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海洋信息交换集成协议的研究与实现 摘要 由于我国对以往获取的海洋资料管理缺乏行之有效的运行机制和管理措 施，以至海洋基础信息比较缺乏完整性和系统性。同时，我国海洋资料更新缓 慢，信息平台建设的关键技术研究落后，严重影响着海洋资料和信息的使用与 共享只有进行多学科，多层次的海洋基础数据信息资源共享平台的建设，才 能使海洋基础数据具有完整性、准确性、及时性和实用性，大幅度提高信息更 新维护水平；才能保证海洋基础信息交流渠道的畅通，实现资料丰富积累；才 能有利于海洋信息的可视化开发，最终实现网络共享，为实现我国海洋科技和 教育发展的跨越奠定基础。 海洋信息交换集成系统就是为解决海洋数据共享问题而设计的，整个系统 包括中心服务器和各个分服务器组成。当用户向中心服务器发出查询请求后， 中心服务器和各分系统之间根据海洋信息交换集成协议，以x m l 的方式进行数 据的查询和汇总，最后由中心服务器将数据返回给用户，从而实现各海洋数据 平台之间数据的交换集成。 整个系统的核心部分就是海洋信息交换集成协议，中心服务器和各个应用分 系统都用不同的方式实现了这个协议。这个协议规范了元数据发布器检索元数据 信息的过程、方式，以及参数和接口的定义，但是不对应用系统的内部实现进行 限制。海洋信息交换集成协议是基于h t t p ，请求和响应消息采用x m l 编码，是对 z 3 9 5 0 规范的具体实现协议。在本文中，我们用x m l 的方式重新定义了z 3 9 5 0 协议，即用x m l 规范了初始化、检索、提取、结果集删除、扩展服务、解释功能、 访问控制、关闭八个功能。 本文还给出了海洋信息交换集成协议的j a v a 实现，首先，我们根据协议的x m l 定义，绘制出关键组件的u m l 图，然后用j a v a 实现了从x m l 解析至i j j a v a 实例，同时 由j a v a 实例序列化成x m l 文档的方法，解决了x m l 和j a v a 之间的转换。最后，我们 列出了整个协议最核心功能的解决方案：第一，如何初始化连接，第二，由于海 洋信息交换集成协议是基于z 3 9 5 0 协议的，而z 3 9 5 0 协议是有状态的，h t t p 协议 却是无状态的简单的面向连接的协议，针对h t t p 的特殊环境我们给出了保持协议 连接状态的解决方案，第三，如何将d i l 搜索请求转变成关系数据库的s q l 语句， 并执行相应的搜索和提取操作。第四，如何处理多个数据集合并的闯题，第五， 关闭服务。 在文章的最后展示了我们用j a v a 实现的整个系统，实践表明，海洋信息交换 集成协议具有跨平台、松耦合、异步性、可靠性、可扩展性等特点，模型简单， 实现容易，能够有效地解决海洋数据信息应用系统之间的异构数据交换集成闯 题。 关键词：海洋数据交换集成；z 3 9 5 0 ；x m l ；j a v a i i r e s e a r c ha n di m p ii c a t i o no fm a ri r ed a t a e x c h a n g ea n din t e g r a t io n a b s t r a c t b e c a g s eo ft h el a c ko fa ne f f e c t i v ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , o p e r a t i o n a l m e c h a r l i s ma n dm a n a g e m e n tm e a 趴脚i no u tn l a r i n ed a t aa c q u i s i t i o n t h em a r i n e b a s ei si nt h es t a t eo fa l la p p a r e n tl a c ko ft h ei n t e g r i t ya sw e l la ss y s t e m a t i c i n f o r m a t i o n m e a n w h i l e ，c h i n a sm a r i t i m ed a t au p d a t e ss l o w l ya n dt h ek e y t e c h n o l o g yf o rp l a t f o r mc o n s t r u c t i o nf a l l sb e h i n d , w h i c hl e a dt oas e r i o u si m p a c to n t h e = i n ga n ds h a r i n go fd a t aa n di n f o r m a t i o n o n l yw i t hm u l t i d i s c i p l i n a r ya n d m u l t i - l e v e lp l a t f o r mf o rt h es h a r i n go fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa n dm a r i n ed a t a , c a n t h em a r i n ed a t ab eo l lt h eb a s i so fi n t e g r i t y , a c c u r a c y , t i m e l i n e s sa n du s e f u l n e s s ，a n d c a nt h el e v e lo f m a i n t e n a n c ea n du p d a t ei n f o r m a t i o nb eg r e a t l yi n c r e a s e d ，w h i c hw i l l a 瞰撇as m o o t hc h a n n e lf o rt h ee x c h a n g eo fb a s i cm a r i n ei n f o r m a t i o na n dr e a l i z e t h ew e a l t ho fa c c u m u l a t e dd a t a nc 觚b eh e l p f u lf o rt h ev i s u a ld e v e i o p m e n to f m a r i n ei n f o r m a t i o n , t h ee v e n t u a lr e a l i z a t i o no fn e t w o r ks h a r i n g ，a n dl a y sa f o u n d a t i o nf o rc h i n a sm a r i n es c i e n c ea n dt e c h n o l o g ye d u c a t i o nt oa c h i e v eal e a p f o r w a r di nt h ed e v e l o p m e n t t h es y s t e mo f m a r i n ed a t ae x c h a n g ea n di n t e g r a t i o ni sd e s i g n e df o rm a r i n ed a t a s h a r i n g t h ee n t i r es y s t e mi n c l u d e sc e n t r a ls e r v e r sa n da l lo f t h ev a r i o u ss u b - s e r v e r s i n q u i r i e sa r cs e n tt ot h ec e n t r a l s e w e rw h e nu s e r sr e q u e s t c e n t e rs e r v e r sa n d s u b s y s t e m si n q u i r i e sa n dc o l l e c t e dd a t ab a c kt ot h ee n du s e r sf r o mac e n t r a l 鸵1 v e ri n t h ef o r mo f x m l a c c o r d i n g t oo c e a ni n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n di n t e g r a t i o np r o t o c o l ， t h u sr e a l i z m gt h ee x c h a n g eo f d a t ab e t w e e no c e f l nd a t ai n t e g r a t i o np l a t f o r m t h ec o r ec o m p o n e n to f t h ee n t i r es y s t e mi st h em a r i n ei n f o r m a t i o ne x c h a n g e a n di n t e g r a t i o np r o t o c 0 1 c e n t e rs e w e r sa n ds u b s y s t e m st h a ta r eu s e di nv a r i o u s a p p l i c a t i o n sa c h i e v et h i sa g r e e m e n ti nd i f f e r e n tw a y s t h ep r o t o c o ls t a n d a r d i z e s p r o c e s so fm e t a d a t ar e l e a s e sf o rm e t a d a t ai n f o r m a t i o nr e t r i e v a l ，a sw e l la st h e p a r a m e t e r sa n di n t e r f a c ed e f i n i t i o n , b u td o s en o tr e s 嫡c tt h ei n t e r n a la p p l i c a t i o no f t h es y s t e m i n t e g r a t e dm a r i n ei n f o r m a t i o ne x c h a n g ea g r e e m e n ti sb a s e do nh t r p i i i x m l c o d i n gi n f o r m a t i o nr e q u e s ta n dr e s p o n s e ，z 3 9 5 0s t a n d a r dc o n c r e t er e a l i z a t i o n o f t h ea g r e e m e n t i nt h i sp a p e r , w eu s ex m l t or e - d e f i n et h e2 ：3 9 5 0p r o t o c o l ，i e t h e x m ls t a n d a r de i g h tf u n c t i o n so fi n i t i a l i z a t i o n , s e a r c hr e q u e s t ，d a t a s e te x t r a c t , d e l e t e s e t , t h ee x p a n s i o no f t h es e r v i c et oe x p l a i nt h ef u n c t i o n , a c c e s sc o n t r o l ，a n dc l o s u r e t h ep a p e ra l s o g i v e s a nm a r i t i m ei n f o r m a t i o n e x c h a n g ea n di n t e g r a t i o n p r o t o c o l 、】i ，i mj a v a , i n s to fa u w em a po u tk e yc o m p o n e n t su m lp l a n su n d e rt h e d e f i n i t i o no fx m l ，t h e nw er e a l i z et h ep r o c e s sf r o mu m lp l a n st oj a v ax m l a n a l y t i c a le x a m p l ew i t hj a v a m e a n w h i l e ，j a v ax m le x a m p l e ss e q u e n c ei n t ow a y s t oa d d r e s st h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nj a v aa n dx m l f i n a l l y , w es e to u tac o r e f u n c t i o no f t h ew h o l e p a c k a g eo f s o l u t i o n ：f i r s t , h o wt oi n i t i a l i z et h e 蚴 v i c e s e c o n d , w en m i n t a i nt h ec o n n e c t i o ns t a t eo ft h ep r o t o c o lu n d e rt h eh r r pc i r c u m s t a n c a a t h i r d l y , h o wt ot r a n s l a t ex m lr e q u e s ti n t oas q lr e l a t i o n a ld a t a b a s e 。a n dt h e i m p l e m e n t a t i o no f t h es e a r c ha n de x 缸a c to p e r a t i o n s a n dl a s t , a n dt h ei s s u eo f h o w t o d e a lw i t han u m b e ro f d a t as e t s ，a n dc l o s et h es e r v i c e i nt h el a s ta r t i c l e ，w ed e m o n s t r a t ea p p l i c a t i o no ft h es y s t e mw h i c hi s i m p l e m e n t e di nt h eu s eo fj a v a , s h o w i n gt h a tc r o s s - p l a t f o r mo c e a ni n f o r m a t i o n e x c h a n g e a n d i n t e g r a t i o np r o t o c o l h a si t sc h a r a c t e r s o f , l o o s e l yc o u p l e d , a s y n c h r o n o u s ，r e l i a b i l i t y , s c a l a b i l i t y t h em o d e li ss i m p l ea n de a s yt oi m p l e m e n t , a n de f f e c t i v e l ya d d r e s st h ep r o b l e m so f h e t e r o g e n e o u sd a t ae x c h a n g ea n di n t e g r a t i o n b e t 、v 啪m ei n f o r m a t i o na n dd a t as y s t e m s k e v o r d s ：m a rir ed a t ae x c h a n g ea n din t e g r a t io n ；z 3 9 5 0 ；x b l ：j a v a w 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i 如翌直甚他噩要挂型岜盟的：奎拦互窒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：弘互鹃签字日期：涉产占月日 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。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名：弧互孵 签字日期：班6 月3 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签字：勃基叠、 签字日期：2 刁年，月：；日 电话： 邮编 海洋信息交换集成协议的研究与实现 0 引言 海洋数据信息平台【1 周是海洋科技创新活动的物质基础和信息保障，是海洋 科学的重要教学资源。加强海洋数据信息资源平台建设，不仅有利于我国海洋科 学领域知识财富和科技资产存量及新增量的不断积累，而且对于维护国家主权和 权益，解决资源、能源短缺问题，保护海洋环境，促进我国可持续发展战略实现 等方面具有重要作用。 由于我国海洋数据采集手段长期处于落后状态，对以往获取的海洋资料管理 又缺乏行之有效的运行机制和管理措施，以至海洋基础信息明显缺乏完整性和系 统性。同时，我国海洋资料更新缓慢，海洋信息产品的可视化、网络化程度低， 信息平台建设的关键技术研究落后，严重影响着海洋资料和信息的使用与共享。 特别是由于条块分割，在国家资金投入有限的情况下，数据各自为占，不能实现 共享。只有进行多学科，多层次的海洋基础数据信息资源共享平台的建设，才能 使海洋基础数据具有完整性、准确性、及时性和实用性，大幅度提高信息更新维 护水平；才能保证海洋基础信息交流渠道的畅通，实现资料丰富积累；才能有利 于海洋信息的可视化开发，最终实现网络共享，为实现我国海洋科技和教育发展 的跨越莫定基础。 海洋对整个地球环境和人类生存的重要性不言而喻，百余年的短暂观测历史 和高昂的观钡9 成本，使得海洋资料非常有限和珍贵。许多沿海发达国家( 如美国、 英国、日本、韩国和澳大利亚等) 为了满足其海洋环境保护和海洋产业的发展需 求，除了沿海台站记录外，一般还系统搜集了1 9 世纪以来的海洋科学考察和商 船测量等数据，并建立了相关的数据库。1 9 6 0 年正式成立盼国际海洋资料和情 报交换委员会( 1 0 d e ) 促进国际间海洋资料交换工作的开展，并进行了编码资 料格式的标准化工作，为各国国家海洋中心( 如n o d c 、j o d c 和k o d c 等) 资料共享起到了重要作用。2 0 世纪8 0 年代后期，由于计算机和信息技术的发展， 海洋资料信息共享服务已从单一资料服务方式逐渐向产品化、可视化、网络化等 方向发展。美国n o a a 、日本和澳大利亚等海洋资料中心早在数年前就开始了 海洋资料的可视化服务，并在i n t e m e t 网上发布。1 9 9 3 年由国际海委会( i o c ) 、 中图海洋大学硕士毕业论文 世界气象组织( w m o ) 联合国环境计划署( u n e p ) 和国际科联理事会( i c s u ) 等组织联合发起建立一个全球海洋观测系统( c - o o s ) ，该系统的任务是收集和 分析世界大洋各海域中全天候持续观测资料，包括世界气象监测网、全球联合海 洋服务系统、全球海平面观测系统、漂流浮标观测网的海洋数据和永久性国际系 统发送的各类数据。该系统的实施不仅改善世界公海和沿海各国近岸海域的人类 活动，而且极大推动了各国海洋资料和信息资源的共享服务。目前，先进国家的 海洋资料信息共享平台的可视化技术已基本实现了海洋信息产品由数字向图形， 由平面向立体，由单色向彩色的转变海洋的信息产品也由静态向动态转变的方 向发展，作为能反映信息内容、质量、状态等的元数据信息变得越来越重要，已 成为海洋信息资源有效管理和共享服务的重要组成部分。 我国从2 0 世纪5 0 年代末才开始大规模的海洋调查，曾多次组织全国性的海 洋专项调查，并开展台站、浮标系统及航空遥感对海洋环境要素的监测，积累了 大量的海洋资料和数据，国家科技攻关、重大工程项目及专题调查也积累了大量 的资料和数据。由于缺少高层次的海洋信息管理体制和行之有效的资料管理法 规，国家海洋资料管理部门难以对海洋资料实行集中的统一管理，导致我国海洋 资料资源现状不清，资料交换渠道不畅。时至今日，甚至许多海洋资料的存储地、 种类、数量、质量及其所代表的区域、时空等还没有摸清。更有甚者，一些资料 掌握在课题或个人手中，有些资料已经散失因而严重制约着海洋资料共享进入 良性循环的轨道。 本文提出一种异构数据交换集成协议当用户向中心服务器发出查询请求 后，中心服务器和各分系统之间根据海洋信息交换集成协议，以x m l 的方式进 行数据的查询和汇总，最后由中心服务器将数据返回给用户，从而实现各海洋数 据平台之间数据的交换集成。 本文共分六章，每一章的研究内容安排如下： 第一章概述了海洋信息交换集成技术研究的现状，以及目前国内外研究的进 展情况。 第二章介绍了文章中所用的一些关键技术：x m l 、z 3 9 5 0 协议以及j a v a 技 术。 第三章提出了我们的解决方案，给出了我们所使用的系统模型 第四章详细的给出了消息请求和响应的x m l 定义。 2 海洋信息交换集成协议的研究与实现 第五章首先给出了协议中关键组件的u m l 图，并用j a v a 实现了从x m l 解 析到j a v a 实例的方法，最后给出了关键组件初始化、搜索、提取、多数集 合并、关闭的实现。 第六章我们做了一个演示平台，实现了的z 3 9 5 0 协议，证明了这个协议能 够正常有效的工作。 第七章对本文进行了总结，并提出了下一步工作的开展方向。 中国海洋大学硕士毕业论文 1 海洋信息交换集成的研究 1 1 海洋数据的特点 海洋信息作为五维数据( 空间3 维、时间1 维、变量l 维) ，从空间结构上 看一般有两种数据格式：( 1 ) 格点数据，一般是一个时次、一种要素的数据形成 一个数据文件，每个文件由若干个二维数组组成( 行、列上的要素值按一定的经 度、纬度顺序排列) ，一个数组代表某一时次、某一层次上、某个区域的要素值 ( 2 ) 站位数据，站位资料按站位来组织文件，每个站位的站位号及其同时次、同 报类( 如海面观测、高空观测、海深观测等) 该站位的观测调查要素组成一个记 录，在此基础上，所有时次、报类相同的站位纪录组成一个站位数据文件。海洋 数据是包括各类结构比较复杂的数据类型，涉及到不同的时间尺度，不同的空间 参照系统、不同的坐标系统以及种类繁多的要素等等，所以建立海洋信息的元数 据标准是一项复杂的工作。 最近几年，国际和国内的标准组织先后制定和发布了一系列与元数据有关的 标准这其中与海洋信息元数据标准密切相关的重要标准有；( i s o1 9 1 1 5 g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n - m e t a d a t a 和g b 厂r1 9 7 1 0 - 2 0 0 5 地理信息元数据另 外还有美国联邦地球数据委员会( f g d c ) 的地理空间数据集元数据内容标准 元数据p 棚( m e t i d a 啪是对信息资源的规范化描述，是按照一定标准，从信息 资源中抽取出相应的特征，组成的一个特征元素结合。这种规范化描述可以准确 和完备地说明信息资源的各项特征，不同类型的数据资源可能会有不同的元数据 标准。 元数据作为信息的管理、发现和获取提供一种实际而简便的方法。通过元数 据，人们能够对信息资源进行详细、深入的了解，包括信息资源的格式、质量、 处理方法和获取方法等各方面细节，对于数据生产者来说来可以利用元数据进行 数据维护、历史资料维护。元数据标准可适用于资料共享、数据发布、数据集编 目、数据交换、网络查询服务等，也是数据集元数据整理、建库、汇编、发布的 标准格式。元数据标准的制定是为提高数据库建库质量，使数据加工达到规范化、 标准化，促进数据资源的标准化。从而加强数据交流与共享。 海洋信息交换集成协议的研究与实现 元数据内容标准包括描述一个具体对象时所需要的数据项集合、各数据项语 义定义、著录规则和计算机应用时的语法规定等，通常包括标识信息、数据质量 信息、内容信息、发行信息、元数据参考信息和联系信息等元数据内容。元数据 内容标准是从功能、数据结构、格式、语义、语法等角度制定的 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。 影响较大的美国联邦地理数据委员会( f g d c ) 提出的c s d g m 数字化的地 球空间数据元数据内容标准，它主要用于确定地学空间数据集的元数据内容。该 标准于1 9 9 2 年7 月开始起草，1 9 9 4 年7 月被f g d c 正式确认。该标准将地学领 域中应用的空间数据元数据分为七个部分：数据标识信息、数据质量信息、空间 数据组织方式信息、数据空间参考信息、地理实体及属性信息、数据传播及共享 信息和元数据参考信息。 1 2 国内外研究的现状 我国作为海洋大国，海洋在国民经济和社会发展中占有极其重要的地位海 洋信息是国民经济和社会信息的重要组成部分，是推动我国海洋科学化和现代化 的重要内容，海洋信息涉及专业学科领域多、具有采集方式多样、多维，多源、 多尺度、内容复杂、数据类型不同、涵盖区域广、数据量大、应用范围广等特征。 由于不同调查项目、不同平台和软件，造成了海洋信息流通相当困难，通常需要 使用复杂专门的软件。由于海洋信息的这种复杂性，传统的关系型数据结构模型 不是描述海洋信息的最佳选择，x m l 是采用树型存储结构，支持深层次的嵌套 表达，因此非常适合于表示结构复杂的海洋数据。因此研究与制定基于x m l 的 海洋信息交换标准与集成技术具有十分重要的意义。 我国从“九五”开始就有组织地开展了海洋信息标准化和格式化方面的研究， 目前国内海洋信息常用的标准规范有：海洋科学文献分类法、海洋学综合术语、 中田海洋大学硕士毕业论文 海岸带综合地质勘查规范、海滨观测规范、海洋功能区划技术导则等通用标准； 中国海洋调查机构代码、中国海洋观测台站代码、中国近海海洋调查断面代码等 分类代码标准：海洋监测规范、海洋调查规范、船舶海洋水文气象辅助测报规范、 海洋数据应用记录格式等海洋信息采集标准；海洋工程地形测量规范、海洋资源 环境图、图式、海洋信息传输与接口规范等海洋信息处理和工程标准但是国内 海洋领域对x m l 的研究与应用只是处于探讨和起步阶段。 事实上，澳大利亚、加拿大、美国、俄罗斯等国家的海洋领域都在把x m l 运用到数据交换、资料处理和存储以及日常管理等方面，国际海洋资料交换委员 会( i o d e ) 已组成专门研究小组( s g x m l ) 开展海洋x m l 的技术交流与协调工作 目前，澳大利亚国家海洋数据中心( a o d c ) 根据x m l 结构化的树型存储结构以 及深层次的嵌套表达特点，将站点观测海洋数据的p r o f i l e 、质量控制、海洋观测 数据记录等封装起来形成一个x m l 文档。 目前，加拿大海洋环境数据服务中，l , ( m e d s ) 的j p 。k e e l y 向s g x m l 小组提 出了b r i c k 理论，通过对b d c k 不同方式的组合来模拟不同海洋数据类型的自然 结构；英国的i l l o w r y 引入了参数字典( p a r a m e t e rd i a i o n a r y ) ，并且字典应做成 动态的；美国气象海洋部i - ( m e t o c ) 和美国海洋数据中心( n o d c ) 每两年进行一 次数据交流，开展建模、数据采集和融合等与x m l 相关的项目。俄罗斯海洋数 据中l c r o d c ) 的n m i k h a i l o v 和s b e l o v 提出基于x m l 分布数据中心概念。 由于x m l 具有能描述比常用的关系型数据结构更为复杂、更接近现实的数 据的能力，同时x m l 可以粒状地更新，因此x m l 在海洋信息采集、处理、质 量控制、元数据提取以及数据的存储和维护等方面改变传统的数据构造和处理方 式。用x m l 制定的海洋信息交换标准将给不同海洋信息系统之间数据交换带来 方便，从而推动海洋信息化的发展 1 3 研究的必要性 各类海洋信息应用系统涉及到物理海洋、海洋生物、海洋化学、海洋地质、 海洋遥感等众多领域，制定了不同的数据类型，都没有一个满足各系统交换集成 的统一的数据模型在海洋信息应用系统内部以及系统之间必然存在着大量异构 信息的交换和共享问题。但是各个行业、部门或机构由于业务和功能归属不同， 6 海洋信息交换集成协议的研究与实现 以及系统信息化水平的不同等原因，根据自身需要构建了许多相互隔离的信息服 务和管理系统。这样随着时间的推移和技术的进步，这些由不同核心技术构建的 海洋信息应用系统就象一个个“信息孤岛”，不能共享各系统的数据，严重影响 了系统内部和系统之问的协作效率与效果。如何将这些信息孤岛的数据整合成起 来，使用户能够从巨大的数据资源中获取所需的东西，成为当前研究的焦点。通 过为各系统设计统一的接口规范，制定基于x m l 的海洋信息交换集成应用标准， 可以为实现各系统间海洋信息的管理、交换和集成提供技术支撑。 一一一j 图1 1 海洋信息交换集成应用模型 由于没有统一的海洋数据标准和海洋数据信息交换模型，导致目前的海洋数 据管理信息系统之间没有规范的接口，使得各系统间实现统一的数据交换极其复 杂和困难。因此设计基于x m l 的海洋信息交换集成标准的海洋数据信息交换模 型( 如图1 1 ) 是十分必要的。各系统问通过制定的海洋信息交换集成应用标准 进行相互访问和数据交换，从而使得接口设计简单和数据交换实现方便。基于 x m l 的海洋信息交换集成应用标准主要包括两部分：元数据标准和海洋信息交 换集成协议标准。 我们依据领域、数据类型的不同，已经建立元数据标准和海洋数据交换集成 协议，从而规范海洋数据的元数据，以便于海洋数据的发现、管理、交换、集成 等。元数据是对信息资源的规范化描述，它是按照一定标准，从信息资源中抽取 出相应的特征，组成的一个特征元素集合。 本文的主要任务就是在原数据标准的基础上制定实现海洋信息交换集成协 议。 中国海洋大学硕士毕业论文 2 相关技术简介 2 1x m l 技术 1 9 9 6 年1 1 月，波士顿s g m i ( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k u pl a n g u a g e ) 世界年会产 生一项重大变革，与会代表一致同意将目前i n t e r n e th o m e p a g e 撰写标准h t m l 宣告终结，而采用全新的电子文件格式化通用标准m l 嘲。x m l 即可扩展 标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，是一种基于s ( 3 m i ( 标准通用标签语言) 的简单灵活的语言，被誉为构成未来w e b 的新工具 总的来说x m l 有如下的技术优势： ( 1 ) 设计特定领域的标记语言 x m l 允许各种不同的专业开发与自己的特定领域有关的标记语言。这就使 得该领域中的人们可以交换笔记、数据和信息，特定领域的开发人员也可以向本 领域外的人发送文档。x m l 让电力工程师描述他们的电路图，让作曲家写乐谱， 而不会互相干扰。对于浏览器开发商来说，都不需要对特定的领域提供特殊的支 持，也不需要提供复杂的插件。 现在，有些行业已制定了本行业的x m l 标记语言，经w 3 c 推荐成为正式 标准。例如记述化学分子式的语言c m l , 可缩放矢量图形语言s v o ，手持设备标 记语言h d m l ，用于表现多媒体效果的s m i l 等，已在本行业发挥其优势。 ( 2 ) 应用问交换数据 由于x m l 是非专有的并易于阅读和编写，就使得它成为在不同的应用问交 换数据的理想格式。x m l 使用的是非专有的格式，不受版权、专利、商业秘密 或是其他种类的知识产权的限制因而成为交换语言的首选。 ( 3 ) 结构化和集成数据 x m l 对于大型和复杂的文档是理想的，因为数据是结构化的这不仅使用户 可以指定一个定义了文档中的元索的词汇表，而且还可以指定元素之问的关系。 ( 4 ) 压缩性好 x m l 的压缩性能很好因为用于描述数据结构的标记可以重复使用，数据 是否压缩取决于应用、客户与服务器间的数据传递量；另外，x m l 能够使用 l 海洋信息交换集成协议的研究与实现 h t f p i 1 的压缩标准。 ( 5 ) 数据粒状地更新 通过x m l ，数据可以粒状地更新。每当一部分数据变化后，不需要重发整 个结构化的数据，不需刷新整个使用者的界面数据就能够显示出来。 ( 6 ) 数据的多层显示 h t m l 描述数据的外观。x m l 描述数据本身。由于数据显示、内容分开， x m l 定义的数据允许指定不同的显示方式，使数据更加合理地表现出来，c s s 和x s l 为数据的多层显示提供灵活的机制。 2 2z 3 9 5 0 协议 z 3 9 5 0 1 7 - 1 0 l 协议描述了信息提取应用服务并给出明确的应用服务协议规范。 该协议规范了网络交互过程中的信息控制、信息交换规则和对协议的实现的一致 性要求，但是不对基于该协议的计算机应用系统的具体实现进行任何描述和限 制。在模式上，该协议基于面向连接的程序对程序通信，而不是一种基于终端或 其他物理媒体的数据交换。 z 3 9 5 0 协议的目的是为信息服务商、学院、联合目录中心等机构的信息提 取服务系统提供必要的支持。它的出版及使用，解决了不同系统间的数据交流的 问题，克服了信息检索网络化的障碍。 z 3 9 5 0 协议所描述的服务称作信息提取服务( i n f o r m a t i o nr e t r i e v a ls e r v i c e ) 【1 1 1 2 1 。信息提取服务描述的是两个应用程序之间的活动，在该协议中这两个应用 程序分别称作客户端( c l i e n t ，即请求程序) 和服务器( s e r v e r ，即响应程序) 。 客户端与服务器之间的通信建筑在z 3 9 5 0 协议之上，在逻辑上被划分为客户端 处理和服务器处理。在协议中。客户端与服务器的z 3 9 5 0 应用分别被称作服务 的z 3 9 5 0 起始端和z 3 9 5 0 目标端。 元数据的检索和提取服务属于z 3 9 5 0 所描述的这种服务，是元数据客户端 ( 请求端) 和元数据服务器( 响应端) 这两个应用程序之间的活动。 信息提取服务的起始端和目标端之间的通信建筑在基于z 3 9 5 0 协议的连接 之上，这个连接称作z 关联，而z 关联又包含在一个具体的应用连接之中，并 且在一个应用连接过程中允许同时并发多个z 关联。应用连接称作a 连接，指 9 中国海洋大学硕士毕业论文 o s i 模型中给出的位于z 3 9 5 0 之下的其他协议的具体应用。在z 关联过程由起 始端显式地建立，起始端和目标端均可以显式地要求中断。在连接过程中，起始 端和目标端不可以互换角色。z 关联不能被重新启动，即当一个z 关联中断后， 除非显示地报存有关的环境和状态信息，应用系统是不能恢复该连接的。图2 1 说明了z 关联与应用连接的关系。 i z 起始端 i ： z 连接 ! l z 耳标端 i l 传输层 i -i传输层i i 网络层 i - l网络层i 其它o s l 层其它o s l 层 窿 、蠊榭务勰 图2 1z 关联和应用关联 应用关联是建立在应用程序之间的，即客户端应用程序和服务器端应用程序 之间的。而z 协议关联是建立在起始端和目标端之间的。从这个细微的差别中 可以看出应用关联的范畴要比z 协议关联宽泛。事实上，在一个应用关联中可 以顺序存在多个z 协议关联。 z 3 9 5 0 服务是通过起始端和目标端之间的消息交换完成的，消息即请求和 响应。根据两端交换消息的方式，服务被分为确认式、非确认式和有条件确认式 三类其中。确认式服务是指要求对请求必须与以响应的服务，例如检索服务是 一个由起始端启动的确认服务，要求目标端必须反馈检索响应。非确认式服务指 那些对请求不需要给以反馈的服务。有条件确认服务则是指那些可以根据具体情 况确定是否对请求进行反馈的服务。 z 3 9 5 0 信息检索、提取应用服务由目标端提供。起始端应用z 3 9 5 0 协议与 目标端建立连接，通过提交服务请求获得目标端的支持，对目标端加载的一个或 多个数据库进行检索、检索访问。z 3 9 5 0 协议所提供的信息检索、提取应用服 务主要具有以下9 种功能，初始化功能、检索功能、提取功能、结果集删除功能、 访问控制功能、审计和资源控制功能、浏览功能、扩展服务功能、解释功能同 海洋信息交换集成协议的研究与实现 时，2 ：3 9 5 0 协议应用服务所定义的功能分别由相应的一个或多个服务实现：初 始化功能提供初始化服务，检索功能提供检索服务，提取功能提供表现服务和分 段服务，结果集删除功能提供结果集删除服务，访问控制功能提供访问控制服务， 审计和资源控制功能分别提供资源控制服务、触发资源控制服务和资源报告服 务，浏览功能提供扫描服务，扩展服务功能提供扩展服务，解释功能提供解释服 务。通过这些服务，用户可以访问服务器所提供的z 3 9 5 0 协议所定义的这些功 能。 z 3 9 5 0 协议主要包括以下几种操作：初始化操作( i n i t i a l i z a t i o n ) ，搜索 操作( s e a r c h ) ，检索操作( r e t r i e v a l ) ，提取操作( p r e s e n t ) 结果集删除操作 ( r e s u l t s e t d e l e t e ) ，游览操作( b r o w s e ) ，分类排序操作( s o r t ) ，访问控制 操作( a c c e s s c o n t r 0 1 ) ，记帐资源控制操作( a c c o u n t r e s o u r c ec o n t r 0 1 ) ， 解释操作( e x p l a i n ) ，扩展服务群操作( e x t e n d e ds e r v i c e s ) 以及终止操作 ( c l o s e ) 。其中比较核心的服务包括初始化操作，检索操作及提取操作。每种操 作都是由相应的请求启动的，并且在目标端发出相应的响应后中断。例如检索操 作，由起始端发出的检索请求启动，并在目标端发出检索响应后结束。 每一个操作的交互过程，都是由一系列消息的传递组成的。其中，由起始端 发出的请求消息，将启动目标端相应的操作，这个消息称为初始化请求。而目标 端发出的消息，将结束该操作的交互过程，这个消息称为终止响应。从起始端的 角度看，从起始端发出初始化请求开始，到收到目标端的终止响应为止，整个交 互过程为一个操作从目标端的角度看，从目标端收到起始端的初始化请求，到 发出终止响应，整个交互过程为一个操作。在一个操作过程中，除了初始化请求 和终止响应外，在交互过程中间还可以有相关的其它消息。 2 3j a v a j a v a 1 3 1 4 1 语言是一种适用于网络编程的语言，它的基本结构与c + + 极为相似， 但却简单得多。它集成了其它一些语言的特点和优势，又避开了它们的不足之处。 它的主要特点是简单、面向对象、分布式、解释执行、安全、体系结构中立、可 移植、高性能、多线程以及动态性j a v a 中连接数据库的技术是j d b c ”】，很多 数据库都带有j d b c 驱动程序。s u n 公司还开发了；d b c - - o d b c 桥，用此技术 中国海洋大学硕士毕业论文 j a v a 程序可以访问带有o d b c 驱动程序的数据库。j d b ca p i ( j a v ad a t a b a s e c o n n e c t i v i t ya p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 是一种可用于执行s q l 语句的 j a v a a p i ，由j a v a 语言编写的类和接口组成，为数据库应用开发人员、数据库前 台工具开发人员提供了一种标准的应用程序设计接1 ：3 j d o m ( j a v ad o c u m e n t o b j e c tm o d u l e ) 是基于j a v a 2 的a p i ，利用j d o m 可生成与处理x m l 文档，并 可用于快速开发x m l 应用程序。j a v a b e a n s 是基于j a v a 的组件