一種光學實驗數據管理系統的設計

黨婷婷 高文峰

摘 ?要： 根據開發需求設計了一個光學實驗數據管理系統，通過PHP開發技術，采用基于WEB端的C/S系統架構實現，旨在解決實驗室大量實驗數據的整理、計算、保存困難的難題。該管理系統實現了數據上云，使得實驗數據記錄整理有序、檢索方便、存儲安全、計算精準，從而加強了對數據記錄的管理，提高了實驗效率。

關鍵詞： 光學實驗; 數據管理; PHP; 實驗數據

中圖分類號：O438; TP311 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2019）11-51-03

Abstract： In this paper， an optical experiment data management system is designed according to the development requirements. It is implemented by PHP development technology and adopts the Web-based C/S system architecture. The system is designed to solve the difficult problem of sorting， calculating and preserving the numerous experimental data in the laboratory. The management system realizes the storing of experimental data on the cloud， and makes them be organized， easy to retrieve， secure， and accurate， thereby strengthening the management of data records and improving the efficiency of the experiment.

Key words： optical experiment; data management; PHP; experimental data

0 引言

信息在目前社會中扮演著越來越重要的角色，高校實驗室實現了信息化管理，以至建立起一個相當豐富，可供全球共享的數據庫[1]。光學實驗室對于光學實驗數據管理系統領域的管理、關鍵技術、組成結構和相應的開發模式等方面相關研究也開展得如火如荼。目前光學實驗數據管理系統的開發已經被很多高等開發院校的學生自主研究，思考，以各自學校的實際需求作為開發原型，不斷應用和完善，此類系統已相對完善和成熟。經過調查發現相關人員在實驗考試管理系統研究不可避免地需要投入大量的精力和財力[2]。為適應當下社會信息化的要求，較小投入，高效運作，就對實驗數據管理系統的應用、技術方面的研究提出了新的挑戰。國內計算機發展起步較晚，發展初期大多數的數據庫軟件應用來自于國外引進[3]。高校實驗室也引進了一些必要的實驗軟件，但是大多基于實驗計算，數據分散，不能有效的統一。

1 光學實驗數據管理系統需求分析

實驗數據管理系統的需求分析是系統開發的前提，其決定了系統開發的框架設計和功能實現。缺少系統需求分析，就沒有統一的目標和方向，在開發中會遇到很多重復無用的開發和修改。需要分析階段要為實驗數據管理系統做好模型設計和虛擬化實踐設計，保證系統與光學實驗的擬合度。

1.1 系統的必要性分析

1.1.1 管理光學數據的必要性

光學實驗數據管理系統的必要性體現在時效性、便利性、條理性、存儲時間長。傳統光學實驗方式采用記錄紙，有易損傷、易丟失、難存儲、占空間、檢索困難等缺點。實驗數據管理系統很好的解決了上述的問題，可以作為上述問題的一套完整的解決方案。

1.1.2 數據檢索的必要性

信息技術快速更新換代。大數據、云計算帶動了信息產業的發展。就高校的實驗研發水平而言，信息的快速獲取直接關系到實驗的效率和創新。因此光學實驗數據的數據檢索模塊是必要的。

1.2 系統功能需求分析

1.2.1 用戶管理模塊

在進行系統管理過程中，主要涉及的管理活動包括用戶管理、權限管理、日志管理以及數據管理等系統用戶管理模塊分為用戶和管理員。分別對管理員和用戶設計不同的管理使用權限。權限管理色設計首先要為系統數據安全考慮，保證專人專管，數據不泄露，不丟失。

1.2.2 光學實驗模型字段模塊

光學實驗模型設計是核心環節。實驗模型根據仿真實驗過程，對光學實驗的過程和涉及到的關鍵字段，實驗描述等。設計模型通過自定義生成表單加入數據庫進行存儲，根據不同實驗設置不同的實驗字段，使得實驗定義更加靈活。

1.2.3 光學實驗數據檢索模塊

針對光學實驗數據的整理和查找。檢索模塊的設計目的在于簡化人工查找，使用數據庫和系統的便利性，實現秒級查詢。快速準確地定位所需實驗數據材料。對此需求必須提速和增加準確性。

2 光學實驗數據管理系統模塊設計

2.1 系統總體設計

系統的總體設計分為前端功能和后端功能。重點在于后端模塊的開發。后端實現用戶、實驗數據、實驗欄目等主要模塊。后端模塊構成系統整體與數據庫進行交互，并組裝數據由前端調用顯示。

2.2 總體功能模塊劃分

光學實驗數據管理系統主要是對光學實驗的數據和信息進行統一管理，從登陸操作到建立實驗分類，到實驗建模，最后進行試驗信息的導入等功能。

⑴ 系統管理：模塊實現系統參數和日志等功能管理。系統參數包括web應用常用的title、seo等信息。日志功能管理主要實現記錄日志[4]。

⑵ 用戶管理：用戶組分為：管理員組和用戶組。管理員組的權限在于整個系統的后臺功能管理，主要監控和指導相關進行試驗人員對數據信息進行錄入并審核正確性。也可開放部分權限和功能模塊給用戶組使用。用戶組主要是查詢系統開放的實驗數據，獲取實驗信息。

⑶ 模型管理：實驗模型即根據實驗實際操作過程系統模擬出來的實驗信息。主要是實驗相關信息字段，如邁克爾遜實驗中的角度字段。

3 數據庫設計

數據庫的設計旨在通過實際需求，模擬實驗過程從而總結出來實驗過程需要的實驗信息、計算公式以及數據關系，量化實驗信息和數據。依據數據庫原理和關系，建立與實驗操作一致的關系映射。使其解決真正需求問題，并滿足系統使用人員的操作要求，優化數據結構并提升數據精確度。

3.1 數據庫設計原則

數據庫設計的原則在于結構性和事務性。保證結構完整，數據變化一致。結構性的設計要遵循數據庫要求，遵循光學實驗個性化的結構。事務性在于原子性、一致性、分離性、持久性這四個特性。

3.2 數據庫需求分析

根據需求表提取要存儲的相關實體的信息，以及某個存儲實體的哪些具體重要的信息，組建一對一、一對多、多對多的映射關系。本光學實驗數據管理系統數據庫的設計，主要針對實驗管理人員、上傳人員、瀏覽人員等對實驗實體的增加、刪除、更改、查找等操作。數據庫必須滿足相關數據的輸入，內部數據的更改等要求。數據實體如下。

⑴ 實驗信息：實驗名稱、實驗儀器、實驗人員、實驗自定義參數、實驗附件材料等。

⑵ 用戶信息：用戶名、密碼、分組、權限。

⑶ 實驗模型：實驗字段、實驗過程（自定義字段實現）

⑷ 實驗分類：分類名稱、分類內容、分類操作。

⑸ 留言管理：用戶名、內容時間、分類、留言主題。

根據上述需求分析，設計如下數據庫物理模型（如圖1）。該物理模型詳細指定了各數據表的字段信息和字段格式，如id為int類型，并指定為主鍵索引。

3.2.1 總數據表設計

總數據表的設計按照數據庫設計原則，結合系統數據設計需求。可列舉以下主要業務邏輯數據表，如表1所示。

3.2.2 實驗模型表

實驗模型表主要設計實驗操作過程的量化表達。主要包括實驗信息和自定義實驗字段以及附件信息的信息定義，表中具體設定了字段的格式和長度等屬性。主要字段如表2所示。

4 光學實驗數據管理系統實現

光學實驗數據管理系統主要實現數據的模擬與實驗數據的錄入和分類等功能。通過php的編程語言實現業務邏輯[5]，選擇lunix操作系統，搭建php編譯環境，通過smarty模板渲染框架與php腳本進行數據對接，從而實現頁面的渲染和數據庫的增刪改查操作[6-7]。

4.1 系統功能實現

系統功能的具體實現包括實現過程、實現效果介紹。

4.1.1 登錄注冊模塊

用戶進入系統，進入登錄注冊模塊進行相關操作。注冊登錄之后方便后臺管理員進行人員記錄。注冊需要輸入用戶名、密碼、昵稱等字段信息。頁面如2所示。

4.1.2 數據檢索模塊

數據檢索模塊主要針對大量數據進行快速定位檢索。該模塊的作用可設計為用戶搜索、實驗數據搜索、分類搜索等。實現頁面如3所示。

5 結束語

本文通過分析光學實驗數據管理軟件發展現狀，總結出光學實驗數據管理系統的開發需求。通過需求模型的建立和模擬，進而創建數據庫物理模型，生成數據庫字段映射關聯表。根據需求設計出頁面和后端業務邏輯處理。系統經過測試投入運行，可降低人力成本，提高實驗數據記錄的效率，且便于數據后期數據檢索和存儲。實驗室需要信息化的管理，本研究旨在為管理瘦身，為數據上保險，為科研助力。本光學實驗數據管理系統可為其他實驗室提供參考。

參考文獻（References）：

[1] 周銀明，吳達勝，高校實驗室管理現狀與對策[J].計算機時代，2018.3

[2] 王巍巍.基于J2EE的實驗考試管理系統的設計與實現[D]. 碩士，電子科技大學，2017.

[3] 邵佩英著.分布式數據庫系統及其應用（第二版）[M].北京：科學出版社，2005.242-244

[4] 黃玉春.淺談下一代web開發標準的核心技術-HTML5[J].計算機時代，2015.4

[5] 鄭惠芳.應用PHP+MySQL進行網站設計介紹[J].閩江學院學報，2003，2：64-66

[6] 王俊芳，李隱峰，王池.基于MVC模式的ThinkPHP框架研究[J].電子科技，2014，4：151-153

[7] Charles Bell.MySQL for the Internet of Things[M].American Apres：2016.101-110