矿山地理信息元数据标准的建立*

2013-08-22王莉

金属矿山 2013年9期

王莉

(河南理工大学测绘与国土信息工程学院)

随着我国各种矿山开采规模的不断扩大和计算机技术、GIS技术在矿山行业的应用以及“数字矿山”的快速发展，矿山行业积累了大量的空间和非空间数据，为了存储、管理和应用这些矿山数据资源，矿山行业各系统和部门大都建立本部门的矿山地理信息管理系统。这些系统未能从全局角度分析矿山行业的需要，造成大量的数据浪费，通用性和共享性较差，同时也加大了数据获取和管理的成本，阻碍了数据在各部门用户之间的共享和应用［1-2］。因此，数据的共享成为矿山信息基础设施建设的重中之重，只有通过标准规范的数据模型描述这些数据才能确保数据重复度最小，因此矿山地理信息元数据的研究在矿山地理信息建设中是迫切需要的。矿山地理信息元数据不仅能够描述矿山数据，还可以规范矿山数据结构。目前国内外尚未制定出相应的矿产行业元数据标准，因此，开展矿山地理信息元数据标准的研究，建立矿山地理信息元数据库，为矿山相关部门和领域的科学研究提供数据支持和信息共享是非常紧迫的工作［3］。同时，在矿山地理信息管理系统中引入元数据也是“数字矿山”今后的必然发展趋势。

1 元数据及标准的设计

1.1 元数据

目前，国内外还没有对元数据进行统一标准的定义，通常认为，元数据是关于数据的数据(the data about data)，即元数据是描述数据的内涵、数据源、数据质量、数据特征、数据结构和数据精度等的信息［4］。通过这些信息可以存储、管理、共享和处理大量结构化或非结构化的数据，跟踪监测数据的质量［5］。根据以上元数据的含义描述，矿山地理信息元数据应该是关于矿山地理信息数据的数据(the data about mine data)，即描述矿山数据的内容、数据质量、数据结构、特征等信息，也可称为矿山地理信息数据的描述性数据或解释数据。要真正实现矿山数据资源共享就要求数据处理过程即数据的采集、储存、传输、管理等符合国家标准和各类矿山行业规范，这就要求矿山地理信息数据库包含大量的结构化的元数据。矿山地理信息元数据相当于一个数据共享的协议，这个协议使得矿山数据的分类、数据发掘、数据恢复重用成为可能。因此，大量收集矿山地理信息元数据和编制元数据标准极其重要。

1.2 元数据的作用

矿山地理信息元数据可以用来辅助矿山管理部门管理矿山数据。在设计矿山地理信息元数据标准之前，应先进行需求分析，大量搜集各类矿山数据资源，明确元数据在矿山数据生产者、数据采集者、各类用户中的作用，其主要作用［6-8］如下。

(1)帮助矿山数据生产单位有效地存储、传输、管理、维护矿山数据，保护数据的价值。

(2)帮助矿山数据采集者明确数据质量信息，包括数据采集、数据输入、数据修改、数据处理等。

(3)为矿山行业用户提供查询、浏览和评价矿山数据或其他相关信息的功能。如果能够在矿山行业中建立起统一、完整的元数据标准，并且，各个矿山管理部门都能按照固定格式组织和管理本部门的数据，就可以真正实现矿山地理数据的共享，使得矿山地理信息更易被人们理解和管理。

(4)为用户提供矿山数据生产单位相关信息，如数据源、数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据销售，方便用户检索矿山地理数据资源。

(5)为各类用户提供数据格式转换的平台，帮助用户快速转换数据。矿山数据种类繁多、数据类型多样、存储格式差异，对于不同类型数据格式的转换功能也是必要的。

(6)为矿山地理信息数据库和数据仓库应用提供其他服务。

1.3 元数据标准

目前，国外众多组织机构已经先后制定和发布了一系列与地理空间信息相关的元数据标准，如FGDC(美国联邦地理数据委员会)的地理空间元数据标准(CSDGM)［9］、CEN/TC287(欧洲地理信息标准化委员会)的CEN地理信息:数据描述:元数据、ISO/TC211(国际标准化组织)的ISO地理信息元数据、NASA(美国宇航局)的目录交换格式(DIF)、CIESIN(美国国际地球科学信息网络中心)的元数据标准、CGSB(加拿大标准委员会)的地球空间数据集描述、ANZLIC(澳大利亚新西兰土地信息委员会)的核心元数据元素等［10-11］。其中FGDC、CEN和ISO在元数据标准方面做的工作已成为国际上许多元数据标准的蓝本。近几年，国内也有很多部门开始制定本部门的元数据标准。尽管我国已经制定了很多地理空间信息相关方面元数据标准，如SIC(国家信息中心)制定的NSII元数据标准、SAC(国家标准化管理委员会)制定的地理信息元数据、MLR(国土资源部)的国土资源信息核心元数据标准［12］、NGCC(国家基础地理信息中心)的国家基础地理信息系统(NFGIS)元数据标准、MOHURD(住房和城乡建设部)的城市地理空间信息共享与服务元数据标准［13］、CGS(国家地质调查)局的地质信息元数据标准［14］，但还是缺少适应我国现状的矿山或矿山行业地理信息元数据标准。

2 矿山地理信息元数据标准

由于矿山行业的数据种类多，数据量大，所以制定矿山地理信息元数据标准就需要在需求分析之后对收集到的各数据集进行详细分析、细化再进行综合。首先，根据矿山地理信息元数据标准的功能和内容进行需求分析，收集各种类型和格式的数据，元数据也随之产生;其次，在考虑矿山数据涉及的所有学科基础上对这些元数据的内容中进行合并、修改和调整;最终结合国内外各类元数据标准形成矿山行业的地理信息元数据标准。

2.1 矿山地理信息元数据标准的建立

矿山地理信息元数据标准的建立是一个非常繁琐和复杂的过程，具体可以分为数据收集、元数据整理、元数据标准草案形成和元数据标准确定4个阶段。

(1)数据收集阶段。根据矿山地理信息相关标准和规范进行需求分析的基础上收集各种类型矿山数据和元数据。然后对数据反复进行分析和整理，包括各种数据源、数据的描述、含义、数据类型等。

小学语文教师在学生提出质疑时，不应当以同标准答案不符为理由，而直接对学生加以简单地否定，而是应当对学生加以悉心地引导，帮助其发现其见解中存在的不合理之处，从而使其在这一过程之中思维能力得到锻炼。而且，这样做的好处还能够让学生养成创新意识。如笔者在带领学生学习《吃水不忘挖井人》这篇课文时，鼓励学生大胆发表质疑，有学生便指出文中使用“吃水”一词是不准确的，因为水是流动的，故而应当使用“喝水”一词加以表述才是正确的。笔者针对学生提出的这一质疑，便组织学生进行了分组讨论，其后在各组学生得出讨论结果之后，笔者逐一进行了点评，并为其讲解了之所以使用“吃水”一词的缘故，如此便达到了良好的课堂教学互动目的。

(2)元数据分析阶段。在分析整理元数据的基础上，对元数据之间的关系进行更为详细的分析，生成元数据字典，并绘制矿山地理信息元数据的关系图，详细定义元数据信息。

(3)元数据标准草案形成阶段。在形成了元数据字典和元数据的关系图基础上，再将关系图中内容进行细化，形成元数据并转换为元数据标准草案。元数据标准草案包括元数据关系图，元数据字典，元数据的定义、约束、类型、值域等详细信息，元数据扩展，元数据一致性测试内容，矿山地理信息元数据代码表等。

(4)元数据标准确定阶段。结合CSDGM、国土资源信息核心元数据标准和NFGIS元数据标准，将草案标准化、规范化，广泛征集意见，不断完善元数据标准，最终形成矿山地理信息元数据标准。

2.2 矿山地理信息元数据标准的框架

矿山是一个复杂的巨系统，具有空间广泛、动态变化等特征。矿山数据除具备一般数据的客观性、普遍性、多样性、复杂性、可复制和共享性之外［15］，还具有矿山本身的基础性、综合性、系统性、三维空间特性、动态性、不确定性和随机性、现势性和滞后性特征［16］。针对矿山地理数据的以上特征，矿山地理信息元数据标准应具有矿山特色［17］。本研究初步设计的矿山地理信息元数据主要包括元数据信息、标识信息、数据质量信息、空间参照信息、数据集内容信息、分发信息、负责单位联系信息7部分内容，见图1。

图1 矿山地理信息元数据结构

(1)元数据信息。元数据信息包括矿山信息的全部元数据信息，元数据信息由元数据实体和元数据元素构成。必选实体包括标识、数据质量、数据集内容、负责单位联系;条件必选实体为空间参照系统;可选实体为分发信息。必选元素为元数据创建日期;可选元素包括元数据名称、字符集、语种、元数据标准名称、元数据标准版本。

(2)标识信息。记录矿山地理信息数据库数据集的基本信息的元数据子集，用于唯一标识一个数据集，包括数据集引用、数据集限制、数据集格式、数据集时间范围、地理坐标范围信息、垂向范围信息、浏览图信息、维护信息。

(3)数据质量信息。对矿山地理信息数据集质量进行总体评价，包括数据概述、完整性、逻辑一致性、位置精度、时间精度、属性精度、附件质量、数据志等信息。

(4)空间参照系统信息。描述矿山地理信息数据库的空间参照信息，是数据集使用的空间参照系说明，包括基于地理标识的空间参照系、基于坐标的空间参照系和垂向坐标系统。

(5)数据集内容信息。描述矿山地理信息数据库中数据集的内容信息，包括图层名称、要素(实体)类型、属性列表、栅格/影像内容、属性结构描述。

(6)分发信息。关于数据集分发及其获取信息，包括分发单位联系信息、在线资源下载信息、订购说明等。

(7)负责单位联系信息。描述元数据负责单位联系信息，包括负责人姓名、负责单位名称、联系信息、电话、电子邮箱地址等。

3 元数据管理系统的设计

分析目前国内外一些空间信息元数据系统，如FGDC的I－Site软件包，NGIEC的空间信息元数据，Microsoft的 Metadata Document Generator，Blue Angel Technologies的 MetaStar系列，ESRI的 Metadata Document软件包［18－19］，这些元数据系统基本上都具有4个主要功能模块:①元数据浏览器:浏览及预览空间数据库的元数据;②元数据编辑器:编辑元数据信息，并对元数据进行新建、复制、粘贴、移动、插入、删除、更新操作;③元数据服务器:帮助用户查询、检索元数据，存储和管理用户发布的元数据;④元数据分发服务器:管理元数据数据库，并在网络上进行发布［20-22］。

本设计的元数据管理系统采用B/S结构，采用SQL Server2005作为后端数据库平台，在Visual Studio 2005集成开发环境下进行系统开发。服务器端包括矿山地理信息元数据服务器、矿山元数据管理器、元数据库;客户端包括元数据查询模块、元数据管理模块、元数据录入模块和元数据编辑模块。

本设计的矿山地理信息元数据管理系统包括4个功能模块，见图2。

图2 矿山地理信息元数据系统功能模块

(1)元数据查询子系统。实现对矿山地理信息元数据查询，包括制定条件在数据库中查询，分为名称查询、摘要查询和关键词查询。

(2)元数据管理子系统。创建、删除元数据库，修改结构、记录、对用户进行授权。

(3)元数据录入子系统。用户通过表格编写元数据并添加到元数据系统中。

(4)元数据编辑子系统。包括元数据信息的采集和各种元数据的操作，如新建、复制、剪切、粘贴、删除、移动、替换、格式转换。

4 结论

矿山地理信息元数据能够帮助人们更好地采集、管理和共享矿山数据，也是人们理解数据集内容、数据集质量、数据结构和数据用途的重要手段，是“数字矿山”发展的必然趋势。矿山地理信息元数据不仅是矿山数据的补充说明，也矿山信息标准化的重要内容，应当作为数据集的重要组成部分，受到广泛的关注。本研究初步设计了矿山地理信息元数据标准相关内容，开发了一个矿山地理信息元数据系统，实现了元数据管理功能。继本研究之后还将继续完善各项功能和其他扩展功能。希望能够为各类矿山部门提供思路和方法不断建立和完善矿山元数据标准的制定工作。

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