电子政务多数据中心地理空间元数据共享服务

邓媛媛，李浩川，白雅卿，姚 璐

（1.国家海洋信息中心，天津 300171；2.国家信息中心，北京 100045；3.遥感与数字地球研究所，北京 100094；4.北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）

电子政务多数据中心地理空间元数据共享服务

邓媛媛1，李浩川2，白雅卿3，姚 璐4

（1.国家海洋信息中心，天津 300171；2.国家信息中心，北京 100045；3.遥感与数字地球研究所，北京 100094；4.北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）

通过对地理空间信息元数据标准的研究，分析了元数据的表达形式与存储策略，构建了多数据中心地理空间元数据共享服务系统，实现了分布式信息资源元数据共享交换和数据下载预览服务。

电子政务；多数据中心；地理空间信息；元数据；共享服务

1 多数据中心组织结构

基础信息库数据中心是一个分布式的多级多节点组织结构，包括国家中心、部门中心和省级中心三级（如图1所示），依托国家政务外网建立由多数据中心组成的网络互联体系。各数据中心地理空间数据主要包含自然资源、基础地理和遥感影像3大专题内容。数据类型包括Geodatabase空间数据、影像文件包和纯Oracle数据表,各部分数据都有配套的元数据，以XML文件存储在元数据库中。

图1 多数据中心组织结构图

2 地理空间信息元数据

2.1 地理空间信息元数据标准

基础信息库项目在国家标准《地理信息 元数据》的基础上[1-3]，结合基础信息库建设内容的特点和要求，对元数据内容进行修改和扩展，形成了项目基础标准《信息库 地理信息元数据标准》，定义了元数据元素，并确定了一组通用的元数据术语、定义和扩展方法[4]。同时在基础标准上进一步扩充和完善，制定了互操作性强的项目专用标准《信息库 元数据内容与代码标准》，兼用传统数据字典方式和统一建模语言（UML）抽象对象模型描述标准化的地理空间信息及服务元数据，合理地确定核心元数据要素集，详细定义了核心元数据、必选和条件必选的元数据子集、元数据实体和元数据元素等[4]，以指导元数据的采集、建库、更新、服务以及信息交换目录的建立与更新。

2.2 地理空间信息元数据描述

为了便于地理空间信息元数据的网络传输和共享，采用XML语言来描述元数据。XML通过定义不同的标记（Tags）赋予数据不同的语义，分开表达数据内容和数据结构，具有开放、可扩充和自定义性，使得用户可以方便地定义元数据标准中使用的数据结构，存储树状结构的元数据，并和网上发布实现无缝链接[5]。

1）元数据结构的定义。依据基础信息库元数据标准，用XML Schema对元数据结构进行精确定义。XML Schema 规定了XML 文件的逻辑结构，定义了XML文件中的元素、元素的属性以及元素和元素属性之间的关系，它可以帮助XML的分析程序校验XML文件标记的合法性。用XML Schema来描述元数据标准，很好地解决了树状文本表示法的缺陷，有效地说明元素类型和元素之间的关系，并能对元数据进行严格验证。

2）地理空间信息元数据存储策略。XML文档是由标记和内容组成的文本文档，标记包括元素和属性，内容则是这些元素和属性的值。符合同一个模式的所有XML文档，一般具有相似的结构。因此可以把XML文档分为结构和内容2部分，基于关系型数据库，分别用不同的数据库表来存储。元数据结构用XML Schema进行定义和有效性检查，以独立的存储表存储在元数据库中。元数据内容以2种方式存储：一种以元素为单位存储，将元数据的XML文本分解，逐个存储每个XML元素的相应信息，用于对元数据的检索；另一种以整个元数据的XML文本为单位进行存储，在提取元数据全文时，避免重新组合元数据元素，以提高存取速度。

3 地理空间元数据共享服务系统构建

地理空间元数据共享服务系统遵循开放的标准，采用J2EE技术架构、XML技术、中间件技术（Web中间件、GIS中间件）等进行系统研发，保证元数据在不同应用系统间能够顺利地交互，实现信息资源元数据的分布式管理、统一发布、目录服务等功能[6,7]。

3.1 系统架构

地理空间元数据共享服务系统自下而上分为数据层、平台层、服务层和应用层（如图2所示）。数据层由业务数据库和元数据库组成，采用Oracle11g、DB2数据库系统实现。平台层包括GIS中间件、应用中间件、元数据网关、元数据服务器。其中GIS中间件包括ArcGIS Server、ArcSDE等，应用中间件包括J2EE应用服务器、数据库中间件等。服务层包括数据下载服务和目录服务，采用Web Service技术实现。应用层包括元数据查询、数据预览、数据下载、元数据采集和目录服务注册。

图2 地理空间元数据共享服务系统架构图

图3 空间元数据共享服务系统结构图

3.2 系统设计

地理空间元数据共享服务系统是由数据主中心节点、数据分中心和试点省节点组成的分布式系统。数据主中心节点包括元数据采集、元数据服务器、元数据网关、目录服务注册、元数据查询、下载服务和数据预览模块；数据分中心和试点省节点包括元数据采集、元数据服务器、下载服务和数据预览模块（图3）。

1）元数据采集模块。元数据采集模块实现元数据的自动或人工采集，支持从现有元数据、ArcSDE数据库、Geotiff文件、要素目录中采集元数据信息，生成符合标准的元数据XML文挡，以及对已生成的XML文件进行人工编辑。所采集的元数据需遵循《信息库地理空间元数据》和《信息库 元数据内容与代码》等标准，并通过元数据服务器上传到元数据库。

2）元数据服务器模块。元数据服务器模块实现对元数据标准、元数据和元数据库的管理，并以服务的形式提供元数据查询检索功能。元数据服务器通过将可查询数据限制为数据库中所有可用数据的子集的方式，实现对元数据节点的查询和元数据不同内容子集的提取，这种抽象数据库机制保证了查询过程与后台数据库实现的无关性，有效地支持对多标准元数据的联合查询。

3）元数据网关模块。元数据网关模块实现核心元数据的抽取，以及数据主分中心和试点省元数据的统一发布，是系统的核心。元数据网关通过目录服务模块注册的代理元数据库信息，根据网关配置好的策略，定时对代理元数据库的核心元数据进行抽取并存放到缓存元数据库中，并提供目录服务实现对核心元数据进行查询。它向下链接元数据服务器所管理的元数据库，向上为元数据查询提供核心元数据库，便于数据的查询和定位。

4）目录服务注册模块。目录服务注册模块实现对元数据服务器的基本信息进行注册和管理，提供元数据的代理查询服务，有效地避免远程客户对元数据的直接存取，屏蔽了非法入侵，从而保证用户数据安全。

5）元数据查询模块。元数据查询模块提供信息资源的发现、定位及条目信息的展示等功能，它通过与元数据网关交互查询缓存库中的发布库元数据，也可以通过与元数据服务器交互查询元数据库中的元数据。

6）下载服务模块。下载服务模块提供使用协议管理、数据下载功能，支持基于HTTP/FTP协议的数据下载，同时支持断线续传和多线程并发下载。

7）数据预览模块。数据预览模块基于服务提供基础信息库数据资源的预览功能，包括地图浏览、属性查询、空间查询、图片浏览等。

3.3 地理空间元数据共享服务业务流程

地理空间元数据共享服务的总体业务流程如图4所示。①数据主分中心和试点省使用元数据采集模块完成元数据采集工作，并将采集的XML元数据导入到元数据服务器，存储到元数据库中。②管理用户通过目录服务注册模块将元数据服务器注册到元数据网关模块中。③元数据网关模块从数据主分中心和试点省元数据服务器中抽取核心元数据，保存到核心元数据库中。④用户通过元数据查询模块进行元数据查询时，首先查询元数据网关获取核心元数据信息，如果需要浏览全文元数据，则到该元数据所在的元数据服务器进行查询并获取元数据全文。⑤用户通过元数据中填写的数据预览地址和下载地址，直接访问数据预览模块或下载服务模块实现数据的预览或下载。

图4 地理空间元数据共享服务总体业务流程

4 结 语

地理空间元数据共享服务系统实现了自然资源和地理空间基础信息库分布式信息资源元数据共享交换和数据下载预览服务，提供了信息资源的发现定位和访问获取功能，使政府部门和社会公众用户能便捷了解自然资源和地理空间基础信息库各数据中心多种地理空间信息资源的内容，有效加快了数据和信息的流通，提高地理空间信息资源的开发和利用效率。

[1] 国家地理空间信息协调委员会办公室. 自然资源和地理空间信息整合与共享研究[M]. 北京: 科学出版社, 2007

[2] 魏思奇. 面向对象的地理空间信息元数据分析[J]. 地理空间信息，2012,10(1)：22-24

[3] 蒋景瞳，刘若梅，周旭，等. 国家标准《地理信息元数据》研制与实现若干问题[J]. 地理信息世界，2003, 1(5)：1-5

[4] 国家地理空间信息协调委员会办公室. 国家自然资源和地理空间基础信息库标准与规范 [Z]. 北京: 电子工业出版社, 2012

[5] 陈尹军，卞正富，王一冒. 基于XML的地理空间元数据管理[J]. 海洋测绘，2009,29(5)：64-66

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[7] 董明青. WebService与地理信息数据共享的研究[J]. 测绘与空间地理信息，2013,36(8)：110-111

P208

B

1672-4623（2015）01-0030-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.010

邓媛媛，硕士，工程师，主要从事地理信息与遥感应用研究。

本 刊 声 明

（本刊编辑部）

2014-03-03。

项目来源：国家高技术研究发展计划资助项目（2012AA12A408）。

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