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基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 摘要 随着海洋科学的快速发展，海洋信息资源的地位越来越高，如何保证信息之 间的共享和流动也成为了当前研究的重点。海洋信息学科众多，种类复杂，尤其 是各个研究机构并没有统一的数据存储交换格式，这对海洋科学的可持续发展带 来了困难。为解决这一难题，我们针对海洋信息的特点和研究现状，利用x m l 来表达海洋信息的元数据信息，形成了一套可供海洋信息交换与集成应用的元数 据标准。 本文首先基于现有的各学科领域的元数据标准，讲述了元数据的基本理论， 讨论了在海洋领域建立统一元数据标准的必要性。元数据是关于数据内容、质量、 条件和其它特征的数据，其基本功能是对数据的描述。它帮助用户了解数据来源 和质量水平，可据以判断数据的可信度和适用范围，为用户查询、检索数据提供 便捷的途径。 分析海洋信息独有的特性，详细了解了当前国际上广泛使用的几种海洋元数 据标准，结合我国海洋信息研究现状，提出了基于x m l 技术来制定海洋元数据标 准。根据需求分析结果和海洋行业相关标准，对海洋信息进行整体分类并编码， 为海洋领域元数据标准的建立打下基础。 关于元数据方案制定的方法论研究，国内提到的并不多。本文基于国际上通 用的设计原则，针对海洋信息的特殊性，设计了一套适合可行的元数据方案。该 方案在对资源对象分析的基础上，本着利用现有的研究资源，利用这些来自于其 他标准元数据方案中的各个标准“砖块 ，搭建了自己的元数据标准。 在上述研究工作基础上，定义了元数据元素类型、属性以及命名规则，将海 洋信息元数据分为文件状态信息元数据标准、数据库状态信息元数据标准和计算 机服务元数据标准，并给出了x m ls c h e m a 定义，讨论了如何在该标准基础上进 行扩展和应用。 最后，为了保证对海洋信息元数据标准的正确实施，使遵照标准的应用之间 达到最大程度的互操作，我们开发了海洋元数据标准测试软件，设计了一致性测 试模型和测试内容。 关键词：海洋信息；元数据；x m l ；u m l 建模；一致性测试 s t u d ya n d im pie m e n t a tio no fm a rin oln f o r m a tio n m e t a d a t as t a n d a r db a s e do nx m l a b s t r a c t w it ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm a r i n es c i e n c e ，t h es t a t u so fm a r i n e i n f o r m a t i o ni n c r e a s i n g h o wt oe n s u r et h es h a r i n go fi n f o r m a t i o nh a sa l s o b e c o m et h ef o c u so ft h ec u r r e n t s t u d y m a r i n ei n f o r m a t i o nh a sm a n y d i s c i p li n e s ，a n dc o m p l e xt y p e s ，i np a r t i c u l a rt h ev a r i o u sr e s e a r c h i n s t i t u t i o n sd o e sn o th a v eau n i f i e ds t a n d a r df o rd a t ae x c h a n g ea n d s t o r a g e ，w h i c hh a sb r o u g h td i f f i c u l t i e st ot h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o fm a r i n es c i e n c e t os o l v et h i s p r o b l e m ， w ef o c u s e d o nt h e c h a r a c t e r i s t i c sa n ds t a t u so fm a r i n ei n f o r m a t i o n ，u s i n gx m lt oe x p r e s s m e t a d a t ao fm a r i n ei n f o r m a t i o n ：w ec o n s t r u c tt h em a r i n ei n f o r m a t i o n m e t a d a t as t a n d a r df o rd a t ae x c h a n g ea n ds t o r a g e i nt h i sp a p e r ，i ta n a l y z e st h eb a s i ct h e o r yo fm e t a d a t ab a s e do nt h e e x i s t i n gf i e l d so ft h em e t a d a t as t a n d a r d i ti sn e c e s s a r yt oe s t a b li s h au n i f i e dm e t a d a t as t a n d a r d m e t a d a t ai sd a t aa b o u tt h ec o n t e n t ，q u a l i t y ， c o n d i t i o na n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c so fd a t a i t sb a s i cf u n c t i o ni st o d e s c r i b ed a t a i th e l p su s e r st ou n d e r s t a n dt h el e v e la n dq u a li t yo fd a t a s o u r c e s ，t oj u d g et h ec r e d i b i l i t ya n d t h es c o p eo fa p p l i c a t i o n i t p r o v i d e st h ec o n v e n i e n tw a yf o rt h eu s e rq u e r ya n dd a t ar e t r i e v e t h i sp a p e ra n a l y z e st h eu n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so f m a r i n ei n f o r m a t i o n ， a n d t h ec u r r e n ti n t e r n a t i o n a lm a r i n em e t a d a t as t a n d a r d i n l i g h to f c h i n a sm a r i n ei n f o r m a t i o n ，i tp r e s e n t st h em e t h o dt od e v e l o pm a r i n e m e t a d a t a s t a n d a r db a s e do nx m l a f t e ra n a l y z i n gt h er e q u e s ta n dt h e r e l a t e ds t a n d a r d ，t h em a r i n ei n f o r m a t i o ni sc l a s s i f i e da n de n c o d e d t i sm e r e l ym e n t i o n e do nt h em e t h o d o l o g yo ft h ee s t a b l i s h i n gm e t a d a t a s o l u t i o n a c c o r d i n gt ot h es p e c i a l t yo fm a r i n ei n f o r m a t i o n ，t h ep a p e r d e s i g n saf e a s i b l e m e t a d a t as o l u t i o nb a s e do nt h ei n t e r n a t i o n a l i i p r i n c i p l e s b yu s i n gt h ee x i s t i n gs t a n d a r d s ，i ti n t e g r a t e st h ev a r i o u s s t a n d a r d s ”b r i c k s ”i nt h e s es t a n d a r d sa n db u i i d so u r o w nm e t a d a t as t a n d a r d b a s e do nt h ea n a l y siso fs t a n d a r d sr e s e a r c h b a s e do nt h ea b o v e m e n tio n e ds t u d y ，t h ep a p e rd e f in e st h em e t a d a t a t y p e so fe l e m e n t s ，a t t r i b u t e sa n dn a m i n gr u l e sa n dd i v i d e st h em a r i n e i n f o r m a t i o nm e t a d a t ai n t of i l es t a t u si n f o r m a t i o nm e t a d a t as t a n d a r d ，t h e d a t a b a s em e t a d a t as t a n d a r ds t a t u si n f o r m a t i o na n dc o m p u t e rs e r v i c e s m e t a d a t as t a n d a r di ta l s og i v e st h ex m ls c h e m ad e f i n i t i o na n dd i s c u s s e s h o wt oe x p a n da n da p p l yo u rs t a n d a r d s f i n a l l y ， i no r d e rt oe n s u r et h ec o r r e c ti m p l e m e n t a t i o no ft h em a r i n e m e t a d a t ai n f o r m a t i o ns t a n d a r d sa n dc o m p l yw i t ho t h e ra p p l i c a t i o n sw i t h t h eg r e a t e s td e g r e e so fi n t e r o p e r a b i l i t y ，w eh a v ed e v e l o p e dat e s t i n g s o f t w a r ef o rt h em a r i n em e t a d a t as t a n d a r d ，d e s i g n e dc o n f o r m a n c et e s t i n g m o d e la n dt e s t i n gc o n t e n t k e y w o r d s ：m a rir e in f o r m a tio n ：m e t a d a t a ：x m l ：u m l ：c o n f o r m a n c et e s tin g i i i 独创声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ! 洼；麴逡直基丝噩塞挂型座明的：奎拦卫窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弓萨 日期：j 矿o g 年艿月拥 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 警一躲匆占# 签字日期：如口蛑歹月日 聊掉酃甚k 签字日期： 年月日 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 0 前言 海洋元数据库建设是“数字海洋 项目建设内容中最基础的部分。开展国家 级元数据库建设，为信息共享、数据仓库建设和网络导航服务提供基础条件。具 体工作内容包括研制元数据操作工具和建设元数据库实体。 其中元数据库是对元数据的管理、查询和检索等功能的综合体现，是在海洋 信息元数据收集处理、分析概括和提取的基础上依据元数据的标准建设的。根据 元数据的标准，建设近海海洋信息元数据库。建立符合元数据x m ls c h e m a 的元 数据x m l 文档，以描述、管理、查询和检索近海海洋数据库群。海洋信息元数 据主要包括数据种类、调查单位、调查时间、调查地点、调查方法、资料量、资 料质量、存储方式、存放地点、共享方式等信息。 综上，建立海洋信息元数据标准是建立海洋元数据库的基础，同时也是“数 字海洋 项目建设的根基。 元数据通常被简单定义为“描述资料的资料，也就是对于现有的海洋数据， 另外撰写一份文件，以说明该海洋数据的不同特性。元数据的正确建置对于生产 单位的管理、网络的数据查询及使用者对于数据信息的正确解读有显着的成效。 为建立质量一致及内容完整的元数据，普遍的作法是制订元数据标准( m e t a d a t a s t a n d a r d ) ，其中包括依规划角色而设计的各类项目，不但要求资料生产者依特 性填写描述内容，也因此可以依选择项目( 例如空间范围、资料主题) 设计查询 及流通机制。由于在过去几十年的发展过程中，海洋信息几乎均是以“档案”为 基础进行记录，因此几乎所有的元数据标准设计都是以现有的海洋信息档案为描 述对象。在使用这取得海洋信息资料后，还需进一步解读元数据内容，才能正确 使用资料。 传统的元数据描述架构固然可满足数据流通部分需求，但随着资料的累积与 数据搜集技术的提升，海洋信息共享所面对的课题已渐渐转变成为“如何应用大 量海洋信息的挑战”，海洋信息元数据标准的建设也因此备受考验传统的元数据 描述架构固然可满足数据流通部分需求，但随着资料的累积与数据搜集技术的提 升，海洋信息共享所面对的课题已渐渐转变成为“如何应用大量海洋信息的挑 战”，海洋信息元数据标准的建设也因此备受考验。i s 0 1 9 1 1 5 标准提出阶层式的 一一茔茎竺兰塑塑登笪星生垫塑堑堡堕坚壅皇壅垫 _ _ _ - _ - _ _ - - _ _ _ 一一 观点，说明元数据的描述对象包括数据集系列、数据集、要素等三个层级，不同 层级之间存在着继承性关系。若是透过由上而下继承元数据内容的方式处理大量 数据资料，对于降低资料填写数量的帮助可预见将有显着的效果。 通过研究，发现海洋数据的结构与地理信息系统中空间数据的结构相似，空 间数据的属性值相当于海洋数据的要素值；空间数据中空间实体包括有点、线、 面等多种类型，因此，可以借鉴比较成熟的空间数据元数据标准，以此为蓝本形 成海洋信息的元数据标准。制定海洋信息的各层元数据标准中，可以采用三种方 式对元数据进行定义和描述：摘要表示、u m l 图和数据字典。其中以摘要表示的 方式描述元数据时，应采用以下属性来定义和描述元数据元素，包括定义、英文 名称、数据类型、值域、短名、注解( 包括约束条件、最大出现次数等) 。数据 字典通常表现为表格形式，有助于清晰的定义每一个元素、实体、代码表，方便 读取元数据定义和描述信息。u m l 图是通过u m l 图形式描述海洋信息元数据，通 过图形方式准确的表达元数据元素、元数据实体和元数据子集之间的关系，能够 准确的体现对象的个性化。而且最重要的是将元数据内容转换为x m l 编码形式， 最终形成基于x m l 的海洋信息元数据标准。x m l 是独立于系统和计算机平台的， 具有很大的市场前景，是为在w w w 上进行数据交换而设计的。 以下是本项目研究目标和本文的主要研究内容： 表0 - 1 基础标准规范 制定内容完整、协调一致且整体效 益最佳的、结构化的海洋信息标准 海洋信息标准体系表 表，对海洋信息的生产、处理、管 理、应用、服务全过程进行规范。 根据信息内容的属性或特征，将信 基础标准规范息一定的原则和方法进行区分和 海洋信息分类与编码归类，并建立起一定的分类系统和 排列顺序，以便于管理和使用信 息。 文件命名的原则、编号规则及其编 海洋信息文件命名规则 码方法 2 基于x m l 的海洋信息冗数据标准的研究弓实现 本文章节组织如下： 前言综述了选题背景和国内外研究现状，说明了论文的研究内容和创新意 义，并给出了本文的章节组织结构。 第一部分主要对文中所涉及的元数据理论进行了研究，包括对元数据的概 念、分类和作用的介绍，以及对元数据标准的相关术语的分析。指出元数据是资 源描述和组织的有效手段，同时为本文其他章节的展开提供元数据理论支持。 第二部分介绍了本文研究的重心海洋元数据，分析了海洋信息的特点和国 际上广泛使用的几种海洋元数据标准。分析了研究元数据标准所用到的x m l 技 术。 第三部分详细分析了所研究海洋信息的分类，并对其进行编码，这是研究海 洋元数据标准的基础。 第四部分提出了建立海洋元数据标准的解决方案，是本文重点。从通用和具 体设计原则入手，详细分析了元数据标准设计流程。为具体实现打下基础。 7 第五部分是分析了本课题的研究成果，是研究方案的具体实现。通过研究成 果可以验证前面的理论研究是否符合规范。 第六部分针对元数据标准的具体应用，设计了一致性测试模型和详细方案， 并开发了测试软件。 第七部分论述了该标准的应用前景和后续工作。 从以上论文组织结构上可以看出，本文的主线就是在对元数据的基础理论的 论述和对国内外元数据项目调研的基础上，总结了目前现存的元数据应用的各种 方法论，并根据海洋信息的特点，提出了自己的一套方法论来实现海洋元数据标 准的制定，这也是本文的创新之处。 基于x m l 的海洋信息冗数据标准的研究与实现 1 元数据理论 元数据是一种可以提供独一无二的发现信息资源的高质量服务机制。元数据 和信息资源对象的关系在于元数据能够提供一种潜力，这种潜力能够提高快速发 现资源的能力，允许对非原文对象的索引以及访问资源的可替代内容。 1 1 元数据定义 元数据的英文原文为“m e t a d a t a ”，其英语含义是“s t r u c t u r e dd a t aa b o u t d a t a ”，“d a t aw h i c hd e s c r i b e sa t t r i b u t e so fr e s o u r c e ”或“i n f o r m a t i o na b o u t d a t a ”乜1 。元数据作为一个概念提出的时间并不长，但是元数据本身并不是一 个新事物，它在一定程度上类似于图书馆的数目信息。自从有对人类所产生的信 息与知识进行分析、分类与管理之日起，元数据就扮演了一个重要的角色。传统 的检索工具，像目录卡片、案卷目录、案卷封面、分类表等都属于元数据的范畴， 图书的版权说明、磁盘的标签等也都是元数据。元数据这一概念起源于计算机科 学，由m y e r s 在1 9 6 0 年提出，当时是指能够有效描述资料的方式，后来面对电 子信息所特有的分散式、变动性与多元性，元数据再度引起了更广泛的关注，而 元数据研究的重点还是网络环境下数据的描述与数据的管理问题。 长期以来，由于元数据本身较强的实践性，元数据这个概念的定义很繁杂， 学术界对于元数据的定义一直争论不休。比较具有代表性的几种定义口1 有： ( 1 ) 元数据是关于数据的结构化的数据。这个概念突出了元数据的结构化特 征，从而使元数据作为信息组织的方式同全文索引有所区分。 ( 2 ) 元数据是与对象相关的数据，此数据使其潜在的用户不必预先具备对这 些对象的存在或特征的完整认识，它支持各种操作，用户可能是程序，也可能是 人 ( 3 ) 元数据是对信息包裹的编码描述( 如都柏林核心记录、g i l s 记录等) ，元 数据之目的在于提供一个中间级别的描述，使得人们据此就可以做出选择，确定 孰为其想要浏览或检索的信息包，而无需检索大量不相关 4 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 1 2 元数据作用 从一些科学研究报告中，都会提到m e t a d a t a 对资料的重要性。从 s u t h e r l a n d ( 1 9 9 6 ) “3 所述的生态学家常犯的二十个错误中两点：( 1 ) 没有留下可 作将来再使用这笔资料的信息；( 2 ) 没有提供有关取样方式的精确资料。这两点 便是提醒需妥善建立资料的m e t a d a t a 与管理工作。 图i - i 是在说明研究的资料在发表后，原始资料要进入下一阶段进行整合 时，m e t a d a t a 扮演了验证资料内容的角色，而c u s h i n ge t a 1 ( 2 0 0 3 ) 1 在该篇 文章中也提到了研究资料的验证是目前整合的瓶颈。要突破的方式就是用良好的 m e t a d a t a 来描述资料。 在m i c h e n e re t a 1 ( 1 9 9 7 ) 1 的文章中提到，我们要投资大量的时间与精力 在发展m e t a d a t a 的最重要理由是“人的的记忆是短暂的“。假如资料需要经过 处理来使用，适当的m e t a d a t a 便是必要的。它可以让原始资料r 后还可以再经 过不同处理来使用。科学家们虽然已经体认到信息保存的重要，但他们往往只将 重点放在保存他们分析解释过后的出版品上。但是资料的内涵会随着时间在流逝 ( 图1 - 2 ) ，因此，一个短期的研究能否在日后继续发挥它的价值，良好的 m e t a d a t a 是重要的关键。 管互警窆】涩! 鱼翟 鱼鎏 鱼鎏 簋掣 s t u 咖 r e i dd a t ad a t a d a t a5 h a d n gl o u m a ! d a t ad a t a d e s i g n w o r k e n t r ya n da n a i y s i s w i t h i ng r o u p p u b a r c h i v e m i n i n g v e d f i ：a t i o n l = t 阜姑 v a l i d a t ed a t aa g a i n s tm e t a d a t a c a p t u r ed a t ad b i = l 耖i n - f i e i d ；e n t e ro n s i t ei n t od a t a b a s e u s er e s e a r c hr e f e r e n c et o o l ；d e s i g np r e l i m i n a r yd a t a b a s e r e d e s i g nd a t a b a s ef o rs e m a n t i ci n t e g r a t i o n v a l i d a t ed a ma g a i n s tm p f l j ；a e 口 u s ep r e d e f i n e dq u e r i e sa c r o s sc o m m o n n a m e s , t y p e s ，c o d e s v i s u a l i z ec r o s s - s t u d yc h a n g e s 图1 - 1 生物学研究周期嘲 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 t i m e 图1 - 2 信息生命周期 图中表达的是信息内容随着时间流逝的例子。虚线处表达的是意外或者储存 技术的改变，可能会使我们无法使用原始资料与m e t a d a t a 。 d a t ep m d u o t d a t a t 融峭暇羽孙蜘 图卜3 数据资料产生与应用的流程盯1 b o s e ( 2 0 0 2 ) 口1 认为科学研究除了论文结果的公布外，在数据集的传播和交换 上同样非常重要。该文中亦提到对于数据的起源和随后处理的历史也是科学资料 6 彤_俦芍毋_暑口c毋_口mo-o-c-cod co譬用e10lu 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 管理时所要重视的。图1 - 3 便是在说明资料可以经由不同的方式应用后，产生新 的资料继续被使用下去。 归纳以上问题，可以发现m e t a d a t a 元数据主要有下列几个方面的作用： ( 1 ) 用来组织和管理信息，并挖掘信息资源。通过它可以在广域网或因特网 上准确地识别、定位和访问信息。 ( 2 ) 帮助数据使用者查询所需信息。 ( 3 ) 组织和维护一个机构对数据的投资。 ( 4 ) 用来建立信息的数据目录和数据交换中心。通过数据目录和数据交换中 心等提供的元数据内容，用户可以共享信息、维护数据结果，以及对它们进行优 化等。 ( 5 ) 提供数据转换方面的信息。使用户在获取信息的同时便可以得到与之相 关的元数据信息。通过元数据，人们可以接受并理解信息，与自己的信息集成在 一起，进行不同方面的科学分析和决策。 1 3 元数据标准相关术语 ( 1 ) 元数据标准，即如何描述某些特定类型资料的规则集合，一般会包括 语义层次上的一个著录规则和语法层次上的规定。语法层次上的规定有：描述所 使用的元语言，文档类型定义使用什么语法，具有内容的元数据格式及其描述方 法。元数据标准是从数据集抽取元数据时为正确使用这些数据集而应遵循的标 准，是数据共享的前提和提高数据共享应用系统综合效益的基础，因而建立行业 性的元数据标准非常必要。 ( 2 ) 元数据性质，可定义为以下三种：必选元数据的核心内容，适用 于各种被描述对象，是元数据文件必须包含的子集、实体和元素；一定条件下必 选针对不同的被描述对象特征，当满足一定条件时，元数据文件所必须提供 的子集、实体和元素；可选该子集、实体和元素是可选的，由用户决定是否 将其包含在元数据文件中。 ( 3 ) 元数据特征，为明确说明元数据每一个实体、元素，标准定义元数据 的特征采用9 个属性来描述。 ( 4 ) 置标语言：标准通用置标语言是一种通用的文档结构描述置标语言，为 7 綦于x m l 的海洋信息元数据标准的研究吁实现 语法置标提供了异常强大的工具，同时具有极好的扩展性，因此在数据分类和索 引中非常有用。利用置标语言( 例如h t m l x m l r d f x m l s r d f s 0 w l 等) 将元数 据方案形式化，提供机器处理的规范表达，就是元数据置标。 ( 5 ) x m l ：x m l 是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 的缩写。扩展标记语言x m l 是一种简单的数据存储语言，使用一系列简单的标记描述数据，而这些标记可以 用方便的方式建立，虽然x m l 占用的空间比二进制数据要占用更多的空间，但 x m l 极其简单易于掌握和使用。它由s g m l 简化而来，是许多置标语言( 例如 x m l s r d f r d f s o w l 等) 的元语言。 ( 6 ) r d f ：r d f 是r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k 的缩写，即资源描述框架。 一个r d f 文件包含多个资源描述，而一个资源描述是由多个语句构成，一个语句 是由资源、属性类型、属性值构成的三元体，表示资源具有的一个属性。资源描 述中的语句可以对应于自然语言的语句，资源对应于自然语言中的主语，属性类 型对应于谓语，属性值对应于宾语。由于自然语言的语句可以是被动句，因此前 面的简单对应仅仅是一个概念上的类比。 ( 7 ) 本体( o n t o l o g y ) ：本体是关于共享的概念模型的协议。共享的概念模型 包括进行领域知识建模的概念框架、互操作的a g e n t 之间进行交流的内容明确协 议、以及表达特定领域理论的协定。在知识共享的上下文环境中，本体特指表达 性词汇表的定义的形式。一个非常简单的例子就是分类的层次结构，指明了类和 它们之间的包含关系。关系数据库模式的作用也和本体一样，它指定了某些共享 数据库之间可以存在的关系以及必须保持的完整性约束。 ( 8 ) 数据元( d a t ae l e m e n t ) ：用一组属性描述其定义、标识、表示和允许值 的数据单元，在一定语境下，通常用于构建一个语义工f 确、独立且无歧义的特定 概念语义的信息单元。它建立在对信息进行科学分类，并揭示数据对象内在规律 的基础上，按照一定规则实行结构化的基本数据单元。它彻底地解决数据的属性 冲突，实现不同系统之间的数据集成和信息共享。只有在对数据元分析的基础上 产生的数据标准，才具有科学性、系统性和规范性。 ( 9 ) u m l ( u n if i e dm o d e li n gl a n g u a g e ) ：称统一建模语言或标准建模语言， 是始于1 9 9 7 年一个o m g 标准，它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语 言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格， 基于x m l 的海洋信息冗数据标准的研究与实现 到构造和配置。 1 4 相关元数据标准 目前，海洋信息没有统一的、被业界所公认的海洋数据的元数据标准。元数 据标准的建立是数据标准化的前提和保证，只有建立起规范的海洋信息元数据标 准，才能使用户有效地使用海洋信息中的数据。通过研究，发现海洋数据的结构 与地理信息系统中空间数据的结构相似，空间数据的属性值相当于海洋数据的要 素值；空间数据中空间实体包括有点、线、面等多种类型，因此，可以借鉴比较 成熟的空间数据元数据标准，以此为蓝本形成海洋信息的元数据标准。 1 4 1m e d i 海洋环境数据目录 m e d i ( m a r i n ee n v i r o n m e n t a ld a t ai n v e n t o r y ) 随1 ，是i o d e ( 国际海洋资料 和信息交换) 资料交换系统采用的元数据格式。m e d i 是在l o d e 直接指导下开发 的，与n a s a ( 美国宇航中心) 的g c m d ( g l o b a lc h a n g em a s t e rd i r e c t o r y ) 一 致，并与i s o1 9 11 5 相适应。m e d i 使用目录交换格式( d i r e c t o r yi n t e r c h a n g e f o r m a t ) ，描述对象是数据集，共包括3 3 项，其中目录标识、目录名称、参数、 数据中心以及数据集概要描述是必须提供的，其他都是可选项。具体内容如表 1 一】。 表卜lm e d i 元数据内容 目录标识时间范围 访问限制相关u r l 地址 目录标题名称地质气候日期使用限制父目录标识 数据集引用信息空间范围数据集语言 综合数据网结点 人员信息数据集进展源数据中心目录建立日期 学科 数据集覆盖地区数据中心最近修改日期 参数数据分辨率发行信息修改记录 传感器名计划 多媒体样本下一次修改f 1 期 关键字质量 参考 数据来源摘要 在m e d i 提供的元数据项中，有些虽然是可选项，但需要提供内容的要求比 9 基于x m l 的海洋信息e 数据标准的研究勺实现 较高，覆盖面广而细。 1 4 2o d a s 海洋数据获取系统 o d a s ( o c e a nd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ) 元数据是由c m m ( c o m m i s s i o no f m a r i n em e t e o r o l o g y ，海洋气候学小组) 为了建立数据获取系统( 包括系泊浮标、 漂流浮标、海上平台等) 综合元数据库而开发的，并由d b c p ( d a t ab u o y c o - o p e r a t i o np a n e l ， 数据浮标协作小组) 进行了广泛的审查，在该小组第八 次会议上最终通过。该元数据用于气候档案库对已有的o d a s 观测数据进行充分 而准确地解读，以支持全球气候研究以及广泛的海洋气候应用。因此o d a s 元数 据主要是针对海洋数据获取系统开发的，以观测平台为描述对象，并侧重于观测 平台的特征和一些技术参数。其内容从结构上分为标题信息和数据描述信息两大 类。 标题信息是对整个观测平台的描述，在一个元数据实体( 非o d a s 元数据中 的概念) 中是唯一的。o d a s 标题说明信息包括2 7 个要素，总结归纳为观测平台 类型、平台标识、运行时间、平台所在位置、平台的外观特征、浮标的类型、国 家和机构信息、元数据更新r 期、资料传输信息和w e b 地址等1 0 个方面。其中 有关平台外观特征的描述涉及了多个信息项，包括平台外部形状、监测范围、平 台的长度、平台的宽度、圆盘型浮体的直径和平台图像；资料传输信息中提供卫 星接收系统代码、传输时间( 定时或时间间隔) 、资料观测频率、资料传输格式。 在标题说明信息的描述中，提供了明确的平台类型和浮标的类型( 外观) ，为元 数据的制作提供选择。w e b 地址为用户获取更多的信息提供了导航。 数据描述信息实际上是传感器信息，是对观测平台上不同测量参数所用的传 感器特征的描述。数据描述信息主要是指获取数据的传感器信息以及周围环境信 息，包括观测仪器( 传感器) 类型、传感器的位置及具体参数、传感器技术参数 以及使用情况等。数据描述信息根据不同的数据类型分别描述，是以传感器为描 述对象，每种传感器形成独立的元数据格式，不同观测要素的元数据具体内容有 所区别。在o d a s 现有元数据内容中描述了包括风速、气温、水温、气压、相对 湿度、降水量、辐射、海流、波和水平能见度等1 0 个参数的元数据格式，如果 观测系统中增加观测要素，则可以增加该要素的元数据内容和描述要求。大部分 l o 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 测量要素的主要描述信息有：传感器类型、机型、位置、到平台前部或前端的距 离、到中心线或平台中心的距离、水界下深度、测量范围和精度、采样频率、采 样平均周期、校准日期、安装同期和服务时间等。 1 4 3e d i o s 欧洲海洋观测系统数据目录 e d i o s ( e u r o p e a nd i r e c t o r yo ft h ei n i t i a lo c e a n o b s e r v i n gs y s t e m ) 是在欧洲海洋观测、测量和监测系统中投入运行的元数据，以描述原始资料为主， 侧重对观测方法、观测内容和使用仪器的精度相关信息的描述，包括a 和b 两大 部分。 一其中a 部分主要包括观测平台、地理位置、仪器、调查参数、观测计划信息 和质量管理体系六个方面。其中前五项的主要内容见表卜2 。而质量管理体系中 要求提供的信息，由相关责任机构是否具有质量管理体系的情况来决定。如果该 机构有质量管理体系，提供认证证书。如果没有质量管理体系，则提供采用的质 量保证过程或附加相关文档，主要包括传感器校正频率、校准时机( 观测前还是 观测后) 、校准单位( 制造商或数据生产单位) 、校准精度、是否互相校正等传感 器相关信息以及对获取的资料是否进行标准的质量控制过程( 删除尖锋、气候学 比较等) 和其他质量控制，如一致性检验、时间和日期的有效性检验等。 b 部分是有关数据的联系信息，有负责机构、实时数据管理中心和数据归档 中心的联系信息。主要条目有详细的通讯地址( 邮政编码、国家，城市、区、街 道等) 、电话、传真、邮箱、网站、联系人、w e b 地址等。 表i - 2e d i o s 元数据的a 部分的主要内容 观测平台地理位置仪器信息参数信息 观测计划 标识符经纬度标识参数标识 计划名称 类型位置类型类型参数名 描述信息 操作者垂直范围制造厂商精度实施状态 责任国家海底深度范围型号实时延时数据数据访问限制 开始日期生产日期采样频率访问条款 地理坐标参考系 描述信息 相关访问的网站 水深基准面技术特征 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 相关信息 附加设备 1 4 4a r g o 浮标元数据 a r g o 浮标元数据内容由全球a r g o 计划a r g o 资料管理统一确定，目前版本为 2 0 1 版。是以a r g o 浮标为描述对象，即一个a r g o 浮标将产生一条元数据信息， 其内容约有4 0 多项，概括起来如表1 - 3 。 表1 - 3a r g o 浮标元数据主要内容 一般信息投放信息参数设置传感器信息 浮标号项目名称循环周期数测量参数 传输号数据中心每一个循环所用时间传感器制造商 传输系统主要调查人驻停时间传感器型号 系统标识投放异常信息下降花费时间 序列号 传输频率投放同期上升花费时i 司精度单位 重复时间纬度，经度表面漂流时间精确度 定位系统地理位置质量控制符驻停压力分辨率 时钟漂移首次下沉时间上升最大压力校正参数 浮标型号时汩j 质量控制符下降最大压力校正方程 浮标制造商浮标制造商校正注释 序列号投放仪器标识 测黾方向校币仪器标识 1 4 5c s d g m 美国于1 9 9 0 年成立联邦地理数据委员会( f e d e r a lg e o g r a p h i cd a t a c o m m i t t e e 简称f g d c ) ，由来自1 6 个单位的1 7 位专家组成。联邦地理数据委 员会负责协调国家空间数据基础设施( n a t i o n a ls p a t i a ld a t ai n f r a s t r u c t u r e ， n s d i ) 的发展，其任务是制订政策、标准来促进在政府、科研机构、私人团体之 间的合作，以制作、共享地理数据。该委员会下设的标准化工作组经过两年的努 1 2 基于x m l 的海洋信息元数据标准的研究与实现 力，起草了地理空间数据元数据内容标准( c s d g m ) 草案，并于1 9 9 4 年8 月通 过并发布了第一版c s d g m 。 f g d c 地理空间元数据内容标准的目的是确定一个描述数字地理空间数据的 术语及其定义集合，包括需要的数据元素、复合元素( 一组数据元素) 以及它们 的定义和域值，以及描述数字地理空间数据集的元数据信息内容。f g d c 是按照 段( s e c ti o n ) 、复合元素( c o m p o u n de l e m e n t ) 、数据元素( d a t ae l e m e n t ) 来组织记录的，包括7 个主要子集和3 个辅助子集，共有4 6 0 个元数据实体 ( 含复合元素) 和元素。f g d c 规定了三种性质的子集、复合元素和元素。这三 种性质是：必需的，即必需提供的信息；一定条件下必需的，即如果正在建立的 元数据包含某子集、某个实体，或某个元素说明的特征，则必需提供的信息；可 选的，即该信息是可选的，由用户决定是否将其包含在元数据文件中。f g d c 元 数据标准没有规定记录语法格式或编码规则。因此即使元数据符合标准，记录看 起来也可能是不一样的。 1 4 6i s o1 9 1 1 5 “国际标准i s o1 9 1 1 5 ”西1 由国际标准化组织技术委员会i s o t c2 1 1 ，地 理信息地球数学( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n g e o m e t r i c s ) 提供。其目标是提供 一种描述数字地理数据的结构，目标用户包括信息系统分析师、程序规划师、地 理信息系统开发人员以及其他需要理解地理信息标准化的基本原则和总体要求 的相关人员。该标准定义了地理信息元数据元素，提供了一个元数据方案 ( s c h e m a ) ，并建立了一套公共的元数据术语、定义和扩展程序。 i s o1 9 1 1 5 在很大程度上是以c s d g m 的结构和元素为基础。例如，在结构 上，也是以s e c t i o n 、c o m p o u n de l e m e n t 、e l e m e n t 为基本构建单位，分别形成 u m l 模型中的p a c k a g e 、e n t i t y 和a t t r i b u t e ；在扩展机制上，也规定了与 c s d g m 类似的元数据扩展规则。但是，i s o1 9 1 1 5 完全是以另一种形式来展现标 准中的实体、元素及其定义，以及各个实体之间的关系的。 = d 龆f h 爿a 帕垮l 酬i - ：幽嘲删哥h 瞬眦咿旧一哪 _ d 曲r 图1 - 4i s 0 1 9 1 1 5 实体类u m l 关系图 图卜4 是i s 0 1 9 1 1 5 主类u m l 关系图，它完全采用了u m l 的模型元素来描述 和