语言来描述和定义。 2 数据库管理系统 数据库管理系统是为数据库的建立、使用和维护而设置编写的软件；它是 建立在操作系统的基础之上，对数据库进行统一管理和控制，并按照d b a 的要求 保证数据库的安全性和完整性。 数据库管理系统的主要功能包括以下几个方面： ( 1 ) 数据库的定义 对数据库的结构进行描述，包括外模式、模式和内模式的定义、数据库完整 性的定义、安全性定义和存取路径的定义。这些定义是数据库管理系统运行的基 本依据。 ( 2 ) 数据存取 提供用户对数据的操作功能，实现对数据库数据的检索、插入、更新和删除， 也即应该提供功能强大的数据操作语言，方便的操作方式和较高的数据存取效 率。 ( 3 ) 数据库运行管理 是数据库管理系统对数据库的运行控制和管理，包括多用户的并发控制、安 全性检查和存取权限的控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理、事物的 管理和自动恢复。 ( 4 ) 数据的组织、存储和管理 包括数据字典( 即系统目录) 、用户数据、存取路径等等，要确定以何种文 件结构和存取方法在存储级上组织数据，如何实现数据间的联系。 ( 5 ) 数据库的建立和维护 包括数据库的初始建立、数据的转换、数据库的恢复咀及数据库的重组织和 重构造等功能。 6 通信功能 指的是数据库管理系统与网络中其它软件系统和通信功能( 数据转换功能) 。 3 数据库管理系统和操 作系统 数据库管理系统常常是 建立在操作系统环境之上的， 根据具体操作系统的特点，数 据库管理系统可以用共享模 块法以及和操作系统融合的 方法来利用操作系统的基本 功能实现d b m s 。 图2 7 共享模块法访问机制 1 3 根据不同的方法有如下两种结构，如图2 - 7 和图2 - 8 所示。 图2 - 8 分离进程法访问机制 2 3 信息系统的计算模式 目前，基于网络建立的信息系统的结构模式大体分为b s 与c s 模式两种。 1 c s 模式 c s 模式将数据库的处理逻辑分成两个子系统：客户机和数据库服务器。前 者运行数据库应用程序，后者运行数据库管理系统。c s 之间的关系体现为请求 响应的关系，即客户向服务器提出某种信息或数据请求，服务器针对请求完成 相应处理，将结果作为响应发送回用户，对多个客户并发请求服务器上相同的资 源时，服务器对这些资源进行最优化的管理。c s 模式一般又有以下两种实现方 式： 胖服务器瘦客户机方式：数据计算与数据存储集中在数据库服务器端，如 图2 9 所示。当系统中的用户较多时，服务器负载加重，系统性能将急剧下降。 表示逻辑i - l l i 业务逻辑h 数据逻辑悟 表示逻辑i - 、一 l 客户端网络 服务器 图2 - 9 c s 模式胖服务器瘦客户机结构 瘦服务器胖客户机方式：数据计算- 与, j k 务逻辑集中在客户端，如图2 - 10 所 示。当业务逻辑发生变化时，所有的客户端都需要进行相应的修改。 i i 表示逻辑业务逻辑卜_ 二3 i ll _ 1 数据逻辑卜_ 1 数据库 i 表示逻辑i 业务逻辑卜 l 、 客户端 网络服务器 图2 1 0c s 模式瘦服务器胖客户机结构 两种模式结构体现了c s 的灵活性，系统处理任务可以根据具体情况合理分 布在客户端和服务器端，使客户端和服务器能够互相配合，密切协作，以便最大 限度地发挥客户端和服务器各自的工作潜力，更好地满足用户对应用系统的整体 要求。这种二层计算模型具有高度的灵活性、开放性和可伸缩性，并能够有效地 保护用户以往的系统投资。但随着应用系统的大型化以及用户对系统性能的要求 不断提高，两级c s 结构固有的缺陷和不足越来越明显，其主要体现在：跨平台 差、系统维护困难、客户机负载过重、系统运行性能降低、缺乏安全性等特点。 2 b s 模式 随着i n t e r n e t i n t r a n e t 的发展，b r o w s e r s e r v e r 技术的应用日益广泛， 它综合了浏览器、信息服务和web 等多项技术，克服了c s 结构中存在的不足， 成为i n t e r n e t i n t r a n e t 的重要应用模式。 b s 模式将业务逻辑从客户端和数据库服务器中提取出来放在业务服务器 上集中统一管理，如图2 1 1 所示。在这种模式下，系统由表示层( b r 。w s e r ) 、 逻辑层( w e bs e r v e r + a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 、数据层( d bs e r v e r ) 三层组成。 表示层 网络逻辑层 数据层 图2 - i i b s 模式结构 表示层只有浏览器，一般没有应用程序，借助于j a v aa p p l e t 、v b s c r i d t 、 j a v a s c r i p t 、a c t i v e x 等技术可以处理一些简单的客户端业务逻辑。主要用来显 示用户交互界面和功能层的处理结果。 逻辑层负责接受远程或本地的数据操纵请求，然后运行服务器脚本，借助 于c g i 、a p i 、j d b c 、a d o 等中间部件把数据操纵请求通过o d b c 发送到数据层， 再把从数据层返回的数据集转化成h t m l 文档传回浏览器。 数据层负责管理数据库，完成数据模式的定义、数据存储、数据查询、数据 更新、运行存储过程等任务。 这种三层结构减轻了客户机和数据库服务器的负担，提高了系统的性能，解 决了c s 存在的客户端跨多平台的问题，具有通用性和跨平台性，系统的维护 和更新也变得简单，同时，由于系统在客户基于数据库服务器之问增加了一层 w e b 服务器，客户端无法直接操纵数据库，有效的防止了非法入侵。但是，b s 模式的相关技术尚不成熟，系统开发相对困难，用户操作的方便性有待提高。 2 4w e b 与数据库互连 在基于w e b 技术的数据库管理系统中，关键是w e b 与数据库的接口技术。 目前，国内外各种w e b 数据库连接方法有多种，下面作一简单的分析与比较。 1 c g i c g i ( 通用网关接口) 是外部应用程序与w e b 服务器之间的接口标准。一般 来说，一个c g i 程序的功能就是在超文本文件与w e b 服务器应用程序之间传递信 息。其工作模式如图2 一1 2 所示。 匡h 互卜雕 图2 - 1 2 c g i 实现w e b 与数据库互连 用户端输入一定信息后，向w e b 服务器发送一个c g i 请求，w e b 服务器调用 c g i 程序，把用户输入的数据装配成适于相应数据库系统专用的s q l 语句，发送 给数据库服务器。数据库服务器在执行这些s q l 语句后，将结果返回给c g i 程序， c g i 程序把查询结果格式化为h t m l 形式，通过w e b 服务器送回到客户端供浏览 器显示。 c g i 方式的优点是：c g i 程序具有平台无关性和语言无关性，由于c g i 是作 为w e b 服务器提供一般的接口而设计，因此几乎所有的服务器都支持c g i ，开发 这可使用任一种w e b 服务器内置语言编写c g i 程序，如c 、p e r l 、v b 等。 缺点： ( 1 ) 由于它紧紧依赖于h t t p 协议，所以无法避免的继承了它的连接无状态 性，即两个对象在一次交互之后，就完全丢失了上一次的交互信息，这使得要操 控复杂的事务相当困难。 ( 2 ) c g i 程序与w e b 服务器各自占据不同的进程，一个c g i 程序只能处理 一个用户请求，所以，工作效率较低，对于大规模小事物的o l t p 数据库应用很 难胜任。 2 基于j a v a 的j d b c 访问数据库方法 j a v a 是在i n t e r n e t 上开发可移植性交互应用程序的一种安全的语言。j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i o n ) 是j a v a s o f t 推出的一个标准s q l 数据库访问接 口，使用j d b c ，开发人员可方便的建立与数据库的连接，将s q l 语句传送给任 何一种数据库，执行s q l 语句。基于j a v a 的j d b c 访问数据库方法其工作原理如 图2 1 3 所示。 幽2 1 3 j a v a a p p l e t 访问数据库模式 用户使用浏览器连接到w e b 服务器，下载使用j d b c 的j a v a 小程序所在的 h t m l 文档，从而使应用程序绕过服务器在客户端直接访问数据库。 基于j a v a 的j d b c 访问数据库方法的优点： ( 1 ) a p p l e t 字节码可运行在所有支持j a v a 的客户端，可移楫眭强。 ( 2 ) j d b c 采用虚拟关系数据库机制，屏蔽掉了不同数据库管理系统的差异， 具有数据库无关性。 缺点： ( 1 ) 由于a p p l e t 需下载到客户端执行，增大了网络的通信量，当访问量增 大时，系统速度降低，系统性能受到影响。 ( 2 ) j d b c 缺乏组件结构，图形接口( g u i ) 构架很粗糙，功能还有待f 扩 展。 3 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) a s p 是a p i ( 应用程序编程接口) 的一种，也是目前比较流行的一种动态网 页开发方案。a s p 中，w e b 服务器与数据库服务器打交道主要通过a s p 组件和对 象，a s p 组件包括数据访问、文件访问、浏览器能力、a d 转换和内容链接组件。 其中通过a c t i v e x 组件a d o 便可方便的访问到数据库服务器上的数据。a d o 是 m i c r o s o f t 推出的基于o d b c 的数据库访问对象，a d o 通过组件对象模型( c o m ) 为 a s p 提供了w e b 与数据库连接的可编程界面，只需几行脚本语句就可将后台的数 据库信息发布到网页上。a s p 对象包括应用程序对象、会话对象、请求对象、响 图2 1 4 a s p 访问数据库方法 1 7 应对象、服务器对象。 利用a s p 技术访问数据库如图2 1 4 所示。 用户请求a s p 文件，i i s 加载h t t p o d b c d l l ，h t t p o d b c d l l 载入a s p 文件， ( w e b 服务器调用a s p 文件) ，启动a s p 解释器，解释执行相应a s p 文件中的脚 本，用a d o 组件通过o d b c 操作数据库，并把结果生成h t m l 文件显示在浏览器中。 优点： ( 1 ) 通过a s p 不仅可以从数据库中查询数据，还可以存储数据。由于a s p 可直接在h t m l 文件中包含可执行的脚本，因此整个开发过程变得一体化。 ( 2 ) 利用a s p 开发的网页是独立于浏览器的，即无论客户端采用的是文字 浏览器还是i e 、n e t s c a p en a v i g a t o r 都能够访问这些网页。 ( 3 ) a s p 没有最小通用特性的限制，因而可以为a s p 的输出随意增加客户 脚本、a c t i v e x 控件和动态h t m l ，使我们能够很容易的编写并执行动态、交互式 的、高效率的站点服务器应用程序。 ( 4 ) a s p 的一个最大特点是客户永远看不到它的代码，而只能看到被各种 浏览器识别的h t m l 。 ( 5 ) 它与w e b 服务器的紧密集成保证了其执行的效率：且它编程容易，操 作方便。 缺点：a s p 程序只能运行在w i n d o w s 系列的服务器上，缺乏通用性。 2 5 小结 由以上相关技术的介绍可以发现，任何一种技术都有其两面性，我们提倡数 据库建模的标准性，规范性，要求满足第三范式，但考虑到系统的查询速度及整 体性能，又不得不增加冗余；我们为b s 模式带给我们的精巧的客户端而欢呼， 同时为它的开发效率及应用的方便性而伤透脑筋；我们用a s p 痛快淋漓的编写 浏览器网页，也不自觉的陷入了w i n d o w s 平台的束缚。如何把握优势技术，如 何缓解矛盾和冲突? 让我们看一看目前的企业信息系统是怎样解决的。 目前，企业信息系统的建设如潮，究其特点，往往不外乎以下两类： ( 1 ) 系统规模较小，自成体系。系统容括以上多数优势技术：数据库建模 满足第三范式；系统计算模式采用b s 模式；w e b 与数据库互连采用a s p 或j a v a 。 由于整个系统简小规范，系统的性能不会由于各种技术的不足之处而受到影响。 ( 2 ) 系统规模较大，强调重点。大规模系统往往只在以上相关技术中的一 种或两种上面大做文章。这种方法避免了过多的矛盾带来的冲突，但也回避了先 进技术的可取之处。 以上两种企业信息系统是在系统规模与先进技术上作了一个选择，对本系统 并不完全适用。首先，运输部门单位分布广、工作任务分散、工作周期不定、经 营管理复杂，其自身特点规定了该系统规模较大。其次，系统的先进性是开发者 技术水平的重要标志。关键是如何将应用先进技术与实际需求相