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1、基于PowerDesigner的公路工程地理信息平台数据库建模冯永玖，童小华，刘妙龙（同济大学 测量与国土信息工程系 上海，200092）摘要：公路工程程地理信息平平台涉及的海量空间和属属性数据结构构复杂，利用用PowerrDesiggner组织织这些数据、设计数据库模型，便于系统总体规划、能够统一协调数据管理。文章简述了利用PowerDesigner建模的方法，分析了公路工程地理信息平台系统总体结构，探讨了公路工程数据库的组织以及概念数据模型和物理数据模型的建立。通过广东省公路工程地理信息平台数据库建模实践，验证了文中的建模方法。关键词：公路工工程地理信息息平台；数据库建模模；概念数据模模型
2、；物理数数据模型；PPowerDDesignnerHighwayy projject ggeograaphicaal informmationn platfform databasse modelling using PowerrDesiggnerFENG Yoong-jiiu, TOONG Xiiao-huua, LIIU Miaao-lonng(Departtment of Suurveyiing annd Geoo-informaticcs, Toongji Univeersityy, Shannghai 2000992, Chinaa)Abstracct：As the sspatiaa
3、l andd attriibute mass data of highwaay prooject are ccompliicatedd，PowerrDesiggner, an usseful CASE Tool, is thhe besst toool to organnize tthese data and deesign the ddatabaase moodels. In tthis ppaper，several issues, such as methods of modeling using PowerDesigner, architecture of the platform, o
4、rganization of highway project data, conceptual data model and physical data model, about highway project database are discussed in detail. By the practice of Guangdong highway project geographical information platform database modeling，the methods of database modeling put forward in this paper are
5、tested. Key Worrds：highwaay prooject geogrraphiccal innformaation platfform；ddatabaase modeliing；concepptual data model；physiical ddata mmodel；PowerrDesiggner目前，国内公路路工程数据库库较多地采用用小型关系型型数据库系统统，如Dbaase, FoxBAASE, Accesss，这类系统在在存储公路属属性数据时，往往往缺乏空间间数据的支持持。鉴于此，本本文提出公路路工程地理信息平台台，采用地理理信息系统技技术和数据仓仓库技术来对对空间数据库
6、库和属性数据据库进行统一一管理1，采用图形形化界面实现现智能化的检检索和查询、统统计和分析，为为不同用户提提供快速的资资料查询与检检索，资料重重复利用、工工程文件快速速生成、规划划设计支持、数数据资料共享享与信息发布布等服务2。由于公路工程涉涉及项目繁多多、数据量大大、关系复杂杂，且大部分数据据具有地理空空间特征，因因此对其数据库建建模是一项复复杂而艰巨的的任务。结合合专业CASEE(计算机辅辅助软件工程程)工具，能够将将建模难度大大大降低，且且所建数据库库模型完整高高效3,4。常用的CAASE工具有有Ratioonal RROSE、Visioo和PowerrDesiggner等，这三种主要的
7、的建模工具各各具优势5。Ratioonal RROSE对于于开发过程中中的各种语义义、模型、对对象以及流程程、状态等描述述较好，而对于数据库库的开发管理理和架构支持持却有限。VVisio只只支持图形语语义的描述，只只能用来架构构空间数据库的的图形关系描描述，无法生生成具体的空空间数据库建建库代码。PowerrDesiggner侧重于数据库建模模，可以利用用图形直观地地描述复杂的的空间数据模模型，从而生成高效的建库代码。PowerrDesiggner具有有灵活的分析析和设计特性性，允许使用用一种结构化化的方法有效效的创建数据据库或数据仓仓库，而不要要求严格地遵遵循一个特定定的方法学。它所提供的直
8、观的符号标识使数据库的创建更加容易，并且使项-基金项目：广东东省“十五”重大科技攻关关资助项目（2002AA101000309）目组内的交流和和通信标准化化。鉴于公路工程程地理平台数据据库的复杂性性，考虑到这三种主要CASEE工具优缺点点，选择数据库建建模功能最强强大、操作简简易的PowwerDessignerr作为建模工工具。1 PoweerDesiigner建建模方法公路工程地理信信息平台侧重重于公路规划划设计资料的的管理，是智智能交通运输输地理信息系统统（GIS-T）不可或或缺的重要部部分，由于公公路相关数据据大部分具有有地理空间特特征，因此需需建立统一的的数据库，充充分利用GIIS技术
9、，通通过C/S模模式把信息传传送至公路规规划设计的职能部门，实实现公路设计计资料管理信信息化，使设设计人员方便便地查询到可以借鉴的设计案案例。 基于PowerrDesiggner的数数据模型分为为概念数据模模型(Concepptual Data Model，CDM)和物物理数据模型型 (Physiccal Data Model，PDM)，CDM是适合合于系统分析析阶段的工具具，CDM表现数数据库的整体体逻辑结构，与与具体软件或数数据储藏结构构无关。CDDM反映具体项目目现实综合信信息需求，是是最终用户对对数据存储的的理解，不考虑虑物理实现细细节，只考虑虑实体之间的的相互关系。 PDM是适合于于
10、系统设计阶阶段的工具，建立PDMM的主要目的是把CDM中建立立的现实世界界模型生成特特定的DBMMS脚本，产产生数据库中中保存信息的的储存结构，保保证数据在数数据库中的完完整性和一致致性，表现对象为为物理表、主主键、外键索索引、触发器器和相应的数数据字典等6,7。在PoweerDesiigner中中，PDM可由CDM自动生生成。在描述出完整的的概念数据模模型后，可以以对其进行有有效性检验；对于通过有有效性检验的的概念数据模模型CDM，可以以直接将其转转化为PDMM。进一步，根据据系统数据库库平台选择相相应的DBMMS，最终通过Geneerate Databbase完成成数据库的创创建。2 公路
11、工程程地理信息平台台系统结构通过对公路工程程相关管理部部门、工程咨咨询部门、规规划设计部门门进行详尽调查查，对公路相相关国家规范范认真解读，以及对大量量的数据、文文本、报告和和各阶段设计计图范例和实实例进行归类类和分析，提提出公路工程程地理信息平平台系统结构构，如图1。平平台分为三个个子系统:公路工程地地理信息系统统、公路工程程属性数据管理理系统和公路路工程信息智智能查询统计计系统。支持持平台的数据据库包括公路路空间数据库库、公路属性性数据库和相相应的元数据据库，分别存存储公路工程程地理空间信信息、公路属属性数据和参参数数据。系统结构在逻辑辑上对应三层层，分别为数数据层、业务务管理层和操操作层
12、。数据据层存储平台台相关的所有有工程数据、空空间数据和元元数据；业务务管理层管理理工程相关的的各项专题业业务；操作层层则是提供给给用户的通用用接口，通过过这些接口，可可以对数据和和业务进行操操作。图1 公路工程程地理信息平台系统统结构图3 系统数据库库设计3.1 公路工工程数据的组织公路工程数据涉涉及多个阶段段，包括预可行性性研究、工程程可行性研究究、初步设计计和施工图设设计等四个阶段，而且数数据量庞大，如如何有效地管管理和组织这这些数据，是是公路工程地地理信息平台台建立的首要要问题。经过详细深入的的调研，从实实际需求出发，提提出了完整的的公路工程数数据库管理的的标准化和规规范化方案，即以时时
13、间和空间为为二维坐标轴轴来组织公路路工程数据，提提出了公路工工程数据库中中的特征参数数、数据类型型和存储形式式，并以实际际的公路工程程数据验证了了可行性。其其中时间维指指工程信息从从项目开始、预预可行性研究究、工程可行行性研究、初初步设计和施施工图设计等等所有工程阶阶段；空间维维指在时间维维的基础上依依据不同阶段段，将一条公路路工程划分为为若干设计路路段或合同标标段并作为工工程数据存储储管理单元，包包括路段或标标段的总体信信息、及路段段或标段中各各个专业工程程信息（如道道路工程、桥桥梁工程、隧隧道工程、涵涵洞工程、交交叉工程、交交通工程等），数数据组织结构构如图2。图2 公路工程程数据的组织织
14、3.2 数据库库E-R模型图3 公路工程程数据库E-R整体模型本项目采用实体体-联系方法法(entiity-reelatioonshipp apprroach)来表示数据据库概念模型型8。公路工程程属性数据库库E-R模型型如图3，图中：矩形框表示示实体，菱形形框表示实体体之间联系，带带小椭圆的线线表示条件选选择。在公路规划建设设和管理中通通常以一条公公路为单位，公公路工程总体体信息描述包包括一条公路路的全部信息息，如工程项项目编号、公公路名称等。公公路工程的规规划建设在预预可行性研究究、工程可行行性研究、初初步设计阶段段往往采用多多方案设计，工工程项目须设设计多个方案案并进行比选选，列出推荐荐
15、方案；而施工图设设计阶段一般般按合同标段段设计，以合合同标段设计计管理公路，不同于前面几几个阶段将整整条公路视作作一个管理单单位，因此需在“阶段工程总总体信息”下面进行条条件选择。一一项工程项目目在预可行性研究究、工程可行行性研究、初初步设计阶段段都设计了NN个方案，所所以“阶段工程总总体信息”和“方案总体信信息”的关系为11：N；一项工程在在施工图设计计和建设阶段段分为N个标标段，故“阶段工程总总体信息”和“标段总体信信息”的关系为11：N。一项工程的规规划建设由M个管管理、技术人人员参与，而而一个人员也可可以参与N个个项目的规划划建设，故两两者关系为MM：N。3.3 数据库库概念数据模模型
16、数据库建模是平平台系统设计计的重要阶段段，尤其对于涵盖盖海量地理和和属性数据的的公路工程地地理信息平台台更是如此。概念数据模型（CDM）可由E-R模型细化而建立。但是由于公路工程阶段多，每个阶段的数据量大，并且每个阶段相同项目涉及字段根据具体实施有增减，所以必须为每个阶段设计不同的、相对独立的数据库子模型，这些阶段数据库子模型作为整体数据库模型的一部分，最终通过工程项目（项目名称、编号）联系在一起。大量地理空间数数据的存在，增增加了建模难难度，空间数数据有两类，一一类是静态基础公公路网络地图数据据，另一类是是根据项目动动态显示的公路信信息。空间数数据库模型与“预可”等其他四个设设计阶段并列列成
17、为整体数数据库的一个个子模型，通通过工程项目目和具体路线线或者构造物物信息联系起起来。由于每个阶段都都有大量人员员参加，而参参加人员信息息的建模与其其他工程项目目的建模相对对独立；同时时，在公路规规划设计过程程中，产生大大量的表格、电电子文本和工工程图纸等多多媒体电子资资料，这些资料的建模相相对独立，均均可以放在一一个专门存储储多媒体资料料的库表中。综综上，可以把把工程设计人人员信息和多多媒体数据统统一建模，成成为整体模型型的一个子模模型。整体模型主要要包括以下六六个子模型：预可行性研研究阶段子模型、工程程可行性研究究阶段子模型、初步设设计阶段子模型、施工图设计计阶段子模型型、地理空间间数据子
18、模型型以及参加人员员和多媒体数数据子模型。这六个子模型型中，以施工工图设计阶段子模型和和地理空间数数据子模型最最复杂，以下下对施工图设设计阶段子模模型进行说明明。该子模型涉及及范围最广、内内容最详细，因此虽然不能代替其他几个设计阶段，但是其内容可涵盖其他设计阶段。在此阶段，对子模型建立起到举足轻重作用的有：主要技术经济指标信息、路线指标信息、路基路面工程信息、桥梁工程信息、隧道工程信息、涵洞工程信息、通道工程信息、立交工程信息、改建工程信息、交通工程及沿线设施等项。3.4 数据库库物理结构模型型由于概念模型中中的实体之间间的联系过于于抽象，因此此宜使用物理理模型与用户户交流，找出出模型中存在在
19、的不足，反反复论证修改改，直至符合合公路工程设设计实际情况和用用户需求。在在PowerrDesiggner中，有效的概概念数据模型型（CDM）可可以直接转化化为物理数据据模型（PDDM）。概念数据模模型建立完成成之后，可以以利用模型有有效性检验来来检查建立的的CDM是否否有效和正确确。在有效性检验验中，模型的的检查将对概概念数据模型型中所包含的的域名、实体和关系系等内容进行行检查。生成成PDM之前前，需要指定定具体的数据据库管理系统统（DBMSS），如Orracle、SSQLSerrver、DDB2、SyyBASE等等，在PoweerDesiigner要要求的各项设设置指定完毕之后后，便可以生
20、生成目标数据据库PDM。据根本公路路工程地理信信息平台的要要求，把Orracle99i作为后台台数据路管理理系统，其中中施工图设计计阶段的CDDM转化为PPDM的结果如图4。利用Generrationn Dataabase将将PDM生成成SQL脚本本文件，其中中SQL语句句与PDM中所包包含的所有结结构定义一一一对应。进一一步，可以通通过PoweerDesiigner直直接向DBMMS（本项目目为Oracle99i）生成目目标数据库，也也可以在SQQL Pluus中执行生生成的SQLL脚本文件得得到完整的数数据库。图5即为由PDM生成的的SQL脚本文件中的一段语句句，该语句描描述了施工图图设计
21、阶段互互通式立体交交叉表的创建建过程。图4 公路工程程施工图设计计阶段数据库库PDM/*=*/* Tablle: 施工工图_互通式式立体交叉表 */*=*/create tablee 施工图_互通式立体体交叉表 ( 互通式立立交技术指标标ID NUMMBER(112) not nnull, 沿线交叉叉ID NUMMBER(112), 中心桩号号 VARRCHAR22(20), 被交叉公公路名称 VARCCHAR2(20), 被交叉公公路等级 VARCCHAR2(20), 交角 NNUMBERR(12,33), 交叉方式式 VARRCHAR22(20), consstrainnt PK_施工图_
22、互互通式立体交叉表 primaary keey (互通通式立交技术术指标ID)/图5 由PowwerDessignerr自动生成的的数据库SQL语句句4 结语采用CASE工工具建立数据据库模型，便便于总体规划划、能统一协调调信息资源管管理，同时易于后期数据据库修改和维维护，能发挥事半半功倍的作用用。系统中各种种模型的建立立不仅有利于于目标数据库物物理结构的快快速构建，还还能自动生成成文档管理体体系，为系统统后续维护工工作奠定了坚坚实的基础PowwerDessignerr 在一个界界面中集成了了面向对象的的分析与设计计功能和数据据库建模功能能，其直观的符符号表示，使数据库的的创建更加容容易、使项
23、目组内内的交流和通通讯标准化。广东省公路工程程地理信息平台台作为广东省省“十五”科技攻关项项目，开发研研究的目的是是建立系统移移植性好、通通用性强的平平台环境，高高效管理和充充分利用改革革开放以来广广东省公路建建设过程中采采集的各种数数据、资料，为为公路交通运运输智能管理理做出铺垫，为为公路工程规规划建设提供供借鉴资料，为为公路工程数数据挖掘与知知识发现提供供数据来源与与分析工具。数据库建模作为该平台研究与开发的前期工作，利用PowerDesigner组织和规划了公路设计相关的地理空间数据和工程属性数据，取得了良好的效果。参考文献：1 陈京民民.数据仓库与与数据挖掘技技术M.北京：科学学出版社
24、,2002: 125.2 冯永玖玖,童小华,汪超,刘妙龙. 基于GISS的公路工程程智能信息平平台系统分析析与设计JJ.交通与与计算机,2004,22:61.3 白尚旺旺. PowerDeesigner软件分析析设计技术M. 北京:电子工业出出版社,2002: 30.4 张海藩藩. 软件工工程导论MM. 北京京：清华大学学出版社,1990: 20.5 吴伟敏敏. UMLL建模工具的的比较ROSEE、Visiio和PowwerDessignerrJ. 现代计算,2003,165: 32.6 李炳生生.基于PowerDeesigner:的排水水管理信息系系统建模JJ. 地理理空间信息,2006，1
25、1: 47.7 郑锋,王卫砚,武武青等. 基基于PoweerDesiigner的的社会保险数数据库的设计计与实现JJ. 计算算技术与自动动化,20000,4: 65.8 黄卫.高速公路数数据库应用技技术M.北京：科学学出版社, 2002: 61.注：本文为尚未未发表的原创创论文。作者简介：冯永玖（19881），男，汉汉族，云南镇镇雄人，同济济大学测量与与国土信息工工程系博士生，研研究方向为地地理信息系统统地址：上海市四四平路12339号同济大大学测量与国国土信息工程程系邮编：2000092手机：1391173769939办公室：0211-659888851E-mail:fengyyongjiiu第 13 页 共 13 页