集装箱码头_智能化生产作业系统的研究与实现硕士学位论文 (2).doc

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1、职业型硕士博士（打印时删除）职业型硕士博士（打印时删除） 硕士学位论文硕士学位论文 （专业学位）（专业学位） 集装箱码头集装箱码头 智能化生产作业系统的智能化生产作业系统的 研究与实现研究与实现 姓 名： 学 号： 所在院系： 软件学院 职业类型： 工程硕士 专业领域： 软件工程 指导教师： 副指导教师： 二一一年六月 A dissertation submitted to Tongji University in conformity with the requirements for the degree of Master of Engineering The Research and

2、Realization of The Container Terminal Intelligent Operation System Candidate: Student Number: School/Department: Software Engineering Discipline: Master of Engineering Major: Software Engineering Supervisor: June, 2011 集集 装装 箱箱 码码 头头 智智 能能 化化 生生 产产 作作 业业 系系 统统 的的 研研 究究 与与 实实 现现 同同 济济 大大 学学 学位论文版权使用授

3、权书学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研

4、究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要摘要 天津港的集装箱码头始建于 1980 年，经过 30 多年的工作实践，已经积累 了丰富的集装箱装卸、疏运作业经验。 本文试以天津港集装箱码头不断引进和开发智能化的计算机生产作业系统， 阐明船舶的装卸作业、进出口集装箱的集疏港、特种箱管理、航陆运杂作业等 已经具备了现代

5、化集装箱码头的管理水平。 文章通过研究天津港集装箱码头的标准作业流程，论述如何利用高效的网 络通信、成熟的计算机控制、先进的程序算法、智能的业务处理等提升生产过 程的重要环节，使其更加自动化和智能化，促进码头的实际生产作业。 文章基于已投产的集装箱码头生产作业系统，研究其程序内部的数据流程 和业务逻辑，遵照现行的生产管理方式，全面提升软件性能，尽可能的实现自 动化和智能化操作，例如：码头堆场的可视化监控、GPS 辅助龙门吊装卸、模 拟集卡行驶路线、智能闸口自动化收提箱、射频卡无线数据传输、出口船图的 自动配载、EDI 电子报文自动接收和发送等。实现减免部分人工操作，逐步自 动化和智能化生产作业

6、系统。 文章立足于标准的集装箱作业工艺和生产流程，探讨怎样通过成熟的开发 模式和先进的开发工具，发挥先进的硬件设备和软件程序相结合带来的优越性， 向统一的、更加智能和自动的生产操作发展。集装箱码头的生产作业系统作为 港口业务的核心内容，可以提高整个港口的集装箱吞吐量和客户服务水平，进 而提升港口的综合竞争实力。 最后，对生产作业系统自动化和智能化开发和应用方面进行了总结和展望。 专业排版，专业论文写作修改 降低论文重复率 制作答辩幻灯片 免费提供论文下载 论文指导等服务 免费咨询请联系淘宝旺旺：文交天下友 淘宝搜索 文天下 http:/ 关键词：关键词：数据库、软件开发工具、可视化、GPS 定

7、位、智能闸口、射频卡、箱 号识别、EDI 自动化 Tongji University Master of Engineering Abstract II ABSTRACT Established in 1980, the container terminal of Tianjin Port has already accumulated plentiful experience of container handling and transport in the past over 30 years. The thesis tries to clarify that container ter

8、minals have had advanced level of management in container ships loading and discharging, import and export containers handling, special container operating and other vessel stevedoring, through the development of the computer operation system. In terms of the standard technological process, the thes

9、is discusses how to improve the whole production procedure and make operations automated and intellectualized by using efficient networking, mature computer control, advanced algorithm, intellective business processing. And it had promoted the production of the port. Based on the application of the

10、container terminal operation system, the thesis researches the inside program flow and business logic, and makes great efforts to achieve the automatic operation in some respects, such as: the container yard visualization, GPS to Rubber Tired Gantry Crane, container truck tracking, auto-gate, RFID c

11、ard, auto planning of BAPLIE, EDI files auto sending and receiving. It can reduce manual work and complete the automatic and intelligent management system gradually. On the basis of the container administration standardization, the thesis indicates that the good software development tool and model c

12、ombined with sophisticated equipment and program can make the manufacturing management more and more automatic. The operation system of container terminal is essential to the port operations, and can not only raise standards of service but also help us to compete with other countries for global mari

13、ne market. At last, the problems requiring further studies are discussed briefly. Key Words: database, software development tool, visualization, GPS, auto-gate, RFID, container number auto-recognition, automated EDI 同济大学 硕士学位论文 目录 III 目录目录 第 1 章 引言.1 11 概述 .1 12 国内外的研究现状 .2 13 论文的主要研究内容 .2 14 论文的章节结

14、构 .3 第 2 章 系统开发环境.4 21 CTIOS 的软件开发工具4 211 微软公司的 C+开发工具.4 212 SYBASE 公司的 PowerBuilder 开发工具.5 22 CTIOS 的数据库平台6 221 Oracle 10g 产品的技术优势7 222 Oracle 10g 产品的安全性7 223 Oracle 的强大后台运算能力8 224 Oracle 的管理存储程序9 23 集装箱码头智能化生产作业系统的应用现状和运行环境 10 231 CTIOS 的自动化和智能化方面10 232 CTIOS 的运行模式和环境10 233 CTIOS 系统运行的环境拓扑图11 第 3

15、章 系统需求分析12 31 用户提出需求 13 311 集装箱码头的可视化生产控制系统 .14 312 集装箱码头的闸口自动化系统 .14 313 集装箱码头的自动配载系统 .15 314 集装箱码头的 EDI 自动发送接收系统 .16 32 可行性研究 16 321 经济可行性分析 .16 322 技术可行性分析 .18 33 需求分析 20 331 码头可视化生产控制系统的需求分析 .20 332 码头闸口自动化系统的需求分析 .21 333 出口集装箱自动配载系统的需求分析 .23 334 EDI 自动发送接收系统的需求分析24 34 非功能需求 25 35 运行环境需求 26 同济大学

16、 硕士学位论文 目录 IV 351 软件环境 .26 352 硬件环境 .26 第 4 章 系统智能化模块设计27 41 系统设计思路 27 42 系统设计目标 27 43 系统设计原则 27 44 系统开发平台、体系结构和开发模式 28 441 系统开发平台 .28 442 系统体系结构 .28 443 系统开发模式 .29 45 系统模块设计 30 451 可视化生产控制系统的核心功能设计 .30 452 闸口自动化系统的主要功能设计 .31 453 自动配载系统关键功能的设计 .33 454 EDI 自动发送接收主要功能的设计37 46 系统数据库设计 39 461 数据库的选择 .39

17、 462 数据库的设计规范 .39 463 可视化生产控制系统核心功能的标准设计 .40 464 闸口自动化系统主要功能的标准设计 .42 465 自动配载系统关键功能的标准设计 .44 466 EDI 自动发送接收系统的标准设计47 第 5 章 系统模块实现51 51 可视化生产控制系统核心功能实现 51 511 堆场及集装箱分布图的数据表创建 .51 512 机械运行状态的更新过程 .51 52 闸口自动化系统主要功能实现 52 521 箱号自动识别的接口实现 .52 522 系统接收箱号的代码实现 .53 523 系统传送收箱数据进行找位的实现 .54 524 后台实现找位 .54 53

18、 自动配载系统关键功能的实现 55 531 自动配载系统校验船型结构 .55 532 自动配载系统校验船图 .56 54 EDI 自动发送接收系统的实现.57 541 EDI 报文格式定义57 542 EDI 自动发送参数配置57 同济大学 硕士学位论文 目录 V 543 EDI 自动发送报文的指令生成58 544 EDI 自动接收的实现58 第 6 章 系统模块测试和绩效分析60 61 确定系统测试的方法和测试用例 60 62 可视化生产控制系统核心功能的测试 60 621 堆场集装箱分布画面 .60 622 龙门起重机（RTG）定位和操作画面 61 623 集装箱拖车的分布图 .62 62

19、4 GPS 辅助龙门吊装卸集装箱的详细过程62 625 可视化生产控制系统的测试结果分析 .63 63 闸口自动化系统主要功能的测试 63 631 闸口自动化系统的前端数据采集 .63 632 闸口自动化系统的集中控制中心 .64 633 闸口自动化系统的集中验残 .65 634 闸口自动化系统的缓冲区管理 .66 635 闸口自动化系统的测试结果分析 .66 64 船舶自动配载关键功能的测试 66 641 自动配载的预配分组 .66 642 自动配载的参数设置 .67 643 运行自动配载 .68 644 配载图的检验 .68 645 自动配载测试结果的分析 .69 65 EDI 自动发送接

20、收系统的测试.69 651 EDI 自动发送报文格式69 652 EDI 自动发送参数设置70 653 EDI 自动接收设置参数71 654 EDI 自动发送接收系统的测试结果分析71 66 绩效分析 72 661 可视化生产控制系统核心功能的绩效分析 .72 662 闸口自动化系统主要功能的绩效分析 .72 663 自动配载主要功能的绩效分析 .73 664 EDI 自动发送接收系统主要功能的绩效分析73 665 总体绩效分析 .73 第 7 章 结论和展望74 71 结论 74 72 进一步工作方向 75 致谢.76 同济大学 硕士学位论文 目录 VI 参考文献.77 附录 A 个人论文发

21、表情况 78 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果.79 第 1 章 引言 1 第第 1 1 章章 引言引言 11 概述 党中央、国务院将滨海新区纳入国家总体发展战略布局，为天津和滨海新 区的发展带来了难得的历史性机遇。天津港位于渤海湾上的海河入海口，处于 京津城市带和环渤海经济圈的交汇点上，是环渤海港口中与华北、西北等内陆 地区距离最短的港口，是首都北京和天津市的海上门户，也是亚欧大陆桥的东 端起点。天津港同世界上的 180 多个国家和地区的 400 多个港口有贸易往来， 每月集装箱航班 400 余班，包括韩国、日本、香港、东南亚、波斯湾、地中海、 欧洲、美国及加拿大等国家和地区；并与

22、日本、韩国、美国、荷兰等国家的 12 个港口建立了友好港关系。天津港是中国最大的人工海港，是我国对外贸易的 重要口岸。现有水陆域面积近 200 平方公里，陆域面积 47 平方公里，规划到 2011 年港口陆域总面积达 100 平方公里。目前，天津港航道最大可进出 25 万 吨级船舶，水深最深达-19.5 米。天津港主要分为北疆、南疆、东疆、海河四大 港区，天津港集团公司所属公用泊位 85 个，岸线长度 18.1 公里。北疆港区以 集装箱和件杂货作业为主；南疆港区以干散货和液体散货作业为主；海河港区 以 5000 吨级以下小型船舶作业为主；东疆港区为天津港的一个新港区，规划面 积为 30 平方公

23、里。目前，天津港吞吐量位居世界港口第六位，国内港口第四位， 北方港口第一位；集装箱吞吐量位居世界港口第十六位，国内港口第六位。连 续多年入选全国 500 强企业，港口行业第二位。 随着全球经济一体化与信息技术的突飞猛进，特别是现代物流业的蓬勃发 展，现代港口竞争因素日趋多元化、经营变得国际化，港口只有依靠信息化和 数字化，才能立足于各大港口之间的激烈竞争，这种竞争不只局限于生产、设 备、场地、人力等有形资源，更主要的是港口的信息化管理能力。所谓的信息 化管理就是利用计算机和系统程序等先进技术进行码头作业的管理和调配，极 尽可能的使用现代化设备来代替传统的人工录入、核对、分析、设计等工作， 真正

24、使计算机成为人的大脑、眼睛和手脚。正如开篇所示，集装箱吞吐量占全 港总吞吐量的比例很大，加上集装箱的装卸作业较为标准化，所以集装箱码头 在全港的生产业务里最能体现企业的工作能力和作业效率，集装箱码头生产作 业系统当然也就成为了港口服务的核心平台，对提高码头的进出口吞吐量、提 升企业服务质量、增加码头的凝聚力和竞争力，起了至关重要的作用。 第 1 章 引言 2 12 国内外的研究现状 世界上比较著名的集装箱码头生产作业系统应该是比利时的 COSMOS 系 统。其最大的特点应该是智能性和整体性，它非常具体的囊括了一条船舶的所 有工作，包括：船型结构、船期编排、集港收箱、提箱等。如果是较为理想的 状

25、态，那么船舶的装卸速度和质量、码头的泊位和场位利用率都会很高。其次 是美国 NAVIS 软件公司开发的码头系统。该系统最为核心的是图形化船舶配载 和堆场管理控制系统SPARCS 和集装箱基本信息系统EXPRESS。它最 大程度的节省人力、优化堆场空间，而且还能确保码头所有信息数据的安全和 准确性，全面提高码头的作业能力。这两家公司保持着集装箱码头生产系统的 “领头”地位。COSMOS 产品应用于堆场管理的较多，NAVIS 更侧重于船舶 的配载和装卸指令管理。彼此各有千秋，它们都汇聚了各业务环节、各科技领 域的专家，共同研究如何提高场地的利用率、提升机械运行效率、增强集装箱 船舶的积载稳性等，使

26、码头的船舶操作更加高效和安全。 13 论文的主要研究内容 现代化的集装箱码头需要具备智能化的生产作业系统，而这个“智能化” 经历了几代人的努力和奋斗，从最开始的人工纸面记录模板操作，逐步升级为 计算机终端信息处理。此后，随着计算机的日益普及，客户端全部应用单机系 统，这使得客户端的信息处理能力加强，降低了服务器端的数据处理压力。随 着码头信息化水平稳步提高，码头的生产操作不仅依靠计算机的先进管理，而 且愈来愈多的人工智能被应用到码头的作业过程。 论文立足于标准的天津港集装箱装卸作业和疏运流程，结合目前正在使用 的天津港集装箱码头生产作业系统，总结出与国外先进集装箱码头作业系统的 不同之处和有待

27、提高的方面，提高程序自动化能力和人工智能化水平。 在智能化方面，综合利用统计运筹、工控模拟等信息技术，建立健全码头 的管理理念和业务流程，整理出科学的智能化算法，使场内的各类机械资源在 任何环境和作业条件下，得到最有效和合理的调配，降低了人工操作环节所带 来的风险，提高了机械的生产效率，提升了码头的资源利用率。例如：智能化 的无人集装箱闸口。利用电子信息技术、图像识别技术与集装箱射频卡合理整 合，自动识别箱号和获取车辆信息，程序会根据业务的各个环节控制，通过视 频监控集装箱的残损情况，与核心服务器进行数据交换，实现集装箱闸口的无 人化管理，提高闸口的车辆通行速度。出口集装箱的自动化配图。集装箱

28、自动 第 1 章 引言 3 配载系统是模拟人脑、具有智能计算功能的集装箱配载系统，包含集装箱船舶 领域的专业知识和船舶积载的实际经验，具有人的思维能力，可以针对集装箱 出口数据处理量多、计算难度高、各类条件多、限制因素复杂等要求，根据集 装箱船舶的参数属性、堆场集装箱分布情况、预配要求等，完成符合船舶稳性、 倒箱量低的出口船图。 14 论文的章节结构 针对以上研究内容，论文分为五大章节，每个章节内容如下： 第 1 章：引言。主要说明了论文的研究背景、研究内容和方向等。 第 2 章：系统开发环境。主要描述了集装箱码头生产作业系统的架构和研 发过程中所涉及的开发工具、开发平台以及相关的理论依据等。

29、 第 3 章：系统需求分析。按照码头装卸集装箱的实际工作流程，系统说明 业务管理流程，阐述客户化需求，充分使用用例图说明系统的实现要求和目的。 第 4 章：系统智能化模块设计。依据天津港集装箱码头的标准生产规范和 作业流程，结合现有投产系统的功能特点，分析设计出可以提高生产效率、作 业能力的智能化功能模块。 第 5 章：系统模块实现。挑选具有代表性的关键代码和后台过程，描述主 要功能模块的实现方法。 第 6 章：系统模块测试和绩效分析。选择典型功能界面，测试程序的运行 情况和执行结果。 第 7 章：结论和展望。 第 2 章 系统开发环境 4 第第 2 2 章章 系统开发环境系统开发环境 本章主

30、要介绍天津港集装箱码头智能化生产作业系统（Tianjin Port Container Terminal Intelligent Operation System） ，以下简称 CTIOS 的系统架构和 研发过程中所用到的软件工具、系统平台以及相应的数据库后台等技术条件。 21 CTIOS 的软件开发工具 生产作业系统如果按照与用户交互方面区分，主要包括可视化图形操作和 基础数据维护两大部分。前者依据计算机视觉科学原理充分发挥出计算机模拟 实际场景的强大能力，应用美国微软公司的 MS Visual C+进行设计开发，最终 形成可以模拟实际场地布局、集装箱堆放和机械运行的图形化管理系统。基础 数

31、据维护采用擅长数据库通信的美国赛贝斯公司 PowerBuilder 开发工具，通过 PowerBuilder 数据窗口功能可以快速的维护和查询记录，界面友好并支持多客 户端的并发数据操作。 211 微软公司的 C+开发工具 C+软件开发工具使用相当广泛，它是一种静态数据类型检查、支持多范 型的通用程序设计语言。C+支持过程化程序设计、数据抽象化、面向对象程 序设计、泛型程序设计、基于原则设计等多种程序设计理念。 从本质上说，C+是从 C 语句中继承而来的。C+的发展壮大，主要是因 为程序方法的发展。程序设计方法的发展，主要是计算机应用范围的扩大和编 程规模的扩大。早期的编程，其目的主要是解决某

32、些科学计算问题。C+以其 高度的灵巧性和实现上的高效性比其它语言更胜一筹，因为计算问题愈加复杂 多样，难于用简单通用的数据类型来描述，而且它更需要在时间和空间上的合 理运筹，以及算法上的高度技巧来完成1。 C+附带提供一个集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE） ，包括程序源代码编辑器、代码编译器、程序调试器和图形 用户界面控件工具，集成了代码编写、错误分析、编译调试、运行查看等全部 功能的软件开发环境。也就是说，程序员可以在该图形界面中，编写源文件并 逐个编译调试源代码，装配和部署全部源文件及资源文件，直到顺利运行。 新版本的 C+提供了功

33、能更加丰富的 MFC（Microsoft Foundation Class）编 第 2 章 系统开发环境 5 写 Windows 应用程序。它是建立在 Windows API 之上的 C+类库（C+ Class Library） ，目的是让 Windows 程序的设计编写更快，更加符合面向对象的要求； MFC 可以编写应用程序的 C+类集，其按照层次结构来组织，封装了很多功能 强大的 API 函数和视窗控件2。MFC 功能甚至包含到整个 Windows 操作系统。 MFC 向开发者提供图形操作系统下所有程序的应用框架以及它们的组件构成。 所以，利用 C+的可视化设计环境和丰富的 MFC 类库，

34、开发程序周期大大缩 短，编写难度降低很多，程序代码具有较强的可靠性和复用性。 早期的 MFC 版本只有非图形类和图形类两种类型，用于应用程序的图形 界面接口就是 GDI（Graphics Device Interface） 。最新的 MFC 版本已经囊括了 上百种类，不同的类实现不同的功能。它们之间相辅相成，不同的层次结构对 应 Windows 系统的不同接口。接口有：窗口类、对象链接类、GDI 类、文件类、 OLE 嵌入类、异常处理类等。 利用 C+的 MFC 图形设计类可以绘制出用户需要的各种图形，甚至可以 创造出三维效果的立体图形。目前主流的两大图形接口是 OpenGL 和 Direct

35、3D。Direct3D 主要应用于游戏的开发，OpenGL 则专门处理图形应用系统， 如：GIS 地理信息系统、模拟集装箱堆场三维场景、码头装卸生产过程等。 OpenGL 是目前最新的开放式的三维图形标准，用 OpenGL 编写的程序不 仅可以在 SGI、DEC、SUN、HP 等图形工作站上运行，而且可以在微机环境下 运行。我们生活在一个充满三维物体的三维世界中，为了使计算机能精确地再 现这些物体，我们必须能在三维空间描绘这些物体。能否尽快地理解并运用这 些信息将直接影响事业的成败，所以我们需要用一种最直接的形式来表示这些 信息。最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术得以形成，这些三维表

36、现技术使我们能够再现三维世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息， 这种技术就是可视化( Visualization ) 技术。可视化技术使人能够在三维图形世 界中直接对具有形体的信息进行操作，和计算机直接交流。这种技术已经把人 和机器的力量以一种直觉而自然的方式加以统一，这种革命性的变化无疑将极 大地提高人们的工作效率3。 212 SYBASE 公司的 PowerBuilder 开发工具 Sybase 公司经过二十多年的进取开拓，取得了令世人瞩目的成绩。PB 可 以安全、可靠地管理信息和交互数据，提供最先进的信息管理、开发和集成解 决方案。PowerBuilder 是面向对象的可视化编程

37、工具，相对于传统的面向过程 语言，可以更好的实现系统功能，而不用在界面上花费很多时间。 PowerBuilder 是一个面向对象的图形应用开发环境。使用 PowerBuilder 可 第 2 章 系统开发环境 6 以容易的开发功能强大的图形界面程序访问数据库。PowerBuilder 应用程序由 窗口组成，这些窗口包含用户交互控件。开发人员可以使用标准控件，如：命 令钮、复选框、下拉式框、文本框等，以及高级自定义控件，使应用程序更易 于开发和使用。PowerBuilder 可以通过传统的图形客户/服务器两层应用，访问 服务器数据库4。 PowerBuilder 最强大的控件是数据窗口（DATA

38、 WINDOW） ，通过数据窗 口控件可以快速的存储读取记录。而且，定义数据窗口对象时，可以呈现多种 样式和不同的数据源。界面样式包含报表通用模板和数据多种显示方式，记录 呈现样式包括： Tabular：表格形式的数据列，标题在列头，每次显示几条记录。 Freeform：自由显示各数据字段，每次只显示一条记录。 Grid：行列格式，类似表单格式，可以调整边框。 Label：每个标签显示一条记录。 N-Up：每页有两条或多条记录，用于区间数据。 Group：标题下有行分组的表格样式，每组带有统计值的计算域。 Composite：可包含多个数据窗口。 Graph：图形显示数据的方式。 Crosst

39、ab：行列格式，有数据统计值。 Rich Text：具有超文本数据列的文本段。 OLE：嵌入和链接 OLE 对象。 数据窗口对象的数据源定义了如何取记录，数据可以绑定到数据库表，也 可以从文件导入，或者利用 SQL 语句定义。可以随时修改 SQL 语句改变记录 源。数据窗口的数据源包括： Quick Select：记录来自 SQL 数据库的一个或多个表，表通过外键关联。 SQL Select：定义的 Select 语句，可以随时修改语句，定义分组、计算 列等。 Query：创建一个查询对象。 Stored Procedure：利用数据库存储过程查询记录。 Externam：从外部文件导入记录。

40、 由于 PB 的数据窗口可以很好的与数据库交互数据，功能强大、方便快捷。 所以 CTIOS 基本数据管理模块采用 PowerBuilder 10.0 工具开发。 22 CTIOS 的数据库平台 第 2 章 系统开发环境 7 生产作业系统的数据存储和数据挖掘是实现码头智能化生产的基础和保障。 有了稳健的数据仓库、高效的数据通信、良好的后台并发控制、丰富的存储过 程管理等，才会更好的实现码头作业过程中的人工智能。所以，CTIOS 的数据 库采用当今世界一流的美国甲骨文公司 Oracle Database 10g 产品。 221 Oracle 10g 产品的技术优势 Oracle 10g 数据库是第

41、一个为企业级网格计算而设计的数据库。提供了众 多特性支持企业网格计算。Oracle 数据库是数据单元的集合，数据库的目的是 存储和提取相关信息。数据库服务器能够解决信息管理的问题，能够在多用户 环境下管理大量的数据，使得这些用户能够同时访问一致的数据记录。数据库 服务器提供了高稳定性和安全特性，防止未经授权的用户访问企业重要的信息 资源5。 企业级网格计算目的是创建大型的存储器和服务器池。利用这种体系结构， 所有应用系统都可以从组件池中快速得到供应，不需要根据高峰负载来确定系 统规模。可以方便地增加和重新分配容量。企业级网格计算在各方面都降低了 成本，不仅可以使用低成本的组件提高资源利用率，而

42、且可以使用同样的设计 图来构建应用系统，通过集中化管理工具统筹维护应用程序。网格计算是新兴 科学，企业可以将各类服务器、存储机器和客户端联合组成一个庞大系统，进 而能够优化计算利用数据，把所有资源集中通过局域网络资源共享。 222 Oracle 10g 产品的安全性 数据库中的数据是企业最为重要的资源，一旦发生故障，可能无法挽回。 但是，如果过分的加入安全控制反而会影响到数据库本身的效率。所以，必须 选择一个适当的安全策略，即可以限制员工访问敏感记录，又能保证数据库工 作稳定。 Oracle 提供了完善的权限、角色和安全规则，可以建立相应的安全策略和 某些高级安全特性。数据安全解决方案包括：

43、a)数据的并发性和一致性：多个用户可以同时查询出相同的记录。客户 修改数据时，不必关心其它用户修改同样的记录，多个并行事务的语 句会排队更新相同的记录。完全一样的事务同时执行，数据库会自动 创建事务隔离模型，称为串行化。事务的串行化就是保证事务按时间 先后顺序执行。 b)数据的锁：避免相同数据访问时事务之间的有害性交互。语句被执行 第 2 章 系统开发环境 8 时，Oracle 都会自动加锁，发挥其最底层的限制功能，保护数据并发 性和完整性。锁分为独占和共享两种。每当修改数据，独占锁可以防 止当前资源被共用，只有事务释放才能被修改。共享锁可以防止书写 器同时访问，只允许多用户一起读数据。 c)

44、FLASHBACK 查询：能够查看和修复历史记录。用户通过简单配置就 可以实现数据库内多长时间的记录恢复。 d)数据的完整性：避免非法信息入侵，增强数据规范性。完整性规则定 义在表，存储在数据字典。任何应用系统的数据都满足了一样的表完 整约束，所以表就保证的数据的合法性。完整性约束包括：NULL 是 否空、UNIQUE 唯一性、Primary Key 主键、Foreign Key 参考完整性和 CHECK 复杂完整性。此外，用户可以使用触发器定义等增加特殊类型 的约束规则。 e)认证、权限、角色和安全规则：通过操作系统、网络服务、数据库管 理来多层授权用户。多层环境中，数据库位于中间层通过限制

45、权限、 保留所有层的客户标识来审计管制用户。权限是执行某种类型 SQL 语 句或访问其它用户对象的权力，包括：连接数据库、建表、查询修改 数据等。角色指用户在每个表上的特定访问授权。 223 Oracle 的强大后台运算能力 Oracle 具有强大的后台操作管理，其中内嵌的 PL/SQL 语言为用户提供了 方便的数据操作接口。我们可以使用 SQL 语言操作和管理记录，但 SQL 语言 正如其名 Structured Query Language 结构化查询语言，仅能存取记录及更新、管 理关系数据库，没有任何编程功能，不可能写套完整的数据库应用程序。为此， Oracle 创建了一种过程化编程语言

46、 PL/SQL（Procedural Language/SQL） 。 PL/SQL 是 Oracle 数据库对 SQL 语句的扩展，在普通 SQL 语句的使用上增加了 编程语言的特点，所以 PL/SQL 就是把数据操作和查询语句组织在 PL/SQL 代 码的过程性单元中，通过逻辑判断、循环等操作实现复杂的功能或者计算的程 序语言。PL/SQL 中可以使用过程控制语句、定义常量和变量，也能够内嵌 SQL 语句交互数据库6。 熟练 PL/SQL 语法规则，就能编写很多涉及底层高级功能的应用程序。也 许多个 SQL 语句也会实现相同的功能，但相比之下，PL/SQL 更具备编程语言 的优点： a)可以

47、模块化批量 SQL 语句的程序实现功能。 b)具有可移植性，PL/SQL 编写的后台程序可以执行在任何一个 Oracle 数 第 2 章 系统开发环境 9 据库。 c)使用了标准的过程化控制语句。 d)能够自动捕获程序执行过程中的意外和错误，不会造成系统流程中断。 e)都是在服务器端执行，所以集成性、安全性和效率都比较高。 假如使用一组 SQL 语句实现特定功能，C/S 结构的系统程序首先要传递每 条语句，之后还要交互每条语句的执行结果。不仅浪费时间，而且浪费了网络 资源，被传递的内容都是语句执行时的过程数据，并不是最终的执行结果。由 于 PL/SQL 程序代码存储在数据库内部，程序调用、分析

48、、执行等过程完全封 闭进行，客户端只需执行调用 PL/SQL 的命令，数据库负责执行并返回结果。 程序执行的过程中，网络基本没什么流量，性能非常强大。 224 Oracle 的管理存储程序 使用 Oracle 的 PL/SQL 语言可以编写函数（Function） 、过程（Procedure） 、 触发器（Trigger） 、包体（Package）等存储程序。 存储函数和存储过程都是具有特定功能完成某种任务的 PL/SQL 语言块， 区别是函数会返回一个值给调用者。它俩都是通过预编译存储在内存，执行时 不需要再编译，可以直接执行，速度相当快。普通 SQL 语句发出后，提交数据 库需要解析、编译

49、、执行等，速度慢很多，所以存储函数和过程保证了数据库 系统的高效管理和运行。存储过程可以减少 SQL 注入式攻击，提高了系统安全 性，没有一定权限的用户不能执行相应的存储过程。如果同时进行主从表或多 表间的数据有效性验证和操作时，存储过程会更方便的利用 SQL 中的事务处理 机制。 程序包可以把过程和函数封闭起来，作为一个独立的单元，以完成相应的 操作。它含有两个部分：规范说明和程序包体。规范说明包含了程序包的信息、 过程和函数列表。程序包体中包含了实际的代码7。它可以把过程和函数放在 逻辑分组中，存在两个部分：即包说明（规范、包头）和包体（程序主体） 。它 们都被存储在数据字典中，程序包同过程、函数相比，它仅能存储在非本地的 数据库中。