面向对象数据库技术研究

第２１卷第２期　ＶＯ１．２１ＮＯ．２　重　庆　通　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＯＮ　信　学　院　学　报　２ＯＯ２年６月　Ｊｕｎ．２Ｏ０２　

面向对象的数据库设计及实现研究　

幺周力　程红　

（重庆通信学院野战通信系重庆４０００３５）　

摘要：在面向对象的软件工程方法中，面向对象的数据库的设计是非常重要的一环。　

本文分别探讨了在关系型数据库、面向对象的数据库和面向对象的关系型数据库三种不同的　

数据库管理系统中，面向对象的数据库设计及实现。　关键词：面向对象的软件工程；关系数据库；面向对象关系数据库；面向对象数据库　

０引　言　

面向对象的方法把系统看做是若干相互协作　的对象的集合，这些对象是结构和行为的封装，　都属于某个类，这些类具有某种层次化的结构。　系统的所有功能通过对象之间相互发送消息来获　得。面向对象的软件工程（ＯｏｓＥ）是面向对象方　法在软件工程领域的全面应用，包括面向对象的　分析（ＯＯＡ），面向对象的设计（ｏｏＤ），面向对　象的编程（ＯＯＰ），面向对象的测试（ｏ０　）和面　向对象的软件维护（ＯｏｓＭ）等主要内容。　面向对象的数据库设计（ＯＯＤＤ）是ＯＯＤ的　重要的环节，ＯＯＤＤ将面向对象方法贯穿到数据　库设计的全过程，使数据库本身尽可能与问题模　型一致，具有良好适应性和扩充性。数据库设计　（模式）是否支持应用系统的对象模型，这是面向　对象数据库系统设计区别于传统数据库系统设计　的本质特征。由于应用系统设计在前，数据库设　计随后，所以应用系统对象模型向数据库模式的　映射是面向对象数据库设计的关键。　

—般数据库设计多参照ＡＮＳＬ／ＳＰＡＲＣ关于数据　库模式的３层标准结构。在利用传统的结构化软件　工程进行有关数据库的开发时，模式到外模式的转　换存在着巨大差异。因为外模式是以功能为中心来　建立的模型，而模式常是直接利用的实体关系（Ｅ—　Ｒ图）的转换。从自然思维的角度来讲，实体一关　系（ＥＲ图）的数据建模思想与面向对象的设计方法　（对象一关系）的结合应该更紧密。在面向对象的数　据库设计中，外模式向模式的转换，就是系统对象　模型向数据库概念模型的映射。对于不同类型的数　据库管理系统有着不同的映射方法。下面我们将分　别讨论，并给出实现方法。　

科技信息　０高校讲台０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２００７年第３６期　

面向对象的地理数据库技术在　

我国流域数据组织中的研究进展　

李金莲曹建军刘咏梅　（南京晓庄学院江苏南京２１１１７１）　

【摘要】本文介绍了地理数据库技术在流域数据组织中的应用，对目前应用地理数据库技术在数据组织方面已取得的进展与成就进行了　分析，并对存在的问题及其以后的发展前景进行了展望　【关键词】流域；面向对象；Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ；数据组织　

流域是涉及人类发源和生存的基本组成部分，文化的形成以及在　流域里的人口的集中、财富的集中、城镇的发展以及到大城市的发展，　都是从流域开始的。同时，现代经济的发展也与流域的资源密切相关，　河流两侧往往是人类社会和经济活动高度集中的场所．但这些场所常　受江河泥沙灾害、水资源不足、土地退化、流域生态系统失衡等问题的　困扰，大大限制了经济和社会的可持续发展，从流域系统的角度看．这　些问题都是相互联系和制约的…。要更好地解决这些问题，必须实行全　流域的综合管理，通过流域综合管理协调资源利用和环境保护的矛盾　是实现流域可持续发展的重要途径。而流域信息是流域研究和流域管　理的重要依据，对其进行合理的组织和表达，构建数字流域是实现现　代化流域管理科学、高速决策的重要途径。地理信息技术的发展为流　域数据合理组织提供了一种有效的手段，使得对多要素的相关空间分　析成为可能。面对流域系统多时空、动态的数据特点，合理的编码体　系、完整的水文网络、水力联系的合理表达、明晰的空间逻辑关系的需　求使得对流域数据组织遇到了有别于传统的流域信息的数据表达、软　件研制等方面的困难。本文旨在概述利用Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ地理数据库技　术组织流域信息的原理、技术和方法，总结归纳目前国内外流域数据　组织的主要进展与成就，并对地理数据库技术在流域信息组织方面的　应用效果进行分析与探讨。　１．流域数据组织的原理　流域水文系统是指以一定级别的流域（集水区）为边界，以河湖网　络为架构，包含各种水文要素和相互间水力联系的系统。完整的流域　水文要素组成和正确的关系表达是用数字方法正确描述流域的基础　流域信息组织是基于数字化的流域基础信息，对数据加以整编、补充　并通过科学的水文要素编码体系及其字段设计，对流域内水文要素间　的水力关系及其动力联系进行描述．通过地理数据库技术与流域水文　模型进行集成，为流域研究和管理提供服务。　２．面向对象地理数据库技术在流域数据组织中的研究进　展　２．１国内外流域数据库的研究现状　目前我国的流域基础信息主要来源于国家基础地理信息库和水　利部的水资源信息库，其中流域基础地理信息库主要根据地物类别组　织地理信息，服务于涉及地理基础信息的工程建设和管理工作，提供　对地理空间对象的基本描述；水资源信息库主要服务于水资源规划的　需求，主要用于区域水资源量估算、水资源合理分配、水力调度和洪涝　灾害控制方面的应用。随着水资源和水环境问题的日渐突出，尤其是　７Ｏ年代以后，水质的快速恶化已经成为限制流域可持续发展的重要　环境问题，水环境治理成为当今流域管理的重要内容，而解决这些问　题首先需要分析和估算人类活动背景下以水为媒介的物质输移过程，　并在此基础上以流域为单元对水资源、水环境以及与其密切联系的人　类活动进行综合管理。显然目前的国家基础地理信息库和水资源信息　库无法完成这一目标，主要表现在两个方面，一是现有数据库的地理　要素不包括流域水资源及水环境管理涉及的全部要素，如土壤信息、　土地利用信息及水环境信息，二是现有数据库的组织和编码体系不能　满足流域管理涉及的众多过程分析，最突出的是对流域水力联系描述　不够完善．地理数据库基本上是基于地物类别组织的信息．缺乏流域　的水文联系，而水资源数据库的水力联系不完整．如湖泊、测站编码和　流域、水系缺乏联系，河流网络存在大量的断线及缺乏流向，不能合理　表达水力特征。美国国家水文数据（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｙ　Ｄａｔａｓｅｔ，简称　ＮＨＤ）是美国最新的数字地理空间数据库内容之一，它提供了人工和自　然水体的编码、位置、水流方向和相关实体信息等。该数据是由美国地　质调查局生产的数字线化图（ＤＬＧ１数据中的水系数据和环境保护局的　河段数据ｆＲＦ３１整合而成。在美国国家水文数据库中．河段（ＲＥＡＣＨ）指　的是河水汇合点间延伸的水面，同时也包括独立的水系要素，如独立　的湖泊和池塘等，每条河流或每个湖泊都会有一个唯一永久的　ＲＥＡＣＨ编码．通过ＲＥＡＣＨ编码可以进行空间定位检索和统计，其中　水流向关系是由相关河段的公共识别码、水流向关系的值及该河段的　顺序号共同来描述的。美国国家水文数据可以建立水体自然流向模　型，再叠加其他相关信息　可用于水网交通分析，通过它的河段编码可　以直接链接水系数据，进行地理定位，同时它为制作多种不同种类的　地图和数据的更新提供基础数据。综合以上分析，我国的流域数据库　编码系统及其数据组织应该从流域分析与决策的需求出发，在现有国　家基础地理数据库与水资源数据库有关信息的基础上，对其进行合理　的组织，表达流域要素之间的水力联系和逻辑关系，服务于流域水资　源和水环境管理　２．２面向对象地理数据库技术数据组织动态的调查　面向对象地理数据模型是有效组织数据的重要模型，近年来，利　用空问数据库存储和管理空间数据已经成为ＧＩＳ领域研究的热点问　题。地理信息技术的数据获取、存储、空间分析和信息查询则为流域信　息的模拟、分析和预测奠定了基础。罗智勇等阐述了应用地理数据库　技术进行分析数据、选择模型、划分实体、确定关联映射转换关系等设　计步骤中需要遵循的设计原则，强调了地理数据库技术在空间数据库　设计中的重要作用。邵永社等分析了地理数据模型几何网络的拓扑分　析应用，阐述了地理数据模型的在建立网络拓扑关系的优势。魏辉、赵　相伟等使用了Ｔｕｍｂａａｕｇｆ等在１９９１年提出的符号系统来表示地理数　据库中的数据，定义了个对象之间的继承关系、各对象的行为规范，用　来自组海量数据，提出了面向对象数据模型在数据组织中的重要作　用。马荣华等提出了ＧＩＳ分层数据组织模型的局限性，同时提出了基　于面向地理特征的数据组织模式的优点，指出面向对象特征数据组织　是ＧＩＳ发展的一个方向。Ａｒｃｈｙｄｒｏ水文数据模型是Ｅｓｒｉ公司与德克萨　斯大学水资源研究中心合作完成的．针对流域水文信息与水文模型集　成存在的问题，采用Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ地理数据库技术构建的水文数据模　型。目前美国将地理世界的规范化模式研究、地理世界的规范化表达、　用空间数据结构表达现实世界时、基本的描述元素、ＧＩＳ用户对地理　世界的直觉看法等作为ＧＩＳ研究的重要方向。　２３面向对象地理数据库技术在流域数据组织中的优势　ＧＩＳ数据组织是ＧＩＳ的核心和关键问题之一，其对象来源于现实　世界的地理现象或客观实体，必须对现实世界进行抽象和表达，对地　理实体属性和关系共性的认识是人们认知的开始点，可见，人们对客　观世界的初识是基于地理特征的，这种基于特征的数据组织在面向对　象数据模型的基础上使用面向对象的技术方法来组织数据，而解决空　间数据的统一管理是地理信息系统广泛应用面临的主要问题。在流域　数据库方面，目前所用的数据模型是ｃｏｖｅｒａｇｅ数据模型，这种模型根　据点、线、面等空问特征差异来组织流域信息，而不是根据地理要素来　维织信息．并将空间属性和地理属性分别保存于不同文件。而面向对　象的Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ数据模型是以实体为对象模型来描述现实世界的，　能描述非面向对象数据模型不能支持的流量叠加．对象约束行为　１，　它是将空间对象属性和行为结合起来的智能化地理数（下转第２３９页）

２００６年第３期　王功明等：面向对象数据库发展和研究　面向对象数据库发展和研究水　王功明　，关永　，赵春江　，王蕊　（１．首都师范大学信息工程学院，北京１０００３７；２．国家农业信息化工程技术研究中心，北京１０００８９）　摘要：面向对象数据库作为第三代数据库具有前两代数据库无法比拟的优点，满足复杂数据结构和海量存储　需要，是新型数据库如多媒体数据库、空间数据库、演绎数据库、工程数据库实现的基础。通过对比传统数据　库的不足来说明面向对象数据库的优点，讲述面向对象数据库中的七种关键技术：数据库转换、模式演进、索　引、事务管理、视图实现、版本管理、安全建模，介绍面向对象数据库的几种实现方法和发展前景。　关键词：面向对象；数据库转换；模式演进；事务管理；版本管理；安全建模　中图法分类号：ＴＰ３９２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３６９５（２００６）０３—０００１—０４　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　００ＤＢ　ＷＡＮＧ　Ｇｏｎｇ—ｍｉｎｇ　，ＧＵＡＮ　Ｙｏｎｇ　，ＺＨＡＯ　Ｃｈｕｎ－ｊｉａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｒｕｉ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃａｐｉｔａｌ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｒ　ｌｎＪｂｒ－　ｍａｒｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＯＯＤＢＳ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｃａｌｌｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　ＤＢ　ｈａｓ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｅｒ　ｔｗｏ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ＤＢ　Ｉｔ　ｓａｔｉｓ—　ｔｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ｄａｔａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍａｓｓ　ｓｔｏｒａｇｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ＤＢ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｕｌｔｉｍｅ—　ｄｉａ　ＤＢ，ｓｐａｃｅ　ＤＢ，ｄｅｄｕｃｔｉｏｎ　ＤＢ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＤＢ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｒｓｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｔ　ｏｆ　ＯＯＤＢＳ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ＤＢ，ｓｅｃｏｎｄｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｅｖｅｎ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＯＯＤＢＳ：ＤＢ　ｓｗｉｔｃｈ，ｍｏｄｅｌ　ｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔ，ｉｎｄｅｘ，　ａｆｆａｉｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｖｉｅｗ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｄｉｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｓａｆｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ＯＯＤ—　ＢＳ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ＯＯＤＢＳ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｏ０；ＤＢ　Ｓｗｉｔｃｈ；Ｍｏｄｅｌ　Ｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔ；Ａｆｆａｉｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｅｄｉｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｓａｆｅ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　数据库发展经历了三个阶段。第一阶段是层次和网状数　据库，过程化程度较高，一般用户使用困难；第二阶段是关系　数据库（ＲＤＢ），它以关系演算和关系代数为其数学基础，以二　维表为其数据结构，利用非过程化数据操纵语言进行数据库　管理，采用内／外／概念模式的三层模式结构，具有较高数据独　立性，成为２Ｏ世纪７Ｏ年代到８０年代中期的主流数据库。上　述层次、网状和关系数据库尽管设计和控制方式不同，但都　用于一般事务处理，统称为传统数据库。近年来，随着网络技　术、多媒体技术、空间信息科学、信息管理、人工智能、软件工　程技术和数据挖掘技术等领域的发展及新的社会需求出现，　信息无论从数量上还是结构上都远远超出了传统数据库能承　受的范围。为ｒ适应海量信息和复杂数据处理要求，新一代　数据库应运而生，它们结合特定应用领域，分为多媒体数据库　（结合多媒体技术）、空间数据库（结合空间信息学和ＧＩＳ）、　演绎数据库（结合人工智能）、工程数据库（结合软件工程）　等。与传统数据库相比，它们既具有多样性（学科交叉的必然　结果），又有统一性，建立它们的主要目的是为了处理海量信　息和复杂数据结构。因此面向对象技术必不可少，它们之间　关系如图１所示。　收稿日期：２００５－０７－Ｏｌ；修返日期：２００５－０８－２４　基金项目：国家“８６３”计划资助项目（２００２ＡＡ７１４０２３）；首都师　范大学研究生精品课建设项目（０５５３１４５１）　１　面向对象数据库发展　１．１面向对象数据特点　Ｐｅｔｅｒ　Ｃｏａｄ和Ｅｄｗａｒｄ　Ｙｏｕｒｄｏｎ这样描述面向对象：面向埘　象＝对象＋分类＋继承＋消息。其中对象指一组属性及这组　属性上专用操作的封装体。类是一组具有相同属性和操作的　对象描述。继承是类之间一种基本关系，指某个类的层次关联　中不同类共享属性和操作的机制　消息是对象间通信的手段，　一个对象通过向另一个对象发送消息来请求其服务。此外，面　向对象数据特点还有封装、信息隐蔽、消息传递、多态性等。　综上所述，面向对象数据与现实世界实体对象一一对应，　具有传统数据库数据不具有的两大特性，即内容海量性和结构　复杂性，它们是构建新型数据库的基础。　１．２传统数据库局限性　（１）不能表示客观世界复杂对象。采用二维表表示数据　及其关系，语义表示能力差，无法表示客观世界复杂对象，不能　揭示数据之间深层含义和内在联系，缺乏数据抽象。　（２）缺少对复杂数据类型支持。只能理解、存储和处理简　单数据类型，不能根据客户需要动态扩大数据集。碰到复杂问　题常利用高级程序设计语言构造相应数据类型和操作，既加重　用户负担，又不能保证数据一致性。　（３）数据结构不能与行为相关联。对象有两方面内容，即　结构和行为。传统ＤＢ把前者映射到数据库模式中，

3/28/2016 1 面向对象的数据库技术

肖阳辉

摘要：面向对象的数据库极有可能是数据库发展的方向，关系型数据库已显得力不从心，面向对象技术已经渗透到了数据库领域，把面向对象的方法和数据库技术结合起来可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致。面向对象数据库的技术机理并不高深，但它的设计思想却极有价值。

论文关键词：关,键,词,数据库,面向对象,技术

随着应用的日趋复杂和智能化，传统的关系数据库的缺点一点点的暴露出来，人们迫切希望产生一种新的数据库解决方案来适应这些复杂需求。一种新的解决方案呼之欲出。而这个解决方案极有可能就是面向对象数据库技术。面向对象数据库的技术机理并不高深，但它的设计思想却极有价值。在传统的面向对象应用开发中，由于传统的关系数据库开发风格完全不同于面向对象风格，使得许多程序员难以从复杂的SQL编程中解脱出来（尽管已经有一些成熟的ORM技术框架，如Hibernate，但程序员仍需要做大量的数据库代码工作），从而也无法从实质上提高工作效率。

1、面向对象数据库技术概述

面向对象是当前计算机界关心的重点，面向对象是一种新的方法学，也是一种认知方法学。它是一种支持模块化设计和软件重用的实际可行的编程方法，它把程序间的逻辑活动建立在对象间的消息传递之上，且设计上更加符合现实世界，更加自然，所以面向对象方法得到了更广泛的应用。

面向对象数据库系统是为了满足新的数据库应用需要而产生的新一代数据库系统。在数据库中提供面向对象的技术是为了满足特定应用的需要。随着许多基本设计应用(如MACD和ECAD)中的数据库向面向对象数据库的过渡，面向对象思想也逐渐延伸到其它涉及复杂数据的应用中，其中包括辅助软件工程(CASE)、计算机辅助印刷(CAP)和材料需求计划(MRP)。这些应用如同设计应用一样在程序设计方面和数据类型方面都是数据密集型的，它们需要识别于类型关系的存储技术，并能对相近数据备份进行调整。