鄧媛媛，李浩川，白雅卿，姚 璐

（1.國(guó)家海洋信息中心，天津 300171；2.國(guó)家信息中心，北京 100045；3.遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094；4.北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100053）

電子政務(wù)多數(shù)據(jù)中心地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)

鄧媛媛1，李浩川2，白雅卿3，姚 璐4

（1.國(guó)家海洋信息中心，天津 300171；2.國(guó)家信息中心，北京 100045；3.遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094；4.北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100053）

通過(guò)對(duì)地理空間信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，分析了元數(shù)據(jù)的表達(dá)形式與存儲(chǔ)策略，構(gòu)建了多數(shù)據(jù)中心地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了分布式信息資源元數(shù)據(jù)共享交換和數(shù)據(jù)下載預(yù)覽服務(wù)。

電子政務(wù)；多數(shù)據(jù)中心；地理空間信息；元數(shù)據(jù)；共享服務(wù)

1 多數(shù)據(jù)中心組織結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)信息庫(kù)數(shù)據(jù)中心是一個(gè)分布式的多級(jí)多節(jié)點(diǎn)組織結(jié)構(gòu)，包括國(guó)家中心、部門中心和省級(jí)中心三級(jí)（如圖1所示），依托國(guó)家政務(wù)外網(wǎng)建立由多數(shù)據(jù)中心組成的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)體系。各數(shù)據(jù)中心地理空間數(shù)據(jù)主要包含自然資源、基礎(chǔ)地理和遙感影像3大專題內(nèi)容。數(shù)據(jù)類型包括Geodatabase空間數(shù)據(jù)、影像文件包和純Oracle數(shù)據(jù)表,各部分?jǐn)?shù)據(jù)都有配套的元數(shù)據(jù)，以XML文件存儲(chǔ)在元數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖1 多數(shù)據(jù)中心組織結(jié)構(gòu)圖

2 地理空間信息元數(shù)據(jù)

2.1 地理空間信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

基礎(chǔ)信息庫(kù)項(xiàng)目在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地理信息 元數(shù)據(jù)》的基礎(chǔ)上[1-3]，結(jié)合基礎(chǔ)信息庫(kù)建設(shè)內(nèi)容的特點(diǎn)和要求，對(duì)元數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行修改和擴(kuò)展，形成了項(xiàng)目基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)《信息庫(kù) 地理信息元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，定義了元數(shù)據(jù)元素，并確定了一組通用的元數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)、定義和擴(kuò)展方法[4]。同時(shí)在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)一步擴(kuò)充和完善，制定了互操作性強(qiáng)的項(xiàng)目專用標(biāo)準(zhǔn)《信息庫(kù) 元數(shù)據(jù)內(nèi)容與代碼標(biāo)準(zhǔn)》，兼用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)字典方式和統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML）抽象對(duì)象模型描述標(biāo)準(zhǔn)化的地理空間信息及服務(wù)元數(shù)據(jù)，合理地確定核心元數(shù)據(jù)要素集，詳細(xì)定義了核心元數(shù)據(jù)、必選和條件必選的元數(shù)據(jù)子集、元數(shù)據(jù)實(shí)體和元數(shù)據(jù)元素等[4]，以指導(dǎo)元數(shù)據(jù)的采集、建庫(kù)、更新、服務(wù)以及信息交換目錄的建立與更新。

2.2 地理空間信息元數(shù)據(jù)描述

為了便于地理空間信息元數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和共享，采用XML語(yǔ)言來(lái)描述元數(shù)據(jù)。XML通過(guò)定義不同的標(biāo)記（Tags）賦予數(shù)據(jù)不同的語(yǔ)義，分開(kāi)表達(dá)數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有開(kāi)放、可擴(kuò)充和自定義性，使得用戶可以方便地定義元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的元數(shù)據(jù)，并和網(wǎng)上發(fā)布實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接[5]。

1）元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義。依據(jù)基礎(chǔ)信息庫(kù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，用XML Schema對(duì)元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確定義。XML Schema 規(guī)定了XML 文件的邏輯結(jié)構(gòu)，定義了XML文件中的元素、元素的屬性以及元素和元素屬性之間的關(guān)系，它可以幫助XML的分析程序校驗(yàn)XML文件標(biāo)記的合法性。用XML Schema來(lái)描述元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，很好地解決了樹(shù)狀文本表示法的缺陷，有效地說(shuō)明元素類型和元素之間的關(guān)系，并能對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。

2）地理空間信息元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略。XML文檔是由標(biāo)記和內(nèi)容組成的文本文檔，標(biāo)記包括元素和屬性，內(nèi)容則是這些元素和屬性的值。符合同一個(gè)模式的所有XML文檔，一般具有相似的結(jié)構(gòu)。因此可以把XML文檔分為結(jié)構(gòu)和內(nèi)容2部分，基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，分別用不同的數(shù)據(jù)庫(kù)表來(lái)存儲(chǔ)。元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用XML Schema進(jìn)行定義和有效性檢查，以獨(dú)立的存儲(chǔ)表存儲(chǔ)在元數(shù)據(jù)庫(kù)中。元數(shù)據(jù)內(nèi)容以2種方式存儲(chǔ)：一種以元素為單位存儲(chǔ)，將元數(shù)據(jù)的XML文本分解，逐個(gè)存儲(chǔ)每個(gè)XML元素的相應(yīng)信息，用于對(duì)元數(shù)據(jù)的檢索；另一種以整個(gè)元數(shù)據(jù)的XML文本為單位進(jìn)行存儲(chǔ)，在提取元數(shù)據(jù)全文時(shí)，避免重新組合元數(shù)據(jù)元素，以提高存取速度。

3 地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建

地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)遵循開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，采用J2EE技術(shù)架構(gòu)、XML技術(shù)、中間件技術(shù)（Web中間件、GIS中間件）等進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)，保證元數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用系統(tǒng)間能夠順利地交互，實(shí)現(xiàn)信息資源元數(shù)據(jù)的分布式管理、統(tǒng)一發(fā)布、目錄服務(wù)等功能[6,7]。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)自下而上分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、服務(wù)層和應(yīng)用層（如圖2所示）。數(shù)據(jù)層由業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)組成，采用Oracle11g、DB2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)層包括GIS中間件、應(yīng)用中間件、元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、元數(shù)據(jù)服務(wù)器。其中GIS中間件包括ArcGIS Server、ArcSDE等，應(yīng)用中間件包括J2EE應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)中間件等。服務(wù)層包括數(shù)據(jù)下載服務(wù)和目錄服務(wù)，采用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層包括元數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)預(yù)覽、數(shù)據(jù)下載、元數(shù)據(jù)采集和目錄服務(wù)注冊(cè)。

圖2 地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖3 空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)主中心節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)分中心和試點(diǎn)省節(jié)點(diǎn)組成的分布式系統(tǒng)。數(shù)據(jù)主中心節(jié)點(diǎn)包括元數(shù)據(jù)采集、元數(shù)據(jù)服務(wù)器、元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、目錄服務(wù)注冊(cè)、元數(shù)據(jù)查詢、下載服務(wù)和數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊；數(shù)據(jù)分中心和試點(diǎn)省節(jié)點(diǎn)包括元數(shù)據(jù)采集、元數(shù)據(jù)服務(wù)器、下載服務(wù)和數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊（圖3）。

1）元數(shù)據(jù)采集模塊。元數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的自動(dòng)或人工采集，支持從現(xiàn)有元數(shù)據(jù)、ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)、Geotiff文件、要素目錄中采集元數(shù)據(jù)信息，生成符合標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)XML文擋，以及對(duì)已生成的XML文件進(jìn)行人工編輯。所采集的元數(shù)據(jù)需遵循《信息庫(kù)地理空間元數(shù)據(jù)》和《信息庫(kù) 元數(shù)據(jù)內(nèi)容與代碼》等標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)元數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳到元數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）元數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊。元數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、元數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，并以服務(wù)的形式提供元數(shù)據(jù)查詢檢索功能。元數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)將可查詢數(shù)據(jù)限制為數(shù)據(jù)庫(kù)中所有可用數(shù)據(jù)的子集的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的查詢和元數(shù)據(jù)不同內(nèi)容子集的提取，這種抽象數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)制保證了查詢過(guò)程與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的無(wú)關(guān)性，有效地支持對(duì)多標(biāo)準(zhǔn)元數(shù)據(jù)的聯(lián)合查詢。

3）元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊。元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)核心元數(shù)據(jù)的抽取，以及數(shù)據(jù)主分中心和試點(diǎn)省元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一發(fā)布，是系統(tǒng)的核心。元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通過(guò)目錄服務(wù)模塊注冊(cè)的代理元數(shù)據(jù)庫(kù)信息，根據(jù)網(wǎng)關(guān)配置好的策略，定時(shí)對(duì)代理元數(shù)據(jù)庫(kù)的核心元數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取并存放到緩存元數(shù)據(jù)庫(kù)中，并提供目錄服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)核心元數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。它向下鏈接元數(shù)據(jù)服務(wù)器所管理的元數(shù)據(jù)庫(kù)，向上為元數(shù)據(jù)查詢提供核心元數(shù)據(jù)庫(kù)，便于數(shù)據(jù)的查詢和定位。

4）目錄服務(wù)注冊(cè)模塊。目錄服務(wù)注冊(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)服務(wù)器的基本信息進(jìn)行注冊(cè)和管理，提供元數(shù)據(jù)的代理查詢服務(wù)，有效地避免遠(yuǎn)程客戶對(duì)元數(shù)據(jù)的直接存取，屏蔽了非法入侵，從而保證用戶數(shù)據(jù)安全。

5）元數(shù)據(jù)查詢模塊。元數(shù)據(jù)查詢模塊提供信息資源的發(fā)現(xiàn)、定位及條目信息的展示等功能，它通過(guò)與元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)交互查詢緩存庫(kù)中的發(fā)布庫(kù)元數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)與元數(shù)據(jù)服務(wù)器交互查詢?cè)獢?shù)據(jù)庫(kù)中的元數(shù)據(jù)。

6）下載服務(wù)模塊。下載服務(wù)模塊提供使用協(xié)議管理、數(shù)據(jù)下載功能，支持基于HTTP/FTP協(xié)議的數(shù)據(jù)下載，同時(shí)支持?jǐn)嗑€續(xù)傳和多線程并發(fā)下載。

7）數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊。數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊基于服務(wù)提供基礎(chǔ)信息庫(kù)數(shù)據(jù)資源的預(yù)覽功能，包括地圖瀏覽、屬性查詢、空間查詢、圖片瀏覽等。

3.3 地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)業(yè)務(wù)流程

地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)的總體業(yè)務(wù)流程如圖4所示。①數(shù)據(jù)主分中心和試點(diǎn)省使用元數(shù)據(jù)采集模塊完成元數(shù)據(jù)采集工作，并將采集的XML元數(shù)據(jù)導(dǎo)入到元數(shù)據(jù)服務(wù)器，存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫(kù)中。②管理用戶通過(guò)目錄服務(wù)注冊(cè)模塊將元數(shù)據(jù)服務(wù)器注冊(cè)到元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊中。③元數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊從數(shù)據(jù)主分中心和試點(diǎn)省元數(shù)據(jù)服務(wù)器中抽取核心元數(shù)據(jù)，保存到核心元數(shù)據(jù)庫(kù)中。④用戶通過(guò)元數(shù)據(jù)查詢模塊進(jìn)行元數(shù)據(jù)查詢時(shí)，首先查詢?cè)獢?shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)獲取核心元數(shù)據(jù)信息，如果需要瀏覽全文元數(shù)據(jù)，則到該元數(shù)據(jù)所在的元數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行查詢并獲取元數(shù)據(jù)全文。⑤用戶通過(guò)元數(shù)據(jù)中填寫的數(shù)據(jù)預(yù)覽地址和下載地址，直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)預(yù)覽模塊或下載服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)覽或下載。

圖4 地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)總體業(yè)務(wù)流程

4 結(jié) 語(yǔ)

地理空間元數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自然資源和地理空間基礎(chǔ)信息庫(kù)分布式信息資源元數(shù)據(jù)共享交換和數(shù)據(jù)下載預(yù)覽服務(wù)，提供了信息資源的發(fā)現(xiàn)定位和訪問(wèn)獲取功能，使政府部門和社會(huì)公眾用戶能便捷了解自然資源和地理空間基礎(chǔ)信息庫(kù)各數(shù)據(jù)中心多種地理空間信息資源的內(nèi)容，有效加快了數(shù)據(jù)和信息的流通，提高地理空間信息資源的開(kāi)發(fā)和利用效率。

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P208

B

1672-4623（2015）01-0030-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.010

鄧媛媛，碩士，工程師，主要從事地理信息與遙感應(yīng)用研究。

本 刊 聲 明

（本刊編輯部）

2014-03-03。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012AA12A408）。

為適應(yīng)我國(guó)信息化建設(shè)，擴(kuò)大本刊及作者知識(shí)信息交流渠道，本刊數(shù)據(jù)已被《中國(guó)核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫(kù)》、《CNKI 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)》和《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（全文版）》等收錄。在《地理空間信息》發(fā)表的論文均默認(rèn)將其在著作權(quán)保護(hù)期內(nèi)的復(fù)制權(quán)、發(fā)行權(quán)、匯編權(quán)、翻譯權(quán)以及網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)授權(quán)給《地理空間信息》編輯部，編輯部可將上述權(quán)利轉(zhuǎn)授給第三方使用。作者不再許可他人以任何形式使用該篇論文，但可以在其后續(xù)作品中引用（或翻譯）該論文中部分內(nèi)容或?qū)⑵鋮R編在作者的非期刊類文集中。如不同意，請(qǐng)事先聲明，本刊另作處理。其文章的著作權(quán)使用費(fèi)與本刊稿酬一次性給付（已在收取發(fā)表費(fèi)時(shí)折減和換算為雜志贈(zèng)閱）。