數(shù)據(jù)庫技術(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 珠海分校 信息技術(shù)學院 ，珠海 519015）

0 引言

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

1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)介紹

目前的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDMS）已發(fā)展的非常成熟，各個常見的RDMS都具有高性能、多線程、多用戶等特點，能夠達到快查詢數(shù)據(jù)、高可靠性、易用性、靈活的擴展性等要求。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)一般包括以下五個部分：查詢引擎、存儲管理器、緩沖存儲器、事務(wù)管理器、恢復(fù)管理器等。這五個部分是RDMS的主體，它們各自完成各自的功能，從而保證了整個數(shù)據(jù)管理任務(wù)的進行。

1.1 查詢引擎

查詢引擎用于對數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的查詢檢索，它的工作可分為三個部分：語法分析、查詢優(yōu)化和執(zhí)行查詢。首先，查詢引擎要對結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）進行分析，講SQL指令解讀成RDMS能識別的形式。接下來，為達到高效性，RDMS會對查詢語句進行優(yōu)化，從而生成最高效的查詢執(zhí)行計劃。最后，進行查詢執(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，RDMS還會對用戶的權(quán)限進行檢查，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 存儲管理器

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

1.3 緩沖管理器

緩沖管理器處理所有在查詢引擎和存儲管理器數(shù)據(jù)請求中引起的內(nèi)存管理問題，用于提高數(shù)據(jù)的查詢速度。在進行數(shù)據(jù)查詢時，往往會存在重復(fù)的數(shù)據(jù)查詢，如果每次都對查詢管理器進行請求，就浪費了資源，同時效率也不高。在RDMS中，緩沖管理器會將查詢返回的記錄存儲到高速緩沖存儲器中，這樣當下次有相同的記錄被查詢時，直接從高速緩沖管理器中讀取數(shù)據(jù)，不需要再次進行數(shù)據(jù)庫查詢。

1.4 事務(wù)管理器

當多個用戶同時讀寫相同的記錄時，往往容易引起混亂。事務(wù)管理器的任務(wù)就是提供一定的機制，確保多個用戶有序的訪問、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)錯誤，因此，恢復(fù)管理器的存在就顯得非常必要。當出現(xiàn)不當操作時，恢復(fù)管理器能數(shù)據(jù)庫回滾到之前正常的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已發(fā)展的非常成熟，對數(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)的部署實施提供了強有力的技術(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?？蒲泄芾硐到y(tǒng)的管理員登錄后，可以進行公共信息的發(fā)布、修改、刪除等操作，一般用戶具有閱讀下載的權(quán)限。

管理機構(gòu)信息模塊?？蒲泄芾聿块T作為高校的一個部門，起部門結(jié)構(gòu)、人員調(diào)整等都會影響到科研活動的進行，因此，需要有管理機構(gòu)信息模塊來更新科研部門的信息。

學術(shù)活動信息模塊。高?？赡芙?jīng)常會有學術(shù)講座、科技比較等活動信息，學術(shù)活動信息模塊就是用于發(fā)布、修改這樣的學術(shù)活動信息。

科研項目信息管理?？蒲许椖渴侵杆姓谟媱澋摹⒄谶M行的、已經(jīng)完成的項目，在這個模塊，科研活動人員可以根據(jù)項目的進度，及時的更新項目的信息，從而使項目信息保持在最新狀態(tài)，便于科研管理部門對項目進行宏觀管理。

科研成果信息管理。有五個方面的科研成果：論文、著作、鑒定成果、獲獎成果、其他成果。

科研機構(gòu)管理?？蒲袡C構(gòu)信息包括科研機構(gòu)的相關(guān)信息、相關(guān)人員信息等。

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

有了清晰的模塊劃分，就能進行詳細的系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計了。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

現(xiàn)在應(yīng)用的比較成熟的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)在存儲在數(shù)據(jù)表中的?？梢园岩粋€實體信息設(shè)計成一張數(shù)據(jù)表，實體的唯一性約束可以通過設(shè)定表的主鍵來實現(xiàn)，多個實體間的關(guān)聯(lián)可以通過表間的外鍵來聯(lián)系在一起。數(shù)據(jù)庫設(shè)計需要根據(jù)科研管理系統(tǒng)所設(shè)計的實體信息確定所需要的數(shù)據(jù)表，并根據(jù)實體的屬性，確定數(shù)據(jù)表的主鍵、外鍵。

經(jīng)過詳細的設(shè)計，可確定科研管理系統(tǒng)設(shè)計到如下數(shù)據(jù)表：

鑒定專家表，用來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（主鍵）、性別、出生日期、部門編號、所學專業(yè)、現(xiàn)從事專業(yè)、職稱編號、備注。

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

審批意見表，用來描述對科研活動、著作的審批信息。包含如下字段：序號（主鍵）、記錄序號、審核類別、審核意見。

部門表，包含如下字段：部門編號（主鍵），部門名稱。

新聞表，用來描述發(fā)布的新聞、公告、政策性信息。包含如下字段：序號（主鍵）、新聞類別、新聞標題、發(fā)布人、發(fā)布日期、新聞內(nèi)容。

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

項目表，用來存在所有正在計劃的、正在進行的、已經(jīng)完成的項目信息。包含如下字段：項目編號（主鍵）、項目名稱、項目來源、項目類別、部門名稱、項目負責人、參與人員、立項時間、擬定期限、經(jīng)費金額、審核狀態(tài)、審核時間、審核單位、備注。

項目類別表，用來存儲項目分類信息。包含如下字段：類別編號（主鍵）、類別名稱、備注。

科研成果表，用來存儲科研成果信息。包含如下字段：成果編號（主鍵）、成果名稱、成果類別、成果級別、獲獎日期、獲獎人、所在部門、證書號、授獎單位、備注、審核狀態(tài)。

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

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

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

4 數(shù)據(jù)倉庫

存儲在數(shù)據(jù)庫中的信息是結(jié)構(gòu)化的，包含了很多有用的信息，如果對這些信息加以分析、挖掘，就能提煉出更多的有意義的統(tǒng)計信息。具體到科研管理系統(tǒng)，我們更根據(jù)以往的項目規(guī)模、人員編配、項目進展情況，分析出正在計劃中的項目的進度安排。正是由于數(shù)據(jù)倉庫帶來的如此有用的信息，有必要對數(shù)據(jù)倉庫進行專門的講解。

4.1 數(shù)據(jù)倉庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的區(qū)別與聯(lián)系

數(shù)據(jù)倉庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫攢在一定差別，但是他們之間也是有聯(lián)系的。數(shù)據(jù)庫里存放的是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)倉庫的建立不是對數(shù)據(jù)庫的取代。 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫是應(yīng)用于不同的層次： 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用于日常的數(shù)據(jù)處理、而數(shù)據(jù)倉庫用于高層的決策分析。如果說傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重點與要求是快速、準確、安全、可靠地將數(shù)據(jù)存進數(shù)據(jù)庫中的話，那么數(shù)據(jù)倉庫就是準確、安全、可靠的從數(shù)據(jù)庫取出數(shù)據(jù)，經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換成有規(guī)律信息之后，再供管理人員進行分析使用。

4.2 數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計

數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計主要確定存儲結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)、存放位置、存儲分配。

4.2.1 存儲結(jié)構(gòu)

一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)往往提供了幾種存儲結(jié)構(gòu)，這些存儲結(jié)構(gòu)各有不同的特點是使用的方向，可供設(shè)計人員選擇。數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)是基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的，在目前廣泛應(yīng)用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲于相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)表中。設(shè)計這些數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)倉庫的關(guān)鍵。設(shè)計良好的數(shù)據(jù)表、嚴格的主鍵外鍵關(guān)聯(lián)關(guān)系，能給數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用帶來極大地便利。有時，為了提高數(shù)據(jù)存儲、檢索的效率，還可以對數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)表進行劃分。

具體到科研管理系統(tǒng)，我們已經(jīng)在本文的第四個部分，進行了詳細的數(shù)據(jù)庫設(shè)計。為了提高數(shù)據(jù)倉庫的效率，我們可以對項目表、科研成果表這些數(shù)據(jù)量較大的數(shù)據(jù)表按照時間、或者其他劃分策略進行劃分。

4.2.2 索引策略

索引能提高數(shù)據(jù)的讀取數(shù)據(jù)，也會降低數(shù)據(jù)更新的速度，因此在進行索引設(shè)計時，要格外慎重。數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)一般不需要維護，因為比較適合于建立索引，來提高查詢速度。

4.2.3 存儲分配

確定存儲分配主要是對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的一些存儲分配的參數(shù)進行物理優(yōu)化處理，如數(shù)據(jù)塊的尺寸、緩沖區(qū)的大小和個數(shù)等，一般要在對服務(wù)器和系統(tǒng)軟件進行實際調(diào)試后確定出來。對于科研管理系統(tǒng)來說，如果數(shù)據(jù)量大，可以采用分布式存儲方案，一遍均衡各個服務(wù)器的負載。

5 結(jié)論

本文首先接受了目前的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分，說明了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能為科研管理系統(tǒng)提供的服務(wù)。接下來，詳細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)所涉及的實體，并根據(jù)這些實體，完成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計。最后，通過介紹數(shù)據(jù)倉庫的概念和設(shè)計方法，將數(shù)據(jù)庫的中的信息加以整理、分析，以供高層進行決策分析，將科研管理系統(tǒng)的應(yīng)用提供了一個層次。將數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用到科研管理系統(tǒng)，能為高校的科研活動帶來極大地便利，能促進科研活動的高效、順利進行，將為學術(shù)活動注入新的活力。

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