农业信息技术PPT课件第三讲农业数据库及管理信息系统

农业信息技术,第三讲农业数据库及管理信息系统,第一节农业数据库,一、农业数据库的概念二、农业数据库的类型三、农业数据库的特性四、农业数据库的发展五、农业数据库的设计六、农业数据库的应用,一、农业数据库的概念,1.数据库（Database）及其相关概念数据：描述事物的符号记录数据库：是指在计算机系统中，按照一定的方式进行组织、存储和使用的相关数据集合。数据库系统:是基于数据库的计算机应用系统。它包括了以数据为主体的数据库和管理数据库系统的系统软件DBMS，还包括了支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境、管理和使用数据库系统的人、方便使用和管理系统的各种技术说明书和使用说明书。,数据库、数据库管理系统和数据库系统是三个不同的概念。数据库强调的是数据，数据库管理系统强调的是系统软件，而数据库系统强调的是数据库的整个运行系统。数据库系统包括了数据库、数据库管理系统、数据库管理员等多方面内容。,数据库技术的发展,2.农业数据库（DatabaseinAgriculture）是指把农业生产中出现的一些客观事件、事物或现象的有关信息，通过文字、符号或语言，按照某种方式进行组织存储和表达的数据集合.,数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构由外模式、模式和内模式组成。如图2-1所示。,外模式：亦称为子模式或用户模式，是数据库用户看到的数据视图，它涉及的是数据的局部逻辑结构，通常是模式的子集。模式：亦称为逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特性的描述，是所有用户的公共数据视图，它描述的是数据的全局逻辑结构。内模式：亦称为存储模式，是数据在数据库系统内部的表示，即对数据的物理结构和方式的描述。,特点：(1)实现数据共享。(2)减少数据的冗余度。同文件系统相比，由于数据库实现了数据共享，从而避免了用户各自建立应用文件。减少了大量重复数据，减少了数据冗余，维护了数据的一致性。(3)数据的独立性。数据的独立性包括数据库中数据库的逻辑结构和应用程序相互独立，也包括数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。(4)数据实现集中控制。文件管理方式中，数据处于一种分散的状态，不同的用户或同一用户在不同处理中其文件之间毫无关系。利用数据库可对数据进行集中控制和管理，并通过数据模型表示各种数据的组织以及数据间的联系。(5)数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。主要包括：安全性控制：以防止数据丢失、错误更新和越权使用；完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性；并发控制：使在同一时间周期内，允许对数据实现多路存取，又能防止用户之间的不正常交互作用；故障的发现和恢复：由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏,二、农业数据库的类型,按内容分为：综合性和专题性两种；按地域范围：世界级、国家级、地区级和农场级4种水平；,(一)农业资源数据库：可细分为：1.地理资源数据库把国家的水土资源进行科学归类形成的资源库。2.种质资源数据库包括植物、动物、昆虫、微生物的整个生物群体。3.基因资源数据库是育种工程的重要保证。4.人力资源数据库人力资源是资源中最重要的组成部分。(二)农业技术数据库从科研到科普、从种植到养殖再到市场等农业产业化的全过程的技术。主要包括农业栽培技术、农业养殖技术、农副产品加工技术、农业资源综合开发利用技术、专利项目等信息。,(三)农业统计数据库的类型1.企业与产品数据库从企业到产品，再从产品到市场的信息链。2.生产信息统计数据库农业产业生产过程中产生的大量数据。3.农业气象资料数据库为农业生产服务提供的天气现象记载。(四)农业生产数据库农业类生产数据库可细分成以下两数据库：企业与产品库和农业市场信息库。(五)农业政策法规数据库(六)相关行业信息数据库该类数据库包括相关行业的生产动态、供需情况、技术发展等信息，农民可以通过分析这些行业对农业发展趋势的影响制定相应的对策。,三、农业数据库的特性,1数据库要具有相当规模。2数据库中的数据具有可重复利用性，重复使用不会发生损耗。3数据库中的数据要具有可用性、准确性。4数据库要有集成性、多种形式化。5数据库可作为一种资源，可为公众共享或一定范围内的使用者分享。6数据库可以动态的增删内容，进行有效的维护。7数据库具有促进、加快大量信息传播的功能。,农业应用的主要数据库类型,1、大型关系数据库主要使用的产品有SYBASE、ORACLE，采用Client/Server结构，支持多用户查询，主要应用于科技文献管理、科技项目管理等。2、小型关系数据库主要使用的产品有DBASE、FOXBASE、FOXPRO、ACCESS，运行在单机上，由各个职能部门使用，数据基本上不共享，主要应用于各部门内部管理，如人事档案、工资发放、固定资产、业绩考核等系统。3、全文检索型数据库主要使用的产品有TRS全文检索系统。,建立农业数据库的要求1、安全在数据处理系统的选型方面要注意安全,要注意黑客和国家资源机密的无意识泄密。2、系统一个国家、一个行业、一个地区和企业在建立数据库的时候要考虑到系统性、整体性、连贯性、减少资源和财力的浪费。假如国家建国家的，地方建地方的，这样会导致资源的严重浪费，目前我国农业信息化的主要问题就在这里，一条相同的中文信息能在几十个或几百个站点出现。3、全面信息上要全面系统，有行业特征和区域特征，不能盲目扩大数据库的收录范围和对象，影响数据库的建库质量。4、准确对录入信息的准确率是数据质量的又一重要指标，没有准确性也就失去利用的价值，在大量信息的情况下，保证信息的准确性是建库的难点所在。5.方便向用户提供多种检索方式的选择，满足用户的不同需求，在数据库升级方面也要考虑周到，如对将来的更新换代和功能扩充的需要。,四、农业数据库技术发展趋势1、分布式数据库目前分布式数据库系统主要应用在证券交易和银行清算系统中。（分布在多台物理地址服务器上）2、多媒体数据库（视频等多媒体存储的方法）3、面向对象数据库(ODBC)4、进一步适应Internet发展（基于webservice的数据库存储的中间件）,国际农业数据库开发现状,国际上四个重要的农业数据库由FAO创办的AGRIS（AgriculturalInformationSystemforAgricultureScienceandTechnology）1975年创建，现有1，000，000份以上的农业科技参考资料，有130多个国家和地区参加了该情报网络。FAO还开发了具有各种特定用途的数据库42个，并实现计算机化，包括人口、劳力、农业经济、灌溉、施肥、种子、营养需求、投入/产出、价格、资源、农产品贮存和加工、家畜生产和林业产品等资源、环境、生产和经济信息。,国际农业生物中心数据库（CABI）英联邦农业局（CommonwealthAgriculturalBureaux）成立于1927年，1985年改名为CommonwealthAgriculturalBureauxInternational，1993年更名为国际农业和生物科学中心（CentreforAgricultureandBiosciencesInternational）-CABI；2000年改为国际应用生物科学中心。CABI是一个重要的国际农业机构，目前，加入该组织的成员国达41个，中国于1995年8月正式成为CABI成员国。CABI数据库涉及农业、林业、生物科学、人类健康和自然资源管理等方面，收录了世界上130多个国家和地区的14000多种出版物、专业报告、书籍和会议集以及国际上出版的其它各种专著等。包括农业、林业和生命科学中的相关学科等各种课题。该数据库配有源自75种语言出版的原始论文的英文文摘。,美国农业图书馆和农业部共同开发的AGRICOLA数据库创建于1970年，是作为美国国家农业图书馆的编目索引系统（CAIN）。存有25，000，000条记录，可通过DIALOG和BRS进行存取（DIALOG是世界上最大的联机情报检索系统，由美国洛克希德公司研发。BRS是设在美国的一种主机，可提供约25种最广泛使用的书目数据的存取）,IFIS(Internationalfoodinformationservice)数据库由国际食品情报局编制出版，收录了世界上1800多种有关食品科技方面的期刊及图书、会议录、专利、法规等文献，涉及40多个语种，年增加2万余条记录，目前数据库累计文献量50余万条，内容覆盖了整个食品科技领域，包括食品化学、食品微生物学、食品卫生与毒理学、食品工程、食谱、酒精与非酒精饮料，水果蔬菜、糖和谷物、畜禽类食品、添加剂等方面。,我国数据库开发现状,总体状况不容乐观：科学时报2005年7月8日，对资源环境、农业、人口与健康、基础科学与若干科学前沿、工程技术、科技管理等6个领域36个子领域数据库建设情况进行通报，结果如下。数据库共2459个，数据量497.18TB，投资28.27亿元，30.9%的数据库积累年限在1030年之间。六大领域中，资源环境领域数据库个数最多，达1098个；数据总量最大，有406.47TB；获得的建库经费最多，达22亿元；数据积累年限也最长，30100“年藏”的数据库数量最多。,“信息共享服务”情况,对外服务数据库的比例超过所有数据库的一半。农业领域服务比率最高，达68.32%，科技管理领域却仅有31.25%。各数据库的有效服务总比例仅35.09%，其中农业领域约60.46%，工程与技术领域次之，为32.03%；科技管理领域最低，为21.09%。数据库主要服务对象集中在科研机构，其次是政府，不足32%面向企业。,数据库信息基础环境较差,近四成数据库保存在单机或局域网中，不具备网上共享服务条件。能上网的数据库中，24%的数据库通过PC机上网，没有专用服务器。在高等院校、国家海洋局、国家林业局、国土资源部、水利部等部门比例高达40%以上，数据库保存和管理条件堪忧。,不同领域中的数据库现状,资源环境领域，地矿和土地科学数据库最多，达311个；遥感数据数据量最大，达243.89TB。22亿元的数据库建设投资，非科字头部门投入最多，有9.64亿元。在气象科学、地震科学、海洋科学、水文水资源科学、地矿和土地科学5个子领域，都建有各自的行业信息中心，数据库个数和数据量都占到该领域的90%以上。,农业领域数据库总数483个，数据总量14.67TB，其中中国农科院和国家林业局是主要建库单位。总建库经费1.57亿元，科技部项目作为主要投资渠道投入占总额的近57.3%。本领域六成数据库可对外服务。林业科学领域有数据库233个，数据量近11TB，数据积累情况最好，平均数据年限23年以上。,人口与健康领域数据库总数221个，数据量15.21TB，建库单位涉及约50多个科研院所和医院。其中，卫生部系统建设的数据库达103个。本领域数据积累年限较短，以3年内数据为主。46.15%的数据库可共享，但有效服务比例只有27.6%。,基础科学与若干科学前沿领域有数据库120个，数据量50TB，数据记录超过23.2亿条。在各子领域中，地球系统科学领域数据库38个，数据量45TB，是本领域中最大的子领域。由于本领域数据库大多通过各类科研项目获得数据建成，所属单位比较分散，多由研究室自行管理。,工程与技术科学领域有281个数据库，数据量10.58TB，数据记录超过17.3亿条。科技管理领域有256个数据库，数据量235.89GB。数据库对外共享服务比例仅占21.09%，但科技部的共享比例高一些。,10个有代表性的农业数据库,中国农林文献数据库中国农业文摘数据库中国农作物种质资源数据库农副产品深加工题录数据库植物检疫病虫草害名录数据库农牧渔业科技成果数据库中国畜牧业综合数据库全国农业经济统计资料数据库农产品集市贸易价格行情数据库农业合作经济数据库,农业资源库在近10年发展很快。包括农业气象、土壤信息、农作物品种资源等。如美国“种质植物资源信息网”数据库，收集了数以百万计的种子和植物，数以千亿计的基因信息。中国农科院作物品种资源研究所研制的“国家作物种质资源数据库系统”包括141种作物、27万余份种质信息、1259万余个数据项，总数量590多兆。,农业数据库存在的问题,(1)数据库规模方面多数农业数据库的规模不大，数据不能包容所代表的领域情况，有的信息源类型包括不全，覆盖面不大；有的和库名称对应的信息源信息收集不全。（2）数据库维护及更新方面有的数据信息不够准确和完整，有的缺乏数据来源、著者等，相关项目出处等没有标识，数据维护及更新不及时，不能准确反映状况，使用者没有依据。（3）数据库标准化、规范化方面信息的标准化、规范化程度差，农业计量单位、专业技术术语等在信息处理时没有按标准去做，同物异名、同名异物的现象，造成数据死角，甚至产生了信息垃圾，有的可能在建设中没有查重手段，造成信息重复收录，占用了数据库的空间。,（4）数据库规划方面数据库在建设初期没有进行准确的设计，缺乏很好的规划，加工人员对所处理的信息知识不了解，出现专业选题、表达错误，有的甚至出现原则性的输入错误。信息资源缺乏多样性，多媒体信息和全文信息少，信息的开放性和共享程度低，检索和导航系统设计不合理，低水平重复建设，数据库的利用率没有充分的发挥。（5）数据库的作用方面目前农业行业内没有一家上规模的为自己服务的全文数据库，几个有影响的数据库虽然也有涉农服务，但所含信息内容仍有相当遗漏。科技部、农业部资金支持的农业专题库的规模小，而且各个数据库间的内容有交叉重复，造成利用率不高。,农业数据库的发展方向,1.示范库建设在有关部门的协调下建设一批示范性数据库,尽快成立国家农业农业数据中心。这一批数据库要在标准化、规范化上加以研究。具有一定的规模，使信息流能够带动物流。要结合科研、生产、流通的不同领域进行命题，公开招标，选择一些有实力的企业建设数据库。2.整合库建设国家在摸清情况的基础上，对现有的数据库进行调查、摸底，并给予一定的资金扶持，整合一部分数据库。如此操作，节约人力和财力，投资少，见效快。要尽快使数据库成为商品，种类多样化，开发的数据库要很好得以维护，进行规范化，建立和健全相关农业信息法律，使农业数据总量及结构快速提升到农业信息化要求的程度。,3.特色库建设如果建设了专为农业服务的全文数据库，就可以开发多种特色数据库包括地域特色数据库、学科特色数据库，旨在使某一学科、某一专业领域所收藏的文献信息，具备专、深、全等特点。加强特色数据库建设可使我国数据库产业走出困境，赶超国际先进水平，提高利用效率，推动数据库建设走上良性发展的轨道。4.创建农业中文品牌库,五、农业数据库的设计,(一)数据库设计准则数据库设计是指建立数据库及其应用系统的技术。包括设计数据库结构和以数据库为基础的应用程序系统。评价数据库设计结果好坏的准则主要有：1.完备性设计结果应能表示应用领域所需要的所有信息。2.一致性数据库中的信息是协调一致的，不能有语义或值的冲突。3.优化规范性在满足完备性和一致性的前提下，数据库模式应该规范化（冗余小，语义清楚简单）和应用效率高（易于查询/操纵、速度快）,数据库设计的基本步骤,(二)数据库设计的基本步骤,设计步骤六阶段：需求分析（用户需求数据流图、字典）概念结构设计（局部视图集成视图）逻辑结构设计（逻辑结构优化模型）物理结构设计（物理结构评价结构）数据库实施（物理实现试运行）数据库运行和维护(各阶段中规范设计法有一定差异）,系统需求分析阶段,1.收集资料确定目标数据库的总体要求确定由计算机完成的功能2.分析整理抽象所收集的数据求解的模型3.数据流图描述所需数据和事务处理过程的关联其中处理过程的处理逻辑借助判定表/数来描述,数据库的概念设计阶段概念设计的目标是产生反映用户需求的数据库概念结构。概念结构是独立于数据库逻辑结构和具体的数据库管理系统的、关于现实世界用户需求的“纯粹”描述，是用户、数据库设计者和数据库管理者之间的主要界面。具有易理解，易反映需求变动，易向各种具体数据模型转换等特点。进行概念设计最常用的是著名的E-R方法。采用E-R模型（实体-联系模型，Entity-RelationshipModel）进行数据库设计的方法称为E-R方法。E-R模型是一种重要的数据模型，它结构简单，语义表现力丰富，描述力强，同时又能方便地转换为其他经常使用的网状、层次或关系模型，所以，在数据库设计中得到广泛应用。E-R模型中最基本的概念是实体、联系和属性。,E-R(Entity-Relationship)图方法实体-联系方法:描述所有实体属性和实体之间的联系三要素:实体矩形框表示,框内标注实体名称;属性椭圆框表示,并用连线与实体连接起来;实体之间的联系菱形框表示,框内标注联系名称其中有三种类型的联系一对一联系(1:1);一对多联系(1:n);多对多联系(m:n).,数据库的逻辑结构设计,对未来入库的全体数据进行综合分析，并做合理布局性技术安排，最后见诸于数据集合的结构性实施方案，称为数据库的逻辑设计。逻辑结构设计的目标是从概念结构导出以特定数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）规定表示的数据库逻辑结构。这种转换一般可分为两步进行。首先从概念结构按一定规则导出以关系式、网络式或层次数据模型表示的逻辑模型；其次是根据特定的DBMS的规定，从逻辑模型导出DBMS支持的数据库逻辑模式。,数据库的物理设计阶段,物理数据库设计是在二级存储数据库实现的描述，它描述基本表、文件组织、用户高效访问数据的索引和相关的完整性约束及安全性限制。在物理数据库设计阶段，确定如何在目标关系DBMS中物理地实现逻辑设计。这个阶段允许设计者决定如何实现数据库。因此，物理设计与特定的DBMS有关。,(三)农业数据库设计过程,1.根据行业特点和系统需要筛选数据，并设计数据收集的方案;2.设计数据库和数据表;3.根据数据量选择适当的数据库系统.如SQLServer、Access、Foxpro、Excel;4.通过实验、调查、文献查阅和购买等多种方式收集数据;5.进行数据筛选和分类，并输入数据库;6.对入库的数据进行仔细检验和校对，确保数据源的准确;7.数据进行标准化处理，如数据库结构规范化、数据单位的统一;8.对数据进行最并，减少数据冗余。补充、完善数据库的数据。,六、农业数据库的应用,数据库建设是信息技术发展的基础，我国农业数据库建设取得了巨大成绩，如：“国家作物种质资源数据库系统”、家畜禽品种资源数据库、“农产品集市贸易价格行情数据库”、“全国部分大中城市农副产品供求-价格数据库”等。,2007年对中国科学院科学数据库的访问情况统计（截至2007年8月28日）,表2-2不同年份对中国科学院科学数据库的访问量情况（截至2007年8月28日）年份页面访问数访问人数请求数传输量200342292516014925842722055020042983653572878154907246384820051031843812028763526521159854120061783506921636166164892133228642007124219811570234347640127726008,第二节农业管理信息系统的概念与特征,管理信息系统(ManagementInformationSystems，缩写MIS)是一个不断发展的新兴学科,随着科技的进步MIS的定义也在不断更新。目前普遍认为MIS是由人和计算机设备或其他信息处理手段组成并用于管理信息的系统,是一门管理科学、信息科学、系统科学与计算机技术相结合的综合性学科。MIS特征：人-机系统、综合性和动态性3个特点。农业管理信息系统是收集和加工农业系统管理过程中的有关信息、为管理决策过程提供帮助的信息处理系统，可根据管理目的而建立，在数据支持下进行与农业相关的事务处理、信息服务和辅助管理决策。,二、农业管理信息系统研制农业信息综合基础数据库（IntegratedDatabaseofBasicAgriculturalInformation，缩写IDBAI）的建设是农业信息技术工作的基础。农业管理信息系统的类型农业管理信息系统（AgriculturalManagementInformationSystem，缩写AMIS）按其内容，可分为土地资源信息系统、土壤资源信息系统、水资源信息系统、农业气候资源信息系统和肥料资源信息系统以及农业种质资源管理信息系统等。,农业管理信息系统的组成及开发流程农业管理信息系统的组成一个理想的农业管理信息系统，包括土壤圈、生物圈、地圈、大气圈与水圈的信息，包括影响农业资源的各种自然因素与社会经济条件的信息。AMIS具有专业应用特点，是一个专题信息系统。专题信息系统可从软件部分专门分出应用模型。这样，AMIS应由5个基本部分组成，即计算机硬件、计算机软件、数据、应用模型和系统的组织管理者。下图示意AMIS的主要构成（图23）。,农业管理信息系统的开发流程目前信息系统开发经常采用周期法，该方法将整个信息系统的开发过程分为若干阶段，预先规定每个阶段的目标和任务，按一定准则顺次完成。AMIS的开发可采用生命周期法，其开发过程分为下图所示的六个阶段：可行性研究系统分析系统总体方案设计系统技术方案分析系统实施系统评价与维护,可行性分析可行性分析是对建立系统的必要性和实现目标的可能性，从社会、技术和经济三大因素进行分析，以确定用户实力、系统环境、原始数据、数据流量、存储空间、软件系统、经费预算以及时间分析和效益分析等。即：可行性分析是根据社会、经济和技术条件，确定系统开发的必要性和可能性，主要包括效益分析、经费估算、进度预测、技术水平的支持能力和有关部门的支持程度等。,具体步骤：系统目标和任务具有四个方面的任务：空间信息管理、空间指标量算、空间分析与综合评价、空间过程模拟。数据源调查和评价调查了解用户需求的信息后，有关专家和技术人员应进一步掌握数据情况。分析研究什么样的数据能变换成所需求的信息，这些数据中哪些已经收集齐全，哪些不全，然后对现有数据形式、精度、流通程度等做进一步分析，并确定他们的可能性和所缺数据的收集方法等。技术水平评价。系统的支持状况。,系统设计系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型，其设计的内容随系统的目标、数据的性质和系统功能的不同而有很大的差异。一般而言，首先应对系统整体进行简单的总体设计；然后进行数据的分类和编码，完成数据的存储和管理，称为数据库设计；最后是系统功能的建模和产品的输出，称为应用设计。主要包括系统功能设计和软硬件选