GIS原理与应用_2 地理空间元数据

GIS的技术基础——地理空间元数据
内容
元数据的发展和相关格式
地理空间元数据
地理空间元数据分类
地理空间元数据建立
地理空间元数据在GIS中的应用 地理空间元数据的组织与存储 地理空间元数据的管理
WebGIS中的元数据管理
第一个例子
搜索引擎
步骤
从互联网上抓取网页
建立索引库
在索引库中搜索排序
第二个例子 地图元数据 图幅基本信息 图廓角点信息 图幅地理参数 航片摄影参数 图幅接边状况 质量参数 结合图幅名称 分发着信息 等等
元数据的发展和相关格式
网络资源现状 与传统文献相比与传统文献相比，，网络资源呈现出动态性网络资源呈现出动态性、、分布性和多元性的特点 依赖对这些信息资源的准确依赖对这些信息资源的准确、、规范化的描述和组织,可以保证开放环境下对这些资源的准确识辨和选择,
保障检索开放性 目前存在着严重的不规范目前存在着严重的不规范、、不准确不准确、、不开放等问题,因此如何制定和实施一系列准确因此如何制定和实施一系列准确、、规范和可互操作的网络信息资源描述格式和组织系统成为一个重要的研究领域,并促成了元数据(MetaData MetaData))的发展
元数据的发展和相关格式
元数据
描述信息资源或数据等对象的
使用目的
使用目的：：
识别资源
评价资源
追踪资源在使用过程中的变化
实现简单高效地管理大量网络化数据
查找、、一体化组织和对 实现信息资源的有效发现
实现信息资源的有效发现、、查找
使用资源的有效管理
元数据的发展和相关格式
元数据的基本构成
由多个按照规定编码语言和编码方式对信息资源属性进行特征描述的元素组成,这些元素按照规定的相互
关系和整体结构形成具体的元数据格式
对元数据目录数据组织形式及如何支持资源检索服务
进行规定,或由资源组织应用系统解决
元数据体系还规定传递元数据的通讯方式和协议 元数据具有国际或国家或行业标准性质
元数据在其目标领域得到广泛应用,而有些元数据则仅仅是研究实验工具
元数据的发展和相关格式
元数据元数据Dublin Core Dublin Core (都柏林核心集,DC) 主要用于描述万维网网页和其它主要用于描述万维网网页和其它Internet Internet Internet资源资源,可用于一般领域,已成为已成为Internet/RFC Internet/RFC 1515个元素题名个元素题名(Title)Title)、、主题词或关键词(Subjector Keyword)Keyword)、、简述(Description)Description)、、出处(Source)Source)、、语 种(Lan g ua g e)e)、、作品关系(Relation)Relation)、、覆盖范围 (Co v era g e)e)、、责任者(A ut h or Creator)Creator)、、出版者 (P ublis h er)er)、、参与者(Contributor)Contributor)、、版权信息 (Ri gh ts)ts)、、作品类型(Type)Type)、、文件格式(Fro m at at))、作品标识(Identi f er er))、出版日期(Date)
元数据的发展和相关格式
元数据元数据Dublin Core Dublin Core (都柏林核心集,DC) 描述方式<Metana m e =DC DC元素名称元素名称V alue =“〈元素值〉”〉,例如〈m etana m e =k eyword v alue =”m etana m e , Dublin Core ,Metadata E le m entSet ”〉。

DC DC元素作为元素作为H TML TML文文件的一部分,以H TT P 为基本传输协议,应用系统可利用DC DC元素元素建立资源目录
元数据的发展和相关格式
元数据的特点
元数据可以作为其描述对象的一个固有、内在的部分
,也可以独立于该对象
元数据创建者可分为三类:作者在创建资源时可嵌入元数据以便资源被检索系统发现和组织;信息资源系
统管理者也可创建元数据来描述和组织自己的资源;
提供信息服务的信息网关(in f or m ation g ate)也可创
建元数据
共享。

而且元数据在使用过程 元数据一经建立,便可共享
、或基于中可由本地信息管理员、专业信息网关服务
业信息网关服务、搜索引擎的索引服务等给该元数据增加新的属性
元数据的发展和相关格式
元数据的特点
元数据的结构和完整性依赖于信息资源的价值和使用环境。

基于搜索引擎的系统提取元数据通常是自动而
简略的,由专家或专业信息网关提供的元数据则精细
而复杂
元数据的开发与利用环境往往一个变化的分布式环境
),搜索和检索协议
搜索和检索协议(
用目录协议((如w h o is),
,它可能运用目录协议
est等多种方
等多种方法,并对用户是透明的如Z3950 ),H ar v est
任何一种格式都不可能完全满足不同团体的不同需要。

不同用户、不同资源类型以及不同信息提供者,导
致了不同元数据格式,并提出了元数据之间的互操作
性问题
元数据的发展和相关格式
主要元数据格式介绍
Bibtex Bibtex::是描述科技文献书目资源是描述科技文献书目资源,,主要用在科学和学术界以及工业领域
CDF:CDF:频道定义格式频道定义格式(Channel Definition Channel Definition Fromat Fromat Fromat,,CDF),CDF),由微软公由微软公司在19971997年三月提出年三月提出
CDWA:CDWA:艺术作品描述目录艺术作品描述目录艺术作品描述目录,,主要为提供和使用艺术信息的团体(如博物馆和档案馆)描述艺术作品(包括其图象)提供结构化工具 CIMI:CIMI:博物馆信息计算机交换标准博物馆信息计算机交换标准 DC:DC:都柏林核心元数据是一个由计算机专家都柏林核心元数据是一个由计算机专家都柏林核心元数据是一个由计算机专家、、网络专家和图书馆专家等人员所组成的非正式小组开发的,目的是要建立一个广泛的
元数据元素集,可以描述任何网络信息资源,并足够的简单以至任何作者无需专门的培训就可以创建自己文件的元数据
MARC:MARC:机读目录格式机读目录格式(MARC MARC))是图书馆描述是图书馆描述、、存储存储、、交换交换、、处理以及检索信息的基础,经过不断发展已被图书馆用来描述和存取电子信息资源
元数据的发展和相关格式
主要元数据格式介绍 M A RC :机读目录格式(M A RC RC))是图书馆描述描述、、存储、交换、处理以及检索信息的基础,经过不断发展已被图
书馆用来描述和存取电子信息资源 MCF :元内容框架(Meta content Fra m ewor k ,MCF ,MCF),),),由由网景公司于1 997 997年年6月提交给月提交给ＷＷ3Ｃ 资源描述框架(Resource Description Fra m ewor k RDF)RDF),,是一个基于组是一个基于组((g roup _based)based)的元数据的元数据计划,由W3C(W orld W ide W ebConsortiu m )开发,通过多个致力于元数据发展的组织的共同努力,开发出一个强大、灵活的元数据框架,能运用于广泛领域,确保元数据之间互操作性 X ML :可扩展标记语言语言((Ex tensible Mar k upLan g ua g e,X ML ML))由G eneric S G ML 调查委员会(在W SC 赞助下)于1996996年年开发
元数据的发展和相关格式 元数据的类别与比较
元数据的结构性和完整性
元数据的发展和相关格式 元数据的类别与比较
元数据的结构性和完整性
元数据的发展和相关格式
元数据的应用领域
描述科技文献:B ibte x,EE LS,EEV L,RFC1 80 7,S G ML 描述人文及社会科学:IC P SRSS G ML ML、、T E I H eaders 政府信息:G ILS
地理空间信息:F G DC
博物馆信息:CIMI
艺术作品:CD WA
档案与文件信息:EA D
描述广泛的网络信息资源:CDF,DC,LDIF
,RDF,X ML,P ICS
元数据的发展和相关格式
元数据的未来发展
元数据的应用领域更加广泛和深入;
元数据格式的进一步多元化;
元数据体系更加复杂、功能更加完善;
元数据的使用环境将是一个使用目录协议(Wh o is is等等
)和查询与检索协议相结合的分布式环境
的整合、、可互操作将 元数据格式的标准化和格式之间的整合
是一个严峻的问题
地理空间元数据
地理空间元数据
数字地球的6大关键技术,其中之一就是“元数据” 在地理空间数据中,元数据是说明地理空间数据的内
、状况和其他有关特征的背景信息。

它可以容、质量
质量、
用来管理和辅助地理空间数据,满足社会对地理信息
的各类需求
地理空间元数据
元数据在数字地球中的重要作用
元数据是实现数字地球中地理空间信息共享的前提条
件和基本保障
是整理数字地球所需地理空间数据的重要指导原则 是组织和管理数字地球中数据的重要手段,元数据最本质的特性之一就是它具有目录索引的作用,类似于
一本书中目录的功效
是维护数字地球中的数据的重要工具。

数据生产单位通过建立所生产数据集的元数据文档,可以保证即使
其主要工作人员退休或调离时,也不会失去对所生产
数据集情况的了解,这样可以实现对数据集的维护、
更新,保证数据生产者对数据的投资
地理空间元数据
元数据在数字地球中的重要作用
是数字地球中数据交流中心的核心内容
是数据使用者从数字地球的海量数据中获取满足其特
殊需求的数据或信息的预览器
提供数据生产单位的数据存储、数据分类以及数据销售等方面的信息,这样便于数据使用者查询检索地理
空间数据
地理空间元数据
元数据在数字地球中的重要作用
是数字地球中数据交流中心的核心内容
是数据使用者从数字地球的海量数据中获取满足其特
殊需求的数据或信息的预览器
提供数据生产单位的数据存储、数据分类以及数据销售等方面的信息,这样便于数据使用者查询检索地理
空间数据
地理空间元数据 地理空间元数据标准
地理空间元数据
标准
FGDC
FGDC标准
标准的格式与特点
标准的内容项采用数字式章节组织结构,即:1,
1 . 1,1 . 1 . 1……
ents)和和混合数 数据要素分为单值数据要素(E le m ents)
前者为数据的逻辑
ents),前
据要素(Co m pound E le m ents),
基本项;后者表示用单个数据要不能表示的更高层
的概念,它为元数据的抽象聚类处理提供了依据
元数据内容中可选项与必选项并存。

用特定的符号来表达内容项的必要性,并建立用于表示元数据要
素之间及混合要素中数据要素间辑关系的规则,该
规则由三部分组成即符合、符合左侧的标识符和符
合右侧的表达式
项丰富。

该标准中数据项的总数有2 1 9 9项项, 数据项丰富
从各个方面对地球空间数据进行了全方位的说明
地理空间元数据
FGDC标准
标准
FGDC
标准中用到的符号及含义
=取代或由什么组成
+和
[|]选择,从括号内的列项中选择一个,列项用|
符号分割开
m {} n重复,括号中的项重复m到n次
()任选,括起来的项为任选项
如:a=b+c表示a由b和c组成
a=[b|c]表示a由b或c组成
3 {b} 5表示b出现3到5次
或由b和c组成 a=b+(c)表示a由b,b,或由
地理空间元数据
FGDC FGDC标准标准 内容：7个部分,分别是数据标识信息分别是数据标识信息、、数据质量信息、空间数据组织信息数据组织信息、、数据空间参考消息、实体及属
性信息性信息、、数据传播及共享信息和元数据参考信息,每部分又由若干项组成 元数据=数据标识信息+0 {数据质量信息} 1 +0 {空间数据组织描述} 1 +0 {数据空间参考消息} 1 +0 {实体及属性信息} 1 +0 {数据传播} 1 + +共享共享和元数据参考信息 数据标识信息=引述+描述+内容的时间周期+数据状态+空间范围+关键词+访问限制+使用限制+(访问点位置)+(1 {浏览图形n)+(数据集信誉)+(安全 信息)+(数据集内环境)+(1 {其它参考信息} n)
地理空间元数据
FGDC FGDC标准标准 内容：7个部分,分别是数据标识信息分别是数据标识信息、、数据质量信息、空间数据组织信息数据组织信息、、数据空间参考消息、实体及属
性信息性信息、、数据传播及共享信息和元数据参考信息,每部分又由若干项组成 数据质量信息= 0 {属性精度} 1 + +逻辑逻辑一致性报告+完整性报告+0 {+0 {位位置精度} 1+继承性+(覆盖云量 空间数据组织描述= 0 {= 0 {间间接空间参考} 1 +0 {直接空间参考方法+([点与矢量对象信息|栅格对象信息])} 1 数据空间参考消息= 0 {水平坐标体系定义} 1 +0 {垂直方向上坐标体系的定义} 1 实体及属性信息= [1 {详细描述} n |1 { {概概述} n |1 {详细描述} n +1 { {概概要描述} n ]
地理空间元数据
FGDC FGDC标准标准 内容：7个部分,分别是数据标识信息分别是数据标识信息、、数据质量信息、空间数据组织信息数据组织信息、、数据空间参考消息、实体及属
性信息性信息、、数据传播及共享信息和元数据参考信息,每部分又由若干项组成 数据传播=数据传播者+0 {信息源描述} 1 +传播义务+0 {正常定购手续} n +0{用户定购手续} 1 +(技术要求)+(可能的时间周期) 元数据参考信息=元数据形成日期+(元数据检查时间+(元数据未来检查时间))
地理空间元数据
ISO/TC211标准
标准
ISO/TC211
标准格式与特点
元数据内容项分为三种类型:必须型(M)指必须给出
的缩写)、条件型(C)指在一
Mandatory的
的内容(M是Mandatory
Conditional)、
、可选定条件下需要给出的内容C表示Conditional)
型(O)指可有可无的内容(O表示O ptional）
元数据内容采用逐项逐行方式表达
出了元数据制作、、管理等规范
标准中给出了元数据制作
地理空间元数据
ISO/TC211标准
标准
ISO/TC211
内容
信息、、空间
数据质量信息、、空间数据表达信息
标识信息
标识信息、、数据质量信息
信息、
、元数据
、数据传播信息
信息、
特征与属性信息、
参考信息
、特征与属性信息
、联系信息,其中最后两部分内
引述信息、
信息、
、引述信息
参考信息
容为数据集使用的推荐参考信息
地理空间元数据分类 地理空间元数据分类
地理空间元数据分类
地理空间元数据分类
系列元数据：：数据集系列元数据是指一系列拥 数据集系列元数据
、日期、分辨率以及方法等特征的空间数有共同主题
主题、
据系列或集合,它是用户用于概括性查询数据集的主
要内容
地理空间元数据分类
地理空间元数据分类
元数据：：数据集元数据是整个元数据标准体系 数据集元数据
的核心,它既可以作为数据集系列元数据的组成部分
,也可以作为后面数据集属性以及要素等内容的父元数
据数据集系列。

在元数据软件标准设计的初级阶段,
通过该模块便可以全面反映数据集的内容
要素类型和要素实例元数据:要素类型在数据集内容中相对比较容易理解,它指由一系列几何对象组成的具
有相似特征的集合,比如数据集中的道路层、植被层
等便是具体的要素类型
属性类型和属性实例元数据属性类型是用于描述空间要素某一相似特征的参数,比如桥梁的跨度便是一个
属性类型;属性实例则是要素实例的属性,比如某一
桥梁穿越某一道路的跨度
地理空间元数据建立 地理空间元数据建立依据
地理空间元数据在GIS 中的应用
地理空间元数据应用
数据可视化管理中的应用
DBMS
Metadata
After 8 1999Available
After 2 2000No data
Centre Information system
GUI
地理空间元数据在GIS中的应用 地理空间元数据应用
一般应用
浏览、检索、查找、获取数据质量控制、数据再处理不同应用之间的转换
元数据存贮、档案管理
数据用户数据字典应用项目元数据费用
地学元数据
地理空间元数据在GIS 中的应用
地理空间元数据应用
在GIS GIS集成中的应用集成中的应用
获取、写入
检测记录
元数据信息系统
数据质量控制系统
地理空间数据集成系统
获取、写入请求返回
项目与用户
地理空间数
据元数据
分布式地理空间数据及其元数据
地理空间数
据元数据
地理空间数
据
元数据
地理空间元数据的组织与存储
地理空间元数据的组织
描述个别数据值
特性
描述个别数据项特
性
中层元数据
数据值1数据值2……数据值nm
数据值1数据值2……数据值n1
高层元数据
地理单元实
体或属性数据
库
空间、非空间或知识数据1基层元数据
……描述数据库文件内容和数据项共
性
空间、非空间或知识数据m
地理空间元数据的组织与存储
地理空间元数据的存储
数据集A
数据集A
数据集B
数据集B 数据集C 数据集C
数据集N 数据集N
元数据
元数据元数据元数据
数据库管理层
数据库管理层
数据用户
元数据
模式A
模式B
地理空间元数据的管理 元数据管理面临的挑战
缺乏统一的元数据信息标准规范 元数据信息的数据项较多
元数据信息的内部关系复杂
地理空间元数据的管理
地理元数据管模型
元数据生成
元数据生成
元数据自动生成
SQL 或API
地理空间数据
元数据
应用项目
地学相关数据
元数据
数据应用软件
元数据库
其它元数据（库
）
数据管理员
数据用户
数据生产者
地理空间元数据的管理
NGDC(国家地理空间数据交换中心国家地理空间数据交换中心))元数据管理模型
NGDC
数据生产者GIS 用户
(1)
(2)
(3)(4)(6)(5)
地理空间元数据的管理
NGDC NGDC的的规划设计 直接条件查询方式 地名辞典方式 动态地图窗口方式 分级目录方式地理空间元数据的有效管理需要建立在地理空间元数据标准
化的基础之上化的基础之上，，同时同时，，它也是基于Internet 的NGDC 建设中的一个重要组成部分中的一个重要组成部分。

另外另外，，地理空间元数据的存储方式以及地理空间元数据管理系统的实现有待进一步研究和探讨
WebGIS 中的元数据管理
现有基于现有基于WebGIS WebGIS WebGIS的元数据管理系统的元数据管理系统 N o AA 的A rc V iew MetaData Collector F G DC 的MetaData E ntry Syste m B lue an g le 的MetaData Mana g er 存在的问题 几乎所有的W eb G IS 都只能是对服务器中的某一个或几个数据库进行链接、访问,这就在某种程度上限制了数
据的交换和共享 不具备对网络数据进行检索的目录服务功能,限制了访问客户的检索效率
WebGIS中的元数据管理
存在的问题
现有的W eb G IS技术所实现的功能相对比较简单,大多数只是实现浏览、查询和简单的处理功能,还不能满足
用户较高级的应用需求
整个体系的构建和算法的实现缺乏高效性
高效性、、灵活性,使得在完成数据下载、应用程序间的协同操作等较高级功
能时容易出现困难
WebGIS中的元数据管理
基于WebGIS的元数据支撑系统
功能：
目录检索功能:即用户可以通过元数据目录在本地或
远程快速检索所需使用的地理空间数据
检索、、 元数据的管理功能:包括元数据建立、维护、检索
更新等功能
数据存档功能:主要用于分布式数据的管理和远程访
问的管理
安全性管理:实现地理数据的安全性维护
数据兼容性管理:通过不同G IS对空间数据进行格式互转化、信息共享和互操作
WebGIS中的元数据管理
基于WebGIS的元数据支撑系统软件架构
服务器工具
服务器管理
客户端工具客户端浏览
服务器
元数据服务器数据服务器
应用程序接口
WebGIS中的元数据管理
基于WebGIS的元数据支撑系统软件架构
服务器工具单元的功能包括服务器系统管理和日志文件管理,服务器管理主要进行共享数据系统的构建和总体
维护
功能有数据库的构筑与更新、元数据模型的建立、视图
、数据服务器的登陆、索引图和预
管理、
建立、用户账户管理
定义词表的建立等。

日志文件管理的主要完成与日志有
关的功能,主要包括元数据服务器访问日志和数据服务
、数据访问统计分析和数据建立的统计器访问日志管理
管理、
分析
WebGIS 中的元数据管理
基于WebGIS 的元数据支撑系统软件架构 服务器部分主要是针对各种用户提供完整的数据共享和访问服务,由3个子模块组成 其中元数据服务器子模块功能包括服务器信息的获取、数据目录的检索数据目录的检索、、数据目录的建立和目录的更新,它的
目标是向用户提供完整的元数据服务。

数据服务器子模块则主要提供有关具体的地理数据操作的服务包括数据的访问、下载、各种地理数据格式间的直接转换、数据的格式化和用户自定义数据的建立与数据的实更新功能,是直接针对数据的操作。

另一个子模块是W eb 服务器的管理,向用户提供WWW 方式的数据访问与操作,具体功能包括WWW 服务器信息的获取、数据目录的检索数据目录的检索、、数据的定购与访问、数据下载和数据格式转换
WebGIS中的元数据管理
基于WebGIS的元数据支撑系统软件架构
客户端工具通过与数据服务器建立链接提供给用户在本
地对数据的操作功能,由客户端和浏览器两部分组成 客户端主要提供与服务器相关的数据目录的浏览与检索、数据显示、数据远程下载、数据目录的更新和登录、
缺省数据库的设置、视图的设置以及本地应用程序的设
置,主要帮助本地用户对远程服务器的共享数据进行操
作。

浏览器则完成终端对数据及相应信息的浏览和检索功能,包括检索条件的定义、数据目录浏览、数据的显示和数
据下载
WebGIS中的元数据管理
ArcIMS中的元数据管理模式
A rcIMS：提供元数据服务器运行的框架和体系结构
包括W eb浏览和应用——Meta Ex plorer用于浏览和查
找元数据
存储发布的元数据文档
A rcCatalo g:创建，发布和管理元数据文档。