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1、编号： 实训说明书题 目： 灾害天气综合数据 库系统设计与实现 学 院： 应用科技学院 专 业： 计算机科学与技术 学生姓名： 学 号： 指导教师： 谢 武 职 称： 讲 师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2011年 7 月 8 日摘 要桂林市位于中国西南部，地形特征复杂，山多水多，天气多变，灾害天气频发，给市民的生活带来不便和损失。灾害天气综合数据库系统是为了方便市民群众了解灾害天气的动向和形成原因，提升对灾害天气的监测和预测水平，对卫星、气象站等的观测数据进行整合、存储和管理，并为气象研究员和市民提供方便快捷的服务。开发本系统的目的正是为了满足广大市民的需
2、求、防灾减灾并减少损失，为市民和气象研究员提供一套可靠性高、实用性强和易维护的信息平台。系统结合软件工程及UML的方法来完成系统需求和总体设计方案，经历了可行性分析、需求分析、概要设计、详细设计、软件的实现、组装测试和确认测试等过程。本系统基于B/S模式，在Microsoft Visual Studio环境下，使用C#编程语言与Microsoft SQL Server数据库相结合开发的小型数据库系统。系统主要实现了登陆、插入数据、修改删除数据、查询信息、联系我们等模块，进行对数据的添加、修改、删除、查询操作，研究员和市民可快速获取气象信息，为防灾减灾提供参考的依据。关键词： C#；SQL Se
3、rver；Visual Studio；灾害天气；数据库；AbstractGuilin is located in southwest China, the terrain features, many mountains and water is much more complex, the weather change constantly, the weather disaster for the public life of frequency, the inconvenience and loss.Disaster weather comprehensive database syst
4、em is in order to facilitate public understanding of the disaster weather trends and reasons, to improve the disasters of the weather monitoring and predicting level, on a satellite, weather station of observed data integration, storage and management, and for weather researcher and provide a quick
5、and convenient service citizens. The purpose of the development of the system is in order to meet the needs of the general public, disaster prevention and mitigation, and reduce the loss for citizens and weather researcher provides a high reliability and practicability and easy maintenance informati
6、on platform. According to the software system engineering and UML methods to fulfill the system demand and the overall design scheme, experiences the feasibility analysis, needs analysis, general design, detailed design, the realization of software testing and validation testing and assembly process
7、 and so on. This system based on B/S model in Microsoft Visual Studio environment, using c # programming language and Microsoft SQL Server database developed with the combination of small database system. The system mainly realizes the login, insert data, modify, delete the data and information, and
8、 contact us, etc, on the data module add, modify, delete, inquires the operation, researchers and public can quickly get weather information and provide reference for disaster prevention and mitigation of basis.Key words: C#；SQL Server；Visual Studio；Disaster weather；Database；目 录引言11 绪论21.1课题介绍21.1.1
9、灾害天气综合数据库系统开发的背景21.1.2灾害天气综合数据库系统开发的意义21.2 国内外发展现状21.3 论文主要工作31.4 论文安排32 可行性分析报告42.1 技术可行性分析42.2 政策可行性分析42.3 经济可行性分析43 需求分析53.1 系统功能模块需求53.1.1层次方框图53.1.2各模块说明53.2 数据流图63.2.1顶层数据流图63.2.2一级数据流图63.2.3核心模块的二级数据流图74 系统设计84.1 概念结构设计84.1.1全局E-R图84.1.2各模块的局部E-R图94.2 逻辑结构设计104.2.1关系表的范式与约束104.2.2关系表间的关系图134.
10、3 物理结构设计144.3.1存储方式和位置145 系统实现与编码155.1主要功能模块的界面与代码155.2核心算法编程236 测试246.1 正确测试用例246.1.1测试用例设计246.1.2测试结果分析266.2 错误测试用例266.2.1测试用例设计266.2.1测试结果287 结束语297.1 主要成果297.1.1完成的系统功能297.1.2系统特点297.2 对系统的展望297.2.1未完成的系统功能297.2.1存在的不足之处29参考文献30引言我国幅员辽阔，但是由于地形和地理位置原因，气候也复杂，往往相隔不远的两个城市却出现完全不一样的气候。特别是一些地区，经常发生自然灾害
11、，特别是南方，暴雨、洪涝、泥石流、台风等频发，每年都给国民经济和人民生命财产带来巨大损失，所以我们要时时关注天气的动向和成因。近年来，全球气候变暖使我国气象灾害和极端天气更加频繁、严重，造成社会经济损失日益增加，给人民生活带来诸多不便和危险。我们需要提高对灾害天气的监测和预测水平，让国民掌握准确的天气信息，防灾减灾，防患于未然。气象灾害是自然灾害中最为频繁而又严重的灾害。我国是世界上自然灾害发生十分频繁、灾害种类甚多，造成损失十分严重的少数国家之一。每年由于干旱、洪涝、台风、暴雨、冰雹等灾害危及到人民生命和财产的安全，国民经济也受到了极大的损失，而且，随着经济的高速发展，自然灾害造成的损失亦呈
12、上升发展趋势，直接影响着社会和经济的发展。20世纪90年代以来，在以全球变暖为主要特征的气候变化背景下，极端天气气候事件明显增多，气象灾害呈明显上升趋势，气候变化的负面影响对社会公共安全、经济社会发展和可持续发展构成严重威胁，特别是气候突变对社会公共安全可能带来的重大影响引起了人类社会的特别关注。科学研究表明，气候变化的负面效应日益显现，涉及生态安全、环境安全、食物安全、能源安全、水资源安全、军事安全、公共卫生安全等社会公共安全领域。气候变化导致的水资源短缺、干旱化加剧、海平面上升、冰川退缩、荒漠化加重等，将给经济社会的可持续发展带来持久的和难以逆转的影响。气候变化还会加剧食物、水资源和能源危
13、机，制约着经济社会的快速发展；气候变化特别是臭氧层耗损、大气成分的改变还会造成生态系统退化、食物数量和品质下降、流行性疾病传播等，对人民生活质量乃至民族的生存构成严重威胁。灾害天气国家重点实验室研究的数据范围主要囊括了卫星、雷达、常规资料、数值预报等众多种类的观测数据，并承接如南方保育检测预测研究数据等973项目数据，这些数据的数据量非常巨大，因此对其进行科学合理的管理，并为科学研究人员提供方便高效的服务就显得至关重要。在这种背景下，灾害天气综合数据库系统建设项目应运而生。新系统建成后，可以对气象数据进行统一科学的管理和存储，为科学研究人员和群众提供方便，简单、快速的查询到各地点气象信息。同时
14、也对未来各省市灾害天气数据中心业务数据存储管理有较强的知道作用，因此具有非常重要的实践意义。1 绪论1.1课题介绍1.1.1灾害天气综合数据库系统开发的背景我国地处亚洲东部，地形分布特征极其复杂，极端天气频繁，为慰藉上遭受自然灾害最多的国家之一。而灾害天气，主要包括暴雨、台风、冰雹、沙尘暴等，每年都给国民经济和人民生命财产带来巨大损失。近年来，在全球变暖背景下，我国气象灾害和极端天气事件更加频繁发生，造成的社会经济损失日趋增加，成为影响国民经济发展、社会进步的重要不利因素。因此，提高灾害天气的检测与预测水平不仅是各级政府部门指挥防再减再最为迫切的需要，同时也对增强我国防灾减再的总体能力，确保我
15、国社会与国民经济可持续发展具有极为重要的意义，是国家的重大需求。灾害天气国家重点实验室的发展目标是立足国际前沿，围绕国家需求，建成我国在灾害天气检测与预测领域的研究基地，充分利用技术先进、设备完善的工作平台，集中力量分析积累起来的大量的观测数据和资料，进一步揭示灾害性天气发生发展的规律和形成机理，取得更有影响的国际水平的研究成果。灾害天气国家重点实验室的整个建设过程得到了国家科技部、中国气象局领导及局有关职能司的大力支持与全面指导，得到了大气科学领域有关科学家的高度关注。灾害天气国家重点实验室的建设和运行，将为提高我国灾害天气的检测与预测水平，增强我国防灾减灾的总体能力，为气象科技创新能力做出
16、贡献。1.1.2灾害天气综合数据库系统开发的意义在存储上实现气象数据资料自动化管理，对中国气象局信息系中心推送而来的各种文件数据实现文件存储与部分数据入库存储两种存储方式。本文的重点就是要根据上述要求设计完成对灾害天气数据库的平台开发，研究并应用合理的数据裤存储方式，保证应用于气象研究的海量数据有序存储，并为客户提供可靠、快捷、方便的服务功能。同时也对未来各省市灾害天气数据中心业务数据存储管理有较强的指导作用，因此具有非常重要的实践意义。1.2 国内外发展现状灾害天气数据入库进行规范化管理存储，通过B/S模式在网络上提供下载服务，在信息化和数字化的今天受到越来越多的气象科研人员的青睐。这不仅方
17、便了气象科研人员日常科研下载数据，还对气象科研爱好者也提供了一个满足兴趣的平台。在互联网迅速发展的今天，信息共享不分国界，灾害天气更是不分国界，各个国家根据自己的实际情况对灾害天气数据进行管理。世界各地都有规模大小不一的灾害性天气预防预警系统或灾害性天气数据库系统，这些灾害性天气有关系统均对当地灾害性天气起到一定程度的预防预警作用，保护当地地区经济的发展和人民生命财产的安全。但是把灾害性天气数据进行归类划分存储，专门针对气象科研人员的却少之又少。1.3 论文主要工作（1）获取需求：根据所掌握的需求资料，分析总结和提取需求，按照软件工程学的方法，编写需求规格说明书。（2）绘制系统层次方框图和数据
18、流图顶层图，数据的添加、修改、删除、查询。（3）概念结构设计：根据所设计的数据库画出系统的全局E-R图和各实体的详细实体E-R图。（4）逻辑和物理结构设计：分析各实体的关系数据模型，列出逻辑结构表，说明数据库存储路径及创建主外键等。（5）编码：分析和归纳每个模块的主要设计思想和核心代码。（6）系统测试：安排合理的测试用例，对每个模块进行测试。1.4 论文安排第一章：绪论 阐述课题介绍及国内外发展现状第三章：需求分析 包括系统各功能模块需求、数据流图。 第四章：系统设计 主要包括概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计。 第七章：结束语 包括主要成果和对系统的展望。 第六章：系统测试 包括了系统
19、正确测试用例、错误测试用例及组件图。 第二章：可行性分析报告 包括技术可行性、政策可行性和经济可行性。 第五章：系统实现与编码 主要包括插入、修改删除、查询等。 图1.1 系统论文框架图2 可行性分析报告可行性分析报告从经济可行性和技术可行性和政策可行性三方面分析。2.1 技术可行性分析本系统使用.NET平台，该平台支持多种语言，如C+、C#、JScript、Visual Basic等，也支持多种应用程序开发。多样性的语言为.NET的易用性提供了保证。.NET Framework 除了支持多种语言外，还一个诱人的特性是.NET 支持不同语言之间的互相调用。另外使用SQL Server 2005
20、作为数据库开发平台。SQL Server 2005可以非常方便地创建、配置、维护数据库，使得没有很多数据库知识的管理员轻松上手，管理数据库。同时也考虑刚学习了C#与SQL Server 2005，所以选择了个人比较熟悉的开发工具进行开发。2.2 政策可行性分析随着气象分析研究书记的日新月异，对数据内容的综合处理已经成为数据存储与科学研究之间日渐扩大的鸿沟，灾害天气的综合分析研究与预报更是如此。就目前而言，气科院乃至中国气象局越来越多的科研项目涉及对不同区域、不同站点、不同时次采样数据的综合分析，尤以本文涉及的灾害天气为代表。因此单一的文件系统、文件式存储显然已经五法满足科研人员的要求。2.3
21、经济可行性分析灾害天气综合数据库系统是国家重点项目之一，由国家拨款建成实验室和项目经费。主要用于对灾害天气的科学研究，普通民众更可以免费查询信息，是科研项目、居家旅行必不可少的系统。3 需求分析3.1 系统功能模块需求3.1.1层次方框图图3.1.1 系统层次方框图3.1.2各模块说明（1）插入数据先选择对哪一个表进行数据插入，进入相关界面后正确填入要插入的信息，红色*（星号）表示必填的空，不能留空，确认无误后点击确定按钮。（2）修改、删除数据先选择对哪一个表进行操作，进入相关界面后填入需要查询信息的主码，点击查看按钮，若数据存在则会自动填入格中，若数据不存在会提示错误。之后可以对此条数据进行
22、修改和删除操作，需要删除则点击删除按钮，确认后则删除数据，需要修改则在格内将数据修改后点击修改按钮即可。（3）查询信息先选择对哪一个表进行查询，进入相关界面后点击查询按钮可显示所有信息，若需要查找某条信息，可以输入主码后点击查询按钮。点击修改按钮可以连接到修改删除数据的窗口。3.2 数据流图3.2.1顶层数据流图图3.2.1 顶层数据流图3.2.2一级数据流图图3.2.2 第一层数据流图3.2.3核心模块的二级数据流图3.2.3（1） 插入模块数据流图图3.2.3（2） 修改、删除模块数据流图图3.2.3（3） 查询信息模块数据流图4 系统设计4.1 概念结构设计4.1.1全局E-R图图4.1
23、.1 总体E-R图4.1.2各模块的局部E-R图图4.1.2（1） 数据信息E-R图图4.1.2（2） 气象信息E-R图4.2 逻辑结构设计4.2.1关系表的范式与约束经过数据库系统分析和逻辑设计后，数据库的结构已经非常清晰，首先在Microsoft SQL Server 2005 中建立一个数据库Climate。然后，分别建立7个表：数据大类表，数据类型表，数据子类表，数据属性表，数据文件表，气象站表，气象信息表。序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1数据大类标识DataClassIDChar(8)NPK2数据大类名称DataClassNameVarchar(50)N3数据大类描
24、述ClassDescVarchar(100)4创建时间CreateTimeDateN5创建人CreateByChar(8)N6最后修改时间LastUpdateTimeDateN7最后修改人LastUpdateByChar(8)N（1） 数据大类表表4.2.1（1） 数据大类表（2） 数据类型表表4.2.1（2）数据类型表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1数据大类标识DataClassIDChar(8)NFK2数据类型标识DataTypeIDChar(8)NPK3数据类型名称DataTypeNameVarchar(20)N4数据类型描述TypeDescVarchar(100)5创
25、建时间CreateTimeDateN6创建人CreateByChar(8)N7最后修改时间LastUpdateTimeDateN8最后修改人LastUpdataByChar(8)N（3） 数据子类表表4.2.1（3） 数据子类表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1数据大类标识DataClassIDChar(8)NFK2数据类型标识DataTypeIDChar(8)NFK3数据子类标识DataSubTypeIDChar(8)NPK4数据子类名称DataTypeNameVarchar(20)N5数据子类描述SubTypeDescVarchar(100)6创建时间CreateTimeD
26、ateN7创建人CreateByChar(8)N8最后修改时间LastUpdateTimeDateN9最后修改人LastUpdataByChar(8)N（4） 数据属性表表4.2.1（4） 数据属性表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1数据大类标识DataClassIDChar(8)NFK2数据类型标识DataTypeIDChar(8)NFK3数据子类标识DataSubTypeIDChar(8)NFK4数据属性标识DataAttrIDChar(8)NPK5数据属性名称DataAttrNameVarchar(20)N6数据属性描述DataAttrDescVarchar(100)7创
27、建时间CreateTimeDateN8创建人CreateByChar(8)N9最后修改时间LastUpdateTimeDateN10最后修改人LastUpdataByChar(8)N（5） 数据文件表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1文件名FileNaVarchar(100)NPK2数据大类DataClassChar(8)NFK3数据类型DataTypeChar(8)NFK4数据子类DataSubTypeChar(8)NFK5数据属性DataAttributeChar(8)NFK6数据产生时间ProdTimeDateN7数据产生年ProdYearChar(4)N8数据产生月Pr
28、odMonthChar(2)N9数据产生日ProdDayChar(2)N10数据产生时ProdHourChar(2)N表4.2.1（5） 数据文件表（6） 气象站表表4.2.1（6） 气象站表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1探空站数StationCountIntN2区站号StationNumVarchar(10)NPK3站点名称StationNameVarchar(20)N4站点位置StationAddressVarchar(100)N5站点类别StationTypeIntN（7） 气象信息表表4.2.1（7） 气象信息表序号名称标识数据类型缺省值/值域说明允许空主外键1区站
29、号StationNumVarchar(10)NFK2经度LongitudeNumeric(9,4)0360NPK3纬度LatitudeNumeric(9,4)0360NPK4海拔高度SeaLevelHeightNumeric(8,1)-1000010000N5气压PressureNumeric(8,1)N6高度HeightNumeric(8,1)N7温度TemperatureNumeric(8,1)-100100N8风向WindNumeric(8,1)N9风速WindSpeedNumeric(8,1)N4.2.2关系表间的关系图图4.2.2（1）数据表间关系4.2.2（2） 信息表间关系4.3
30、 物理结构设计4.3.1存储方式和位置数据库采用的是微软Microsoft SQL Server 2005 数据库,安装的版本是：简体中文企业版,数据库文件名称为：Climate和日志文件Climate_log，存储于工程文件夹内。5 系统实现与编码5.1主要功能模块的界面与代码（1）插入数据模块图5.1.1 选择插入表图5.1.2 插入数据大类表图5.1.3 插入数据类型表图5.1.4 插入数据子类表图5.1.5 插入数据属性表图5.1.6 插入数据文件表图5.1.7 插入气象站表图5.1.8 插入气象信息表（2）修改、删除数据模块图5.1.9 选择修改删除表图5.1.10 修改数据大类表图
31、5.1.11 修改数据类型表图5.1.12 修改数据子类表图5.1.13 修改数据属性表图5.1.14 修改数据文件表图5.1.15 修改气象站表图5.1.16 修改气象信息表（3）查询信息模块图5.1.17 选择查询表图5.1.18 查询数据大类表图5.1.19 查询数据类型表图5.1.20 查询数据子类表图5.1.21 查询数据属性表图5.1.22 查询数据文件表图5.1.23 查询气象站表图5.1.24 查询气象信息表5.2核心算法编程见附录。6 测试6.1 正确测试用例6.1.1测试用例设计图6.1.1 插入信息图6.1.2 查看原信息图6.1.3 修改数据图6.1.4 删除数据图6.
32、1.5 查询信息图6.1.6 条件查询信息6.1.2测试结果分析测试流程与结果都达到了要求，界面的友好性、提示的交互性都很强。各个表单的入库处理也相当到位，满足软件的使用要求。6.2 错误测试用例6.2.1测试用例设计图6.2.1 数据为空图6.2.2 无此条数据图6.2.3 无此条数据图6.2.4 无此条数据图6.2.5 无此外码6.2.1测试结果从测试结果来看，全部达到测试要求。错误出现比较多的是在客户端验证方面，这方面的验证做得是比较到位的；而代码逻辑方面几乎不存在出错的情况。7 结束语7.1 主要成果7.1.1完成的系统功能灾害天气综合数据库系统在充分理解客户需求的基础上，目前仍处于研
33、发之中，从初步的系统原型运行试验证明该胸成功的满足了气科院灾害天气数据存储服务需求和技术要求。因此，充分利用现有硬件和软件资源，挖掘系统潜能，对系统进行进一步优化是下一步要解决的主要问题。解决该问题需要从以下几个方面入手：首先，要规范设计和代码过程；其次，对影响系统性能的关键算法和代码进行优化；最后，研究系统与数据库的借口，充分利用商用数据库提供的优化方法。7.1.2系统特点(1)界面友好、网络一致且操作简便，提供了菜单，易于上手。(2)在Microsoft Visual Studio 2008 环境下，使用 C# 编程语言并结合Microsoft SQL Server 2005 数据库开发的
34、系统，并采用了易于维护的三层架构。是目前比较流行的一种开发模式，易于掌握和理解。7.2 对系统的展望7.2.1未完成的系统功能由于时间有限，本系统在设计开发上未完全完成，一些基于合理性和安全性的功能未能完成，如帐号注册、管理等。7.2.1存在的不足之处界面做的不是很好，控件太单调。一些表间关系的错误只会提示出错，但是不知道是什么错误。参考文献1 刘岩.灾害天气综合数据库系统设计与实现.山东大学，2010.2 Karli Watson，Christian Nagel，et al.C#入门经典（第5版）.清华大学出版社，2010.3郑人杰.软件工程概论.机械工业出版社，2010.4苏贵洋. ASP
35、.NET快速入门及实例精选.电子工业出版社，2008.5周峰.Visual C#.NET 2005中文版 基础与实践教程.电子工业出版社，2007.6王珊.数据库系统概论（第4版）.高等教育出版社，2006.7肖金秀, 何鹏, 王当文. ASP.NET案例教程 M . 北京：冶金工业出版社，2005.8周兴华, 周新伟, 张军, 刘辉. ASP+SQL Server数据库开发与实例M . 北京：清华大学出版社，2008.9方明清, 易永红. ASP.NET程序设计M . 北京：人民邮电出版社，2007.附 录SQL代码如下：create database Climatecreate table
36、 DataClass(DataClassID char(8) primary key,DataClassName varchar(50) not null,ClassDesc varchar(100),CreateTime datetime not null,CreateBy char(8) not null,LastUpdateTime datetime not null,LastUpdateBy char(8) not null);create table DataType(DataClassID char(8) not null,DataTypeID char(8) primary ke
37、y,DataTypeName varchar(20) not null,TypeDesc varchar(100),CreateTime datetime not null,CreateBy char(8) not null,LastUpdateTime datetime not null,LastUpdateBy char(8) not null,foreign key (DataClassID) references DataClass(DataClassID);create table DataSubType(DataClassID char(8) not null,DataTypeID
38、 char(8) not null,DataSubTypeID char(8) primary key,DataTypeName varchar(20) not null,SubTypeDesc varchar(100),CreateTime datetime not null,CreateBy char(8) not null,LastUpdateTime datetime not null,LastUpdateBy char(8) not null,foreign key (DataClassID) references DataClass(DataClassID),foreign key
39、 (DataTypeID) references DataType(DataTypeID);create table DataAttribute(DataClassID char(8) not null,DataTypeID char(8) not null,DataSubTypeID char(8) not null,DataAttrID char(8) primary key,DataAttrName varchar(20) not null,DataAttrDesc varchar(100),CreateTime datetime not null,CreateBy char(8) no
40、t null,LastUpdateTime datetime not null,LastUpdateBy char(8) not null,foreign key (DataClassID) references DataClass(DataClassID),foreign key (DataTypeID) references DataType(DataTypeID),foreign key (DataSubTypeID) references DataSubType(DataSubTypeID);create table DataFile(FileNa varchar(100) primary key,DataClass char(8) not null,DataType char(8) not null