气象及海洋卫星遥感信息核心元数据研究

邵连军，张红雷，杨静飞，施英妮

（61741部队，北京100094）

气象及海洋卫星遥感信息核心元数据研究

邵连军，张红雷，杨静飞，施英妮

（61741部队，北京100094）

针对气象及海洋卫星遥感信息的共享与应用需求，该文研究了其核心元数据的表达方式，初步设计了核心元数据的框架模型，主要包括标识信息、数据质量信息、分发信息、参照系信息和限制信息等6个子集，并对各子集的元素进行了构建，为数据的发现、获取和应用提供信息，以提高气象海洋卫星遥感信息的应用效能。

气象卫星；海洋卫星；元数据；统一建模语言；实体集；子集

0 引 言

随着气象、海洋卫星系统的发展，数字化和网络化的遥感信息得到迅速积累和增长，这些遥感信息具有复杂的数据结构，涉及卫星、载荷和参照系等种类繁多的要素［1］。如何充分利用这些耗费巨大人力、物力积累起来的信息资源，使相关科研和业务用户快速有效地发现、获取和使用所需的信息，已成为急需解决的问题。元数据是解决这一问题的有效途径，通过建立科学合理的元数据，能够提高气象海洋卫星遥感信息的共享程度和使用效能。

目前，国际上比较有影响的元数据标准是美国联邦地理数据委员会制定的地理空间元数据标准和都柏林核心元数据标准，已成为其他学科制定元数据标准的参考。结合气象数据的特点，中国气象局制定了气象数据集核心元数据标准（草案），促进了我国气象科学数据集的共享和应用［2－3］。目前国内尚未形成针对气象、海洋卫星遥感信息的元数据标准。气象卫星产品和海洋卫星产品在内容方面有很多重叠，属性比较一致，所以本文综合这两个系列卫星遥感资料的特点，研究其核心元数据的模型与内容组成，为将来元数据标准的制定提供参考。

1 元数据的表达方法

元数据本身也是一种数据，是从复杂的遥感数据中抽象得到的最基本的特征集合，这一抽象能够在一定程度上屏蔽遥感数据在格式等方面的差异，为基于内涵的数据共享和互操作提供基础。元数据的制定应遵循特定的表达方式，方便不同类型的用户理解和使用。

元数据通常是按元素、实体及子集进行组织的，元素是元数据的基本单元，用于描述数据集某一具体的特征；实体是描述同类特征的元数据元素和其他元数据实体的集合；子集是相互关联的元数据实体和元素的集合。元数据标准一般采用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）与数据字典相结合的表达方式来描述元数据的内容和结构。UML是一种表达方便且普遍适用的建模语言，其静态结构图描述了系统中类的结构，不仅定义了系统中的类，表示类之间的关系，如关联、依赖、聚合和组合等，也包括类的内部结构（类的属性和操作）。在UML模型中分别用包、类和属性来描述元数据的子集、实体以及元素［4－5］。数据字典用于对元数据的实体和元素进行详细定义，具体包括7个属性：中文名称、英文名称、定义、约束／条件、最大出现次数、数据类型和域值，其中“约束／条件”属性为元数据实体或元素的选择条件的描述符，包括必选（M）、条件选择（C）和可选（O）［6］。

本文旨在采用UML结构图对气象水文卫星遥感信息的核心元数据进行总体设计，通过UML结构图，用户能够清晰了解整个元数据的组成和相互关系，通过数据字典可以查找具体实体和元素的相关属性。

2 核心元数据模型与内容

2.1 框架模型

在实际应用中，气象水文卫星遥感信息的核心元数据主要回答以下几个问题：用户关心的数据集是否存在；数据集是何时观测、是否覆盖了指定地理区域；数据质量如何；有何使用限制；如何获取这些信息和联系方式。基于以上思路，气象、海洋卫星核心元数据主要设计了由6个元数据子集组成的框架模型（图1），具体包括元数据实体集信息、标识信息、数据质量信息、限制信息、分发信息和参照系信息等，其中元数据实体集信息、参照系信息、标识信息和数据质量信息为必选子集，限制信息和分发信息为可选子集，数据类型为负责单位信息。这些信息能够回答上述问题，有利于提高卫星遥感信息的应用效能。

图1 元数据包结构图

2.2 组成内容描述

（1）实体集信息

与框架模型相对应，元数据实体集信息包括描述气象、海洋卫星遥感信息的全部核心元数据，用实体MD＿元数据表示，其实体结构如图2所示，具体包括5个实体集：必选实体MD＿标识信息和DQ＿数据质量和RS＿参照系；可选实体MD＿分发和MD＿限制信息，这5个实体集包含了元数据的最基本信息。框架模型中的负责单位信息作为数据类型，在DQ＿数据质量和MD＿分发这两个实体集中多次使用。另外MD＿元数据聚合实体本身还包括4个必选元素：数据名称、数据编号、创建日期和联系单位，其中数据编号是数据的唯一标识。

图2 元数据信息子集UML结构图

（2）标识信息

标识信息是气象、海洋卫星遥感信息的基本元数据，为用户提供数据的基本情况，用MD＿标识信息来表示，是必选实体，其实体结构UML类图如图3所示，包括3个必选元素，2个可选元素，并关联了4个必选实体。通过数据的分级和分类信息，用户可以了解卫星产品的处理等级和应用领域，便于不同专业领域的用户获取和应用数据；数据表现方式定义为气象、海洋卫星遥感信息的表现方式，如栅格、矢量等数据类型，大部分卫星数据及专题产品为栅格类型，还有一些反演产品以文本的类型进行存储，如大气压力、温度和湿度数据等；卫星平台信息描述了观测数据的卫星平台名称、类型和编号等信息，有效载荷信息描述了观测数据的有效载荷名称、通道和类型等信息，例如海表温度数据由风云三号卫星的VIRR载荷的热红外通道观测资料反演得到；时间和地理覆盖范围信息可以使用户准确了解数据获取的时间和观测区域，提高使用效率。

图3 标识信息UML结构图

（3）数据质量信息

为了使用户对气象、海洋卫星遥感信息的数据质量有一个总体的了解，设置数据质量信息子集，用DQ＿数据质量实体表示。该实体包括数据质量总评价、数据质量要素和数据处理等信息。数据质量总评价对数据质量给出总体评价，划分为优、良、一般和不合格4个等级，为必选元素。然后给出数据的处理信息，含数据的处理时间、处理者和处理软件等要素。数据质量要素是一个类，主要包含数据完整性、定位精度、定标精度以及气象、海洋反演产品的相对误差和绝对误差等信息，能够对数据的质量进行更加详细的描述。具体见图4。

图4 数据质量信息UML结构图

（4）分发信息

数据分发信息提供有关索取资料所需的数据格式、数字传输选项以及分发方联系信息。用户通过分发信息可以了解数据集目前被存放在何处，如何索取以及使用数据集的技术要求和方法等，见图5。MD＿数字传输选项用于说明从分发者获取遥感信息的技术方法和介质，分发单元可以使用数据的名称、数据层和地理方法等；传输量按确定的传输格式估计，一个分发单元的数据量，一般用MB表示。在线和离线分别表示在线资源信息和离线介质信息。MD＿格式用于说明遥感信息在记录、文件、通信、存储和传送中的表示方法，包括格式名称、版本和解压缩的算法和处理说明。

图5 分发信息UML结构图

（5）参照系信息

参照系信息是气象、海洋卫星遥感信息使用的空间参照系和时间参照系的说明，用RS＿参照系实体表示。包括空间坐标系名称、时间参照系名称和投影方式等元素，见图6。通过这些信息，用户可以了解遥感信息的时空框架模型，使信息的时空意义更加明确，奠定了数据集时空定量分析的基础，投影方式信息可以帮助用户实现准确的图像显示，提高信息的可视化程度。

图6 参照系信息UML结构图

（6）限制信息

由于气象、海洋卫星系统所提供的数据具有不同的限制等级，必须对访问和使用这些数据进行规定。限制信息主要是对访问和使用数据集的限制性说明，主要包括用途限制和安全限制，见图7。用途限制用于说明影响数据集和元数据适用性的限制；安全限制分为安全限制分级和用户注意事项两个方面，用户注意事项主要说明为获取和使用数据集的法律限制或其他限制的说明，以及法律上的先决条件。

（7）负责单位信息

负责单位信息是一组数据类型，它是一组不同值的描述符，允许对值域内的值进行操作，包含了元数据子集有关数据共享和使用过程中可能涉及的负责单位、负责人和联系方式等信息。负责单位信息包括CI＿负责单位、CI＿联系、CI＿地址和CI＿在线资源等，这些信息在元数据子集中多处出现，所以用数据类型单独列出来。具体组成如图8所示。

图7 限制信息UML结构图

图8 负责单位信息UML结构图

3 核心元数据标准的应用

元数据为不同格式、不同类别和不同等级的气象、海洋卫星遥感信息提供了规范、普遍的描述方法和检索工具。气象、海洋卫星遥感信息从0级数据的生成开始，经专业处理、存储、管理、分发，最后到用户的获取和应用，每一个环节都需要相应的元数据。所以，在气象、海洋卫星遥感信息共享系统建设过程中，应基于元数据标准生产元数据，并进行统一管理，提高系统的利用效率。通过元数据，用户能够对遥感信息资源进行详细、深入地了解，如数据的分级分类、数据质量、观测时间和区域、格式以及获取方法等信息，同时，借助于元数据用户能够快速发现所需的信息资源，进而通过合适的途径获取和利用，促进气象海洋遥感信息的共享。

表1是气象、海洋卫星核心元数据的一个实例，它以可见光云图数据为例进行说明，包含了最主要的核心元数据信息。篇幅所限，表格只给出具体内容。

表1 核心元数据实例

4 结束语

本文针对气象、海洋卫星遥感信息的应用需求，研究了元数据的表达方式，并初步设计了核心元数据框架模型，通过标识信息、数据质量信息、分发信息、参照系信息和限制信息等6个子集，对气象、海洋遥感信息进行描述，用于数据的存储管理、查询检索、共享和应用。通过核心元数据，能够提高气象、海洋卫星遥感信息的共享水平和应用效能，具有重要的意义。需要指出的是，由于气象、海洋卫星遥感信息的海量特征和多样性，仅仅有核心元数据，可能无法满足所有用户的需求。因此，在核心元数据的基础上，应建立扩展机制，以满足数据管理者与用户更深层次的需要。

［1］ 胡文超，李晓苹，韩海涛.气象元数据应用研究进展［J］.干旱气象，2008，26（4）：12－15.

［2］ 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）：349－354.

［3］ 李学荣，李莎.海洋水色遥感元数据及其系统设计［J］.热带海洋学报，2007，26（1）：81－86.

［4］ 中国气象局.QX／T 39—2005气象数据集核心元数据［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］ 国家质量监督检验检疫总局.GB／T 19710—2005地理信息元数据［S］.北京：中国标准出版社，2005.

［6］ 石立坚，王其茂，郭茂华.海洋灾害遥感元数据及数据系统设计［J］.遥感信息，2010，25（3）：117－121.

Core Metadata for Remote Sensing Data of Meteorological and Oceanic Satellite

SHAO Lian－jun，ZHANG Hong－lei，YANG Jing－fei，SHI Ying－ni
（61741 Troops，Beijing100094）

Aiming to the sharing and applying requirements on the remote sensing data of the meteorological and oceanic satellite，the paper studied the expression of the core metadata，preliminary designed the framework of the core metadata including identification，data quality，distribution，reference system and constraints information，and constructed the elements，which provides information for data discovery，data access and data application and improves the efficiency of the data of the meteorological and oceanic satellite.

meteorological satellite；oceanic satellite；metadata；UML；metadata entity；metadata section

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.04.018

TP79

A

1000－3177（2015）140－0104－05

2014－03－28

2014－07－28

邵连军（1974—），男，博士，研究方向为利用GPS反射信号遥感海洋信息、卫星海洋遥感。

E－mail：legendshao＠163.com