维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷（２ｏｏ６）第７期 计算机与数字工程 ８ｌ 基于元数据的空间数据管理研究 牛晓琳季民赵志刚 （山东科技大学地球信息科学与工程学院青岛２６６５１０） 摘要提出了元数据管理下的空间数据组织方式，充分发挥文件存储和数据库存储各自的优势，把各种基础地理数 据利用空间数据库有机地组织起来，解决了空间数据组织过程中经常遇到的一些问题，如时态空间数据的存储、数据无缝 连接和多尺度问题、海量空间数据的存储检索，对于空间数据的组织管理与共享实现有一定的参考价值。 关键词元数据数据管理空间数据组织 中图分类号ＴＰ２７４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｓｐａｔｉａｌ Ｄａｔａ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ！Ｍｅｔａｄａｔａ ＮｉｕⅪａｏｌｉｎ ＪｉＭｉｎ ２￣ａａｏ・ （Ｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｇｎｄａｏ ２６６５１０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐａ￣ａｌ ｄａｔａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｅｔａｄａｔａ．ｍａｋｉｎｇ ｆｕｌｌ ｕｓｅ ０ｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆｆｉｌｅ ａｎｄ ａｄｔａｂａｓｅｓ，ｏｒｇａｎｉｉｆｇｎ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆｔｈｅ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｄａｔａ，￣ｏｌｖｉｇｎ ｏｕｔ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐａｔｉｌａ ｄａｔａ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａ８ ｔｈｅ￣ｖｉｎｇ ｏｆ ｔｅｎｓｅ ｓｐａｃｅ ａｄｔａ，ｔｈｅ ｄａｔａ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｓｅｗ ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｍａｎｙ ｓｃａｌｅｓ，ｔｈｅ ｓａｖｉｎｇｏｆｈｒｇ￣ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｐａｔｉａｌｄａｔａ，ｔｈｅｒｅｉｓ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｓｐａｔｉｌａ ｄａｔａ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｈ￣ｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｍｅｔａｄａｔａ，Ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｓｐａｔｉｌａ ｄａｔａ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｌｌｌ￣ｒ刀 ７ １ 引言 间相关数据集和信息资源的描述信息，它是对空 间特征的概括和抽取。元数据信息可提供空间数 地理信息系统（ＧＬＳ）技术的研究与发展从其诞 据集的特征资料，数据用户可据此来确定该数据 生以来一直是信息科学中最活跃的组成部分之一． 的名称、来源、组织结构、适用范围等 ２。 它在空间信息的采集、建模、数据组织、可视化表示 美国联邦地理数据委员会（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ 和分析等领域取得了大量的研究成果。其中，空间 Ｄａｔａ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，献）ｌ９９４年８月发布第一版元 信息的数据组织是ＧＩＳ研究的核心问题，这是因为 数据内容标准（ＣＳＤＧＭ），从１９９５年开始执行这一 空间数据的特点是类型繁多、异常复杂的，一种空 标准，并利用自动索引和服务机制，为用户提供通 间数据的组织方式决定了它应用的方便性和检索 过因特网访问其数据库的服务。ＦＧＤＣ于１９９７年 效率［１Ｉ。 完成第二版ＣＳＤＧＭ，并于１９９８年６月认可了该标 本文提出了元数据管理下的空间数据组织方 准（ＦＧＤＣ—ＳＴＤ一００１—１９９８）Ｅ３］。 式，为空间数据库的建设提供了依据；而且通过研 根据最新的ＦＧＤＣ的用户手册，标准中定义了 究空间数据的组织方式和检索，可为以后建设基础 三类元素： 地理框架提供参考，这样建立的空间数据库有利于 （１）子集（Ｓｅｃｔｉｏｎｓ）：标准中主要的章节被称为 数据的人库管理及检索。 子集，其实它也是复合元素。 ２ 元数据 （２）复合元素（Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｅｌｅｍｅｎｔ）：一组相关 的数据元素或者其它复合元素。 元数据，简言之就是数据的数据，是指地理空 （３）数据元素（Ｄａｔａ Ｅｌｅｍｅｎｔ）：从逻辑上不可 收到本文时间：２００５年９月１２日 维普资讯 http://www.cqvip.com ８２ 基于元数据的空间数据管理研究 第３４卷 再分割的数据项。 主要子集（不重复使用） 丽 面广～一一一．一一 次要子集（可重复使用） 了多种空间数据存储格式。不同的数据存储方式 由不同的空间数据引擎负责维护。 ４ 山东省空间数据存储的实现 根据国家元数据标准，通过对国家基础数据的 内容及类型的研究，我们可以根据山东省情，制定 Ｉ９．引用文献（ｃ） 卜＿ ｌ１０．负责单位（ｃ） 卜＿ Ｉ１１．地址（ｃ） 平面、垂 推哺倒 ｌ１３．在线资源 ｝． ８．元数据参考信息（Ｍ） 图１ ＦＧＤＣ元数据标准中的子集 图１是ＦＧＤＣ元数据标准的各个子集的示意 图。其中１到７是主要子集，而８到１０属于次要 子集，它们不能单独存在，只能在主要子集中被引 用。 通过对美国等一些国家元数据标准体系的分 析，以及对整个数字地理信息标准化理论前提的认 真研究，我们国家提出了一套基于国家空间信息基 础设施关键技术研究的元数据标准体系。该体系 共１２个部分组成，其中标准化内容包括标识信息、 数据质量信息、数据集继承信息、空间数据表示信 息、空间参照系信息、实体和属性信息、发行信息、 以及元数据参考信息等８个方面的内容，另外还有 ４个部分是标准化部分中必须引用的信息，它们为 引用信息、时间范围信息、联系信息及地址信息［引。 ３ 通用的空间数据组织方式 目前国内外空间数据的主要组织方式包括两 种方式：基于文件的组织方式和基于数据库的组织 方式。地理空间数据的存储模式经历了文件存储、 文件数据库混合存储和完全数据库存储等发展阶 段，其中文件数据库混合存储模式在传统的ＧＩＳ中 最为常见，能很好地支持具有关系特征的实体的属 性数据，却难以方便地表达地理空间实体的空间数 据，破坏了地理空间实体的完整性； 随着面向对象技术和对象关系数据库技术的 发展，数据库的数据表达能力大大增强，使利用数 据库同时存储和管理实体的属性数据和空间数据 成为可能。 在许多ＧＩＳ软件中，大多是基于数据库的组织 方式，因为基于文件的组织方式已经不能适应需 要，例如在国产ＧＩＳ软ＳｕｐｅｒＭａｐ中，ＳｕｐｅｒＭａｐ Ｏｂ． ｊｅｃｔｓ采用独特的多源空间数据无缝集成技术，提供 自己的元数据标准，同时省级基础地理信息框架中 的设计的４Ｄ产品元数据包含四种：数据的质量说 明的元数据、管理体系说明的元数据、行政区划和 图幅对照关系的元数据、图层内容说明的元数据。 ４．１文件管理体系 对整个空间数据的管理初步设计按照数据类 型、比例尺、时间、图幅四级体系进行管理，并参考 国家标准制定相应的分幅规则，建立元数据表，形 成行政区划与图幅之间的对照关系，实现空间数据 的层次性管理。 “数字山东”的空间基础地理信息数据按照四 级管理体系进行管理。建立山东数据的工作空间， 用这个工作空间管理所有的山东空间地理信息数 据。第一级按四种数据类型ＤＥＭ、ＤＬＧ、ＤＯＭ、ＤＲＧ 分别管理；第二级按照基本比例尺对数据进行分 类，分为１：１００万、１：５０万、１：２５万、１：１０万、１：５ 万、１：２．５万、１：１万、１：５０００、１：２０００等九个级别对 数据进行分类；第三级是按照时间对数据进行分 类。假设１：１００万的比例尺的一批图是２００４年５ 月份开始生产，到２００５年８月份完成，按照时间的 起止日期建立相应的文件名称，对数据进行管理； 第四级管理关系体系是按照图幅标号对数据进行 分类管理。按照不同的图幅度对数据进行分类管 理。在这个分类管理体系中，文件的命名都是按照 对应数据名称和分类进行命名，方便用户的管理和 查询。 行政区划与图幅的对应关系：行政区划与图幅 是两种不同的数据分类方法，而用户关心的空间地 理信息数据大多都与行政区划有关系，所以需要在 二者之间建立对照关系表。“数字山东”管理的基 本比例尺从１：１００万到１：２０００有九种。行政区划 可以分成两级地区级和县级两种。在“数字山东” 基础框架设计中，分别建立两级行政区划和各个比 例尺之间的行政区划和图幅之间的对应关系。具 体的对照关系表在元数据中作详细的说明。 元数据的组织：在分级空间地理数据管理中， 建立每级管理体系的元数据表，同时在每个图幅下 存储一个ＸＭＬ元数据文件，在这个文件中主要是 存储核心元数据，以方便数据的 （下转第８７页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷（２００６）第７期 计算机与数字工程 ２ｏＵ３． ８７ 来；在源编码器算法中更多地考虑到信道的特点， 采用柔性宏块排序技术和比特流速率切换技术来 适应移动网和ＩＰ网络的需要。 ［３］Ｓ Ｗｅｎｇｅｒ，Ｔ Ｓｔｏｃｋｈａｍｍｅｒ．Ａｎ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ Ｏｉｌ ｔｈｅ Ｈ．２６４ ＮＡＬ Ｃｏｎｃｅｐｔ［Ａ］．Ｊ、 —Ｂ０２８，Ｇｅｎｅｖａ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，２００２． 与现有的其它视频编码标准相比，具有明显的 优势，其编码技术先进实用，具有更强的网络适用 性并且它的基本层是公开的，不收取专利费，这就 使它在多个领域具有广泛的应用前景。可以预见， Ｈ．２６４将会成为最具影响的视频编码标准之一。 参考文献 ［４］Ｓｔｅｐｈａｎ Ｗｅｂｅｒ．Ｈ．２４／ＡＶＣ Ｏｖｅｒ６ ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｍ． Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｓｙｓｔ．．Ｖｉｄｅｏ Ｔｅｅｈｎｏ１．，２００３，１３（７）：６４５～ ６５６． ［５］Ｇａｒｙ Ｓｕｌｌｉｖａｎ．ＪＶＴ ＩＰＲ Ｓｔａｔｕｓ Ｒｅｐｏｒｔ［Ａ］．胛Ｆａｉｆａｘ，Ｖｉｒｇｉｍａ，ＵＳＡ，２００２． 一ｃｌ１Ｏ， ［６］ＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１／ＳＣ２９／Ｇ１１，Ｎ３６７５．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ： Ｖｅｒｓｉｏｎ ２．０Ｉｓ］． ［７］删一Ｔ ＴＳＧ１６．Ｄｒａｆｔ ｃａｌｌ ｆｏｒ ｐｒｏｌｘ￣ｌ ｆｏｒ Ｉ－Ｉ．２６Ｌ Ｖｉｄｅｏ 一Ｔ ＶＣＥＧ １６，１９９８． ｃｏａｉ￣［Ｒ］．删［１］ＩＴＵ—ＴＲｅｅ．Ｈ．２６４ ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４９６—１０ＡＶＣ，Ｄｏｃｕ— ｍｅｎｔ肌一ＧＯ５０［Ｓ］． ［２］Ｒａｌｆ ＳｃｈＹｆｅｒ，Ｔｈｏｍａｓ Ｗｉｅｇａｎｄ，Ｈｅｉｋｏ Ｓｃｈｗａｒｚ．Ｔｈｅ ｅｍｅｒｇ— ｉｎｇ Ｈ．２６４／ＡＶＣ Ｓｔａｎｄａｒｄ［Ｒ］．ＥＢＵ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ， ［８］Ｚｈｉｂｏ Ｃｈｅｎ，Ｐｅｎｇ Ｚｈｏｕ，Ｙｕｎ Ｈｅ．Ｆａｓｔ Ｉｎｔｅｇｅｒ Ｐｅｌ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｐｅｌ Ｍｏｉｔｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｊ、Ｔ【ＡＪ．Ｊ、，Ｔ—Ｒ｝１７， Ａｗａｊｉ，ＪＰ，２００２． （上接第８２页） 检索。 图层信息说明：说明地图的相关情况。 ４．２数据库管理体系 功能的扩展，通过它可以解释并处理ＲＤＢＭＳ中存 储的非格式化的二进制对象数据。 元数据和基础地理数据分别存储在数据库中。 基础数据首先按照数据类型ＤＥＭ、ＤＩＧ、ＤＯＭ、ＤＲＧ 建立四个数据库，相应类型的数据存储在对应的数 据库下，所存储的数据表命名包含比例尺、图幅号、 时间等信息。元数据中以数据表的形式进行管理， 其表命名的规则和其对应的数据的命名规则相同。 山东省基础地理信息数据库采用基于关系型 数据库的空间数据库系统。选用ＡｒｃＳＤＥ来管理空 间数据，数据库实体存放于大型空间数据库Ｏｒａｃｌｅ 中－，由Ｏｒａｃｌｅ实现对数据库的管理。在此基础上， 通过空间数据引擎ＡｒｃＳＤＥ访问数据库，并提供相 应的客户端应用。（见图２） ５ 结语 基于元数据的空间数据管理，对数据的检索提 供了方便，空间数据的无缝连接实现用户对空间数 据的透明访问，即对空间数据按空间进行集成，形 成地理空间上无缝连接的整体集成信息。用 ＲＤＢＭＳ来管理空间信息改变了传统的信息组织方 式，同时也引发了许多新的应用领域和研究领域， 比如空间数据仓库的建设以及空间数据挖掘、联机 分析处理等等，这些问题都需要作进一步研究。 参考文献 图２空间数据管理流程图 地理数据库利用ＲＤＢＭＳ存储空间数据及其属 性数据，提供快速的数据查询和显示功能。ＡｒｃＳＤＥ 与ＲＤＢＭＳ协同工作，提供了空间数据的存储、查询 和管理的解决方案。其中，ＲＤＢＭＳ负责在关系表 ［１］白晓东，黄为民．面向对象空间数据组织方法与应用研 究［Ｊ］．南京师范大学学报（自然科学版），２００１，２４（４）：１ ～２ ．［２］常原飞，王伟，等．城市基础地理信息集成的元数据平台 开发［Ｊ］．遥感学报，２００３，７（６）：１～３ ［３］蒋景瞳，刘若梅，贾云鹏．国际元数据标准的发展和研究 现状［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗ￣．ｓｄｉｎｆｏ．ｎｅｔ．ｃｎ／ｎｇｃｃ／ｓｄｉｎｆｏ／ ｐｒｏｄｔｅｔｅｄｄｏｃ／ｍｔ１．ｈｔｍ 中物理地存储数据，ＡｒｃＳＤＥ则为前端的ＧＩＳ负责 解释数据表中的这些数据，一般而言，尽管ＲＤＢＭＳ 提供给用户对象化的机制用于存储几乎多种非格 式化的数据，但其结构化查询语言（ＳＱＬ）并不具备 处理空间数据的能力。ＡｒｃＳＤＥ实际上是对ＲＤＢＭＳ ［４］姚艳敏，姜作勤，严泰来．国土资源信息核心元数据的研 究［Ｊ］．测绘学报．２００１．３０（４）：２～４
