大型灌区基础数据库的设计说明.docx
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大型灌区基础数据库的设计说明
大型灌区基础数据库的设计
工程硕士生姓名:
张肠肠指导教师:
陈金水教授工程领域:
软件工程
摘要:
国家从2002年开始分期分批对全国402个大型灌区实施信息化建设，在这样的前景下，进行大型灌区基础数据库建设是为了更好的实现灌区信息化。
大型灌区数据量大，信息面广，因此需要将灌区的全部属性信息存储在基础数据库中，并按照信息的物理属性建立不同的数据分类，每个数据分类划分成若干个数据表，存放不同种类的数据，以便于管理和应用。
本文根据数据库的设计原则，按照数据库的设计步骤，描述了整个大型灌区基础数据库的设计过程和结果。
主要完成了以下工作:
Ø按照信息的物理属性即灌溉水资源调配过程对数据进行分类;
Ø确定数据间的实体关系;
Ø阐述数据库设计的原则和步骤;
Ø对数据库进行逻辑结构定义;
Ø实现具有多表查询功能的数据库应用;
其中，着重描述了数据库设计中的基础数据分类和逻辑结构定义。
关键词:
灌区、信息化、水资源调配、逻辑结构、多表查询、数据导入/导出
第一章绪论.…………………………………………………………………1
1.1研究背景.………………………………………………………………1
1.2研究目的.………………………………………………………………1
1.3主要研究内容.…………………………………………………………2
1.4论文组织.………………………………………………………………2
第二章大型灌区基础数据分类……………………………………………3
2.1数据分类方法.…………………………………………………………3
2.2数据分类结果.…………………………………………………………4
2.1.1取水数据类………………………………………………………4
2.1.2输水数据类………………………………………………………4
2.1.3分水数据类………………………………………………………5
2.1.4用水数据类………………………………………………………5
2.1.5测控数据类………………………………………………………5
2.1.6管理数据类.………………………………………………………6
2.3数据实体关系…………………………………………………………7
第三章大型灌区基础数据库逻辑结构设计………………………………8
3.1数据库设计原则………………………………………………………8
3.2数据库设计步骤………………………………………………………8
3.3数据库逻辑结构………………………………………………………10
3.3.1约定与标识………………………………………………………10
3.3.2逻辑结构定义示例…………………………………………12
第四章基础数据库的应用……………………………………………23
4.1多表查询…………………………………………………………23
4.2数据导出…………………………………………………………24
4.3数据导入…………………………………………………………28
第五章总论及展望……………………………………………………29
5.1总结………………………………………………………………29
5.2展望………………………………………………………………30
致谢……………………………………………………………………31
参考文献…………………………………………………………………32
附录………………………………………………………………………33
表l灌区基础数据库数据表及字段定义………………………………33
表2灌区基础数据库数据表名称及标识一数据表名字典D（D7001）……45
第一章绪论
1.1研究背景
当今的人类社会，正从工业化向信息化迈进，信息化技术的发展速度日新月异，己在各个领域里发挥了无法替代的作用。
随着信息化技术的发展与应用，人们对信息化应用效果的认识也愈来愈高。
根据时代发展的需要和我国信息化技术的现状，国家提出:
“要在全社会广泛应用信息技术，提高计算机和网络的普及应用程度，加强信息资源的开发和利用。
政府行政管理、社会公共服务、企业生产经营要运用数字化、网络化技术，加快信息化步伐”。
党和政府如此重视信息化建设，是因为信息化己是当今世界经济和社会发展的大趋势，又是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节。
同时，也是我国赶超世界发达国家的重要步骤。
作为国民经济和社会发展重要基础设施的水利设施，其发展的速度和现代运行管理水平的程度，对确保国民经济的持续稳定发展将起着至关重要的作用。
正因为如此国家将水利排在国民经济和社会发展基础设施建设的首位。
科学家预测，21世纪的中国，随着经济和社会的发展，洪涝灾害、干早缺水、水污染严重等水资源三大问题日益突出，将严重制约着国民经济和社会的发展。
为了解决好新世纪水的问题，《全国水利发展第十个五年计划和2010年规划》中确定了调整治水思路、转变治水方针的原则，要实现从工程水利向资源水利的转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。
在这个历史性转变过程中，水利信息化是必由之路，是实现水资源统一管理、优化配置以及提高水资源利用效率、实现水利现代化的基础和前提。
因此，水利信息化是社会信息化的重要组成部分。
1.2研究目的
灌溉工程，尤其是大型灌溉工程，是重要的水利设施，是国民经济和社会发展的重要基础产业。
从我国的实际情况来看，全国拥有5300万hn12（计.795亿亩）灌溉面积，占农田总面积的41%，生产了占总产量75%的粮食和95%以上的其它作物。
因此，灌溉工程在现代农业和农村经济发展中的重要地位和作用是显而易见的了。
然而，由于灌区所具有的工程分散性、水资源的有限性、水情雨情的变化性、农作物需水的时效性、灌溉供水的动态性、提高水资源利用效益的系统性、灌区性质特殊性等方面的特点，其水管理工作的任务是很艰巨的。
如果没有先进的现代管理手段，将很难实现水资源优化配置、优化利用以及提高灌区工程安全运行保证率和用水效率的管理目标。
因此，灌区管理手段的先进程度，不仅反映我国科学技术的发展水平，也是确保灌区工程安全运行、实现水资源优化配置、提高用水效率、保障灌区持续发展的实际需要。
根据《全国水利发展“十五”计划和2010年规划》、《全国水利信息化规划纲要》所确定的目标，以及水利部农水司农水灌[2002』09号文《关于开展大型灌区信息化建设试点工作的通知》精神，国家从2002年开始分期分批对全国402个大型灌区实施信息.化建设，这个建设要求以需求为导向，坚持长远目标与近期目标相结合，因地制宜，讲求效益的指导思想，通过3-8年的建设，逐步建立起能有效促进灌区技术优化升级和提高灌区管理水平的信息化系统。
1.3主要研究内容
大型灌区无论是自身管理，还是行业管理工作都涉及大量的资料和信息，既有静态的，也有动态的;既有属性资料，也有空间资料，而且信息量大。
目前由于灌区管理及行业管理信息化建设还较落后，大量资料信息仍然以传统的手工作业为主，既无法实现对各类资料信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享。
传统的管理方式由于层次多、效率低、费用高，信息沟通不畅，在灌区工程建设与管理过程中，容易产生条块分割，从而不可避免地存在重复建设、低水平重复开发等浪费资源、浪费人力、浪费财力等与现代化管理工作的要求不相适应的现象。
由此对灌区自身管理水平的提高形成障碍，对于各级水利行业主管部门也难以作到及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况及变化趋势。
为此，全国灌区信息化系统在设计初期，就充分考虑解决以上问题，建立大型灌区基础数据库、工程建设专题数据库、土地资源专题数据库、经营管理专题数据库、节水灌溉项目管理专题数据库。
本文就是配合大型灌区的信息化建设，主要研究并设计了其中的基础数据库，成果己经被应用于江西、山东的部分大型灌区信息管理系统中。
1.4论文组织
本文分为五章。
第一章绪论。
简单讨论了国家对信息化的精神和水利系统对灌区建设的大力提倡，以及实际灌区工作的主要内容。
第二章大型灌区基础数据分类。
先总体概述了大型灌区基础数据分类方法，再详细描述每个数据分类的分类结果和数据间的实体关系。
第三章大型灌区基础数据库逻辑结构设计。
按照一定的设计原则和设计步骤来设计数据库的逻辑结构并阐述了一下实际应用情况及原理。
第四章总结与展望。
对本文工作和内容的总结，并展望了灌区基础数据库建设与地理信息系统的结合应用。
第五章附录。
列举了大量的数据表:
《灌区基础数据库数据表及字段定义》和《灌区基础数据库数据表名称及标识一数据表名字典（DD7001）》
第二章大型灌区基础数据分类
数据分类是为数据库布局方案设计、逻辑设计和物理设计提供依据。
其任务是确定水利基础数据信息的范围和来源，设计数据的分类组织方法，对水文、水雨情、水资源、水环境、水土保持、水利工程、防灾减灾、农村水利、水利经济、水利建设与管理、水利人事、水利科技、水利法规、水政监察、水利档案等水利专业数据进行分析，析取各类数据的类别、属性及其相互关系，本章主要描述水利基础信息的数据分类方法、分类结果以及其概念特征和数据间的实体关系。
2.1数据分类方法
大型灌区基础数据是按照灌溉水资源调配的物理过程进行分类的，按这样划分比较容易的被人接受，并且易于规划。
符合专业的要求。
我们将灌区的全部属性信息存储在基础数据库中，并按照信息的物理属性建立不同的数据库，每个数据分类划分成若干个数据表，存放不同种类的数据，以便于管理和应用。
图2-1灌溉水资源调配的物理过程
按照图2一1所示的灌溉水资源的引用、输送、分配，以及测控和管理的物理过程，建立六个对应的数据库。
它们是取水数据库、输水数据库、分水数据库、用水数据库、测控数据库和管理数据库。
其中取水数据库主要存储、管理水源处的水资源及工程信息;输水数据库和分水数据库则包括供水和排水两大体系的信息:
测控数据库主要存储、管理信息采集点和反馈控制点及其相关的监测和监控信息;管理数据库主要存储、管理与灌区行政办公有关的信息。
2.2数据分类结果
2.1.1取水数据类
取水系统指灌区的水源及取水建筑物和取水设施。
取水数据库共有10张数据表，用来存储灌区水源、取水建筑物、取水设施等的属性信息。
这10张数据表是:
Ø水源表:
水源表存储灌区的水源及取水工程信息。
水源可以是一个，也可以有多个，它包括水库蓄水、自然河流、井水等。
Ø取水设施表:
存储水源处取水设施的属性信息。
取水设施包括挡水坝、泵站、引水闸等。
Ø河流表:
存储灌区取水设施所在河段的自然信息。
Ø水库表:
存储水库的设计及物理特征信息。
Ø水库水位与库容及面积关系表:
存储水库（湖泊）的水位和蓄水量及面积之间的对应关系。
Ø泵站表:
存储泵站的设计及物理特征信息。
Ø水泵表:
存储泵站中各个水泵的特性指标信息。
Ø挡水坝表:
存储拦蓄水源构成水库的挡水坝的特性指标信息。
Ø取水枢纽建筑物表:
存储灌区取水枢纽中各种建筑物的等级特征信息。
Ø取水井表:
存储灌区取水井的物理特征信息。
2.1.2输水数据类
输水系统是灌区内工农业用水和生活用水的供应通道，也是洪水及渍水的排泄途径。
输水数据库包括10张数据表，用来存储输水渠道及其建筑物的属性信息。
这10张数据表是:
Ø输水渠道表:
存储灌区输水渠道的物理特征信息。
Ø输水渠段表:
存储灌区输水渠段的物理特征信息以及上下渠段的关系。
Ø渠道工作制度表:
存储灌区输水渠道的轮灌工作制度特征信息。
Ø渡槽表:
存储渡槽的设计和物理特征信息。
Ø隧洞表:
存储隧洞的设计和物理特征信息。
Ø倒虹吸表:
存储倒虹吸的设计和物理特征信息。
Ø涵洞表:
存储涵洞的设计和物理特征信息。
Ø跌水表:
存储跌水的设计和物理特征信息。
Ø陡坡表:
存储陡坡的设计和物理特征信息。
Ø沉沙池表:
存储沉沙池的设计和物理特征信息。
2.1.3分水数据类
分水系统指渠系分水口的建筑物，包括供水和排水建筑物。
分水数据库共划分成3张数据表，它们主要存储分水建筑物的建筑结构、水力特征等信息。
这3张数据表是:
Ø分水闸表:
存储灌区配水口（分水口）处控制闸的物理特性信息。
Ø闸门表:
存储灌区各配水闸上所有闸门的物理特性信息。
Ø闸门维修表:
存储灌区各配水闸上所有闸门的维修信息。
2.1.4用水数据类
用水系统指农业、工业、生活等用水单位。
用水数据库共9张数据表，这些数据表存储用水单元的结构组成、用水情况等信息。
这9张数据表是:
Ø行政单元表:
存储灌区内各行政单元的物理特性信息。
Ø用水单元表:
存储灌区内各用水单元的物理特性信息。
Ø农业用水单元表:
存储灌区内各农业用水单元的物理特性信息。
Ø农业用水单元逐年作物种植表:
存储灌区内各农业用水单元历史上每年的作物种植信息。
Ø工业用水单元表:
存储灌区内各工业用水单元的物理特性信息。
Ø作物需水表:
存储各种作物在生长季中的按日计的需水量。
Ø分水口计划配水表:
存储灌区分水口处控制闸的在作物生长季中的按日计的计划配水量。
Ø取水口计划配水表:
存储灌区取水口处控制闸的在作物生长季中的按日计的计划配水量。
Ø水费表:
2.1.5测控数据类
测控系统指灌区水情、雨情、水质、田间墒情、作物生长等信息的采集以及对闸、泵站等进行运行控制的设施。
测控数据库包括10张数据表，用来存储灌区各测控站点的雨量、水位、流量、闸位、控制过程等信息。
这10张数据表是:
Ø测站表:
存储灌区各个测站的位置及监测内容等属性信息。
Ø降水量表:
存储灌区各个雨量站的时段降水量和日降水量等信息。
Ø渠道水情表:
存储灌区渠道水情站测报的渠道水情信息，一般包括水位和流量等。
Ø闸坝泵水情表:
存储灌区闸坝或泵站处水情站测报的闸/坝/泵站前后的水情信息，一般包括上游水位、下游和流量等。
Ø水库水情表:
水库水情表存储灌区水库的水情信息，一般包括水位和入库流量等。
Ø闸位表:
存储闸门开度值，以便监视闸门的运行情况。
Ø水质表:
存储灌区各种水质指标的监测数据，以便掌握生活、农业、灌溉、工业及生态用水的情况。
Ø泵站监测表:
存储泵站运行过程中的有关工况数据。
Ø闸位控制表:
存储闸门的控制信息，闸门控制程序定时读取控制信息，实现闸门的开启、关闭以及开度的控制。
Ø泵站控制表:
存储泵站各水泵的控制信息，泵站控制程序定时读取控制信息，实现泵站中各水泵的开启、关闭以及开度的控制。
2.1.6管理数据类
管理系统指灌区业务管理和政务管理的机构、组织和人员。
管理数据库包括4张数据表，它们主要存储机构、组织和人员的有关信息。
这4张数据表是:
Ø灌区基础信息表:
存储灌区水资源及水利工程的基本信息。
Ø灌区管理机构表:
存储灌区各个管理部门属性信息。
Ø灌区人员表:
存储灌区各个部门各种管理及工作人员的属性信息。
Ø多媒体文件索引表:
存储灌区的文本、图形、图象、音频、视频等各种文件的属性及索引信息。
2.3数据实体关系
通过对灌区基础信息的归类分析，其数据实体主要包括:
（1）工程数据信息，如水源工程、灌排渠系工程、渠系建设物工程等信息;
（2）业务管理信息，如组织管理机构、用水单元（农业、工业、发电、城市、环境生态等）等信息;
（3）观测数据信息，如各类测站信息、观测数据等信息;
（4）档案资料信息，如文档、报表、图片、多媒体等信息。
图2一2概化地描述了灌区基础信息实体间的关系。
图2一2灌区各类基础数据之间的实体关系
第三章大型灌区基础数据库逻辑结构设计
由于大型灌区基础数据库建设涉及从水源、灌排渠系、渠系建设物、管理机构、用水单元、测站到档案资料管理等大量的数据信息和众多的关联联系，还涉及实现各种专业化信息查询与统计分析以及为今后各专业应用系统提供数据信息和编码关联调用等，为了确保大型灌区基础数据库开发建设的质量，首先要详细分析数据库的功能构成、逻辑结构主体关系，以利于今后长期的改进与升级维护。
3.1数据库设计原则
灌区基础数据库的设计，应遵循以下原则:
Ø逻辑结构独立于物理结构原则
数据库的物理结构和逻辑结构应分开进行设计，逻辑结构不考虑数据库建设时所要采用的物理结构形式，但建议采用目前通用的、符合国情的关系模型。
逻辑结构审定之后可以作为灌区数据库系统设计和建设的依据。
Ø信息全面性原则
数据库所包含的信息应能涵盖灌区水管理及事务管理工作中所可能涉及的全部信息，尽可能全面，力求不遗漏。
Ø信息适当超前性原则
数据库设计要将目前还没有提到议事日程、但根据经济、社会和技术的发展有可能即将提到日程的信息包括在内，也就是说存储、管理的数据在内容和容量上要有一定的超前性。
Ø信息可获得性原则
数据库所包含的信息除了要全面、适当超前以外，还要具备可获得性，以保证其实用效果和逻辑结构的权威性。
Ø符合第三范式（N3F）原则
如
（1）所述，灌区基础数据库的逻辑结构可以采用关系模型，所以其设计要满足关系数据库第三范式（N3F）的要求，并按第三范式（N3F）进行设计。
3.2数据库设计步骤
在应用软件和数据库设计与实现中，一直遵循这样的一个工作流程，就是根据需求分析，先设计概念数据库，再定义逻辑数据库，最后创建物理数据库。
针对特定的应用领域，数据库设计所要解决的问题主要有三个，其一是要设计出合理的逻辑结构和物理结构;其二是数据库的结构应不仅满足信息管理和操作的要求，而且要有较高效率;其三是数据获取应该方便快捷，并提供支持各种应用系统开发和运行的接口。
灌区数据库的设计可分为四个阶段:
需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计.
数据库的设计过程如图3一1所示。
图3一1数据库的设计过程
图3一1中，我们注意到，从逻辑数据库设计到物理数据库设计，实际上就是如何把以文档形式定义的数据表逻辑结构转换成选定（可能经过了比选）数据库系统下的物理结构的问题。
众所周知，在以往的实现过程中，这个工作完全是在交互状态下进行的。
当数据表很多（大型信息系统往往如此。
例如，作者设计的大型灌区基础数据库就有近100张数据表，字段数多达2000个）时，这个工作就非常繁复，而且耗时。
尤其是面对数据表结构变更，以及数据表在不同的数据库系统（平台）之间迁移等客观问题，采用交互方式创建数据表物理结构就显得苍白无力，无法应对自如，直接影响了软件研发的时效。
数据表的所谓物理结构实际上也是可以用SQL脚本来荆左的。
也就是说，只要能将数据表的逻辑结构转换成选定数据库系统相应的SQL脚本，物理结构也就创建了。
由于逻辑结构和SQL脚本均为文本格式，因此，通过软件转换就成为可能。
在数据库设计过程中，需求分析和概念设计独立于具体的数据模型（包括层次、网状和关系模型），逻辑设计和物理设计则与具体的数据模型甚至数据库系统密切相关。
3.3数据库逻辑结构
大型灌区基础数据库的设计除了要考虑灌区自身的数据存储和管理需求外，还要考虑全国灌区行业数据库能从中抽取到需要的数据，另一方面也充分兼顾了全国各类灌区的特点以及管理对数据的需求。
即使这样，由于灌区东西、南北差异很大，并且要满足各种应用的要求，因此，要做到完全适应是不可能的。
在实际建库时各个灌区可以在这个数据库设计的基础上根据自己的管理需要，酌情添加数据表和数据表中的字段。
表将灌区基础数据库的六大类数据系统所分属的数据表及字段作了汇总，因此集中勾画出了数据库的整体概貌。
从易维护和程序无关性考虑，灌区基础数据库还建立了一系列数据字典。
数据字典用来描述灌区基础数据库中字段名和标识符之间的对应关系以及字段的意义。
每个字段的意义描述只给出在表结构中描述的标号，如《灌区基础数据库数据表及字段定义》（见附录，表1）所示，该表汇总了灌区基础数据库中所有的数据表及字段，根据六个数据系统的划分，一共规划了392个数据项（字段），分属于45张数据表，数据量非常之大。
而所有的数据表又被汇总在《灌区基础数据库数据表名称及标识一数据表名字典》（见附录，表2）中，其中关联标记用26个字符表示，每2位表示与一张表有关联。
例如，00表示没有与之有关联的表，01表示与序号为1的表（水源表）有关联，’03表示与序号为3的表（河流表）有关联，n表示与序号为n的表（输水渠道表）有关联，以此类推。
这样就可以很容易实现数据表的多表交叉查询，特别有利于复杂的数据汇总工作的高效、正确完成。
3.3.1约定与标识
数据表结构定义要给出六个方面的描述，即中文表名、表主题、表标识、表代码、表体、字段说明。
其中:
Ø中文表名是每个表结构的中文名称。
中文表名力图简明，但又确切地表达了专业信息的含义。
Ø表主题在中文表名的基础上，扼要地概括了数据表的目的、内容和作用。
Ø表标识是中文表名英译的缩写。
数据库设计时，作为数据库的表名。
表命名时，有习惯用法的采用习惯用法，没有习惯用法的尽量使用其中文名称的英译缩写。
大型灌区基础数据库的数据表标识在规范的基础上，尽量直观，并符合灌区的专业含义，以便于操作及管理。
灌区基础数据库的数据库名为IrrBaseDB，所有的表名由三部分组成:
系统类别名、基础数据库类别名、表标识。
系统类别名定义为IrBr，表示大型灌区基础数据库。
基础数据库分类用一位大写字母表示，取其英文名的第一个字母，分别定义如下:
取水系统为I（WaterIntake）;
输水系统为T（WaterTranslation）;
分水系统为D（waterDiversion）;
用水系统为U（WaterUsing）;
测控系统为0（observationandContro1）:
管理系统为M（Management）。
当一个对象继承另一个对象时，在数据表名上使用“_”作为分割符，以体现这种继承关系。
如工rrBTCannel_Reach是输水渠段表，它继承了输水渠道表（IrrBTCnaal）的基本信息。
表标识的格式如下:
[IBrr][X[Y…]]_[Z…]
IBrr类型标识，固定用来描述灌区基础数据库系统标识。
X分类标识，字符取大写字母A一2.用来描述数据库分类。
Y表标识，后续字符取字母a一z，用来描述数据库具体表的英文名。
Z…表标识，表标识，后续字符取字母a一z，用来描述数据库具体表
的子类英文名.
Ø表代码用三位数字表示，第一位表示所属的数据系统。
1表示取水系统，2表示输水系统，3表示分水系统，4表示用水系统，5表示测控系统，6表示管理系统。
第二位和第三位表示该系统中数据表的序号。
例如，101表示该表是取水数据系统中的第一张表。
Ø表体以表格的形式列出每个字段的中文名称、标识符、数据类型、值域和说明。
所有字段名均用其意义的英文表示，首字母大写。
每一个字段后面均对字段值域和字段表示的含义加以较为详细的注释。
Ø字段说明用来描述每个字段的意义以及取值类型、值域、说明等。
大型灌区基础数据库主要有三种数据类型，他们是字符型、数值型和日期型。
其中:
字符数据类型主要用来描述非数值型的，不能进行计算，只有文字描述意义的字段，如测站代码、名称以及注释性的描述等。
字符数据类型用CY（）来描述，C（Characte）r表示字符型，Y为数字，表示字符的个数。
数值数据类型用来描述两种数据，一种是带小数的浮点数，一种是整数。
所有描述的数据长度都是十进制数的数据位数。
数值数据类型用NX（.Y）来描述，NN（umeral）表示数值型，X表示字段长度，Y表示小数位数。
日期数据类型用来描述日期和时间有关的数据字段。
所有日期数据类型采用的标准为公元纪年的北京时间，如1999年10月1日8:
00。
对于只需描述年月日的日期统一采用公元纪年北京时间的上午八点，如1999
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