數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在科研管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

肖紅玉，黃 靜，陳 海

XIAO Hong-yu, HUANG Jing, CHEN Hai

（北京師范大學(xué) 珠海分校 信息技術(shù)學(xué)院 ，珠海 519015）

0 引言

在高校的科研管理部門中，傳統(tǒng)的管理科學(xué)研究活動(dòng)的方法是使用微軟的office辦公軟件，在excel中手動(dòng)輸入、更新、維護(hù)數(shù)據(jù)。這樣的管理辦法，在一定程度上能滿足需求，但是隨著科研活動(dòng)的日益增多和時(shí)間的延續(xù)，數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性也在增加，在這種情況下，單純依靠office軟件進(jìn)行科研活動(dòng)的管理就顯得力不從心了，并且這樣也不利于科研活動(dòng)的數(shù)據(jù)與學(xué)校其他辦公系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的共享。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，大量數(shù)據(jù)的操作、管理、維護(hù)變得容易起來(lái)，這就為科研活動(dòng)的管理提供了良好的技術(shù)支持。本文將簡(jiǎn)要講述科研管理系統(tǒng)的需求，并結(jié)合現(xiàn)在成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，為科研管理系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)的講解。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)介紹

目前的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDMS）已發(fā)展的非常成熟，各個(gè)常見(jiàn)的RDMS都具有高性能、多線程、多用戶等特點(diǎn)，能夠達(dá)到快查詢數(shù)據(jù)、高可靠性、易用性、靈活的擴(kuò)展性等要求。RDMS通常具有一定的層次結(jié)構(gòu)，包括主子系統(tǒng)和輔助部件等。主子系統(tǒng)和輔助部件之間相互配合、讀取、分析數(shù)據(jù)和執(zhí)行查詢，從而完成數(shù)據(jù)管理的任務(wù)。主子系統(tǒng)一般包括以下五個(gè)部分：查詢引擎、存儲(chǔ)管理器、緩沖存儲(chǔ)器、事務(wù)管理器、恢復(fù)管理器等。這五個(gè)部分是RDMS的主體，它們各自完成各自的功能，從而保證了整個(gè)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的進(jìn)行。

1.1 查詢引擎

查詢引擎用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的查詢檢索，它的工作可分為三個(gè)部分：語(yǔ)法分析、查詢優(yōu)化和執(zhí)行查詢。首先，查詢引擎要對(duì)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）進(jìn)行分析，講SQL指令解讀成RDMS能識(shí)別的形式。接下來(lái)，為達(dá)到高效性，RDMS會(huì)對(duì)查詢語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化，從而生成最高效的查詢執(zhí)行計(jì)劃。最后，進(jìn)行查詢執(zhí)行，向用戶返回符合條件的記錄。在注意的是，在查詢執(zhí)行時(shí)，RDMS還會(huì)對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行檢查，以確保用戶具有獲取記錄的權(quán)限，這樣就保證了數(shù)據(jù)的安全性。

1.2 存儲(chǔ)管理器

數(shù)據(jù)最終都是以文件的形式存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為操作系統(tǒng)能識(shí)別的文件形式，就是存儲(chǔ)管理器的工作。

1.3 緩沖管理器

緩沖管理器處理所有在查詢引擎和存儲(chǔ)管理器數(shù)據(jù)請(qǐng)求中引起的內(nèi)存管理問(wèn)題，用于提高數(shù)據(jù)的查詢速度。在進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢時(shí)，往往會(huì)存在重復(fù)的數(shù)據(jù)查詢，如果每次都對(duì)查詢管理器進(jìn)行請(qǐng)求，就浪費(fèi)了資源，同時(shí)效率也不高。在RDMS中，緩沖管理器會(huì)將查詢返回的記錄存儲(chǔ)到高速緩沖存儲(chǔ)器中，這樣當(dāng)下次有相同的記錄被查詢時(shí)，直接從高速緩沖管理器中讀取數(shù)據(jù)，不需要再次進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢。

1.4 事務(wù)管理器

當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)讀寫相同的記錄時(shí)，往往容易引起混亂。事務(wù)管理器的任務(wù)就是提供一定的機(jī)制，確保多個(gè)用戶有序的訪問(wèn)、修改同一記錄，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。

1.5 恢復(fù)管理器

用戶操作、RDMS、甚至操作系統(tǒng)本身都有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此，恢復(fù)管理器的存在就顯得非常必要。當(dāng)出現(xiàn)不當(dāng)操作時(shí)，恢復(fù)管理器能數(shù)據(jù)庫(kù)回滾到之前正常的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)已發(fā)展的非常成熟，對(duì)數(shù)據(jù)處理的高效性、穩(wěn)定性、可恢復(fù)性都能得到保障，這就為科研管理系統(tǒng)的部署實(shí)施提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

2 科研管理系統(tǒng)模塊劃分

高校的科研管理系統(tǒng)作為涉及到多個(gè)部門、眾多角色的管理系統(tǒng)，其功能比較復(fù)雜，模塊比較多，因此，進(jìn)行清晰地模塊劃分就顯得十分必要。科研管理系統(tǒng)主要可分為如下幾個(gè)模塊：

公共信息管理模塊。公共信息模塊主要用于管理在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布的新聞、政策、材料文件等。科研管理系統(tǒng)的管理員登錄后，可以進(jìn)行公共信息的發(fā)布、修改、刪除等操作，一般用戶具有閱讀下載的權(quán)限。

管理機(jī)構(gòu)信息模塊。科研管理部門作為高校的一個(gè)部門，起部門結(jié)構(gòu)、人員調(diào)整等都會(huì)影響到科研活動(dòng)的進(jìn)行，因此，需要有管理機(jī)構(gòu)信息模塊來(lái)更新科研部門的信息。

學(xué)術(shù)活動(dòng)信息模塊。高校可能經(jīng)常會(huì)有學(xué)術(shù)講座、科技比較等活動(dòng)信息，學(xué)術(shù)活動(dòng)信息模塊就是用于發(fā)布、修改這樣的學(xué)術(shù)活動(dòng)信息。

科研項(xiàng)目信息管理。科研項(xiàng)目是指所有正在計(jì)劃的、正在進(jìn)行的、已經(jīng)完成的項(xiàng)目，在這個(gè)模塊，科研活動(dòng)人員可以根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度，及時(shí)的更新項(xiàng)目的信息，從而使項(xiàng)目信息保持在最新?tīng)顟B(tài)，便于科研管理部門對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行宏觀管理。

科研成果信息管理。有五個(gè)方面的科研成果：論文、著作、鑒定成果、獲獎(jiǎng)成果、其他成果。

科研機(jī)構(gòu)管理。科研機(jī)構(gòu)信息包括科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)信息、相關(guān)人員信息等。

科研績(jī)效管理。主要是設(shè)定科研績(jī)效考核指標(biāo)，提供考核成績(jī)的查詢和統(tǒng)計(jì)。由科研管理人員依權(quán)限進(jìn)行操作，科研工作人員依權(quán)限查詢。

有了清晰的模塊劃分，就能進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)了。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在應(yīng)用的比較成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表中的。可以把一個(gè)實(shí)體信息設(shè)計(jì)成一張數(shù)據(jù)表，實(shí)體的唯一性約束可以通過(guò)設(shè)定表的主鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，多個(gè)實(shí)體間的關(guān)聯(lián)可以通過(guò)表間的外鍵來(lái)聯(lián)系在一起。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)需要根據(jù)科研管理系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的實(shí)體信息確定所需要的數(shù)據(jù)表，并根據(jù)實(shí)體的屬性，確定數(shù)據(jù)表的主鍵、外鍵。

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)，可確定科研管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)到如下數(shù)據(jù)表：

鑒定專家表，用來(lái)描述科研管理部門的科研鑒定人員的信息。包含如下字段：專家編號(hào)（主鍵）、性別、出生日期、部門編號(hào)、所學(xué)專業(yè)、現(xiàn)從事專業(yè)、職稱編號(hào)、備注。

科技著作表，用來(lái)描述著作信息。包含如下字段：著作編號(hào)（主鍵）、著作名稱、圖書編號(hào)、職工號(hào)、著者角色、部門、出版社、學(xué)科、出版時(shí)間、版次、備注、審核狀態(tài)。

審批意見(jiàn)表，用來(lái)描述對(duì)科研活動(dòng)、著作的審批信息。包含如下字段：序號(hào)（主鍵）、記錄序號(hào)、審核類別、審核意見(jiàn)。

部門表，包含如下字段：部門編號(hào)（主鍵），部門名稱。

新聞表，用來(lái)描述發(fā)布的新聞、公告、政策性信息。包含如下字段：序號(hào)（主鍵）、新聞?lì)悇e、新聞標(biāo)題、發(fā)布人、發(fā)布日期、新聞內(nèi)容。

科研論文表，用來(lái)存儲(chǔ)論文信息。包含如下字段：論文編號(hào)（主鍵）、期刊號(hào)、論文標(biāo)題、第一作者、其他作者、部門序號(hào)、刊物名稱、刊物編號(hào)、刊物級(jí)別、主辦單位、發(fā)表日期、備注、審核狀態(tài)。

項(xiàng)目表，用來(lái)存在所有正在計(jì)劃的、正在進(jìn)行的、已經(jīng)完成的項(xiàng)目信息。包含如下字段：項(xiàng)目編號(hào)（主鍵）、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目來(lái)源、項(xiàng)目類別、部門名稱、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、參與人員、立項(xiàng)時(shí)間、擬定期限、經(jīng)費(fèi)金額、審核狀態(tài)、審核時(shí)間、審核單位、備注。

項(xiàng)目類別表，用來(lái)存儲(chǔ)項(xiàng)目分類信息。包含如下字段：類別編號(hào)（主鍵）、類別名稱、備注。

科研成果表，用來(lái)存儲(chǔ)科研成果信息。包含如下字段：成果編號(hào)（主鍵）、成果名稱、成果類別、成果級(jí)別、獲獎(jiǎng)日期、獲獎(jiǎng)人、所在部門、證書號(hào)、授獎(jiǎng)單位、備注、審核狀態(tài)。

科研成果類別表，用來(lái)存儲(chǔ)科研成果類別信息。包含如下字段：類別編號(hào)（主鍵）、類別名稱、備注。

科研人員表，用來(lái)存儲(chǔ)科研人員信息。包含如下信息：人員編號(hào)（主鍵）、性別、職稱、電話、出生日期、姓名、所學(xué)專業(yè)、現(xiàn)從事專業(yè)、學(xué)歷、部門、備注、審核狀態(tài)。

用戶表，用來(lái)存儲(chǔ)科研管理系統(tǒng)所涉及的用戶信息。包含如下字段：用戶編號(hào)（主鍵）、姓名、性別、密碼、部門、備注。

4 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息是結(jié)構(gòu)化的，包含了很多有用的信息，如果對(duì)這些信息加以分析、挖掘，就能提煉出更多的有意義的統(tǒng)計(jì)信息。具體到科研管理系統(tǒng)，我們更根據(jù)以往的項(xiàng)目規(guī)模、人員編配、項(xiàng)目進(jìn)展情況，分析出正在計(jì)劃中的項(xiàng)目的進(jìn)度安排。正是由于數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)帶來(lái)的如此有用的信息，有必要對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行專門的講解。

4.1 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的區(qū)別與聯(lián)系

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)攢在一定差別，但是他們之間也是有聯(lián)系的。數(shù)據(jù)庫(kù)里存放的是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立不是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的取代。 數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是應(yīng)用于不同的層次： 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用于日常的數(shù)據(jù)處理、而數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用于高層的決策分析。如果說(shuō)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的重點(diǎn)與要求是快速、準(zhǔn)確、安全、可靠地將數(shù)據(jù)存進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的話，那么數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)就是準(zhǔn)確、安全、可靠的從數(shù)據(jù)庫(kù)取出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)加工轉(zhuǎn)換成有規(guī)律信息之后，再供管理人員進(jìn)行分析使用。

4.2 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)主要確定存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)、存放位置、存儲(chǔ)分配。

4.2.1 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)往往提供了幾種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，這些存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)各有不同的特點(diǎn)是使用的方向，可供設(shè)計(jì)人員選擇。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)是基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的，在目前廣泛應(yīng)用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表中。設(shè)計(jì)這些數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)表、嚴(yán)格的主鍵外鍵關(guān)聯(lián)關(guān)系，能給數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用帶來(lái)極大地便利。有時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索的效率，還可以對(duì)數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)表進(jìn)行劃分。

具體到科研管理系統(tǒng)，我們已經(jīng)在本文的第四個(gè)部分，進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。為了提高數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的效率，我們可以對(duì)項(xiàng)目表、科研成果表這些數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)表按照時(shí)間、或者其他劃分策略進(jìn)行劃分。

4.2.2 索引策略

索引能提高數(shù)據(jù)的讀取數(shù)據(jù)，也會(huì)降低數(shù)據(jù)更新的速度，因此在進(jìn)行索引設(shè)計(jì)時(shí)，要格外慎重。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)一般不需要維護(hù)，因?yàn)楸容^適合于建立索引，來(lái)提高查詢速度。

4.2.3 存儲(chǔ)分配

確定存儲(chǔ)分配主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的一些存儲(chǔ)分配的參數(shù)進(jìn)行物理優(yōu)化處理，如數(shù)據(jù)塊的尺寸、緩沖區(qū)的大小和個(gè)數(shù)等，一般要在對(duì)服務(wù)器和系統(tǒng)軟件進(jìn)行實(shí)際調(diào)試后確定出來(lái)。對(duì)于科研管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果數(shù)據(jù)量大，可以采用分布式存儲(chǔ)方案，一遍均衡各個(gè)服務(wù)器的負(fù)載。

5 結(jié)論

本文首先接受了目前的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分，說(shuō)明了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能為科研管理系統(tǒng)提供的服務(wù)。接下來(lái)，詳細(xì)的描述了科研管理系統(tǒng)的模塊劃分，在這些模塊劃分的基礎(chǔ)上，抽象出了科研管理系統(tǒng)所涉及的實(shí)體，并根據(jù)這些實(shí)體，完成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)介紹數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的概念和設(shè)計(jì)方法，將數(shù)據(jù)庫(kù)的中的信息加以整理、分析，以供高層進(jìn)行決策分析，將科研管理系統(tǒng)的應(yīng)用提供了一個(gè)層次。將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到科研管理系統(tǒng)，能為高校的科研活動(dòng)帶來(lái)極大地便利，能促進(jìn)科研活動(dòng)的高效、順利進(jìn)行，將為學(xué)術(shù)活動(dòng)注入新的活力。

[1]丁鵬飛.高校科研管理網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.科協(xié)論壇,2008.

[2]Papadias,Dimitris Tao,Indexing spatio-temporal data warehouses,CSE Conference Papers,2002.

[3]Kalnis,Panagiotis,Static and dynamic view selection in distributed data warehouse systems,CSE Doctoral Theses,2002.