基于SQLite的煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

王凱　李慧嬌　隋易潔　陳龍　王向上

【摘 要】目前，在煤礦信息化所采用的數(shù)據(jù)庫(kù)大多為SQL Server或Oracle等大型數(shù)據(jù)庫(kù)，其安裝麻煩，操作復(fù)雜，并且維護(hù)成本較高，建立一個(gè)基于輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)越來(lái)越成為煤礦信息數(shù)據(jù)庫(kù)的研究熱點(diǎn)。本文介紹了SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)以及Sqlite3 API接口；對(duì)比了幾種常用的數(shù)庫(kù)；介紹了煤礦地測(cè)與安全數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容與基本表結(jié)構(gòu)，并基于sqlite3 API，用C++開(kāi)發(fā)語(yǔ)言重新封裝了煤礦地測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)所需要各種類和接口，開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試，將測(cè)試好的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入到三維礦山系統(tǒng)里進(jìn)行展示。

【關(guān)鍵詞】煤礦；SQLite；數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)后，煤礦的數(shù)字化、信息化已經(jīng)成為我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，煤礦現(xiàn)代化信息管理系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，而其中的數(shù)據(jù)管理成為大型信息系統(tǒng)的核心。雖然Oracle、

DB2、SQL Server及MySQL等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是當(dāng)今數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的主流，但它們操作復(fù)雜、維護(hù)成本高，在一定程度上影響了這些大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在煤礦現(xiàn)代化信息管理中的應(yīng)用。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)于上述大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，具有小巧、開(kāi)源、易用、高效等特點(diǎn)，它無(wú)需安裝，維護(hù)方便，很大程度上減輕了煤礦技術(shù)人員的工作量。本文基于sqlite3 API重新封裝了煤礦地測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)所需要各種類和接口，開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試，將測(cè)試好的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入到三維礦山系統(tǒng)里進(jìn)行展示。

1 SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及API

1.1 SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)

SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)是一種采用小型C庫(kù)實(shí)現(xiàn)的嵌入式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理體系。它提供對(duì)SQL92的大多數(shù)支持：多表、索引、事務(wù)、視圖、觸發(fā)和一系列的用戶接口及驅(qū)動(dòng)。SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由內(nèi)核（core）、SQL編譯器（SQLCompiler）、后端（Backend）以及附件4個(gè)部分組成（Aeeessories）。

1.2 SQlite數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)

SQlite3具有零配置，跨平臺(tái)可移植性，并發(fā)訪問(wèn)等特點(diǎn)，是一種高效的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，它對(duì)內(nèi)存和CPU的利用率更高，速度更快?；赟qlite以上所述的優(yōu)點(diǎn)，使用者可以在不安裝大型數(shù)據(jù)庫(kù)的前提下直接創(chuàng)建打開(kāi)訪問(wèn)煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 Sqlite 3.0 API介紹

SQLite 3.0一共有83個(gè)API函數(shù)，此外還有一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和預(yù)定義（#defines）。最重要的有四個(gè)函數(shù)：sqlite3_open（），sqlite3_exec（），sqlite3_get_table（）和sqlite3_close（）.要是想更好的控制數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的執(zhí)行，可以使用提供的sqlite3_prepare（）函數(shù)把SQL語(yǔ)句編譯成字節(jié)碼，然后在使用sqlite3_step（）函數(shù)來(lái)執(zhí)行編譯后的字節(jié)碼. sqlite3_column_開(kāi)頭的一組API函數(shù)用來(lái)獲取查詢結(jié)果集中的信息。

2 幾種數(shù)據(jù)庫(kù)的比較

目前主流的數(shù)據(jù)庫(kù)有Oracle，SQL Server，SQLite等，其對(duì)比如下（表1）：

從表1可以看出SQL Server或Oracle等大型數(shù)據(jù)庫(kù)，其安裝麻煩，操作復(fù)雜，并且維護(hù)成本較高，而SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)則無(wú)需安裝，操作簡(jiǎn)單。因此，基于SQLite建立一個(gè)輕量級(jí)的煤礦信息數(shù)據(jù)庫(kù)有著很大的優(yōu)勢(shì)。

3 煤礦地測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3.1 煤礦地測(cè)信息介紹

煤礦地測(cè)信息是煤礦地質(zhì)測(cè)量工作的集中反映，是煤礦生產(chǎn)和管理工作的重要依據(jù)。煤礦地測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是礦山信息系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是煤礦地質(zhì)測(cè)繪管理和生產(chǎn)的核心。煤礦地測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中所容納和處理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料與基礎(chǔ)圖紙資料是礦山建設(shè)、生產(chǎn)、改造和編制Z長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，它按來(lái)源依據(jù)不同的時(shí)期分為資源勘探階段的地測(cè)信息、建井階段的地測(cè)信息和生產(chǎn)時(shí)期的地測(cè)信息。在資源勘探階段，獲取的地測(cè)信息主要是平面三角測(cè)量與鉆探、物探等數(shù)據(jù)，在有露頭出露的地區(qū)還有地表觀測(cè)資料；在建井時(shí)期，主要為補(bǔ)充鉆探與測(cè)量資料、井筒資料及井下巷道實(shí)際揭露的資料；生產(chǎn)時(shí)期的信息主要包括各種巖巷（石門、上下山）、煤巷揭露的資料、井下物探資料和井下施工的鉆孔，以及相應(yīng)的工程測(cè)量數(shù)據(jù)。為了滿足現(xiàn)代化煤礦建設(shè)與生產(chǎn)的需要，所有這些數(shù)據(jù)資料都必須經(jīng)過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化與信息化。

本文通過(guò)研究煤礦基礎(chǔ)地測(cè)信息數(shù)據(jù)的來(lái)源和結(jié)構(gòu)特性，將其劃分為巷道數(shù)據(jù)、煤層數(shù)據(jù)、鉆孔數(shù)據(jù)、工作面數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、斷層數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、設(shè)備模型數(shù)據(jù)，針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略（即設(shè)計(jì)相應(yīng)表結(jié)構(gòu)），對(duì)應(yīng)的表結(jié)構(gòu)分為巷道數(shù)據(jù)表、煤層數(shù)據(jù)表、鉆孔數(shù)據(jù)表、工作面數(shù)據(jù)表、影像數(shù)據(jù)表、斷層數(shù)據(jù)表、DEM數(shù)據(jù)表、設(shè)備模型數(shù)據(jù)表等等。

3.2 煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.2.1 概念設(shè)計(jì)

概念結(jié)構(gòu)是一種能反映用戶觀點(diǎn)并更接近于現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是根據(jù)需求分析階段形成的系統(tǒng)需求總體狀況，準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實(shí)世界，確定反映現(xiàn)實(shí)世界的信息類別及信息之間的聯(lián)系；把用戶的信息需求抽象為獨(dú)立于具體機(jī)器、獨(dú)立于具體DBMS的信息結(jié)構(gòu)。目前，描述概念結(jié)構(gòu)最常用的方法是E-R（Entity-

Relationship datamodel，實(shí)體-聯(lián)系）方法。圖1是巷道數(shù)據(jù)的E-R圖：

3.2.2 邏輯設(shè)計(jì)

邏輯結(jié)構(gòu)是一種由具體的DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，本次設(shè)計(jì)采用了時(shí)下主流的關(guān)系數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)，就是按照一定的規(guī)則，將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的獨(dú)立于任何 DBMS數(shù)據(jù)模型的信息結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為由已選用好的RDBMS（關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）產(chǎn)品所支持的一組關(guān)系模式，并利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論對(duì)這組關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)和處理，在此基礎(chǔ)上，還要根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和一致性要求以及系統(tǒng)查詢效率要求，對(duì)這組關(guān)系模式進(jìn)行必要的優(yōu)化處理，從而得出滿足所有數(shù)據(jù)要求的關(guān)系數(shù)據(jù)模型，也即數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)。

3.2.3 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

基于以上設(shè)計(jì)，本文采用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和方法對(duì)煤礦數(shù)據(jù)進(jìn)行物理構(gòu)建。本文的煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)文件名為test，其中包括巷道數(shù)據(jù)表，煤層數(shù)據(jù)表，鉆孔數(shù)據(jù)表等 8 個(gè)數(shù)據(jù)表。本文選取具有代表性的數(shù)據(jù)表進(jìn)行介紹。

（1）巷道數(shù)據(jù)表（表2）

（2）鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)（表3）

（3）煤層數(shù)據(jù)表（表4）

3.3 煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)

3.3.1 煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)的封裝

建立空間數(shù)據(jù)管理引擎，要對(duì)Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)的操作進(jìn)行二次封裝，封裝為適合對(duì)外使用的類和接口。其中設(shè)計(jì)到幾個(gè)重要的類有：數(shù)據(jù)庫(kù)管理器（CDatabaseManager）、數(shù)據(jù)庫(kù)類（CDatasource）、數(shù)據(jù)集（CDataset）、記錄（CFeature）、字段（CField）；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器可以創(chuàng)建、打開(kāi)、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)類可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)集、向數(shù)據(jù)集里插入數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)集、更新數(shù)據(jù)集、刪除數(shù)據(jù)集；通過(guò)數(shù)據(jù)集類可以獲得里面的記錄，還可以添加記錄；通過(guò)記錄可以獲得里面的字段，添加刪除字段等等。

3.3.2 編譯Win32平臺(tái)所需要的SQLite庫(kù)文件

（1）下載源碼

首先到http：//www.sqlite.org/download.html網(wǎng)站下載最新的SQLite 源碼文件。本文以（sqlite-source-3_6_23_1.zip和sqlite-amalgama-tion-3_6_23_1.zip）為例說(shuō)明。

（2）創(chuàng)建項(xiàng)目工程

編程語(yǔ)言：Visual C++；

平臺(tái)選擇：Microsoft Visual Studio 2010；

應(yīng)用程序類型選擇：一個(gè)空Win32項(xiàng)目；將下載之后的文件解壓放到 dll項(xiàng)目的工程目錄之下。將其中的 tclsqlite. c和shell. c文件刪除。

（3）修改相關(guān)代碼和屬性設(shè)置

修改項(xiàng)目屬性中創(chuàng)建/使用預(yù)編譯頭：“不使用預(yù)編譯頭”；在預(yù)處理器中添加“SQLITE_ENA-BLE_COLUMN_MET ADAT A”；模塊定義文件：“sqlite3. Def”。將fts3_taokenizer. c和fts3. c文件中的宏SQLIT E_EXT ENSION_INIT1修改為“extern const sqlite3_api_routines* sqlite3_

api；”。

（4）編譯生成dll和lib文件

3.4 煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

本文以湖南省資江煤礦數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖如圖2。

本文主要是根據(jù)湖南省資江煤礦設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，界面搭建用的是Qt，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)建打開(kāi)煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)；創(chuàng)建打開(kāi)巷道、煤層、鉆孔等數(shù)據(jù)集（表）；插入巷道、煤層等數(shù)據(jù)；查詢巷道煤層等數(shù)據(jù)信息；刪除巷道煤層等數(shù)據(jù)等等。

4 總結(jié)

在煤礦現(xiàn)代化信息管理中應(yīng)用SQLite API創(chuàng)建煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)煤礦數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和基本處理可簡(jiǎn)化程序開(kāi)發(fā)周期，方便數(shù)據(jù)存取，提高執(zhí)行效率。同時(shí)也應(yīng)充分考慮SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)自身的局限性，讓其在最適當(dāng)?shù)牡胤桨l(fā)揮最大的作用。

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[責(zé)任編輯：王楠]