Реализация базы данных для лаборатории микроскопии



В статье приведён пример создания и проектирования базы данных для лаборатории микроскопии. Для дальнейшего облегчения анализа и обработки данных полученных входе исследований и опытов.

Информационные технологии вошли в нашу повседневную жизнь большим объемом и безвозвратно. Еще раньше началось применение этих технологий в сфере науки. Только раньше использовались понятия вычислительная техника и автоматизированные системы. Сильно развилась и такая область как телекоммуникационные технологии, которые стали неотъемлемой составляющей любой автоматизированной информационной системы [1].

Вместе с тем росла сложность и информативность научного эксперимента. Экспериментальные установки становятся все сложнее, как в плане управления экспериментом, так и в области обработки и получения конечных данных. С применением компьютеров в этой области возрос и объем получаемых экспериментальных результатов. Теперь наряду с традиционными это могут быть большие объемы данных таких как: фото, аудио и видеоданные в цифровом виде. Но улучшение условий эксперимента и экспериментального оборудования выдвигает свои требования — теперь уже недостаточно интерпретировать какое-то явление, свойство, опираясь лишь на исследование одним методом, на одной установке. Если учесть, что экспериментальные лаборатории могу быть разнесены по разным зданиям, городам, и даже странам, то возникает необходимость аккумулировать все результаты научных исследований в одной базе для их дальнейшего, более плодотворного, анализа. Очевидно, что использовать для этого нужно простые, проверенные и наиболее используемые интерфейсы. К таковым, например, можно отнести Web-интерфейс [2].

Целью данной работы является создание базы данных реляционного типа с использованием СУБД, которая управлялась через Web-интерфейс и могла быть доступна различным пользователям как в плане удаленности, так и с учетом политики безопасности.

1. Анализ предметной области

База данных (далее — БД) разрабатывается для сотрудников и гостей WEB-приложения. Поэтому БД должна содержать как публичные, так и конфиденциальные для посетителей данные, к которым могут иметь доступ только сотрудники лаборатории микроскопии. В ней так же должны содержаться данные: о сотрудниках использующие данную систему, об исследуемых объектов в лаборатории и их свойствах и временного характера (время внесения данных, изменения данных).

В соответствии с предметной областью система строится с учетом следующих особенностей [3]:

1) Каждый исследуемый объект в лаборатории имеет уникальный номер и название;

2) Каждый сотрудник имеет свой уникальный номер;

3) Каждое свойство объекта имеет уникальный номер и свое название;

4) Наличие списка приборов для проведения опыта

Выделим следующие базовые сущности нашей области:

1. Изучаемый объект (object)
2. Модификации Объекта (group_object)
3. Наименования свойств ихарактеристик объектов (characteristic)
4. Свойства ихарактеристики объектов (sub_characteristic)
5. Роли пользователей (name_of_role)
6. Пользователи (users)
7. Время изменения характеристик уобъекта (time_change_object)
8. Значения характеристик (value)

2. Анализ информационных задач и круга пользовательской системы

Можно выделить 3 основные роли, у каждой из которой есть свои возможности работы с системой:

Администратор

Пользователь с наивысшим доступом, «Администратор», имеет возможность полного доступа ко всем функциям: добавления, чтения, изменения, удаления. А также отслеживания, кем была добавлена или изменена запись в базе данных.

Пользователь

Данный вид пользователя имеет доступ к функциям добавления данных, и их изменения.

Гость

Пользователь с наименьшими правами. «Гость» имеет возможность просмотра данных, а также её копирования.

Рис. 1. Диаграмма вариантов использования

Функциональные возможности:

1) Ведение БД (запись, чтение, удаление, модификация);

2) Обеспечение логической непротиворечивости БД;

3) Реализация наиболее часто встречающихся запросов и представлений для пользователей в готовом виде;

4) Реализация хранимых процедур и триггеров для поддержания сложных ограничений целостности в БД.

3. Выработка требований и ограничений

Основные ограничения целостности:

1) Значения всех числовых атрибутов не должны быть отрицательными и ограничены значениями из соображений логики функций, которые она выполняют [4].

– Коды, являющиеся первичными ключами для каждой сущности, имеют ограничения от 0001 до 9999 или от 200000 до 2000000000.

– Дата внесения данных выставляется автоматически.

2) Символьные атрибуты должны выполнять все требования для функции, которую они выполняют

– Названия имеют 1–50 символов кириллицы, латиницы, пробел, запятая, дефис.

В ходе проектирования, сформировалась следующее представление об БД, которое наглядно представлено на рисунке 2.

Рис. 2. Схема БД

К атрибутам каждой сущности относятся:

1. object: id, name_object, id_user, time_add_object, time_change_object, name_of_device, id_characteristic_N
2. device: id, name_of_device, description_of_device
3. characteristic: id, name_characteristic, description
4. sub-characteristic: id, id_characteristic, name_sub-property, description_sub-property.
5. name_of_role: id, name_of_role
6. users: id, login, password, first_name, last_name, patronymic, e-mail, phone, foto, id_role_of_user
7. time_change_object: id, id_object, time_change_object, id_user_change_object.
8. value: id, id_object, id_sub_characteristic, value

Сущность “object” служит для идентификации исходного изучаемого объекта в лаборатории и содержит идентификационный номер пользователя, который создал запись об объекте, время создания записи и название прибора на котором был проведён опыт. Во время исследования объекта, присваиваются наличие тех или иных свойств. При отсутствии наличия определённого свойства у объекта, в таблицу записывается параметр Null. Подробные параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сущность «object»

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ: код объекта
name_object	varchar	Not Null	да	Наименование объекта
id_user	int	Not Null	нет	Внешний ключ: код пользователя
time_add_object	date	Not Null	нет	Время внесения новых данных
id_time_change_object	int	Null	нет	Внешний ключ: Время последнего изменения
id_device	varchar	Null	нет	Внешний ключ: код прибора
id_characteristic_1	int	Null	нет	Внешний ключ: код свойства объекта. В ходе эксплуатации системы, столбцы будут пополнятся новыми свойствами
………….
id_characteristic_N

При исследовании объекта необходимо знать на каком приборе проходили опты. Для этого создана сущность “device”. В ней хранятся такие данные как: идентификационный номер, название прибора и подробное описание данного прибора. Подробные параметры приведены в таблице 2.

Таблица 2

Сущность “characteristic”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ: код прибора
name_of_device	varchar	Not Null	да	Наименование прибора
description_of_charecteristic	varchar	Null	нет	Описание прибора

Каждое свойство имеет своё уникальное наименование, а также подробное описание этого свойства. Описанные данные хранятся в сущности под названием “characteristic”. Подробные параметры приведены в таблице 2.

Таблица 3

Сущность “characteristic”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ: код характеристики
name_of_characteristic	varchar	Not Null	да	Наименование свойства
description_of_charecteristic	varchar	Null	нет	Описание свойства

Каждое свойство может иметь подсвойства, каждое из которых имеет своё название, подробное описание и итоговое значение после проведённого опыта. Подробные параметры приведены в таблице 2.

Таблица 4

Сущность “ sub_characteristic”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ: код подсвойства
id_characteristic	varchar	Not Null	нет	Внешний ключ: код свойства
name_sub_characteristic	varchar	Not Null	нет	Наименование подсвойства
description_sub_characteristic	varchar	Not Null	нет	Описание подсвойства

Для разграничения прав пользователей в системе имеется сущность с наименованиями привилегий пользователей: администратор, сотрудник. Подробные параметры приведены в таблице 4 ниже.

Таблица 5

Сущность “name_of_role”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not null	да	Первичный ключ: код типа пользователя (роли)
name_of_role_user	varchar	Not null	нет	Наименование привилегий

Cущность “users” хранит данные об авторизированных пользователях в системе. Подробные параметры приведены в таблице 5 ниже.

Таблица 6

Сущность “users”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ: код пользователя
login	varchar	Not Null	да	Логин пользователя
password	varchar	Not Null	нет	Пароль пользователя, хранимый в виде хэш-значения MD5
first_name	varchar	Not Null	нет	Имя пользователя
last_name	varchar	Not Null	нет	Фамилия пользователя
patronymic	varchar	Null	нет	Отчество пользователя
e-mail	varchar	Not Null	да	Электронная почта, необходимая для верификации аккаунта пользователя и восстановления пароля
mobile_ phone	varchar	Null	нет	Контактный телефон
foto	varchar	Null	нет	Фотография пользователя
id_role_of_user	int	Not Null	нет	Категория пользователя

Важно вести журнал вносимых изменений записей об объектах в системе. Для этого предусмотрена сущность “time_change_object” в которую вносятся такие данные, как идентификационный номер изучаемого объекта, время внесения изменений и пользователь, совершивший изменение Подробные параметры приведены в таблице 6 ниже.

Таблица 7

Сущность “time_change_object”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ
id_object	int	Not Null	нет	Внешний ключ: код объекта
time_change_object	date	Not Null	нет	время внесения изменения
id_user_change_object	int	Not Null	нет	Внешний ключ: код пользователя производивший изменение

В ходе прохождения исследования и опыта над объектом, свойства и подсвойства приобретают некие значения. Значения могут выражаться как: числовыми параметрами, так и обычным текстом, например: да, нет. Подробные параметры приведены в таблице 8 ниже.

Таблица 8

Сущность “value”

Атрибут	Тип	Null	Unique	Назначение
id	int	Not Null	да	Первичный ключ
id_object	int	Null	нет	Внешний ключ: код объекта
id_characteristic	int	Null	нет	Внешний ключ: код свойства
id_sub_characteristic	int	Null	нет	Внешний ключ: под характеристики к которому относится значение
value	varchar	Null	нет	Значение свойств и подсвойств

Программная реализация проекта базы данных выполнена с помощью операторов языка SQL: USE, CRETE, READ, UPDATE, DROP, INSERT [4].

4. Заключение

В ходе проведённой работы достигнута основная цель: создана база данных реляционного типа. Для дальнейшей реализации web-интерфейса не исключено использование следующих инструментов: HTML, CSS, Bootstrap, JavaScript, JQuery, Yii2, PHP, MySQL [3].

Для установки последующей системы вполне подойдут следующие компоненты:

1. MySQL Server
2. Операционная система Windows
3. Права администратора на компьютере

В качестве сервера для отладки интерфейса и скриптов подойдёт программа OpenServer. Данный выбор обусловлен тем, что в программу уже встроены программные обеспечения такие как: MySQL, PHP, Apache, phpMyAdmin и другие. Так же существенным плюсом Open Server, является его свободное распространение.

Литература:

1. Глухов Е. В., Должиков С. В., Ковисарова Е. В., Смелик В. В., Соппа И. В., Фролов А. М., Хузиятов Т. Д. Конспект лекций для подготовки к междисциплинарному экзамену «прикладная информатика (в экономике)". Учебное пособие/; под ред. Б. Л. Резника; Дальневосточный федеральный ун-т, Шк. естественных наук, Шк. экономики и менеджмента. Владивосток, 2012, 312 с.
2. Купер А., Рейман Р., Кронин Д. Алан Купер об интерфейсе. Основы проектирования взаимодействия. — Пер. с англ. — СПб.: Символ'Плюс, 2009. — 688 с
3. Виктор Гольцман. MySQL 5.0. Библиотека программиста: -Санкт-Петербург, 2010, 370 с.
4. П. В. Бураков, В. Ю. Петров Введение в системы баз данных. /Учебное пособие., Санкт-Петербург 2010, 129 с.
5. Дейт Дж. Кристофер Введение в системы баз данных. — М.: дом «Вильяме», 2005. — 8-е издание. 1315 с.
6. Шакин В. Н. Методические указания по дисциплине «Теоретические основы построения БД» / Шакин В. Н., Сосновиков Г. К., Юскова И. Б. — М.: МТУСИ, Кафедра вычислительной математики и программирования, 2005, 37 с.