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1、武汉大学 博士学位论文 空间数据仓库的元数据研究 姓名：吴金华 申请学位级别：博士 专业：地图制图学与地理信息工程 指导教师：祝国瑞 20031016 摘要 由于科学技术条件的限制，以前的地理空间产品如地图、影像等几乎都是用传统 方式制图和出版印刷的，其丰富的内容也是以纸介质的方式提供使用和归档保管的。 随着各行业多方位、多角度地对地理空间产品的需求，这些以纸介质方式提供的图什 在使用中的局限性也就越来越明显。伴随着计算机技术和信息技术的_ | 毛速发展，利用 计算机技术将大量的地图、影像进行图形数字化建成地理空间数据库，可使地理空间 产品的丰富内容得到充分利用，并便于全国的统一管理具有十分重
2、要的意义和实用 价值。 充分利用这些积累下来的地理空间产品数据，实现地理空间数据共享，就必须依 赖于空间数据和属性数据以外的一种特殊数据元数据，元数据是用来描述地理空 间数据集的内容、质量、状态等其他特性的数据，它们在地理空间数据库系统的管理、 更新和共享方面发挥着重要的作用。数据生产者和用户都已认识到元数据的重要价 值。所以，随着地理空间数据生产者和用户数量的增加，利用适当的元数据文献来描 述数据，将成为数据生产、存储、更新和再利用的必然趋势。美国前副总统戈尔在其 有关“数字地球”的讲话中也把元数据作为数字地球的重要技术支撑条件之一。要使 用户在海量数据中正确、高效地提取出所需的地理空间产品
3、数据必须要有科学的数 据组织与管理机制。随着I n t e m e t 和W e b 的迅速发展，信息的有效管理、共享和远程 数据访问的需求急剧增加，元数据技术逐渐成为异构信息共享与互操作的核心与基 础，成为分布式信息计算的核心技术之一，受到广泛重视。 要形成地理空间数据操作统一的共享模式，实现标准的集成的地理空问数据提 取。就必须研制出空间数据仓库系统，这是一个比较复杂的系统。但是，无论该系统 有多么复杂，要实现空问数据仓库就必须解决两个层面的问题：第一，多个地理空间 数据库需为空间数据仓库提供数据源：第二，空间数据仓库为各种应用系统提供标准 的集成的地理空间数据及服务。因而，空间数据仓库处
4、于多个地理空问数据库和应用 系统的中间层，为地理空间数据的提供者和应用者构架一集成和服务的桥梁，要构架 这一桥梁，空间数据仓库就离不开地理空间元数据的支持。 地理空间元数据在实现空间数据仓库的过程中起着非常重要的作用。第一它指示 空闻数据仓库如何从多个地理空间数据库中提取出数据种类、数据标准、数学基础、 数据格式等方面不同的地理空间数据；第二它指示应用系统如何从空间数据仓库中提 取出标准的集成的地理空间数据，为用户提供地理空间数字产品服务。以往的地理空 间元数据只是针对某个地理空间数据库或地理空间数据集而设计的。其内容和范围已 远远不能满足空间数据仓库的需求，因此，基于空间数据仓库的元数据研究
5、，是当前 国内外地理空间元数据领域新近出现的一个研究热点，也是空间数据仓库亟待解决的 主要问题之一它的成功与否直接关系到空间数据仓库的研究成败。由此可见。基于 空间数据仓库的元数据研究意义十分重大也十分迫切。 本文在学习和总结国内外大量地理空间数据元数据的研究成果基础上，在国内首 次提出一套简洁、完整、严密、实用的空间数据仓库元数据概念和体系、元数据内容 框架和实例、元数据库的设计原理、元数据库系统的实现思想和元数据的模型建立理 论，并用大量的空间数据仓库元数据实例，结合元数据库系统的分析处理，进一步说 明了该空间数据仓库元数据概念和体系的正确性、可行性和实用性。本文主要研究的 工作如下： 讨
6、论了与空间数据仓库元数据相关的技术。它们是元数据、G I S 、数据仓库、 地理空间元数据、数据仓库元数据、空间数据仓库等技术。并对它们的技术状况进行 了综述。叙述了空间数据仓库元数据在元数据、G I S 、数据仓库、地理空间元数据、 数据仓库元数据、空间数据仓库等技术中的地位和作用。得出了结论，元数据、数据 仓库技术、G I S 技术是空间数据仓库元数据的技术支撑，地理空间元数据作为其重要 的引用信息，数据仓库元数据是其参考，最后空间数据仓库元数据将为空间数据仓库 服务。 论述了空间数据仓库元数据的概念和体系。给出了空间数据仓库的基本概念 以及空闻数据仓库元数据在空间数据仓库系统中的定位和作
7、用。重点论述了空间数据 仓库元数据的体系主要由十一类信息组成，它们分别是空间数据标识信息、空间数据 区域范围信息、空间数据邻接信息、空间数据表示信息、空间数据数学基础信息、空 间数据集内容信息、空间数据质量信息、空间数据分发信息、空间数据安全信息、空 问数据联系信息和空间数据时间信息。设计出了空间数据仓库元数据这十一类信息的 结构组成及元数据内容列表。将上述空间数据仓库元数据内容十一大分类表进行台 并，就构成了一个完整的空间数据仓库元数据内容框架。 论述了空间数据仓库元数据内容框架和实例。基于空间数据仓库元数据的内容 框架，针对空间数据仓库中的D L G 、D R G 、D 叫、D E M 、
8、大地成果产品数据，可分别得 出空间数据仓库中D L G 、D R G 、D O M 、D 肼、大地成果的元数据内容框架。立足于该D L G 、 D R G 、D 叫、D E M 、大地成果的元数据内容框架，给出了空间数据仓库中D L G 、D R G 、D 跳、 D E M 、大地成果等五个地理空间产品数据的元数据实例以便读者能更好地理解与消 化空间数据仓库元数据的内容框架。 论述了空间数据仓库元数据库的设计思想。由于空间数据仓库系统元数据内容 由十一类信息组成而这十一类信息结构存在较大差别，从关系数据库范式的角度来 看，不可能将这元数据内容的十一类信息设计成一个统一的概念模型，而必须根据这
9、十一类信息分别设计它们的概念模型，本章设计出了这十一类信息的概念模型。为了 更好地管理空间数据仓库元数据空间数据仓库元数据库系统采用了目前国际流行的 浏览器服务器结构作为系统的体系结构。并进一步论述了系统的功能组成，及各功 能模块设计思想。 论述了空间数据仓库元数据库系统的实现过程。基于空间数据仓库元数据概念 和体系、元数据内容框架和实例、元数据库的设计原理、元数据库系统的实现思想和 元数据的模型建立理论，用鞔件编制实现了一个空间数据仓库元数据库系统。 论述了空间数据仓库元数据的模型建立理论。叙述了空间数据仓库的认知过 程，由此得知，空间数据仓库的认知过程主要就是十一个层次的世界通过十个算子转
10、 H 换的过程。这个认知过程指导了空间数据仓库系统的实现。在实现过程中，如何将某 两个世界进行转换，十个算子起着至关重要的作用。实际上，这些转换算子主要是依 靠元数据来实现的，因为每个世界都有描述其的元数据，要实现两个世界的转换，通 饶这两个世界的元数据是转换的前提。因此，十一个层次的世界模型及转换算子就可 构成空间数据仓库元数据的模型建立理论。 关键字：元数据；地理空间元数据；数据仓库；空间数据仓库；数据仓库元数据；空 间数据仓库元数据；G I S ； 1 1 1 D u et ot h el i m i t a t i o no fs c i e n c ea n dt e c h n o
11、 l o g y , p r e v i o u sg e o g r a l ：l h i e s p a t i a lp r o d u c t s ，s u c ha sm a p sa n di m a g e ，a r e a l m o s tm a d e ，p u b l i s h e da n d p r i n t e di nt r a d i t i o n a lw a y s ，w h o s ea b u n d a n tc o n t e n t sa r ea l S Ou s e d ，f i l e da n d p r e s e r v e di
12、 np a p e r W i t ht h ev a r i o u sn e e d so fg e o g r a p h i cs p a t i a lp r o d u c t si n e v e r yd o m a i n t h ec o n f i n e m e n t so fu s i n gt h e s ep i c t u r e ss u p p l i e di nP a 口e ra r e b e c o m i n g m o r ea n dm o r eo b v i o u s W i t ht h er a p i dd e v e l o p
13、 m e n t o f c o m p u t e r a n d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , g e o g r a p h i cs p a t i a ld a t a b a s ec a nb eb u i l tb y d i g i t a l i z i n g m a n ym a p s o ri m a g e s I ti sv e r ys i g n i f i c a n ta n d p r a c t i c a lf o rm a k i n gf u l lU S eo f s p a t i a
14、 lp r o d u c t s r i c hC O n t e n t sa n dm a n a g i n g t h e mu n i f o n n t yo v e rn a t i o n T om a k ef u l lu s eo ft h e s ec o l l e c t e dd a t aa n ds h a r et h e m as p e c i a lk i n do f d a t a , n os p a t i a ld a t ao ra t t r i b u t ed a t a - - m e t a d a t am u s tb ed
15、 e p e n d e do n w h i c hi S u s e df o rd e s c r i b i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c s - - c o n t e n t ，q u a i l t ya n dc o n d i t i o n e t 口o f g e o g r a p h i cs p a t i a l d a t as e t M e t a d a t ap l a ya ni m p o r t a n t p a r t i n m a n a g i n g ， u p d a t i n ga n d
16、s h a r i n gg e o g r a p h i cs p a t i a ld a t a b a s es y s t e m B o t ht h ep r o d u c e r so f d a t aa n dt h eu s e r sr e a l i z et h eg r e a tV a l u eo fm e t a d a t a S o w i t 1t h ei n c r e a s i n g p o p u l a t i o no fd a t ap r o d u c e r sa n du s e r s i ti St h ei n e v i t a b l et r e n dt h a tu s i n g p r o p e rm e t a d a t ad o c u m e n t s t o p r o d u c e ，s t o r e ，u p d a t ea n dr e u s ed a t a T h e e x v i c
