地质图形库与技术文档库的研究与应用

如题所述

推荐答案 2020-01-18

李春雷　宋来亮　聂建英　陈苏　蒋解梅

摘要　胜利油区经过30多年的勘探实践，积累了大量的勘探基础资料（包括文字报告和图件），为了提高勘探研究水平及地质资料的利用率，针对地质制图及相关资料查询的智能化，开发了一套相应的管理软件。勘探图形文档库关系模式采用了面向数据的设计方法，勘探图形文档库管理软件采用了软件生存周期法和原型法相结合的设计。开发工具选择Inter-DEV6.0，软件的实现采用了在Intranet/Intemet环境下流行的ASP开发方式。其软件实现了勘探图形文档信息的网上录入、发布以及浏览查询。目前，该软件系统运行良好，并具有速度快、功能灵活、体系结构可伸缩的特点。

关键词　ASP B/S结构　关系模式　面向数据　设计方法

一、引言

胜利油区经过30多年的勘探实践，积累了大量的勘探基础资料（包括文字报告和图件），它们是胜利石油工作者辛勤劳动和智慧的结晶，也是石油地质工作者的宝贵财富。随着勘探程度的不断提高，勘探工作的难度越来越大。为了提高勘探研究水平以及地质资料的利用率，针对地质制图及相关资料查询的智能化，充分发挥计算机准确、高速、高效的优势，管好、用好地质资料，迫切需要建立勘探图形库和文档库，制定一整套相应的建库规范，编制一套相应的软件系统，从而达到为科研生产提供优质服务，提高工作效率的目的。

二、勘探图形文档数据库设计

勘探图形文档库采用了面向数据的设计方法。数据库设计的基本过程分为需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计。

1.需求分析

需求分析是整个数据库设计过程中非常重要的环节，也是全部设计工作的基础。其目的是了解用户要求，对处理对象进行调查、分析，制定数据库设计的目标。

目前，图形文档信息大多处于文件管理阶段，分布比较广泛，管理制度不够健全，重复利用率不高，各单位之间缺乏交流；图形、文档文件的管理也比较混乱，有待规范。科技人员使用多种分析软件（如MAPGIS、GEOMAP、AW、AUTOCAD等）生成了多种图形文件，其分析研究成果也是使用多种文档编辑软件（如WORD、WPS、POWERPOINT、EDIT、CCED等）形成文档文件。然而，图形、文档信息各具特色，无法用同一种绘图软件编辑，也难以用一转换软件进行无损的图形格式转换，图形的修改、编辑仍需用原来的图形软件。发达国家石油行业信息管理已经实行了数据库管理，但网上查询发布及入库的也不多见。

20世纪80年代兴起的两层客户机/服务器（Client/Server）结构应用，是伴随着网络数据库和图形交互窗口应用及开发技术发展逐渐形成的。以前开发的计算机应用软件大多是采用这种模式。两层结构应用软件的开发工作主要集中在客户方，客户方软件不但要完成用户交互和数据显示，而且还要完成应用逻辑的处理，即用户界面与应用逻辑位于同一个平台上。这样就带来了两个突出的问题：系统的可伸缩性较差和安装维护困难。从客户机方面考虑，如何使应用系统适应业务处理的变化，且具备良好的伸缩性及易使用和易维护，是亟待解决的问题。

2.概念设计

若要进行概念设计，首先必须选择适当的数据模型。目前，应用最广泛的是E-R数据模型及其扩充版本EER。E-R数据模型可以用E-R图表示数据模式，便于理解和交流。

在需求说明的基础上设计一个单位的数据模式，有两种不同的方法：集中模式设计法（centralized schema design approach）和视图集成法（view integratiin approach）。在勘探图形文档库的设计中，采用了集中模式设计法。

（1）用E-R数据模型设计勘探图形文档库初步的E-R图

在勘探图形库中，主要的实体型是图形文件、图形概类、图形大类、图形小类、一级地质单元、二级地质单元以及地层层位，这些实体型之间有以下几种联系（表1）。

表1　图形实体关系对应表

根据表1中实体型之间的几种联系，设计了“图形文件－图形概类”的E-R图（图1），其他联系的E-R图设计基本原理相同，在此省略。

（2）关系模式规范化的过程及基本E-R图

规范化是为了解决某些关系模式中存在插入异常、删除异常、修改复杂、数据冗余等问题而摸索出来的一种方法。其基本思路是逐步消除数据依赖中不合适的部分，使所设计的各个关系模式达到某种程度的“分离”，即以“一事一地”（“Onefact in one place”）的模式设计原则，让一个关系描述一个概念、一个实体或者实体间的一种联系。否则就把多于一个的概念“分离”出去。因此，所谓规范化实质上是概念的单一化。

图形文档库采用3NF，消除了冗余的联系：“W-d”联系、“W-x”联系、“W-e”联系，设计出基本E-R图（图2）。

图1　“图形文件－图形概类”联系的E-R图

图2　勘探图形库基本E-R图

勘探文档库的概念设计与勘探图形库类似，在此省略。

3.逻辑设计

进行数据库的逻辑设计，首先须将概念设计中所得到的E-R图转换成等价的关系模式。E-R图到关系模式的转换比较直接。实体和联系都可以表示成关系，E-R图中的属性也可以转换成关系的属性。

4.图形文档库的建立

根据系统要求，数据库文件设计需要勘探图形表、图形概类表、图形大类表、图形小类表、一级地质单元表、二级地质单元表、地层层位表、地震标准层表、地震非标准层表、勘探文档表、文档类型表和文档类别表。

建立数据库按下列步骤进行：①建立开发者的系统注册账号和口令；②建立数据库设备；③估算数据库大小并创建数据库；④在新建数据库上建立表并给相应用户授权。

三、勘探图形文档库软件的开发环境选择

1.B/S模式

在一些大中型企业的MIS系统中，三层Client/Server结构逐渐取代了两层Client/Server结构，并将Client端与用户界面无关的功能移到中间层（第二层）。三层服务包括：表示层、功能层（应用层）和数据层。

以B/S模式为核心的Internet有下列优点：①由于Internet支持底层的TCP/IP协议，使Internet网与目前使用的所有局域网都可以做到无缝连接，解决了异构系统间的连接问题；②由于Internet采用了“瘦客户端”，使系统具有彻底的开放性，不限制将要访问系统的用户数；③对系统的维护和扩展都变得比较容易；④界面统一（全部为浏览器方式），操作相对简单。

2.数据库系统

Microsoft SQL Server 6.5是可缩放、高性能的关系型数据库管理系统（RDBMS），其主要特点是：①与windows NT集成；②允许集中管理服务器；③提供企业级的数据复制；④提供并行的体系结构；⑤支持超大型数据库；⑥与OLE对象紧密集成。

SQL Server提供的分布式管理对象（DMO）的能力，给SQL Server引擎和服务提供了一个对象接口。该层包含用户接口组件所使用的OLE SQL Server对象及任何遵循OLE的应用程序，以便管理SQL Server。

3.ASP开发技术

ASP是一种类似 HTML(Hypertext Markup Language超文本标识语言）、Script与 CGI(Common Gateway Interface通用网关接口）的结合体，但是其运行效率却比CGI更高，程序编制比HTML更方便、更灵活，程序安全及保密性也比Script好。

4.ASP开发工具——Visual InterDEV

Visual InterDEV带有五种扩展了ASP功能的组件，能够实现实际意义上的嵌入。可以用Visual Basic,Visual C+＋,Delphi，或者其他任何支持创建Active Server组件的开发工具编写一些组件。

四、勘探图形文档库软件设计

1.系统总体结构设计流程

系统总体结构设计流程主要针对整个软件系统的功能进行具体的设计与构想（图3）。

2.功能模块概述

（1）图形库子系统

图形库子系统又分为图形入库和图形信息查询两部分。主要实现图形信息（图名、图形文件名、图形类别、图形所在位置、制图软件等）的入库功能及图形的网上查询。图形入库部分实现地质图形库的动态管理，其内容包括图形信息的录入、图形信息的删除、图形信息的编辑。图形信息查询为实现勘探图件及有关资料的自动查询，查询方式可选择无条件查询、任意条件查询、模糊查询。为便于用户预览图形，在显示图形数据信息的同时，提供了图形文件的相关信息，如制图软件名，图形类别等。群体浏览可将用户选中的满足条件的图全部显示为小图元，以图形的形式显示查询结果。

胜利油区勘探开发论文集

（2）文档库子系统

文档库子系统又分为文档入库部分和文档信息查询部分。主要实现文档信息入库功能及文档信息的网上查询。其中文档入库部分实现地质文档库的动态管理包括文档信息的录入、文档信息的删除和文档原文件的编辑。文档信息查询部分则实现了勘探文档及有关资料的自动查询，其方式可选择无条件查询、任意条件查询及模糊查询。

3.图形文档库管理软件的工作流程

图形文档库管理软件的工作流程如图4所示。

4.图形库与文档库接口的设计

数据库接口程序主要完成 web服务器与数据库的连接。可以用各种工具（例如 CGI）开发这个接口。目前，很多数据库产品或web服务器本身也附带了此类接口。其原理非常简单，它负责将web网页上的相关信息转换成相应的数据库执行命令，并将这些命令传给数据库服务器，最后将数据库服务器的输出结果转换成HTML文件，再传给网络上的用户。数据库存取部件（Database Access Component）是ASP提供的一个对支持ODBC数据库进行操作的部件。借助于ADO模型（ActiveX Data Object），数据库存取部件向编程人员提供了非常容易和方便的编程界面。ADO模型为数据库编程提供了一系列的对象，例如：Connection对象可以在程序和数据库之间建立连接，Command和Recordset对象则可以对已建立的Connection连接对象进行某些操作，Command对象可以用来执行SQL语句，Record-set对象可以存储程序对数据库的操作结果。

图4　图形文档库管理软件工作流程图

5.系统安全性设计

任何一个系统都要考虑其安全性，特别是一个开放的数据库系统，必须在用户的使用和操作权限进行严格的控制。在数据库中建立一个user表，当前端程序需对数据库进行存取操作时，使用Connection对象与数据库建立连接，并判断当前用户是否有权限进行要求的操作。

6.系统特点

（1）系统优越性

该系统采用多层应用软件体系开发，具有以下优点：①采用统一标准易用的浏览器界面；②用户只需学习简单的WEB页面与超级链接操作；③降低学习障碍与培训成本；④用户端不需要特殊设置与软件安装；⑤应用软件集中在服务器端开发管理；⑥减少构建维护成本，加快联机过程。

（2）规范的图形库结构

针对勘探工作中的需求，建立图形、文档库结构，并达到第三范式（3NF）的要求，解决了属性不惟一、函数依赖、传递依赖的问题。

（3）严谨的模块划分

根据图形管理的需要，设计了图形库子系统和文档库子系统。

（4）灵活方便的查询手段

在地质图形、文档的查询中，为用户提供了从粗略到详细的多种查询手段；为减轻用户输入文字的烦恼，采用了选择式输入法。