海洋科技檔案管理中的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

崔愛菊,周玉斌,蘇天赟,2

(1.國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061;2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點實驗室 青島 266061)

海洋科技檔案管理中的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

崔愛菊1,周玉斌1,蘇天赟1,2

(1.國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061;2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點實驗室 青島 266061)

文章對目前海洋科技檔案管理的現(xiàn)狀和存在的問題進行了綜合的論述和分析,針對海洋科技檔案管理的特點和具體的應(yīng)用需求,從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分類、概念結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)等方面對海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫(marine science&technology archives management system,MSTADB)進行了設(shè)計和建設(shè),旨在為用戶提供便捷、高效的海洋科技檔案管理、查詢和獲取服務(wù)。

海洋;檔案管理;ORACLE;數(shù)據(jù)庫

海洋是一個沿海國家社會經(jīng)濟發(fā)展的重要空間與資源基地,合理開發(fā)、切實保護海洋已經(jīng)成為關(guān)系沿海各國生存、發(fā)展和強盛的重大戰(zhàn)略問題。我國擁有廣闊的管轄海域,環(huán)境條件優(yōu)越,海洋資源豐富,開發(fā)利用海洋來緩解我國經(jīng)濟發(fā)展中能源、資源的短缺與發(fā)展空間的不足具備現(xiàn)實需求的必要性和可能性。

新中國成立以來,我國政府在海洋調(diào)查和海洋科學(xué)考察方面做了大量的工作。其調(diào)查范圍從近海逐步擴展到大洋,調(diào)查方式從海面觀測逐步發(fā)展到航空航天遙感、海面觀測和水下探查。如,1958年開始的全國海洋綜合普查;20世紀80—90年代的全國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查和全國海島資源綜合調(diào)查以及近年來的“908”全國綜合海洋調(diào)查等。在這些科研工作中歸檔了大量的海洋科技檔案(如,調(diào)查報告、采集數(shù)據(jù)和成果圖件等),僅國家海洋局第一海洋研究所目前館藏了從新中國成立以來的各類科技檔案4000余卷。但是,絕大部分檔案以紙介質(zhì)存儲為主,檔案的收集、整理、鑒定、使用和編研等都以手工為主,管理不科學(xué),工作效率低,難以充分利用已有的海洋科技檔案資源向科研人員、管理人員和公眾提供良好的服務(wù)[1]。因此,應(yīng)用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)進行瀕危檔案的數(shù)字化拯救,提高海洋科技檔案的科學(xué)管理水平,實現(xiàn)海洋科技檔案資料系統(tǒng)、全面、高效的信息化服務(wù)是我們工作的著重點[2-3]。

筆者針對海洋科技檔案管理的特點和具體的應(yīng)用需求,結(jié)合先進的數(shù)據(jù)庫技術(shù),提出了基于ORACLE的海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案,以期對海洋科技檔案資料進行標(biāo)準化、統(tǒng)一化存儲和管理,提高檔案資料的查詢效率和質(zhì)量,提供高效的數(shù)據(jù)支撐,進而促進海洋檔案資料的數(shù)字化、信息化進程,實現(xiàn)我國海洋檔案資源的共建、共知和共享的目的,為建設(shè)“富饒海洋、生態(tài)海洋、安全海洋、數(shù)字海洋、和諧海洋”提供基礎(chǔ)支撐。

1 需求分析

隨著科技的發(fā)展和檔案管理人員素質(zhì)的提高,對檔案管理提出了新的要求,目前我國在海洋科技檔案管理遇到如下問題。

1.1 歷史檔案的拯救

在20世紀90年代中期以前積累下來的海洋科技檔案資料主要以紙介質(zhì)存儲為主,保存不易。同時,紙介質(zhì)檔案資料的準確快速查找也非常困難,尤其是歷史檔案,索引信息不完整,如果出現(xiàn)文件丟失、損壞,將會造成不可彌補的損失。因此,必須進行檔案的數(shù)字化拯救,這涉及大量的數(shù)據(jù)存儲,以及檔案元數(shù)據(jù)信息的采集。

1.2 新時期快速增長的數(shù)據(jù)量

近幾年來,我國海洋事業(yè)進入了歷史上最好的發(fā)展時期,高新技術(shù)和先進儀器設(shè)備不斷地被應(yīng)用到海洋調(diào)查、研究和開發(fā)等各方面,海洋科技檔案的收集也改變?yōu)榧堎|(zhì)資料與電子資料的雙歸檔,因此資料數(shù)據(jù)量也呈幾何級數(shù)增長。

1.3 檔案存儲分散

我國目前有幾百家涉海研究單位,大量的海洋科技檔案資料都分散在各個項目承擔(dān)單位內(nèi),存放地不統(tǒng)一、管理不規(guī)范,并且受各個單位的管理限制,難以實現(xiàn)海洋科技檔案系統(tǒng)、統(tǒng)一的管理與提供開放的服務(wù)。

1.4 歸檔標(biāo)準繁多

海洋開發(fā)所涉及的專業(yè)種類繁多,目前各個專業(yè)之間并沒有一個統(tǒng)一的分類編碼標(biāo)準和規(guī)范,同時檔案資料分散在各個不同的部門,在文檔的管理方法和規(guī)則上各不相同,因此資料在整理、分卷、編目和歸檔的標(biāo)準不統(tǒng)一,造成了對海洋科技檔案的整合和查詢非常困難,利用率較低。

目前,我國數(shù)字海洋信息框架構(gòu)建工作已全面展開,因此,應(yīng)用先進的信息化技術(shù)、計算機技術(shù)實現(xiàn)海洋科技檔案的數(shù)字化管理,搶救瀕臨破損和丟失的海洋歷史檔案資料,提高檔案資料的管理水平和工作效率,為“數(shù)字海洋”的建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐,是目前我國海洋科技檔案工作迫切的任務(wù)。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

由于在海洋開發(fā)活動中形成的科技檔案種類多,涉及的專業(yè)廣,分類編碼方法和管理工作各不相同,而且隨著海洋開發(fā)力度加大和先進技術(shù)的應(yīng)用,海洋科技檔案數(shù)量的增長速度非常快,檔案的信息化管理實現(xiàn)起來存在較多困難。因此,在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的選擇上,需要滿足對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、海量的檔案信息進行快速高效的存儲、維護和檢索的需求,具備大容量、高性能、全方位資料保護和系統(tǒng)備份架構(gòu)設(shè)計等優(yōu)點,能符合網(wǎng)絡(luò)存儲快速增長的需求,使應(yīng)用系統(tǒng)可以方便、及時、準確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息。

ORACLE數(shù)據(jù)庫是一種對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(ORDBMS),它提供了強大的數(shù)據(jù)管理功能、分布式功能和網(wǎng)絡(luò)功能,支持多個用戶并發(fā)訪問,具有良好的開放性和可移植性[4]。因此,筆者在海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫的設(shè)計上采用ORACLE數(shù)據(jù)庫來組織和管理種類繁多、格式復(fù)雜的海量檔案資料。

2.2 數(shù)據(jù)分類

經(jīng)過分析,筆者針對數(shù)據(jù)類型和特點將海洋科技檔案資料分為指令性項目、開發(fā)服務(wù)項目、儀器設(shè)備、聲像和實物等幾大類,各大類數(shù)據(jù)又細分為若干子類。例如,項目信息按照課題的專業(yè)類型細分為地球科學(xué)、海洋科學(xué)和生物科學(xué)等,海洋科學(xué)又細分為海洋物理、海洋化學(xué)和海洋地球物理等子學(xué)科。依據(jù)數(shù)據(jù)分類規(guī)則,創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典,編制分類代碼,開發(fā)數(shù)據(jù)字典管理模塊,便于對數(shù)據(jù)類別名稱和代碼的管理和維護。

2.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計主要對海洋科技檔案數(shù)據(jù)對象之間的相互關(guān)系和屬性結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和定義,它是獨立于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用操作系統(tǒng)的。海洋科技檔案資料包括元數(shù)據(jù)、項目、人員、單位、調(diào)查船、儀器設(shè)備和檔案文件等對象,每一個對象除了自身具有屬性結(jié)構(gòu)之外,相互之間還具有一對多或者多對多的關(guān)系。如,“元數(shù)據(jù)”對象除了具有檔案名稱、檔案類別、語言、摘要、數(shù)據(jù)量、格式等屬性信息之外,還與“項目”對象具有多對一(m∶1)的關(guān)系(即一個項目可能包含多個檔案資料的元數(shù)據(jù)),同時又與“檔案文件”對象具有一對多(1∶m)的關(guān)系(即一個元數(shù)據(jù)對應(yīng)多個檔案文件)。另外,“項目”對象除了具有項目名稱、項目代碼、起始時間、終止時間、坐標(biāo)系統(tǒng)和投影方式等屬性信息外,還與“儀器設(shè)備”對象、“調(diào)查船”對象、“單位”對象分別是多對多(m∶n)的關(guān)系。這樣,通過概念結(jié)構(gòu)可以清楚地對海洋科技檔案涉及的數(shù)據(jù)對象進行劃分,定義其屬性結(jié)構(gòu)的名稱和類型,進一步明確數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系,驗證數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致性,為下一步邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)。

2.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是依賴特定的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或應(yīng)用操作系統(tǒng)的。在海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,基于ORACLE 10g2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)規(guī)定的標(biāo)準和格式,對數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計中,對概念結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)對象向ORACLE 10g2所支持的關(guān)系模式進行映射。如,表和視圖等。對具體屬性結(jié)構(gòu)的名稱和類型進行定義,轉(zhuǎn)換成能夠被ORACLE 10g2直接識別的關(guān)系模式。如,對于時間類型的屬性在ORACLE中定義為DA TE,變長度類型的屬性在ORACLE中定義為VARCHAR2,長二進制類型的屬性在ORACLE中定義為BLOB。

另外,在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計中,需要根據(jù)數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系(如一對多,多對多等)轉(zhuǎn)換成不同的數(shù)據(jù)庫關(guān)系表。概念結(jié)構(gòu)向數(shù)據(jù)庫關(guān)系表轉(zhuǎn)換主要遵循以下原則。

(1)每一個對象可以映射為一個或多個關(guān)系表,多個對象也可以對應(yīng)同一個關(guān)系表,對象的屬性即為關(guān)系表的屬性字段,對象的唯一標(biāo)志(ID)是關(guān)系表的關(guān)鍵字;

(2)關(guān)聯(lián)關(guān)系(一對一、一對多以及多對多)可以映射為一個包含被關(guān)聯(lián)對象主鍵的關(guān)系表,同時也可以不進行映射,而在相關(guān)聯(lián)的對象關(guān)系表之間定義相應(yīng)的外鍵;

(3)對映射后的數(shù)據(jù)庫關(guān)系表進行冗余控制調(diào)整,使其達到合理的關(guān)系范式。

例如,“項目”對象與“儀器設(shè)備”對象在概念結(jié)構(gòu)中是多對多的關(guān)系,轉(zhuǎn)換成邏輯結(jié)構(gòu)之后,除了各自轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的關(guān)系表,還定義一個“項目-儀器設(shè)備”關(guān)聯(lián)表,分別通過外鍵關(guān)聯(lián)將兩個關(guān)系表連接起來。

2.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計主要針對數(shù)據(jù)庫物理存儲空間以及外設(shè)配置進行設(shè)計,使得海洋科技檔案資料數(shù)據(jù)庫響應(yīng)時間少,存儲空間利用率高,事務(wù)吞吐量大,數(shù)據(jù)安全性高,維護代價低。前已述及,海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理,ORACLE數(shù)據(jù)庫提供了表空間管理模式,從邏輯上將數(shù)據(jù)存放在不同的表空間中,從物理上將數(shù)據(jù)存放在與表空間相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)文件中(圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)庫、表空間和數(shù)據(jù)文件的對應(yīng)關(guān)系

筆者利用這種表空間管理模式,對海洋科技檔案資料進行分類,將各個類別的檔案資料放在不同的表空間進行管理。同時,根據(jù)各類數(shù)據(jù)的大小和讀寫頻率設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)段、回滾段和索引段,規(guī)定每個段中數(shù)據(jù)塊的參數(shù)值,優(yōu)化海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫的性能。其中,數(shù)據(jù)段存放數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù);回滾段存放被每個事務(wù)修改的數(shù)據(jù)的原有值,用于回滾事務(wù)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫;索引段存放索引信息,用于快速檢索數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

本文基于海洋科技檔案資料管理的應(yīng)用需求分析,從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)選擇、數(shù)據(jù)分類、概念結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)和安全性能等幾個方面對海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫進行了設(shè)計,建成了海洋科技檔案數(shù)據(jù)庫,對海洋科技檔案資料進行標(biāo)準化和集成化存儲和管理。另外,在該數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,基于C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)開發(fā)了海洋科技檔案管理信息系統(tǒng)[5],實現(xiàn)了檔案資料信息的自動化和便捷化的管理、檢索、瀏覽、統(tǒng)計、輸入、輸出及格式轉(zhuǎn)換等功能,滿足我國海洋科學(xué)研究和工程建設(shè)工作對檔案資料管理的應(yīng)用需要。

[1] 侯秀生.試論我國海洋檔案的管理機制與模式[J].海洋通報,2003,22(4):60-65.

[2] STIELOW,FREDERICK J.Building digital archives,descriptions,and displays:a how-to-do-it manual for archivists and librarians[M].New York:Neal-Schuman Publishers,2003.

[3] CRESPO A,GARCIA-MOLINA H.Modeling Archival Repositories for Digital Archives[R].Stanford Computer System Laboratory Technical Report,2004.

[4] 丁鋮.ORACLE8/8i數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理[M].北京:人民郵電出版社,2001:1-5.

[5] 崔愛菊,盧銘,梁運萍.基于 C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)的海洋科技檔案管理系統(tǒng)的分析和設(shè)計[J].海岸工程,2005,24(4):73-82.