基于CKAN的政府数据开放平台构建

摘要：[目的/意义]本研究针对我国地方政府数据开放平台面临的挑战，设计并构建基于CKAN的政府数据开放平台，为我国政府数据开放平台的建设和改进提供参考。[方法/过程]在对CKAN的应用及特征进行概述的基础上，分析CKAN具有的核心功能，探讨CKAN的元数据管理以及关联数据集的API发布，最后给出平台安装的步骤和策略。[结果/结论]充分发挥CKAN平台的核心功能、元数据管理以及关联数据集的API发布等方面的优势，结合Drupal等开源内容管理框架来构建政府数据开放平台才是最优选择。

关键词：CKAN;政府数据开放平台;元数据;关联数据

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2019.03.008

〔中图分类号〕G203;D63-39〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2019）03-0069-08

开放政府数据是世界各国政府的一项战略举措，它通过以机器可读的格式共享政府数据，促使其它人能够免费再利用。在过去的5～7年中，大多数政府都颁布了开放数据政策，而且许多数据集可以在数据门户网站上可用。在2008-2013年的开放数据早期，主要的关注点是，构建一个开放数据平台并尽可能发布更多的数据集。因此，随着城市、地区、中央等层级的政府希望在开放数据领域拥有一席之地，各个层次的政府数据开放平台也开始涌现。从理论上来看，一些学者对政府数据开放平台评价和建设问题进行了研究。岳丽欣等对国内已有的相关数据开放平台进行比较，构建相关评价体系对已有平台进行评估，明确目前平台建设所存在的缺点[1]。钱晓红等初步讨论与介绍了各国政府开放数据平台的建设现状，比较了现有政府开放数据平台存在的问题，在此基础上构建了基于数据集开放的政府数据开放平台，并论述了其技术特征[2]。李盼等针对我国地方政府开放数据门户网站在元数据规范和数据格式上的不足，设计并建立基于Drupal的政府开放数据平台[3]。自2011年起，北京、上海等地区在大数据的影响下首次开展政府数据开放工作，建立了地方政府数据开放平台，但与美国相比，我国的政府数据开放建设才刚刚开始，没有建立国家统一的数据开放网站，各级地方政府的数据开放网站也在逐步发展中，有待于进一步提升[4]。因此，本文介绍CKAN工具，探讨基于CKAN的政府数据开放平台构建，旨在为我国政府开放平台的建设和改进提供参考。

1CKAN概述与特征

1.1CKAN概述

CKAN（Comprehensive Knowledge Archive Network，全面知识档案网络）是开放知识基金会（Open Knowledge Foundation）所发展与维护的一个开放原始码的数据管理系统，能够提供相关工具来存取数据，从而便捷地发布和使用数据。开放知识基金会是一个于2004年在英国剑桥成立的非营利性组织，长期致力在数字时代推广各种形式的开放知识。近年来，该组织活跃于全球30多个国家和地区，着眼于开放数据和开放政府的推广和支持。CKAN面对的对象是那些希望发布和共享开放数据的政府机构、组织和公司[5]，而且在世界各地的官方及民间组织的数据网站中被广泛地应用。CKAN既可以作为一个公共平台（如Datahub[6]），也可以被应用于各级政府数据开放平台：在中央政府层面，包括美国、英国、奥地利、巴西、德国、荷兰、挪威、斯洛伐克、乌拉圭等国家都应用CKAN构建中央政府数据开放平台;在地方政府层面，包括布宜诺斯艾利斯、昆士兰、赫尔辛基、柏林、汉堡、托斯卡尼等构建地方政府数据开放平台。

1.2CKAN的特征

1）架构。CKAN后端用Python编写，前端用Javascript/HTML编写[7]。前端是Web界面（Web Interface），提供数据集的显示浏览与查找。后端包括六个部分。第一，控制器层，包括Web界面使用功能。CKAN网页从Jinja 2模板文件中生成;搜索功能由Solr提供。第二，CKAN Action API，向客户端公开所有CKAN核心特征。第三，命令行接口（Python粘贴脚本），用于管理数据集和用户等。第四，逻辑层，获取和修改数据以及验证和授权、批准等。第五，模型层，包含存储在数据库中的实体类别。数据库通信中，会使用开放源代码的Web应用框架Pylons和Python编程语言下的一款开源软件SQLAlchemy。第六，面向对象关系型开源数据库PostgreSQL[8]。

2）同步特征。CKAN可以通过一些努力来实现数据源的同步。通过使用CKAN的扩充套件Ckanext-harvest，可以定期从不同的存储库来源中采集数据。为了将此扩展应用于自定义存储库源，必须用Python编写来实现采集接口[9]。CKAN采集器（CKAN Harvester）包含在CKAN扩展套件中，可以通过使用采集器运行命令来运行。在生产环境中，系统实用程序Cron能设置周期性被执行的指令，可用于定期运行采集工作。

3）升級。由于CKAN是一个开放源代码的产品，意味着产品升级由客户自己完成。为了便于升级，CKAN文档中提供了升级说明[10]。此外，有一个CKAN邮件列表[11]，发布了有关新版本的信息。这个列表是CKAN维护人员可以订阅的列表，旨在促进与即将发布的版本保持同步。尽管CKAN很少出现重大更改，但仍然会出现较小破坏性变化并且有时候会出现反应迟钝的不兼容的变化，因而CKAN版本每3个月更新1次。此外，CKAN经常发布带有错误修复和优化的修补程序。

4）主题化。CKAN提供了两种不同的方式来自定义网站。一方面，如果开放数据平台是托管的，那么CKAN团队或合作伙伴可以对平台的外观进行更改，这意味着客户就不需要掌握编程技能;另一方面，如果CKAN是由客户自己部署的，那么可以通过修改源代码来定制主题。尽管没有预定义的模板，但开放数据网站可以定制，而且如果需要的话，网站一切都可以更改。但是，在这种情况下，客户需要了解Python、JavaScript、HTML和CSS的基本知识，知道如何进行更改。此外，也有大量网站主题化教程的文档，提供了如何更改布局的例子[12]。

5）其它特点。CKAN可新增、定制化内容与页面，并且能与第三方网站内容管理系统进行整合，如Drupal。CKAN也具有国际化与多国语支持，使用的接口支持至少18种语言，也具备多国语言内容与呈现数据集的信息，可支持多国语言搜寻，而且每个数据集可指定主要的语言。在社区方面，CKAN可提供许多主要的特色，让CKAN入口网站的用户进行数据的通讯与协同合作。为了促进用户参与，CKAN具有数据共享和通信的功能，可加挂社交响应模块与分享模块，如Google、Twitter和Facebook集成，并有RSS/Atom可追踪数据更新。

2CKAN核心功能分析

2.1数据储存

当建立一个数据集或资源时，可存放在CKAN服务器上或链接到外部其它地方。CKAN不仅可以保留元数据与链接，还可以提供数据本身的安全储存。CKAN DataStore提供了一个专用数据库，用于存储来自CKAN资源的结构化数据。DataStore[13]是一个内建于CKAN的扩充套件，通过一个独立数据库储存上传至CKAN的结构数据内容，这些数据可以是CSV或XLS格式。DataStore上传至数据库的数据内容可提供数据预览外挂使用，而且DataStore还提供DataStore API，可供开发者以RESTful API获得JSON格式数据。无论是上传至CKAN的FileStore还是外部链接，DataStore通常都与DataPusher一起得到使用，而且DataStore会自动将数据从合适的文件上传至DataStore[14]。

2.2数据采集

当前，许多组织已经拥有自己的数据储存地方，而且也具有良好定义的流程和程序来发布和管理数据。在这种情况下，数据可简单地定期从储存库采集到CKAN。为了促进这一模式，CKAN开发了一个复杂、可定制化的采集机制，可以从许多不同的数据库来源中获取数据并进行汇入。这些机制包括：地理空间CSW服务器;现有的网络目录;简单的HTML索引页或Web访问的活页夹;ArcGIS中Geoportal服务器和数据库Z39.50[15]。在数据采集方面，CKAN有一个扩充套件Ckanext-Harvest，提供一个可自定义的接口，以采集其它网站或服务的元数据，并整合为CKAN数据集。harvest的运作大致可分为3步：1）收集（Gather），获得Harvest资源的ID、数量等基本信息;2）获取（Fetch），获得前述资源中每个对象或数据集的元数据;3）输入（Import），将上一阶段取得的元数据转换并建立为CKAN数据集[16]。

2.3数据发布与管理

CKAN提供一个直观的Web接口，可以让数据发布者和管理者在被称为“组织”的分布式授权模型中轻松地注册、更新与细分数据集（见图1）。“组织”让每个数据发布者拥有自己的数据集入口和核准成员的审批流程。这意味着，可以向各部门或机构的管理员来进行责任分配和授权，而不是集中管理。在数据输入方面，CKAN具有完整的数据上传与编辑接口，可依照需求自定义表单域。表单域包含了文本框、多行文本框、密码框、隐藏域、复选框、单选框和下拉选择框等，用于采集用户的输入或选择的数据[17]。具体而言，可以通过多种方式在CKAN中添加和编辑数据，包括：1）直接通过Web接口;2）使用CKAN豐富的JSON API;3）通过定制化的电子表格汇入，同时支持多种权限规划模式[18]。在数据发布方面，CKAN有一个扩充套件DataPusher[19]，用于新增前述的结构数据至CKAN时，自动上传数据内容至DataStore数据库，可在数据编辑页面的DataStore上来确认上传状态或手动上传数据至DataStore数据库。

2.4数据搜索

CKAN提供了丰富的搜索体验，可以快速进行“谷歌式”的关键词搜索以及标签搜索和浏览相关数据集，而且所有数据集字段都是可检索的。用户可以快速查看哪些数据集是可用的，以及使用哪种格式和哪些许可证。具体而言，包括如下搜索类型：1）搜索所有数据集属性，即用户可以搜索所有数据集的元数据，从标题到标签，再到发布者名称;2）全文搜索，即搜索全文字段;3）模糊匹配，用于搜索紧密匹配的术语，而不是精确匹配的选项;4）分面搜索（Faceted Search），通过诸如标签、格式、许可证、发行者等方面的细分，可以通过更多方面连续缩小搜索范围，从而允许用户在查看搜索结果后将搜索范围限制为具有特定格式或标记的数据集;5）API搜索，即所有搜索工具可

图1CKAN中“组织”的分布式授权模型

以通过API提供[20]。

2.5地理空间图形支持

CKAN有先进的地理空间功能，包括以地图方式预览数据里的地理信息，以地理位置进行数据的搜索。通过启用Ckanext-Spatial，CKAN可以理解与数据集关联的位置，并通过Web界面和API提供地理空间搜索功能。Ckanext-Spatial是CKAN的扩充套件，提供地理信息相关功能。这些功能包括5个方面：1）Spatial Metadata建立地理空间数据的索引。2）Spatial Search Widget按地图搜寻数据集“Spatial”字段的地理空间数据。安装完成后，即可在数据集列表显示页面的左下方看到“Filter By Location”的区域，这个区域在放大后，依照用户选取的地理区域筛选出符合的数据集。3）Dataset Extent Map以地图显示数据集“Spatial”字段所述的地理空间数据，而且仅支持Geojson格式。在“额外的信息”中填写的Spatial Geojson信息将显示在左下角的Dataset Extent中。4）CSW Server提供CSW服务接口。5）Spatial Harvesters提供地理空间相关的Harvesters，可以将CSW、WAF、Spatial Metadata Document等数据目录来源的后设数据采集下来并整合至CKAN之中，数据本身仍位于原数据目录的网站[21]。使用CKAN数据目录管理软件的data.gov、data.gov.uk、data.gov.au均支持地图检索，在可缩放的地图上划定一片区域，或在输入框输入地名主题词，即可检索与该选定区域相关的全部数据集合[22]。

此外，还有一些功能有地图显示支持：OpenLayers Viewer功能可以地图方式呈现WMS、WFS、GeoJSON、GML、KML、Google Fusion Tables等地理数据/服务涵盖的地理范围，如果仅想预览部分格式，那么可在CKAN配置文件中加入ckanext.geoview.ol_viewer.formats变量;Leaflet GeoJSON Viewer以地图检视GeoJSON档案，支持Geojson与Gjson两种文件格式名称定义，如果使用此功能，则需要在ckan.plugins加入resource_proxy与geojson_view（2.2以下版本则为geojson_preview）;Leaflet WMTS Viewer以地图检视WMTS服务图层，支持wmts格式名称定义[23]。

2.6可视化

CKAN的数据预览工具具有许多强大的功能，可用于预览Data Store中存储的数据。具体而言，包括5个方面：1）表格视图。如果CSV与EXCEL格式的结构化数据上传或链接到CKAN，那么DataStore会将其加载到数据库中，从而允许CKAN提供一系列查看和处理数据的方式，而这些数据最初以表格形式显示。用户可以按特定比例来对数据进行排序，也可以筛选或分面或完全隐藏列。2）图形化数据。用户可以显示图表数据，选择坐标轴上的变量并通过在同一个y轴上将它们一起绘制成多个变量来进行比较。3）测绘数据。如果表格中有CKAN识别为经度和纬度的列，那么CKAN可以绘制地图上的数据点，而且这些数据点可以平移（拖动）和缩放。选择一个数据点，那么将显示相应行中的所有字段值。4）图像数据。CKAN的预览不限于表格数据，还可以显示常见的图像数据。如果资源是网页，那么它也将直接在CKAN数据集中得到预览。5）自己推出（Roll Your Own）。CKAN的内置预覽是使用DataStore的API。如果用户有自己的数据预览工具或正在计划构建它们，那么可以很容易地将它们插入到API中，以便可以即时创建可视化，而无需用户下载数据[24]。

2.7扩展弹性

CKAN允许用户选择想要用于数据门户上的功能，或者用户也可以按照《扩展指南》（Extending Guide）来开发自己的产品。CKAN可安装多达60种可扩充套件，可独立添加到原有设定延伸的功能。例如，前面所述的地理空间功能Ckanext-Space;从不同的存储库来源采集数据的Ckanext-Harvest;整合谷歌分析数据的Ckanext-GoogleAnalytics;提供地理数据预览功能的Ckanext-Geoview[25]。如果用户想要为自己的数据门户开发扩展程序，可以直接与CKAN协会的商业会员进行联系，如OPENGOV、LINK DIGITAL、VIDERUM[26]，或者在开发人员邮件列表或用户邮件列表中查询可以促进开发扩展程序的人员[27]。

3元数据管理

元数据是一种能够跨时间、跨领域来创造、管理、并使用记录的一种结构或半结构化数据[28]。所谓结构化数据是指，有系统地将数据排序而且经常以特定的规格来记录[29]。一个CKAN数据集包含一个或多个资源和元数据，这些资源可以是文件或文件的链接或API的链接，让数据集可分群组与下标签，从而更容易被浏览与查询。CKAN元数据主要包含：1）标题（Title），是允许数据集搜索、分享和链接的直观标志;2）唯一标识符（Identifier），即数据集都有一个唯一的网址是由发布者制定;3）群组（Group），显示属于哪一群组的数据，能够提供方便的数据链接，可寻找和共享彼此感兴趣的发布者与用户;4）说明（Description），描述或分析数据的附加信息，这可以是静态的或可编辑的wiki，任何人都可以及时审核或通过管理员审核来进行贡献;5）数据预览（Data Preview），通过.csv数据，可快速地在浏览器中看到是否是自身所需的数据集;6）修正历史（Revision History），即CKAN可以显示修正历史的数据集，这可由用户自由编辑;7）API密钥（API Key），通过API Key，如果有相关的API权限，即可允许改变数据集每一个元数据的字段数据[30]。在上述元数据中第六部分内容上，CKAN使用开放知识基金会（Open Knowledge Foundation）的Versioned Domain Model（VDM）来完整记录数据集元数据的编修与版本，保存用户活动的完整历史记录。

另一方面，由于CKAN是分布式联合数据搜集，因而可以远程抓取其它系统的数据，便于集中浏览与搜寻。具体而言，可以从其它CKAN站点取得元数据，可用于建立一个CKAN节点的联合网络来彼此分享数据。例如，一个国家级的开放数据门户网站想要收集地方政府CKAN站点的数据，或者一个特定主体式CKAN站点想要建立可从其它CKAN源数据集的子集合中收集数据的站点。以美国和英国为例：美国是世界上最早建立“一站式”数据门户的国家，它直接为后来的诸如英国、法国、加拿大、澳大利亚等国的开放政府数据树立了榜样[31]，它的开放数据门户网站Data.gov可从数百个机构获得元数据，让它们容易浏览与搜寻;2010年1月，英国政府数据网站（Data.gov.uk）正式对外开放，开放该网站是英国政府的透明度议程中的一部分，旨在以容易发现、许可和再利用的形式来发布数据[32]，Data.gov.uk也实现发现元数据服务，旨在满足英国规定欧盟INSPIRE指令（http：//inspire.ec.europa.eu/）的义务。

4关联数据集的API发布

如果按照英国计算机科学家及全球信息网（World Wide Web，Web或WWW）发明人蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）多年提倡的语义网（Semantic Web）概念进行政府数据开放，那么建议采用资源描述框架（Resource Description Framework，RDF）以及关联数据技术，以便结合多种类型资源的数据来呈现。蒂姆·伯纳斯-李在2010年制定5星评级模型（见表1），能够衡量个别数据集的再利用程度及数据质量，作为以语义网释放政府数据的相关配套措施。由此可见，应当关注政府数据开放平台如何为5星级的关联数据集提供API服务。就CKAN而言，在2010年1月发布的初期版本[33]就具有将数据集及所包含的数据将数据发布设为数据链路的功能（支持RDF/XML与Notation 3格式）。所谓数据链路是指，在数据通信网中，按一种链路协议的技术要求连接两个或多个数据站的电信设施[34]。为了进一步完善数据链路功能，开放知识基金会于2013年开始开发Ckanext-Dcat扩充套件[35]，从而不仅提供更多数据链路格式（RDF/XML、Notation 3、Turtle与JSON-LD）输出，而且更加对应CKAN的数据采集接口，以支持大量数据输入。

CKAN包括一个Web接口和CKAN动作API（CKAN Action API），使得数据发布者不仅可以添加、删除和编辑数据集，还可以进行授权管理以及用户分析[37]。数据用户则可以通过Web界面或API来搜索、预览和下载数据集。CKAN提供丰富的RESTful JSON API针对数据集与元数据提供查询与存取功能。API提供的存取包括：1）主接口所有功能的全文检索与任何属性与多层次检索查询与搜寻;2）全部数据集信息包含下载的链接;3）储存的数据;4）出版者或版面等的数据集列表;5）最近活动与数据更新部分（也通过RSS/Atom）;6）数据集使用統计与分析功能，如通过整合谷歌分析（Google Analytics）扩充数据集来源浏览次数与下载次数;7）次数，并可加挂扩充模块;8）RDF版本的目录（利用CKAN RDF扩充）;9）整个目录的下载转为CSV & JSON格式。通过使用CKAN API，用户的应用程序可以：获取站点的数据集;搜索匹配查询的资源;创建、更新和删除数据集、资源和其它对象;获取网站上最近更改的数据集的活动流[38]。

CKAN整个API文件存放于http：//docs.ckan.org/，拥有精细的授权与访问控制，可针对各个数据集设定使用者和出版者的新增与编辑权限。通过读写API，可以提供授权的用户去更新数据集信息或元数据，可让数据发布者很容易利用其它已有的工具与工作流程，从而整合数据集去发布。虽然CKAN ActionAPI用于对数据集和资源进行CRUD操作，但查询结构化资源（Excel或CSV文件）中的内容是通过Datastore API完成的[39]。为了将Excel文件添加到Datastore中，必须对其进行修改。在添加文件之前，必须删除相关函数。这使得CKAN存在几个显著的缺陷：需要修改Excel文件，并不是所有记录都添加到API数据库中，也没有对特殊字母进行排序。由于这些缺陷，CKAN未能执行一些预期的API查询。

5平台构建

由微软开放技术有限公司发布的Vmdepot是可以轻松部署在Microsoft Azure[40]上的预配置操作系统、应用程序的社区主导型目录。要想通过Vmdepot镜像来部署CKAN开放数据门户，就必须要有一个可用的Microsoft Azure公有云账户。在Vmdepot上，可以下载包含预装软件包的Ubuntu12.04.3的2个镜像：在包含CKAN数据库存储的镜像上，预先安装了PostgreSQL-9.1和Solr包;在包含CKAN实例的镜像上安装了Apache。CKAN平台可以从源安装，也可以从包安装。为避免安装过程中出现并发问题，因而使用包含运行CKAN安装的2个镜像来在Azure上创建2台虚拟机。创建过程中，必须通过SSH远程登录到CKAN计算机上来创建CKAN的系统管理员用户，然后才能实现功能环境。但是，在遵循官方CKAN文档中的“入门”指南时，会遇到无法使用paster命令来删除测试数据的情况。paster命令是Python Paste Framework[41]的一部分。这将导致要重新创建虚拟机，并不再尝试通过使用此命令来创建和删除测试数据。另外，CKAN可安装于Linux Ubuntu以及其他如RedHat、Debian、Fedora、CentOS与OSX操作系统上。

在建立CKAN开放数据平台时，政府可以采用以下3种主要策略：1）使用开放源代码安装它并自己维护它;2）购买提供CKAN Express的开放知识基金会标准数据门户;3）使用提供了CKAN协议包的非官方提供商。CKAN Express提供了3个被称为“试点”（Pilot）、“生产”（Production）和“专业”（Professional）的程序包。程序包的服务等级协议包括CKAN的所有基本服务以及数据存储和采集（DataStore and Harvesting）的扩展[42]。“专业”的程序包还包括管理员网站培训、100GB的文件存储、最多10个编辑器，以及通过电子邮件或电话为数据编辑者和管理员提供支持，即在2个工作小时内针对相关问题及时做出回应。这些程序包的最低认购期是1年，然后是30天的通知。

6结语

CKAN是世界领先的开放数据管理平台，集数据发布、共享、搜索和使用为一体，并且提供了强大而完善的RPC APIs供用户调用[43]。作为数据的发布平台，CKAN在国内外有很多应用案例，但如果要发布另外形式的一些内容（如图片、多媒体等资源），则可以采取两种方式：一种是在CKAN中撰写扩展套件，处理这些资源的预览;另一种是在CKAN的外层再包一个框架，然后在外面的框架中进行处理。这两种方式各有利弊：在CKAN中直接处理的好处是，所有内容集中在一起，能够统一开展工作，但不确定CKAN的架构是否适合负荷这类内容;在外层再包一个框架的好处是，当前有很多这种框架的资源，但缺点是内容分散在两处。即便如此，CKAN也不是十全十美，一些方面还需要结合其它开源内容管理框架，如Drupal具有开源特性和模块化特点。以英国开放政府数据网站data.gov.uk来说，拥有8 000个数据集、50 000个数据（其中有32 000个是实际的数据文件），采用CKAN作为数据管理系统、以Drupal作为内容管理系统，再加上数据库与网站抓取机制，共使用2台主机（Xeon 5660s，2.8GHz，12核心，36GB内存）[44]。因此，充分发挥CKAN平台的核心功能、元数据管理以及关联数据集的API发布等方面的优势，结合Drupal等开源内容管理框架来构建开放数据平台才是最优选择。

参考文献

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（责任编辑：郭沫含）