宋寧遠(yuǎn) 劉晶

（武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，武漢 430072）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)研究范式正在逐步向數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究過(guò)渡。作為科研活動(dòng)的基本素材及產(chǎn)出形式，科學(xué)數(shù)據(jù)既是推動(dòng)科學(xué)研究的重要支撐，也是科學(xué)交流體系的關(guān)鍵載體。規(guī)范化的數(shù)據(jù)描述方案一方面可以為用戶提供追溯數(shù)據(jù)源的有效路徑，實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的有效訪問(wèn)，輔助研究者發(fā)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)中潛在的科學(xué)知識(shí)[1]；另一方面，面向科學(xué)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)有效復(fù)用與開(kāi)放共享的基礎(chǔ)，對(duì)促進(jìn)以數(shù)據(jù)為主體的要素出版及語(yǔ)義出版的發(fā)展有十分重要的作用[2-3]。

目前，許多科研機(jī)構(gòu)都發(fā)布了適用于特定領(lǐng)域的科學(xué)數(shù)據(jù)描述規(guī)范及元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。其中，數(shù)據(jù)標(biāo)簽集（Data Tag Suite，DATS）是由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院開(kāi)發(fā)的一套專門用于描述科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽集[4-5]，旨在為醫(yī)學(xué)研究數(shù)據(jù)提供一套通用的數(shù)據(jù)描述框架，便于科學(xué)數(shù)據(jù)的表示、存儲(chǔ)、管理和復(fù)用，具有適用范圍廣、粒度細(xì)等特點(diǎn)，能夠較規(guī)范地描述科學(xué)數(shù)據(jù)。對(duì)DATS基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以更加明確數(shù)據(jù)描述機(jī)制與方法，為提出更規(guī)范、全面的數(shù)據(jù)描述方案提供參考與借鑒，進(jìn)而促進(jìn)科學(xué)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、分享和復(fù)用，更好地支撐數(shù)據(jù)引用。

1 DATS標(biāo)簽集基本組成

DATS定義了用于科學(xué)數(shù)據(jù)集描述的元素（elements）、屬性（property）及元素間關(guān)系（relations）。DATS元素可分為兩大類，分別為核心元素和擴(kuò)展元素。核心元素不受領(lǐng)域限制，具有普適性特征；擴(kuò)展元素是根據(jù)特定領(lǐng)域（生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及醫(yī)學(xué)等）科學(xué)數(shù)據(jù)集的具體特點(diǎn)，制定的更為詳細(xì)的描述方案，具備可擴(kuò)展性，當(dāng)出現(xiàn)新的數(shù)據(jù)描述需求時(shí)，可進(jìn)一步根據(jù)具體領(lǐng)域的指定特征進(jìn)行元素?cái)U(kuò)充。

1.1 DATS核心元素

DATS核心元素包含20個(gè)實(shí)體。按照DATS的定義，DATS核心元素被分為3類，分別是數(shù)字研究對(duì)象（Digital Research Object）、信息實(shí)體（Information Entity）和材料（Material）。數(shù)字研究對(duì)象類元素指科學(xué)研究過(guò)程中與科學(xué)數(shù)據(jù)集及其創(chuàng)建、存儲(chǔ)、出版等活動(dòng)相關(guān)的實(shí)體，信息實(shí)體類元素側(cè)重對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)集的描述，材料類元素側(cè)重描述與數(shù)據(jù)研究活動(dòng)相關(guān)的機(jī)構(gòu)、個(gè)人或物質(zhì)性材料。DATS核心元素包含的子元素及其具體定義見(jiàn)表1。

DATS核心元素定義了179種屬性，分為必選屬性（M UST）、推薦屬性（SHOU LD）和可選屬性（MAY）。其中，必選屬性23個(gè)，如標(biāo)題（title）、類型（types）等；推薦屬性62個(gè)，如標(biāo)識(shí)符（identifier）、許可證（licenses）等；可選屬性94個(gè)，如數(shù)據(jù)（dates）、空間信息（spatialCoverage）等。

表1 DATS核心元素實(shí)體定義

1.2 DATS擴(kuò)展元素

DATS擴(kuò)展元素主要面向生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)τ诳茖W(xué)數(shù)據(jù)集描述的特定需求，定義了13個(gè)實(shí)體。按照DATS標(biāo)簽集的定義，DATS擴(kuò)展元素被分為4類，分別是流程（Process）、材料（Material）、疾?。―isease）和信息實(shí)體（Information Entity）。流程類元素旨在表征科學(xué)數(shù)據(jù)處理的一般過(guò)程，材料類元素旨在揭示產(chǎn)生科學(xué)數(shù)據(jù)的特定領(lǐng)域與具體來(lái)源，疾病類元素實(shí)現(xiàn)了生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域相關(guān)的疾病實(shí)體描述，信息實(shí)體類元素側(cè)重對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)集的描述。DATS擴(kuò)展元素包含的子元素及其具體定義見(jiàn)表2。

DATS擴(kuò)展元素定義了137種屬性。其包含17個(gè)必選屬性，如名稱（name）、輸入（input）、輸出（output）等；47個(gè)推薦屬性，如初始數(shù)據(jù)（startDate）、結(jié)束數(shù)據(jù)（endDate）等；73個(gè)可選屬性，如關(guān)鍵詞（keywords）等。

1.3 DATS元素間關(guān)系

DATS定義了30種基本元素關(guān)系。根據(jù)DATS元素關(guān)系在描述實(shí)體對(duì)象深層語(yǔ)義信息時(shí)的功能差異，以及關(guān)系定義域（domain）和值域（range）的不同，本文將30種實(shí)體關(guān)系進(jìn)行分類。第一類為引用關(guān)系。主要描述數(shù)據(jù)集與出版物間的參考引用。第二類為歸屬關(guān)系。明確了對(duì)數(shù)據(jù)集、出版物等有貢獻(xiàn)及責(zé)任的人、機(jī)構(gòu)和基金。第三類為流程關(guān)系。主要描述科學(xué)數(shù)據(jù)研究過(guò)程中不同實(shí)體間的關(guān)系，揭示科學(xué)數(shù)據(jù)研究活動(dòng)的執(zhí)行過(guò)程；科學(xué)數(shù)據(jù)研究活動(dòng)應(yīng)用的儀器、軟件和材料；科學(xué)數(shù)據(jù)研究活動(dòng)輸出的數(shù)據(jù)集。第四類為存儲(chǔ)關(guān)系。主要描述數(shù)據(jù)集在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的存儲(chǔ)信息。第五類為許可與標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)系。主要描述數(shù)據(jù)集、出版物和軟件的許可信息。具體DATS元素關(guān)系見(jiàn)表3。

表2 DATS擴(kuò)展元素實(shí)體定義

DATS在詳細(xì)定義數(shù)據(jù)描述的元素同時(shí)，還對(duì)元素間關(guān)系進(jìn)行較全面的描述。借助這些規(guī)范化的關(guān)系定義，更有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)共享。

2 DATS特征分析

為更好地對(duì)DATS進(jìn)行分析，總結(jié)歸納其特征，本文通過(guò)與DataCite、HCLS等科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)描述方案及框架進(jìn)行對(duì)比，在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)DATS的特點(diǎn)。

2.1 DATS、DataCite及HCLS的對(duì)比

DataCite元數(shù)據(jù)框架[6]和HCLS元數(shù)據(jù)模型[7]是目前相對(duì)主流的數(shù)據(jù)描述元數(shù)據(jù)框架。DataCite元數(shù)據(jù)框架由推進(jìn)數(shù)據(jù)引用的規(guī)范化機(jī)構(gòu)DataCite提出，是出于促進(jìn)數(shù)據(jù)引用和數(shù)據(jù)檢索的目的，為信息資源描述提供精確統(tǒng)一的標(biāo)識(shí)而創(chuàng)建的科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)元素集合，適用對(duì)象為廣義的科學(xué)數(shù)據(jù)集合，即涵蓋各種類型的科學(xué)數(shù)據(jù)，而不局限于傳統(tǒng)數(shù)字型數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)數(shù)字資源標(biāo)識(shí)符（Digital Object Identifiers，DOI）永久訪問(wèn)數(shù)據(jù)資源。HCLS元數(shù)據(jù)模型由W3C開(kāi)發(fā)，旨在描述健康與生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集，強(qiáng)調(diào)與數(shù)據(jù)版本、來(lái)源、交換、查詢和檢索等相關(guān)的元素及其屬性，對(duì)數(shù)據(jù)的描述分為概要層面（Summary Level）、版本層面（Version Level）和分布層面（Distribution Level），借助資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行描述。表4從元素適用范圍、元素屬性、元素關(guān)系對(duì)DATS、DataCite和HCLS進(jìn)行比較，總結(jié)DATS描述科學(xué)數(shù)據(jù)的特征和優(yōu)勢(shì)。

從表4可以發(fā)現(xiàn)，DATS、DataCite和HCLS都關(guān)注科學(xué)數(shù)據(jù)集的描述與引用問(wèn)題，但是適用范圍和組件結(jié)構(gòu)各有不同，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景存在一定差異。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，DATS的適用場(chǎng)景更靈活，組件定義更豐富。

2.2 DATS的特點(diǎn)

通過(guò)分析DATS的元素、屬性和關(guān)系，比較DATS、DataCite及HCLS的適用范圍和組件結(jié)構(gòu)，本文總結(jié)得出DATS描述科學(xué)數(shù)據(jù)集時(shí)具有以下4個(gè)特點(diǎn)。

（1）適用范圍靈活，能夠適應(yīng)不同領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)描述需求。DATS一方面通過(guò)核心元素集定義了通用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)描述方案，另一方面通過(guò)擴(kuò)展元素集實(shí)現(xiàn)對(duì)特定領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)的表征。因此，DATS不僅可用于通用領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)集的描述，也能夠滿足生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)描述的特定需求。

表3 DATS元素關(guān)系

（2）元素粒度豐富，能夠更加精準(zhǔn)地描述科學(xué)數(shù)據(jù)。相較于其他數(shù)據(jù)集描述方案，DATS定義了更豐富的元素和元素間關(guān)系，DATS通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)等元素的定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)立數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)集合等不同存在狀態(tài)的科學(xué)數(shù)據(jù)規(guī)范化描述，并通過(guò)hasPart、aggregation、aggregatorOf等多種關(guān)系的定義，描述不同粒度科學(xué)數(shù)據(jù)間的語(yǔ)義關(guān)系?？傮w來(lái)說(shuō)，DATS更加適應(yīng)多粒度科學(xué)數(shù)據(jù)資源描述需求，描述能力更強(qiáng)，能夠更精確地實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的描述與定義。

（3）關(guān)聯(lián)外部資源，全面揭示科學(xué)數(shù)據(jù)的情境信息。DATS以數(shù)據(jù)集實(shí)體為核心，同時(shí)定義了用以描述外部資源的實(shí)體（如科學(xué)研究過(guò)程、所用材料等），并通過(guò)元素屬性和關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集與外部資源的關(guān)聯(lián)，共同揭示科學(xué)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義信息和情境信息，便于研究人員深入理解科學(xué)數(shù)據(jù)的研究過(guò)程。

（4）描述更規(guī)范，與主流元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行映射。DATS標(biāo)簽集通過(guò)復(fù)用已有科學(xué)數(shù)據(jù)描述方案中的部分元素及屬性，實(shí)現(xiàn)DATS標(biāo)簽集與現(xiàn)有元數(shù)據(jù)模型的映射。復(fù)用的元數(shù)據(jù)既包括通用領(lǐng)域的元數(shù)據(jù)框架，如通用標(biāo)記詞匯元素標(biāo)簽集（schema.org）[8]和DataCite元數(shù)據(jù)框架；又包含特定領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)框架，如健康與生命科學(xué)領(lǐng)域描述數(shù)據(jù)集（HCLS）和ga4gh metadata model[9]。通過(guò)與不同元數(shù)據(jù)框架的映射，DATS實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有資源的復(fù)用，對(duì)元素的定義更規(guī)范，可擴(kuò)展性更強(qiáng)。

表4 元數(shù)據(jù)描述方案對(duì)比

3 DATS適用性分析

通過(guò)以上對(duì)比分析不難發(fā)現(xiàn)，DATS在數(shù)據(jù)描述、資源關(guān)聯(lián)等方面具有較強(qiáng)的表達(dá)能力，為進(jìn)一步明確DATS的適用性，本文分別從數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)歸屬、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)四個(gè)方面對(duì)DATS使用情況進(jìn)行討論。

3.1 數(shù)據(jù)描述

實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確復(fù)用的前提是對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，包括對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)的類型、標(biāo)題、關(guān)鍵詞等詳細(xì)定義與表征。DATS圍繞科學(xué)數(shù)據(jù)，定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)類型、維度、注釋、時(shí)間和地點(diǎn)等元素，同時(shí)對(duì)包括標(biāo)題、類型等在內(nèi)的屬性信息進(jìn)行表征，多維度地定義了科學(xué)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)集。此外，DATS還分別定義了數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)集合等元素，多粒度地揭示了科學(xué)數(shù)據(jù)的深層語(yǔ)義特征，奠定數(shù)據(jù)引用的基礎(chǔ)。另外，通過(guò)擴(kuò)展元素，DATS還可以更精確地表征科學(xué)數(shù)據(jù)的領(lǐng)域特征。因此，DATS多維度、多粒度、可擴(kuò)展地定義領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，能夠更好地支撐數(shù)據(jù)引用。

3.2 數(shù)據(jù)歸屬

Parsons[10]和Borgman[11]將歸屬與數(shù)據(jù)問(wèn)責(zé)聯(lián)系起來(lái)，從而明確“誰(shuí)創(chuàng)造了數(shù)據(jù)價(jià)值”及“誰(shuí)應(yīng)該為數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)”。有研究進(jìn)一步指出，單一的數(shù)據(jù)歸屬機(jī)制并不適用于所有科學(xué)數(shù)據(jù)，科學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)該歸屬于所有對(duì)數(shù)據(jù)有貢獻(xiàn)的個(gè)人或機(jī)構(gòu)[12]。對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)的歸屬信息進(jìn)行準(zhǔn)確定義，有助于對(duì)數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者研究工作的認(rèn)可與嘉獎(jiǎng)，推動(dòng)科學(xué)數(shù)據(jù)創(chuàng)建、出版和管理的科研信用及獎(jiǎng)賞機(jī)制的完善。

DATS定義了機(jī)構(gòu)類元素，詳細(xì)定義了人物、機(jī)構(gòu)、基金、出版商等實(shí)體，并對(duì)數(shù)據(jù)集與機(jī)構(gòu)類元素間的歸屬關(guān)系進(jìn)行了清晰明確的定義，能夠準(zhǔn)確表示科學(xué)數(shù)據(jù)的來(lái)源信息。DATS不僅能夠滿足科學(xué)數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者的描述需求，而且是對(duì)數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)者研究工作的認(rèn)可，是對(duì)貢獻(xiàn)者所承擔(dān)責(zé)任的監(jiān)督，能夠促進(jìn)研究機(jī)構(gòu)、個(gè)人更加規(guī)范地引用和分享科學(xué)數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)側(cè)重描述科學(xué)數(shù)據(jù)與外部資源，如出版物、數(shù)據(jù)集等多類型資源的關(guān)聯(lián)。實(shí)現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是支撐數(shù)據(jù)引用的關(guān)鍵，借助數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以準(zhǔn)確地定位數(shù)據(jù)歸屬，并為數(shù)據(jù)訪問(wèn)提供路徑。

DATS定義了數(shù)據(jù)集的citation和primaryPublicationg關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)數(shù)據(jù)與出版物實(shí)體的關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)了科學(xué)數(shù)據(jù)和科技文獻(xiàn)的互操作性；DATS核心元素定義了數(shù)據(jù)集與軟件、材料等實(shí)體的關(guān)聯(lián)，描述管理或獲取科學(xué)數(shù)據(jù)的軟件及與科學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)的物質(zhì)實(shí)體；DATS擴(kuò)展元素定義了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的特定資源，揭示醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)研究過(guò)程中可能涉及的資源實(shí)體。DATS通過(guò)科學(xué)數(shù)據(jù)與外部資源的關(guān)聯(lián)描述，很大程度上增強(qiáng)了科學(xué)數(shù)據(jù)的情境信息，能夠幫助用戶獲取與科學(xué)數(shù)據(jù)所屬領(lǐng)域和研究活動(dòng)相關(guān)的知識(shí)，從而更好地促進(jìn)用戶對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)的理解和復(fù)用。

3.4 數(shù)據(jù)訪問(wèn)

數(shù)據(jù)訪問(wèn)側(cè)重科學(xué)數(shù)據(jù)的檢索、發(fā)現(xiàn)、訪問(wèn)和復(fù)用。通常情況下，科學(xué)數(shù)據(jù)就像科學(xué)文獻(xiàn)中的一個(gè)隱藏知識(shí)實(shí)體，很難被研究人員發(fā)現(xiàn)和檢索。因此，為更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)引用，科學(xué)數(shù)據(jù)描述方案尤其需要重視對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)的支持。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)主要包括訪問(wèn)限制、載體媒介、存儲(chǔ)位置和唯一資源標(biāo)識(shí)符。在訪問(wèn)限制方面，DATS定義了許可元素，描述科學(xué)數(shù)據(jù)的合法操作類型，如重新分配、修改、復(fù)用等；DATS還定義了訪問(wèn)元素，如描述科學(xué)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)類型（下載、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、局部訪問(wèn)、不可訪問(wèn)等）、科學(xué)數(shù)據(jù)的授權(quán)類型（無(wú)授權(quán)、點(diǎn)擊同意授權(quán)、注冊(cè)授權(quán)等）、科學(xué)數(shù)據(jù)的物理訪問(wèn)路徑（登錄頁(yè)面和標(biāo)準(zhǔn)URL）。在載體媒介方面，DATS定義了數(shù)據(jù)集分布的formats屬性，描述了科學(xué)數(shù)據(jù)的載體媒介，如PDF、XML、Application等。存儲(chǔ)位置和唯一資源標(biāo)識(shí)符方面，DATS定義了storedIn屬性，描述了科學(xué)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)位置。然而，對(duì)于科學(xué)數(shù)據(jù)而言，物理存儲(chǔ)位置（如URL）存在易變和缺乏持久性的問(wèn)題，而唯一資源標(biāo)識(shí)符能夠?yàn)橘Y源提供唯一的、獨(dú)立于物理存儲(chǔ)位置且持續(xù)不變的標(biāo)識(shí)符，解決物理存儲(chǔ)位置的問(wèn)題。目前比較具有代表性的唯一標(biāo)識(shí)符包括DOI[13]、統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（Uniform Resource Name）[14]、Handles[15]等。DATS采用DOI作為數(shù)據(jù)集的唯一資源標(biāo)識(shí)符，用戶可以通過(guò)DOI地址持續(xù)穩(wěn)定地訪問(wèn)科學(xué)數(shù)據(jù)，推動(dòng)用戶對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)的引用和復(fù)用。因此，借助DATS可以更準(zhǔn)確地定義科學(xué)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置及訪問(wèn)方式，更好地適用于數(shù)據(jù)引用。

4 總結(jié)

本文分析了DATS的元素、屬性及其關(guān)系，并將其與DataCite、HCLS元數(shù)據(jù)框架進(jìn)行比較，分析總結(jié)DATS在描述科學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)的特征和優(yōu)勢(shì)，最后詳細(xì)闡述DATS的適用性情況。研究表明，DATS標(biāo)簽集具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引用能力，能夠滿足通用領(lǐng)域和特定領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)復(fù)用的需求。本研究的不足之處在于對(duì)DATS在數(shù)據(jù)引用中的適用性研究側(cè)重理論層面，未來(lái)將繼續(xù)對(duì)DATS在數(shù)據(jù)引用中的適用性進(jìn)行實(shí)證研究。

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