Thiết kế cơ sở dữ liệu theo mô hình Anchor Modeling cho hệ thống quản lý thảm thực vật

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM DƢƠNG THỊ MINH ÁNH THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU THEO MƠ HÌNH ANCHOR MODELING CHO HỆ THỐNG QUẢN LÝ THẢM THỰC VẬT Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 61.49.01.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG THƠNG TIN Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM - ĐHĐN Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trần Quốc Vinh Phản biện 1: PGS.TS Lê Văn Sơn Phản biện 2: TS Trần Thiên Thành Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hệ thống thông tin họp Trường Đại học Sư phạm ĐHĐN vào ngày 30 tháng 07 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm thông tin học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vấn đề xây dựng sở liệu ứng dụng cho mơ hình quản lý thảm thực vật đóng vai trò quan trọng Bởi theo quan điểm sinh thái học, thảm thực vật gương phản ánh khách quan điều kiện tự nhiên, nhân tố môi trường Đồng thời thành phần quan trọng sinh Thực vật khơng nhóm yếu tố tự nhiên quan trọng lớp vỏ địa lý mà nguồn tài nguyên có giá trị, cung cấp nguyên vật liệu đáp ứng nhu cầu sống người Dựa cơng trình nghiên cứu thảm thực vật [1-3] Các CSDL tiến hành qua nhiều giai đoạn diễn biến theo thời gian, số liệu ngày bổ sung theo thời gian chưa có cơng trình nghiên cứu tổng thể thống với cơng trình trước nên số liệu thảm thực vật khác theo công bố khác Các CSDL phải tổ chức xếp lại cho hợp lý Các thao tác liệu truyền thống cho phép truy cập liệu thời điểm tại, truy cập đến phiên liệu khứ [4] Ngày nay, phương pháp mơ hình hố hệ thống Anchor [5] cho phép mơ hình hố hệ thống lớn cần lưu lại tính lịch sử liệu Phương pháp đời nhằm giải hạn chế việc lưu trữ liệu lịch sử phương pháp mơ hình hố hệ thống khác UML, ERM, FCO-IM Bộ công cụ Anchor Modeler tự động sinh CSDL thời gian Anchor cho hệ quản trị CSDL quan hệ đảm bảo tính tồn vẹn CSDL Ứng dụng cơng cụ lớn áp dụng vào hệ thông thông tin lớn, nơi liệu lịch sử quan trọng, đa dạng hệ sinh học, ngân hàng, bảo hiểm, hàng khơng, chứng khốn… Trên quan điểm xây dựng số liệu cập nhật xác, thống làm sở cho việc đánh giá, rà sốt tính đa dạng thảm thực vật mặt đa dạng loài, đa dạng giá trị sử dụng, dạng sống tình trạng bảo tồn lồi thực vật nhằm phục vụ công tác quản lý bảo tồn hệ sinh thái rừng có hiệu Như vậy, thiết kế CSDL thời gian theo mơ hình Anchor (Anchor Modeling - AM) cho phép truy cập đến liệu toàn cảnh thời điểm khứ, cung cấp chế mở rộng không hủy, theo cho phép khả quản trị thay đổi liệu mạnh mềm dẻo cần thiết cho hệ thống quản lý thảm thực vật cấp thiết Xuất phát từ lý đồng ý hướng dẫn TS Nguyễn Trần Quốc Vinh, chọn đề tài “Thiết kế sở liệu theo mơ hình Anchor Modeling cho hệ thống quản lý thảm thực vật” để làm luận văn thạc sỹ Mục tiêu nhiệm vụ đề tài  Mục tiêu - Nghiên cứu AM - Thiết kế CSDL thời gian cho hệ thống quản lý thảm thực vật - Xây dựng hệ thống quản lí thảm thực vật minh hoạ  Nhiệm vụ - Tìm đọc tài liệu AM - Khai thác công cụ hỗ trợ xây dựng CSDL theo AM - Xây dựng CSDL cho hệ thống quản lý thảm thực vật theo AM - Xây dựng hệ thống thông tin quản lý thảm thực vật sử dụng CSDL theo thời gian cho phép tìm kiếm liệu thảm thực vật theo bối cảnh thời gian Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu  Đối tƣợng nghiên cứu - Mơ hình AM - Thảm thực vật - Hệ thống thông tin quản lý - GIS  Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng CSDL phục vụ quản lý thảm thực vật, thử nghiệm cho số loài sách đỏ khu vực Đà Nẵng - Sử dụng hệ quản trị CSDL SQL Server để quản lý CSDL thiết kế theo AM - Dữ liệu GIS quản lý geoServer - Hệ thống thông tin quản lý thảm thực vật GIS cho phép tìm kiếm hiển thị kết theo bối cảnh thời gian Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng hai phương pháp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm  Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu - Tìm hiểu CSDL hệ quản trị CSDL, AM - Nghiên cứu từ báo, phân tích thiết kế CSDL, CSDL liên quan thảm thực vật, KBT thiên nhiên… - Đề xuất chức cho ứng dụng dựa kỹ thuật nghiên cứu  Phƣơng pháp thực nghiệm - Áp dụng mơ hình phát triển phần mềm thác nước để xây dựng hệ thống thông tin quản lý thảm thực vật sử dụng CSDL theo thời gian cho phép tìm kiếm liệu thảm thực vật theo bối cảnh thời gian GIS - Thực nghiệm liệu đầu vào thảm thực vật KBT Mục đích ý nghĩa đề tài  Mục đích Nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế CSDL theo AM vào quản lý liệu thảm thực vật  Ý nghĩa khoa học thực tiễn Về khoa học: Góp phần phát triển hệ thống thông tin địa lý đa dạng sinh học nước ta Từ kết nghiên cứu đề tài tìm hiểu sâu kỹ thuật thiết kế CSDL theo chuẩn AM Nghiên cứu sâu thuật toán lưu trữ quay lại liệu thời điểm khứ Về thực tiễn: Kết nghiên cứu đề tài thúc đẩy việc áp dụng công nghệ thông tin vào việc hỗ trợ quản lý đa dạng sinh học, phần đáp ứng nhu cầu cần thiết thông tin công tác bảo vệ môi trường, bảo tồn đa dạng sinh học nước nhà Bố cục luận văn Nội dung luận văn trình bày bao gồm phần sau: Chƣơng – TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH ANCHOR Chương này, luận văn trình bày sở lí thuyết liệu có yếu tố thời gian, liệu tiến hóa, mơ hình hóa liệu với AM, khái niệm truy cập liệu AM Chƣơng – ĐA DẠNG THỰC VẬT Trong chương 2, luận văn trình bày tổng quan đa dạng thực vật, phân tích, thiết kế CSDL thảm thực vật, xây dựng mơ hình thực thể, mơ hình liệu làm tiền đề giải toán thiết kế CSDL theo AM cho hệ thống quản lí thảm thực vật Chƣơng – THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU ANCHOR MODELING CHO HỆ THỐNG QUẢN LÝ THẢM THỰC VẬT Chương 3, tập trung vào thiết kế CSDL theo AM cho hệ thống quản lí thảm thực vật, cài đặt thực nghiệm chương trình Cuối đánh giá, kết luận hướng phát triển đề tài tương lai CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH ANCHOR MODELING 1.1 GIỚI THIỆU AM kết hợp chuẩn hố lược đồ quan hệ tính cạnh tranh (emulation) để cung cấp kỹ thuật mơ hình hố CSDL linh hoạt (agile) cho liệu tiến hoá AM cung cấp hệ thống ngun tắc [21] theo đó, mơ hình thu được triển khai theo mơ hình liệu quan hệ cách đơn giản Kết trực tiếp CSDL thời gian đạt chuẩn 6NF 1.2 CƠ SỞ DỮ LIỆU THỜI GIAN 1.2.1 Khái niệm sở liệu có yếu tố thời gian 1.2.2 Thời gian thay đổi 1.2.3 Thời gian ghi 1.2.4 Thời gian diễn 1.3 CƠ SỞ DỮ LIỆU CHUẨN HÓA Ở MỨC THẤP 1.4 DỮ LIỆU TIẾN HĨA 1.5 MƠ HÌNH HĨA DỮ LIỆU VỚI ANCHOR MODELING Nhìn chung, AM mang lại đầy đủ lợi ích 8] CSDL đạt dạng chuẩn 6NF: - Quản lý xử lý liệu tiến hố, đảm bảo tính tồn vẹn liệu theo thời điểm - Tăng vòng đời CSDL so với vòng đời trung bình năm - Đơn giản hố khái niệm mơ hình hố (modeling concepts), giảm thiểu hố lỗi mơ hình hố - Cho phép phát triển theo mơ-đun tăng trưởng bước - Chuyển đổi sang CSDL vật lý đơn giản - Cho phép hỗ trợ công cụ sinh tự động kịch tạo CSDL vật lý khung nhìn, hàm cần thiết - Đặc biệt, quét liệu cần thiết trình xử lý truy vấn nhờ cột lưu trữ riêng lẻ bảng - Không chấp nhận NULL nên khắc phục vấn đề liệu thưa thớt CSDL thông thường 1.6 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MƠ HÌNH HĨA AM (ANCHOR MODELING) Các khái niệm tảng AM bao gồm neo (anchor), giới hạn (knot), thuộc tính (attribute), thuộc tính (static attribute), thuộc tính biến thiên (historized attribute), thuộc tính giới hạn (knotted static attribute), thuộc tính biến thiên giới hạn (knotted historized attribute) Các loại mối quan hệ (tie) bao gồm quan hệ (static tie), quan hệ biến thiên (historized tie), quan hệ giới hạn (knotted static tie), quan hệ biến thiên giới hạn (knotted historized tie) [7] Trong AM có đối tượng sau: Anchor: Lưu trữ định danh thực thể Knot: Lưu trữ miền giá trị liệu Attributes: Lưu trữ giá trị thuộc tính Ties: Lưu trữ mối quan hệ thực thể 1.6.1 Tập thực thể (Anchor) Trong mối tương quan với mơ hình thực thể - mối quan hệ phổ biến, hiểu, anchor tập thực thể Anchor biểu diễn ID thực thể Giới hạn đại diện cho tập lực lượng nhỏ giá trị cố định theo thời gian, thường giá trị dùng chung cho nhiều thực thể khác 1.6.2 Giới hạn (Knot) Một giới hạn sử dụng để biểu diễn tập hợp thực thể cố định, thường nhỏ, không thay đổi theo thời gian Trong tập thực thể sử dụng để biểu diễn thực thể tùy ý, giới hạnđược sử dụng để quản lý đặc tính chung nhiều thực thể số tập thực thể 1.6.3 Thuộc tính (Attribute) Thuộc tính biểu diễn thuộc tính tập thực thể, cụ thể anchor Cần phân biệt bốn loại thuộc tính: thuộc tính (Static Attribute), thuộc tính biến thiên (Historized Attribute), thuộc tính giới hạn (Knotted Static Attribute), thuộc tính biến thiên giới hạn (Knotted Historized Attribute), xem hình 1.2 Hình 1.2 Kí hiệu tập thực thể 10 lượng nhỏ giá trị; chẳng hạn, cơng dân xếp vào nhóm tuổi khác theo thời gian 1.6.4 Mối quan hệ(Tie) Một mối quan mô tả liên kết hai nhiều tập thực thể anchor với thực thể giới hạn tùy chọn Tương tự thuộc tính, mối quan hệ có bốn biến thể: quan hệ (Static Tie), quan hệ biến thiên (Historized Tie), quan hệ giới hạn (Knotted Static Tie), quan hệ biến thiên giới hạn (Knotted Historized Tie) Xem hình 1.3 Hình 1.3 Các mối quan hệ Một quan hệ – Static Tie (a) quan hệ giới hạn – Knotted Static Tie (c) thể dạng hình thoi đặc Một quan hệ biến thiên – Historized Tie (b) quan hệ biến thiên giới hạn – Knotted Historized (d) thể dạng hình thoi đặc với đường viền bên Các quan hệ giới hạn liên quan đến giới hạn Định danh liên kết đánh dấu vòng tròn màu đen 11 Định nghĩa 12 (Quan hệ hằng–Static Tie).Có thể hiểu mối quan hệ mối quan hệ không thay đổi theo thời gian, chẳng hạn, mối quan hệ cha – sinh học hai anchor cơng dân Nó ví dụ cho mối quan hệ giới hạn, mối quan hệ sinh học hai công dân: cha-con, mẹ-con, ơng-cháu, bà-cháu, cơ/dì/chú/bác – cháu khơng quan hệ huyết thống Định nghĩa 13 (Quan hệ biến thiên – Historized Tie).Mối quan hệ quan hệ biến thiên mối liên kết chấp nhận giá trị khác theo thời gian từ tập số lượng lớn giá trị Định nghĩa 15 (Quan hệ biến thiên giới hạn – Knotted Historized) Mối quan hệ biến thiên giới hạn đại diện cho mối liên kết chấp nhận giá trị khác theo thời gian từ tập số lượng nhỏ giá trị hai nhiều thực thể với Chẳng hạn, mối quan hệ bạn bè, người yêu, vợ chồng hai công dân với 1.6.5 Quy ƣớc đặt tên Quy ước đặt tên gợi ý sử dụng chữ, số thông thường ký tự gạch Điều đảm bảo tên gọi giống sử dụng nhiều biểu diễn, chẳng hạn CSDL quan hệ, XML ngôn ngữ lập trình 1.7 TRUY CẬP DỮ LIỆU Sau thiết kế mơ hình Anchor cơng cụ Anchor Modeler, người dùng sinh đối tượng liệu liên quan [18], cụ thể trường hợp thử nghiệm SQL Server 12 Khung nhìn cuối cho phép truy cập đến liệu thời điểm theo thời gian thực, thời điểm lớn Hàm theo thời điểm cho phép truy cập đến liệu thời điểm khứ nhập vào đối số hàm, liệu bao gồm giá trị thời điểm thường nhỏ giá trị thời điểm theo thời gian thực create view 13 lAC_part_PR_in_RAT_got as select [AC_PR_RAT].AC_ID_part, [RAT].RAT_ID = [AC_PR_RAT].RAT_ID_got 14 where 15 [AC_PR_RAT].AC_part_PR_in_RA T_got_ValidFrom = ( [AC_PR_RAT].PR_ID_in, [AC_PR_RAT].RAT_ID_got, 16 select 17 max(sub.AC_part_PR_in_RAT_got_ ValidFrom) [RAT].RAT_Rating, 18 [AC_PR_RAT].AC_part_PR_in_R 19 from AC_part_PR_in_RAT_got [sub] AT_got_ValidFrom from 20 where AC_part_PR_in_RAT_got 21 [sub].AC_ID_part = [AC_PR_RAT] [AC_PR_RAT].AC_ID_part 10 left join 22 and 11 RAT_Rating [RAT] 23 [sub].PR_ID_in = [AC_PR_RAT].PR_ID_in 12 on 24 Hình 1.5 Khung nhìn cuối ); 13 create function pAC_Actor (@timepoint date) returns table 17 [GEN].GEN_ID = [AC_GEN].GEN_ID return select 18 left join [AC].AC_ID, 19 AC_NAM_Actor_Name [AC_NAM] [AC GEN].GEN_ID, 20 on [GEN].GEN_Gender, 21 [AC_NAM].AC_ID = [AC].AC_ID [AC_NAM].AC_NAM_Actor_Name, 22 and [AC_NAM].AC_NAM_ValidFrom 23 [AC_NAM].AC_NAM_ValidFrom = ( from 24 select AC_Actor [AC] 25 max([sub].AC_NAM_ValidFrom) 10 left join 26 from 11 AC_GEN_Actor_Gender 27 AC_NAM_Actor_Name [sub] [AC_GEN] 12 on 28 where 13 [AC_GEN].AC_ID = [AC].AC_ID 29 [sub].AC_ID = [AC].AC_ID 14 left join 30 and 15 GEN_Gender [GEN] 31 [sub].AC_NAM_ValidFrom