隧道工程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

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1數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)多維分析模型的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型都是以多維數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的。多維數(shù)據(jù)模型普遍采用一種非常重要的模式就是星型模式。在實(shí)際應(yīng)用中，隨著事實(shí)表和維表的增加及變化，星型模式會(huì)有五種建模方式:簡(jiǎn)單星型模式、星系模式、星座模式、二級(jí)維表和雪花模式。星型模型包括事實(shí)表和維表。事實(shí)度量是星型模型結(jié)構(gòu)的核心，由外鍵和用戶需要了解的度量值組成;事實(shí)度量值是最終用戶在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用中所需要查詢和分析的細(xì)節(jié)或聚集數(shù)據(jù)。維表保存用戶查詢使用的一個(gè)或多個(gè)層次關(guān)系、成員的類別屬性等原數(shù)據(jù)信息，是相對(duì)靜態(tài)的數(shù)據(jù)，通過(guò)它可以分析數(shù)據(jù);每個(gè)維表通過(guò)一個(gè)主鍵連接到事實(shí)表中相對(duì)應(yīng)的一個(gè)外鍵上。根據(jù)隧道管理系統(tǒng)具體情況:由工程量和工程材料兩個(gè)事實(shí)表組成，且這2個(gè)事實(shí)表連接的維不完全相同，但又共享部分維表。管理系統(tǒng)的多維數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)采用星系模式。事實(shí)上星系模式數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中包含:

①施工事實(shí)表、上報(bào)事實(shí)表、工程款事實(shí)表3個(gè)有關(guān)工程量的不含冗余數(shù)據(jù)的事實(shí)表;

②工程材料入庫(kù)和出庫(kù)兩個(gè)不含冗余數(shù)據(jù)的有關(guān)工程材料的事實(shí)表;

③供應(yīng)商維表、地址維表、時(shí)間維表、合同維表、用戶維表、工程類別表等6個(gè)維表。其中，材料入庫(kù)和出庫(kù)事實(shí)表共享地址維表和時(shí)間維表;材料出庫(kù)和施工事實(shí)表共享用戶維表;施工事實(shí)表、工程款事實(shí)表和上報(bào)事實(shí)表共享工程類別維表。材料入庫(kù)、出庫(kù)事實(shí)表、施工事實(shí)表、工程款事實(shí)表和上報(bào)事實(shí)表共享時(shí)間維表。時(shí)間維表中包含年、季、月、日信息;地址維表包含國(guó)家、省、城市、街道、郵編信息;合同維表包含地址、供應(yīng)商名稱、合同名稱、電話信息;供應(yīng)商維表包含地址、用戶名稱、所在單位、電話信息;用戶維表包含地址、用戶名稱、所在單位、電話信息;工程類別維表包含工程名稱、單位、工程部位信息。材料入庫(kù)和出庫(kù)事實(shí)表存放著與數(shù)量有關(guān)的材料數(shù)量、金額等信息;與工程量有關(guān)的數(shù)量信息存放在施工事實(shí)表、工程款事實(shí)表和上報(bào)事實(shí)表中。

2輸入和輸出

隧道工程管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)從SQLServerOLAP的數(shù)據(jù)立方體中取數(shù)據(jù)，立方體中的數(shù)據(jù)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)關(guān)系表、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)或其他形式的數(shù)據(jù)(如電子表格)。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)和不同的用戶需求，系統(tǒng)可用多種形式表示獲得的知識(shí)。數(shù)據(jù)匯總(datasummarization)和特征化、概化規(guī)則、條形圖、餅圖、曲線以及其他的圖形化工具表示。關(guān)聯(lián)用關(guān)聯(lián)規(guī)則表、關(guān)聯(lián)計(jì)劃和關(guān)聯(lián)規(guī)則圖表示。分類用可視化的決策樹(shù)和決策表表示。簇用地圖來(lái)表示(對(duì)于二維表分析而言)，每個(gè)簇用不同的顏色，并用不同的顏色標(biāo)識(shí)出它們的輪廓。該系統(tǒng)提供了觀察概念層次和數(shù)據(jù)立方體內(nèi)容的工具。概念層次用類似于目錄/子目錄結(jié)構(gòu)的樹(shù)來(lái)表示。數(shù)據(jù)立方體的內(nèi)容用三維立方體的形式表示，立方體的每個(gè)方體的大小和顏色表示在一個(gè)三維間隔中所選的度量值的匯總數(shù)據(jù)。二維表可被看作二維的盒圖，每個(gè)盒圖表示相應(yīng)間隔的數(shù)據(jù)離差視圖(包含中值、第一個(gè)四分點(diǎn)、第三個(gè)四分點(diǎn)、須狀點(diǎn)和孤立點(diǎn))。系統(tǒng)的一個(gè)重要特征是具有對(duì)輸出的知識(shí)進(jìn)行鉆取、切塊以及其他轉(zhuǎn)換等操作的靈活性。例如，在對(duì)一個(gè)多維和多層次的組合進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘后，可以對(duì)任一維進(jìn)行鉆取，以便在新的數(shù)據(jù)集中得出關(guān)聯(lián)規(guī)則。

3系統(tǒng)支持的挖掘任務(wù)

3.1系統(tǒng)支持以下的數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)

(1)OLAP分析器:這個(gè)功能是通過(guò)鉆取、切塊、切片和其他的OLAP操作，從不同的角度的多個(gè)抽象層次展現(xiàn)數(shù)據(jù)立方體中的內(nèi)容。其輸出可以用多種多樣的可視化或圖形的形式表示。此外，借助數(shù)據(jù)離差分析得到最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差以及其他分布情況，可以作為OLAP數(shù)據(jù)的注解。OLAP可以對(duì)綜合數(shù)據(jù)感興趣的部分進(jìn)行鉆取、切塊以便做進(jìn)一步分析。

(2)關(guān)聯(lián):該功能從多維數(shù)據(jù)庫(kù)中挖掘一系列關(guān)聯(lián)規(guī)則。這樣獲得的規(guī)則可用于市場(chǎng)分析、相關(guān)分析等。用戶可以指定元模式以限制對(duì)規(guī)則的搜索。

(3)分類:該功能對(duì)一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)(即一組已經(jīng)確定分類的對(duì)象)進(jìn)行分析，根據(jù)數(shù)據(jù)的特性，對(duì)每一個(gè)分類構(gòu)造一個(gè)模型，再根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整。用決策樹(shù)或決策表來(lái)表示模型，并利用模型對(duì)其他數(shù)據(jù)分類，以便更好的理解數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

(4)聚類:該功能將一組選定的數(shù)據(jù)對(duì)象，分成若干簇，使得簇內(nèi)的數(shù)據(jù)相似度高，而不同簇中的數(shù)據(jù)相似度低。高維聚類也可以在多維數(shù)據(jù)庫(kù)中完成。

(5)預(yù)測(cè):該功能將一組選定的數(shù)據(jù)對(duì)象的丟失或未知數(shù)據(jù)的值或值的分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。這涉及到選擇一組與感興趣的屬性相關(guān)的屬性(借助于某些統(tǒng)計(jì)分析)，一組與選定對(duì)象類似的數(shù)據(jù)，然后作出值分布的預(yù)測(cè)。例如，一個(gè)雇員的可能的工資可以根據(jù)公司中與他相似雇員的工資分布而作出預(yù)測(cè)。

(6)時(shí)間序列分析:這個(gè)模塊包括若干個(gè)分析功能，例如相似分析，周期分析，序列模式分析，趨勢(shì)和背離分析。

3.2對(duì)任務(wù)和方法選擇的支持

通過(guò)一個(gè)基于窗口的圖形用戶界面，用戶使用挖掘向?qū)нx擇各種不同的挖掘任務(wù)，或者與挖掘結(jié)果進(jìn)行交互，在其它的維及層次上進(jìn)行挖掘。根據(jù)用戶的輸入，系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)挖掘查詢供用戶檢查。圖形用戶界面利用Java語(yǔ)言圖形用戶界面的設(shè)計(jì)，以及Java語(yǔ)言與SQLSever數(shù)據(jù)庫(kù)的連接完成。

3.3對(duì)KDD處理過(guò)程的支持

由于該系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)一起工作的，若有必要的話，某些知識(shí)發(fā)現(xiàn)的先期處理工作可以由底層的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)完成。這些工作包括數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)綜合(按多維和多層次聚集成組)。數(shù)據(jù)的選擇作為系統(tǒng)挖掘查詢的組成部分來(lái)完成。在系統(tǒng)中，對(duì)挖掘出的知識(shí)進(jìn)行后期處理的大部分工作被集成到數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘查詢不但指定了與任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和挖掘任務(wù)，而且也指定了興趣度量值(例如像支持度、置信度、噪聲等挖掘閾值)和期望的規(guī)則模式。數(shù)據(jù)挖掘和模式評(píng)價(jià)的集成減少了搜索空間，使用戶將精力集中到挖掘過(guò)程。

4系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)

系統(tǒng)可用于在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的聯(lián)機(jī)分析和數(shù)據(jù)挖掘。目前已經(jīng)應(yīng)用于從中等規(guī)模到大規(guī)模的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，具有快速的響應(yīng)時(shí)間。實(shí)施階段應(yīng)以對(duì)所有特性進(jìn)行綜合測(cè)試。通過(guò)總結(jié)，在這個(gè)階段上，有兩個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)的頻率相對(duì)較高:

①不一致的數(shù)據(jù);

②不夠高效的查詢性能。系統(tǒng)運(yùn)行需要建立OLAP工具、設(shè)計(jì)報(bào)表類型、開(kāi)發(fā)報(bào)表模板，同時(shí)還要有一些支持活動(dòng)，如軟硬件和網(wǎng)絡(luò)拓展、IT部門和用戶的培訓(xùn)等。隨著配置信息需求的變化、技術(shù)的變化、系統(tǒng)規(guī)模的變化，要使系統(tǒng)正常地運(yùn)行，就要對(duì)系統(tǒng)不斷地進(jìn)行更新維護(hù)。

作者：楊書利 單位：滄州市公路工程監(jiān)理中心