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城市DLG数据库元数据组织方式与管理模型

第四章城市DLG数据库元数据组织方式与管理模型

    数据组织是指按照一定的方式和规则对数据进行归并、存储、处理的过程,数据组织是数据管理的基础,因而合理的空间元数据组织方式将有利于空间数据的管理和应用。元数据管理的基本原理是利用系统和数据库资源开发一些工具对元数据库进行查询、检索、添加、更新等,并过元数据或元数据系统对地理数据库进行管理。广义的空间元数据管理涉及到各个阶段、各种层次的元数据,管理的内容包括元数据的获取、元数据的更新及面向应用项目的元数据使用处理等多个方面,涉及数据库、空间数据处理软件、数据使用系统和面向应用的地球空间数据分析等环节。通常意义的元数据管理是指元数据形成后,对元数据进行删除、添加、更新等涉及内容改变的操作和元数据内容检索、查询、存放等常规性操作。

4.1空间元数据组织的复杂性

    空间元数据与一般数据相比,没有本质的区别,可以数据存在的任何一种形式存在。通常,在计算机中元数据的组织和编码是用软件实现的,其存储可以是单一文件,也可以是数据库。但空间元数据的组织有其复杂性,除了由于其自身的特性外,还与它描述的数据对象和数据对象的组织方式有关,主要体现在以下几个方面:结构化和非结构化元数据(图片文件或其它多媒体文件)并存,因而难以采用统一的方式进行组织,本文研究的元数据为结构化元数据;空间元数据的数据项繁多,内部结构复杂,给数据的组织和管理带来一定的困难;虽然空间元数据与空间数据是相对独立的两种信息资源,但只有当它们共存时元数据才有意义,因而在组织空间元数据时还要考虑与空间数据的关联性;地理数据库有简有繁,简单的可能是一个空间型数据集,复杂的可能是多个和多种类型空间数据集的集合,描述简单数据集的元数据可以以文件形式存在,而复杂的大型数据库则需要建立元数据库。

    从元数据与空间数据的存储关系看,空间元数据有两种存在形式:一种是以数据集为基础的,每一个数据集有一个对应的元数据文件,每一个元数据文件包含相应数据集的元数据内容;另一种是以数据库为基础的【46],所有空间数据对应一个空间元数据库,独立于空间数据库,该元数据库存储所有空间元数据,不同的空间元数据体现为不同的表。这两种存储模式各有优缺点,以数据集为基础的存在形式一般情况下与地理数据存储在一起,随地理数据的删除、复制、移动而自动被删除、复制、移动,调用空间数据时,其相应的元数据也同时作为一个独立文件被传输,但在管理上比较城市DLG数据库元数据组织与管理研究困难;以数据库为基础的存在形式管理上极为方便,但元数据与空间数据库的动态一致性维护相对比较困难。

4.2城市OLG数据库元数据组织方式

    参照《城市基础地理信息系统技术规范》城市DLG数据库元数据组织应符合下列几点要求汇47]:

(1)按管理要求和模式的不同,可分别建立描述空间数据库的元数据、描述数据层的元数据和描述数据类的元数据;(2)元数据库必须建立起与相应数据的对应关系,实现数据与元数据的同一管理和相关查询;(3)与图幅相关的元数据,一个图幅对应一条记录;(4)可扩展性,由于应用的持续性,元数据拥有者需要对原有的元数据方案添加新的元素或元数据子集,因此元数据组织必须具有良好的扩展性,以适应发展的需求。

    城市DLG数据库元数据组织是以DLG数据库数据组织形式为基础的,基于其所描述的对象和对象之间的关系,对元数据进行分级组织。根据空间数据库的数据组织层次而对元数据进行节点层次分级,组成一种树状分级的元数据目录结构,每个节点层次代表一类元数据,元数据目录结有利于建立元数据之间的索引框架,为元数据间的访问提供了便捷。由上文知,城市DLG数据库有四类元数据,根据其描述对象间的关系可组织为三个层级。为了更好的组织和管理元数据,本文对城市DLG数据库各类元数据进行了简单编码。
    城市DLG数据库元数据具有复杂的树状层次结构,数据项目繁多,元数据子集和元数据实体主要用来组织元数据的层次结构,并不对应需要编辑的数据。关系型数据库一般是基于二维表的,对树状结构的表达和描述较弱,使用关系型数据库来存储需要或开发到RDBMS的翔L接口来实元数据到数据库表的映射和访问,这种方式的优点是可以充分利用RDBMS提供的健壮的数据库技术,实现数据库的安全性、完整性、一致性管理,同时满足了进行事务处理的需要〔8]。但同时造成了大量的冗余数据,降低了系统的运行效率,如果在提取数据时还要维持其树状结构,势必增加开发的难度。使用别L数据库存储和管理元数据是最直接和方便的,采用原生的XML数据库不太现实,一是现有数据买一个原生枷L数据库就目前来说都不现实。从本文第二章对XML数据库种类和功能分析来看,orade XMLDB提供高性能翔L存储和检索技术。该技术将 W3CXML数据模型完全集成到oracle数据库中,并提供浏览和查询xML的新的标准访问方法【37]。使用 oraclexMLDB,可以同时获得数据库技术的所有优势和XML的优势。所以本文将基于 oracleXML数据库进行城市DLG数据库元数据的分级组织和存储。

4.3元数据XML数据库
 
4:31XML数据存储方式选择

    使用  OracleXMLDB保存翔L文档时,需要做的一个关键决定就是使用结构化存储(基于XML模式)还是非结构化存储(非基于xML模式),同时在 oradeXML数据库中XML有两种组织方式,一是将XML文档作为关系表中一个列,另一种是生成一个对象表。所以在进行元数据XML数据库设计时,首先要确定采用何种存储方式和何种组织方式。由上文知,城市DLG数据库各类元数据都是基于特定方案的,只有符合元数据方案的元数据文档才能够被保存;为了便于元数据库的管理,并建立与DLG数据库的关联,元数据库中不但要存储各类元数据的XML文档,还要存储其它一些相关数据,这些数据与元数据存在着一定的对应关系。

    综上所述,使用基于XML模式的翔LType列来存储XML数据,更有利于元数据库管理和应用。要实现XML数据的结构化存储,需要创建相应的XML模式,基于XML模式的元数据方案的实现已经完成了该项任务。为了控制翔L文档在数据库中分解或“撕碎”程度,还可以对XML模式进行批注,orade提供了一套批注标记,这使数据库使用者可以定制XML模式数据类型和SQL数据类型间的映射、控制如何将集合保存在数据库中以及指定XML文档分解的程度。如果不对XML模式进行批注,Ora。 leXMLDB将作默认选择。完成xML模式批注之后, OraCleXMLDB仍然不能利用XML模式所含信息,必须将XML城市DLG数据库元数据组织与管理研究模式向数据库注册之后才能使用这些信息。注册之后,  oracleXMLDB可根据XML模式所含的信息派生一个对象模型,该模型使符合XML模式的XML文档内容得到分解,并以对象集的方式保存进数据库。

4.3.2元数据XML数据库设计

    虽然元数据内容繁多,结构复杂,但采用   oradeXMLDB来存储元数据简化了元数据库的设计,使设计者不用过多的去关注元数据结构的拆分和维护,而专注于元数据库的需求和应用。按照城市DLG数据库元数据组织的要求,结合具体的应用需求,元数据翔L数据库中所需的表和表的结构设计如下:

    城市DLG数据库元数据应用目的就是让数据用户能够通过元数据了解数据库中DLG数据是否满足他们的需要,数据生产者或管理者能够通过元数据更好的管理和维护DLG数据库。要实现上述功能,就必须有专门的元数据平台来对城市DLG数据库的元数据库进行集中管理和操作。空间元数据管理系统是一个复杂的信息管理系统,它以空间元数据为内容核心,实现空间元数据从采集、存储、编辑、传输、查询到输出等一系列的管理任务。由于空间元数据的结构化、标准化等特点,空间元数据的管理也与传统的数据管理存在很大的差别。另外,空间元数据与空间数据之间的关系也是空间元数据管理系统所要关注的又一重要内容。目前,有许多商品化的GIS基础软件都带有一定的元数据管理功能,但由于采用的标准不同或语言不同,不适合具体的项目应用需要,所以必须结合国家标准、基础地理信息的建设与更新维护的实际情况和生产组织机构,定制相应的元数据管理与服务系统。我们不能为元数据而建立元数据系统,而应当充分考虑系统的应用和数据需求。通常空间元数据管理有两种方式:系统管理模式和用户管理模式〔‘2]。系统管理模式是面向数据库的,由数据库管理专业人员完成,数据用户没有元数据的操作权,只有使用权。数据应用项目中新生成的元数据也由应用系统传递给数据库管理员,然后由数据库管理员统一管理。这种方式中,数据在处理过程中形成的动态元数据很难及时记录下来。另一种管理方式是用户管理模式,它是面向应用项目的,即允许某些数据用户在应用中把数据变动信息直接反馈给元数据库。这样则能保证元数据的动态更新和新生成数据集元数据的及时捕获和记录。但这种模式中数据用户的权限要适当地控制,以避免数据库的破坏。通常对元数据的管理是采用两者结合的模式。

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