Процесс проектирования реляционной базы данных для информационной системы автовокзала

Введение в задачу проектирования системы «Автовокзал»

Управление деятельностью современного автовокзала — это сложный процесс, включающий координацию множества операций: от составления расписаний до продажи билетов и учета работы персонала. Ручная обработка этих данных неэффективна и чревата ошибками. Основная цель данного проекта — разработка реляционной базы данных, которая станет ядром информационной системы «Автовокзал». Такая система призвана автоматизировать и оптимизировать все ключевые бизнес-процессы.

Входными данными для системы служат расписания рейсов и сведения о пассажирах, приобретающих билеты. На выходе система должна быть способна генерировать критически важные документы, такие как сведения о наличии свободных мест на конкретный рейс и отчеты о проданных билетах. Таким образом, мы решаем задачу создания структурированной, надежной и масштабируемой основы для управления всем документаоборотом автовокзала.

Теоретические основы, которые лягут в основу нашей базы данных

Для создания эффективной базы данных мы будем опираться на реляционную модель. Эта модель представляет данные в виде набора взаимосвязанных таблиц, что обеспечивает гибкость и логическую целостность. В основе этой модели лежат несколько ключевых понятий:

• Сущность — это любой реальный или абстрактный объект, информацию о котором необходимо хранить. В нашем случае это, например, «Водитель», «Автобус» или «Билет».
• Атрибут — это конкретная характеристика сущности. Например, атрибутами сущности «Водитель» являются его ФИО, стаж работы и контактный телефон.
• Первичный ключ (Primary Key) — это уникальный идентификатор для каждой записи в таблице. Он гарантирует, что мы можем безошибочно ссылаться на любую конкретную запись, будь то уникальный номер водителя или код билета.

Для визуального проектирования структуры данных и связей между сущностями используется ER-моделирование (диаграммы «сущность-связь»). Этот инструмент позволяет наглядно представить архитектуру будущей базы данных еще до ее физического создания. Не менее важным теоретическим принципом является нормализация — процесс организации таблиц для минимизации избыточности данных и улучшения их целостности, о котором мы поговорим подробнее.

Разработка инфологической модели, или как увидеть систему в целом

На этапе инфологического моделирования мы определяем все ключевые сущности нашей предметной области и логические связи между ними. Анализ деятельности автовокзала позволяет выделить следующий набор основных сущностей:

• Маршрут: Описывает постоянный путь следования из пункта А в пункт Б, включая расстояние и время в пути.
• Рейс: Конкретное выполнение поездки по маршруту в определенную дату и время, с привязкой к автобусу и водителю.
• Автобус: Содержит информацию о транспортном средстве, его вместимости и техническом состоянии.
• Водитель: Хранит данные о сотрудниках, управляющих автобусами.
• Пассажир: Информация о клиентах, покупающих билеты.
• Билет: Фиксирует факт продажи конкретного места на конкретный рейс определенному пассажиру.

Связи между этими сущностями определяют логику всей системы. Например, между «Маршрутом» и «Рейсом» существует связь типа «один ко многим», так как по одному маршруту может выполняться множество рейсов. В то же время, один «Водитель» может быть назначен на множество «Рейсов», и один «Рейс» (в теории сменного экипажа) может обслуживаться несколькими водителями, что подразумевает связь «многие ко многим». Итогом этого этапа является концептуальная ER-диаграмма, которая служит чертежом для всей базы данных.

Почему нормализация является залогом здоровья базы данных

Представьте таблицу, в которой для каждого проданного билета хранится не только номер рейса, но и полное ФИО водителя, его телефон и марка автобуса. Если у водителя сменится номер телефона, вам придется обновить его во всех записях о билетах, связанных с его рейсами. Это и есть избыточность данных, которая порождает аномалии обновления, вставки и удаления информации. Нормализация — это формальный процесс устранения таких проблем.

Процесс обычно включает приведение таблиц к нескольким нормальным формам:

1. Первая нормальная форма (1НФ): Требует, чтобы все атрибуты таблицы были атомарными, то есть неделимыми. В ячейке не может быть списка значений.
2. Вторая нормальная форма (2НФ): Таблица должна быть в 1НФ, и все неключевые атрибуты должны полностью зависеть от всего составного первичного ключа.
3. Третья нормальная форма (3НФ): Таблица должна быть в 2НФ, и в ней не должно быть транзитивных зависимостей (когда неключевой атрибут зависит от другого неключевого атрибута).

На практике это означает разделение одной большой таблицы на несколько меньших, но логически связанных. Например, вместо таблицы (Код_рейса, Дата, ФИО_водителя, Телефон_водителя) мы создаем две: «Рейсы» (Код_рейса, Дата, Код_водителя) и «Водители» (Код_водителя, ФИО, Телефон). Это гарантирует, что данные о водителе хранятся в одном месте, что делает систему надежной и простой в обслуживании.

Проектирование физической структуры таблиц как скелета системы

После того как логическая структура определена и нормализована, мы переходим к физическому проектированию — детальному описанию каждой таблицы и ее полей. Здесь мы определяем типы данных для каждого атрибута и назначаем первичные ключи.

Таблица «Маршрут» (Routes)

• Код_маршрута: Счетчик (PK)
• Пункт_отправления: Text
• Пункт_назначения: Text
• Промежуточные_пункты: Text
• Время_в_пути: Number (в минутах)
• Расстояние: Number (в км)

Таблица «Рейс» (Trips)

• Код_рейса: Счетчик (PK)
• Код_маршрута: Number (FK)
• Код_автобуса: Number (FK)
• Код_водителя: Number (FK)
• Дата_отправления: Date/Time
• Время_отправления: Date/Time
• Статус_рейса: Text (например, «По расписанию», «Отменен»)

Таблица «Автобус» (Buses)

• Код_автобуса: Счетчик (PK)
• Марка: Text
• Модель: Text
• Государственный_номер: Text (UNIQUE)
• Вместительность: Number

Таблица «Водитель» (Drivers)

• Код_водителя: Счетчик (PK)
• ФИО: Text
• Паспортные_данные: Text
• Стаж_работы: Number (в годах)
• Рабочий_телефон: Text

Таблица «Билет» (Tickets)

• Код_билета: Счетчик (PK)
• Код_рейса: Number (FK)
• Код_пассажира: Number (FK)
• Место_в_автобусе: Number
• Дата_покупки: Date/Time
• Стоимость: Number (REAL)

Установка связей между таблицами для создания единого целого

Отдельные таблицы — это лишь хранилища данных. В единую и мощную систему их превращают реляционные связи. Механизм этих связей реализуется через внешние ключи (Foreign Keys). Внешний ключ — это поле в одной таблице, которое ссылается на первичный ключ в другой таблице. Это обеспечивает ссылочную целостность: например, нельзя добавить в таблицу «Рейс» несуществующий код водителя.

В нашей базе данных ключевые связи строятся вокруг таблицы «Рейс», которая выступает в роли центрального связующего звена:

• Поле Код_маршрута в таблице «Рейс» ссылается на первичный ключ в таблице «Маршрут». Это позволяет для каждого рейса точно знать его направление и длительность.
• Поле Код_водителя в таблице «Рейс» ссылается на первичный ключ в таблице «Водитель», привязывая к рейсу конкретного исполнителя.
• Аналогично, поле Код_автобуса в «Рейс» ссылается на ключ в таблице «Автобус».
• Таблица «Билет», в свою очередь, через поле Код_рейса неразрывно связана с конкретным рейсом, что позволяет отслеживать продажи и занятость мест.

Именно эта паутина связей позволяет выполнять сложные запросы и собирать информацию из разных частей системы в единый, осмысленный результат.

Как наша структура данных порождает выходные документы

Практическая ценность спроектированной базы данных заключается в ее способности генерировать необходимые выходные документы. Это доказывает, что наша структура работает. Рассмотрим, как формируются два ключевых документа.

Формирование «Билета»

Когда кассир печатает билет, система выполняет сложный запрос, объединяя данные из нескольких таблиц. Чтобы собрать полную информацию для одного билета, необходимо:

1. Найти запись в таблице «Билет» по его уникальному коду.
2. Используя Код_рейса из этой записи, получить данные о времени отправления из таблицы «Рейс».
3. Из таблицы «Рейс» взять Код_маршрута и обратиться к таблице «Маршрут», чтобы получить названия пунктов отправления и назначения.
4. По Коду_пассажира из «Билета» получить его ФИО из таблицы «Пассажир».

Таким образом, разрозненные данные собираются в единый документ, содержащий всю необходимую для пассажира информацию.

Генерация «Расписания рейсов»

Для вывода расписания на определенную дату система обращается к таблице «Рейс» и фильтрует все записи по полю Дата_отправления. Однако простого списка кодов маршрутов недостаточно. Поэтому система выполняет операцию `JOIN` с таблицей «Маршрут», чтобы подставить вместо идентификаторов понятные названия начальных и конечных пунктов. Этот процесс позволяет мгновенно формировать актуальные сведения о рейсах и наличии свободных мест.

Заключение, или что мы построили в итоге

Мы прошли полный цикл проектирования реляционной базы данных для информационной системы «Автовокзал». Начав с анализа предметной области и постановки задачи, мы перешли к созданию инфологической модели в виде ER-диаграммы, которая позволила нам увидеть всю систему целиком. Затем, с помощью принципов нормализации, мы оптимизировали логическую структуру, чтобы обеспечить целостность и непротиворечивость данных. Финальным шагом стала разработка физической структуры таблиц и установка между ними реляционных связей.

В результате была спроектирована надежная и логически стройная структура базы данных. Она полностью отвечает поставленным задачам по автоматизации учета рейсов, продажи билетов и управления персоналом, являясь прочным фундаментом для дальнейшей разработки полнофункционального программного обеспечения.