CN103150332A - 对地观测元数据集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空间海量元数据存储领域，公开了一种对地观测元数据集成方法，包括以下具体步骤：建立元数据核心编目集；针对不同类型的元数据文件生成和提交一个映射模板以指定元数据文件的节点与元数据属性之间的映射关系，将元数据文件中的树状结构解析为线性结构。本发明的优点在于，实现了元数据格式的统一，解决了由于来源不同导致的同一属性具有不同的名称或者拓扑结构的格式异构问题，能够兼容各种空间数据标准，可以对海量的元数据进行高效存储。
Description
技术领域
本发明涉及空间海量元数据存储领域，特别涉及一种对地观测元数据集成方法。
背景技术
近年来，随着遥感观测和影像获取技术的深入发展，各种卫星升空发射及新型传感器不断涌现，遥感影像数据的种类、级别不断丰富，呈现出多格式、多类型、多尺度、海量以及分布式存储的特征。社会中各领域对遥感观测信息的需求越来越大，各个相关机构或部门都独立建立了针对应用的不同资源类型、彼此异构的遥感影像库，形成了一个分布式的、异构的、跨部门的、资源类型多样的遥感影像库群。上述异构特征导致各部门间遥感影像的信息共享需求、数据收集、数字化处理非常困难。因此如何有效管理这些异构的、分布式存储的海量遥感影像数据，以促进遥感影像数据资源的利用、共享、交换和整合，已经成为实现遥感影像数据共享所面临的主要挑战。
为解决上述问题出现了空间元数据技术。空间元数据是对遥感影像数据的概括和抽取，对遥感影像数据的内容、矢量、条件、标识方式、空间参照系、管理方式和其他特征进行描述和说明，帮助和促进人们有效地定位、评价、比较、获取和使用遥感影像数据。
国内外的研究学者以及空间遥感观测部门设计提出了多种空间元数据标准，国际上比较通用的有的包括美国联邦地理数据委员会制定的地理空间数据元数据内容(CSDGM)标准以及国际标准化组织ISO制定的国际标准 (ISO19115：2003)等。国内对元数据的标准也进行了一定得研究，比较著名的包括国家基础地理信息系统(NFGIS)元数据标准以及国家标准《地理信息元数据》等，对于不同的行业也存在针对行业应用的行业元数据标准，如测绘行业推出的《基础地理信息数字产品元数据》等众多元数据标准。
但是由于国内标准不统一的现状，各遥感观测部门在设计元数据管理系统时没有标准可循，采用的元数据格式及标准不统一，所以元数据管理系统中元数据的表达和发布也形式各异。每出现一颗卫星，就会出现多种不同的元数据形式。因此无法进行不同部门间不同元数据的存储、交换、查询、定位空间数据的作用，为遥感影像数据的利用、共享、交换和整合增添了新的难度，阻碍了空间信息共享的深入实施。
发明内容
本发明针对现有空间元数据标准众多，各种元数据异构现象严重，转换困难，无法使用统一的接口进行存储的缺点，提供了一种能够兼容各种基于不同的空间元数据标准而生成的异构的元数据的新型对地观测元数据集成方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
对地观测元数据集成方法，包括以下具体步骤：
1）建立元数据核心编目集，所述元数据核心编目集由记录组成，每一条记录与一个元数据属性相对应，所述记录包括以下字段：ID、属性名、属性组、数据类型，所述属性名字段保存元数据属性的名称，所述属性组字段保存所述元数据属性所在的属性组，所述数据类型字段保存与所述元数据属性的数据类型；
2）选取一个元数据文件作为模板，确定所述模板的叶节点与所述元数据属性之间的对应关系，将所述模板的叶节点的节点值替换为与所述模板的叶节点相对应的元数据属性的名称得到映射模板，所述元数据文件为xml文件；
3）根据所述映射模板得到记录有所述模板的叶节点与所述元数据属性之间映射关系的映射信息，根据所述映射信息生成映射信息表，并将所述映射信息表存入数据库，所述映射信息表包括xpath字段和属性字段，所述xpath字段为所述映射模板的叶节点的路径，所述路径用xpath进行描述，所述属性字段为所述元数据属性的名称；
4）根据所述元数据文件中的元数据得到与所述元数据文件相对应的列表，所述列表包括叶节点字段和节点值字段，所述叶节点字段保存所述元数据文件的叶节点的路径，所述节点值字段保存所述元数据文件的叶节点的节点值；
5）根据所述映射模板确定所述元数据文件的叶节点与所述元数据属性之间的映射关系，将所述叶节点字段所保存的路径替换为与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的名称，将所述节点值字段所保存的节点值转换为指定类型得到映射后的列表，所述指定类型是指与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的数据类型；
6）为所述元数据核心编目集的属性组字段所记录的每一个属性组分别建立与所述属性组相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的属性组相对应的数据库中。
作为优选，还包括以下具体步骤：
a）当数组节点具有相同的语义时，在所述步骤2中，对所述模板的叶节点的节点值进行替换后，保留第一个数组节点并删除其余的数组节点，在所述第一个数组节点中添加属性将其标记为数组；在所述步骤3中，所述映射信息表的xpath字段还包括数组标记，所述数组标记以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
b）当数组节点具有不同的语义时，在所述步骤3中，所述映射信息表的xpath字段还包括顺序编号的数组标号，所述数组标号以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
c）所述步骤4中的叶节点字段和所述步骤5中替换后的叶节点字段分别包括顺序编号的数组位置标记，所述数组位置标记以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
其中，所述数组节点为具有相同的节点名称和相同的父节点的xml文件节点。
作为优选，还包括以下步骤：在所述步骤1中，所述记录还包括来源字段，所述来源字段保存元数据的来源；在所述步骤6中，根据不同的来源分别建立与所述来源相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的来源相对应的数据库中。
作为优选，所述属性组包括标识信息、数据质量信息、参照系信息、内容信息、覆盖范围、分发信息、遥感信息。
作为优选，所述列表和映射后的列表为Map数据结构。
作为优选，在所述步骤4中，所述节点值为string数据结构。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
通过建立元数据核心编目集和映射模板，建立了元数据文件的数据与标准编目集资建的映射关系，通过映射将元数据文件的树状结构转换为线性结构，从而实现元数据格式的统一。在数据格式得到统一后，根据元数据的属性组对元数据数据库进行垂直分库，根据元数据的来源对元数据数据库进行水平分库，，实现对海量元数据的高效存储。本发明提供了一个在遥感影像数据采集系统与数据存储系统之间的统一接口，对不同结构的元数据文件进行统一的格式转换，有效解决了对地观测元数据的异构问题，适用于国产多星异构元数据管理系统。
本发明还提供了对数组节点的统一的格式转换，无需进行复杂的迭代操作，转换快捷，高效。
由于实现了数据库存储格式的统一，可以方便的对数据库进行分区和切片，有效支持海量元数据的分布式存储和处理。
本发明的技术方案还具有较强的扩展能力，只需要对元数据核心编目集的记录进行扩充，就可以实现对新的元数据格式的集成，用户只需要重新制作并提交一份包含新的元数据格式的映射模板即可。
附图说明
图1为本发明所述数据库存储节点的部署示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
对地观测元数据集成方法，包括以下具体步骤：
1）建立元数据核心编目集，元数据核心编目集的信息包含了所有标准化组织发布的空间元数据属性，如果有新增的属性，则对核心编目集进行扩充以覆盖所有属性。所述元数据核心编目集由记录组成，每一条记录与一个元数据属性相对应，所述记录包括以下字段：ID、属性名、属性组、描述、数据类型、来源，其中，属性名包括中文名和英文名，所述属性名字段保存元数据属性的名称，所述属性组字段保存所述元数据属性所在的属性组，属性组包括标识信息、数据质量信息、参照系信息、内容信息、覆盖范围、分发信息、遥感信息，如图1所示，这7个属性组作为元数据存储垂直划分的依据。所述数据类型字段保存与所述元数据属性的数据类型。
下面是核心编目集表中的部分属性：
| ID | 中文名 | 英文名 | 属性组 | 描述 | 数据类型 | 来源 |
| 1 | 卫星名 | setalliteName | 标识信息 | 卫星名字 | String | FGDC |
| 2 | 传感器名 | sensorName | 标识信息 | 传感器名字 | String | FGDC |
| 3 | 左上点纬度 | dataUpperLeftLat | 覆盖范围 | 左上点纬度 | Double | FGDC |
| 4 | 左上点经度 | dataUpperLeftLong | 覆盖范围 | 左上点经度 | Double | FGDC |
| 5 | 右上点纬度 | dataUpperRightLat | 覆盖范围 | 右上点纬度 | Double | FGDC |
| 6 | 右上点经度 | dataUpperRightLong | 覆盖范围 | 右上点经度 | Double | FGDC |
| 7 | 左下点纬度 | dataLowerLeftLat | 覆盖范围 | 左下点纬度 | Double | FGDC |
| 8 | 左下点经度 | dataLowerLeftLong | 覆盖范围 | 左下点经度 | Double | FGDC |
| 9 | 右下点纬度 | dataLowerRightLat | 覆盖范围 | 右下点纬度 | Double | FGDC |
| 10 | 右下点经度 | dataLowerRightLong | 覆盖范围 | 右下点经度 | Double | FGDC |
| 11 | 轨道Id | OrbitId | 标识信息 | 轨道Id | Integer | FGDC |
| 12 | 轨道跨越日期 | sceneDate | 内容信息 | 轨道跨越日期 | Date | FGDC |
2）建立映射模板：选取一个元数据文件作为模板，确定所述模板的叶节点与所述元数据属性之间的对应关系，将所述模板的叶节点的节点值替换为与所述模板的叶节点相对应的元数据属性的名称得到映射模板，所述元数据文件为xml文件；当模板的数组节点具有相同的语义时，对所述模板的叶节点的节点值进行替换后，保留第一个数组节点并删除其余的数组节点，在所述第一个数组节点中添加属性将其标记为数组。这里的数组节点为具有相同的节点名称和相同的父节点的xml文件节点。
下面为一个元数据文件：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<root>
<satelliteId>HJ1A</satelliteId>
<sensorId>CCD2</sensorId>
<Boundary>
<Point>
<PointLongitude>79.38</PointLongitude>
<PointLatitude>59.64</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>119.14</PointLongitude>
<PointLatitude>70.23</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>157.50</PointLongitude>
<PointLatitude>68.58</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>102.79</PointLongitude>
<PointLatitude>59.27</PointLatitude>
</Point>
</Boundary>
<OrbitCalculatedSpatialDomain>
<OrbitCalculatedSpatialDomainContainer>
<OrbitNumber>58639</OrbitNumber>
<EquatorCrossingDate>2010-12-27</EquatorCrossingDate>
</OrbitCalculatedSpatialDomainContainer>
<OrbitCalculatedSpatialDomainContainer>
<OrbitNumber>58640</OrbitNumber>
<EquatorCrossingDate>2010-12-27</EquatorCrossingDate>
</OrbitCalculatedSpatialDomainContainer>
</OrbitCalculatedSpatialDomain>
</root>
以该元数据文件为模板建立映射模板如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<root>
<satelliteId>setalliteName</satelliteId>
<sensorId>sensorName</sensorId>
<Boundary>
<Point>
<PointLongitude>dataUpperLeftLong</PointLongitude>
<PointLatitude>dataUpperLeftLat</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>dataUpperRightLong</PointLongitude>
<PointLatitude>dataUpperRightLat</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>dataLowerLeftLong</PointLongitude>
<PointLatitude>dataLowerLeftLat</PointLatitude>
</Point>
<Point>
<PointLongitude>dataLowerRightLong</PointLongitude>
<PointLatitude>dataLowerRightLat</PointLatitude>
</Point>
</Boundary>
<OrbitCalculatedSpatialDomain>
<OrbitCalculatedSpatialDomainContainer isArray="true">
<OrbitNumber>OrbitId</OrbitNumber>
<EquatorCrossingDate>sceneDate</EquatorCrossingDate>
</OrbitCalculatedSpatialDomainContainer>
</OrbitCalculatedSpatialDomain>
</root>
其中satelliteId、sensorId、PointLongitude等都是节点属性，在映射模板中需要指出他们到核心编目集中的属性的映射。
Point和OrbitCalculatedSpatialDomainContainer节点分别为2种不同类型的数组节点，Point的每个子节点分别对应到不同的核心编目集中的属性，即上下左右四个点的经纬度坐标，因此，数组中的每项有不同的语义，建立映射模板时，保留原有的结构即可。而OrbitCalculatedSpatialDomainContainer的子属性OrbitNumber和EquatorCrossingDate都对应到核心编目集中相同的属性，数组中的每项有相同的语义。在建立映射模板时需添加数组标记：isArray="true"。
3）根据所述映射模板得到记录有所述模板的叶节点与所述元数据属性之间映射关系的映射信息，根据所述映射信息生成映射信息表，并将所述映射信息表存入数据库，所述映射信息表包括xpath字段和属性字段，所述xpath字段为所述映射模板的叶节点的路径，所述路径用xpath进行描述，所述属性字段为所述元数据属性的名称。当数组节点具有相同的语义时，所述映射信息表的xpath字段还包括数组标记，所述数组标记以连接符与所述数组节点的节点名称连接。当数组节点具有不同的语义时，所述映射信息表的xpath字段还包括顺序编号的数组标号，所述数组标号以连接符与所述数组节点的节点名称连接。
对上述映射模板解析后所获得的映射信息表如下：
| Xpath | 属性 |
| root/satelliteId | setalliteName |
| root/sensorId | sensorName |
| root/Boundary/Point_1/PointLongitude | dataUpperLeftLong |
| root/Boundary/Point_1/PointLatitude | dataUpperLeftLat |
| root/Boundary/Point_2/PointLongitude | dataUpperRightLong |
| root/Boundary/Point_2/PointLatitude | dataUpperRightLat |
| root/Boundary/Point_3/PointLongitude | dataLowerLeftLong |
| root/Boundary/Point_3/PointLatitude | dataLowerLeftLat |
| root/Boundary/Point_4/PointLongitude | dataLowerRightLong |
| root/Boundary/Point_4/PointLatituded | dataLowerRightLat |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _0/OrbitNumber | OrbitId |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _0/EquatorCrossingDate | sceneDate |
解析上述映射模板时，从模板的根节点开始循环迭代得到映射模板所有叶节点的xpath，以及对应的映射到核心编目集中的属性节点。这样我们就可以把元数据文件中每条数据对应到核心编目集中的属性节点。例如root/satelliteId对应到setalliteName。
而且在解析的过程中通过数组标记来按序给数组节点添加标号，可以解决嵌套数组的问题。root/Boundary/Point是一个数组，描述了图片边界四个点的坐标，而这四个点的经纬度分别对应不同的核心编目集属性，所以我们可以在root/Boundary/Point路径后面加上编号予以区分。
而root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContaine也是数组，因为在模板中有isArray="true"属性，标记其为数组。所以在解析模板的时候我们得到root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _0，即在节点名称后添加一个数组标记"_0 "。
4）根据所述元数据文件中的元数据得到与所述元数据文件相对应的列表，所述列表包括叶节点字段和节点值字段，所述叶节点字段保存所述元数据文件的叶节点的路径，所述节点值字段保存所述元数据文件的叶节点的节点值。
对上述元数据文件解析后得到的列表如下所示：
| 叶节点 | 节点值 |
| root/satelliteId | HJ1A |
| root/sensorId | CCD2 |
| root/Boundary/Point_1/PointLongitude | 79.38 |
| root/Boundary/Point_1/PointLatitude | 59.64 |
| root/Boundary/Point_2/PointLongitude | 119.14 |
| root/Boundary/Point_2/PointLatitude | 70.23 |
| root/Boundary/Point_3/PointLongitude | 157.50 |
| root/Boundary/Point_3/PointLatitude | 68.58 |
| root/Boundary/Point_4/PointLongitude | 102.79 |
| root/Boundary/Point_4/PointLatituded | 59.27 |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain /DomainContainer_1/OrbitNumber | 58639 |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _1/EquatorCrossingDate | 2010-12-27 |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _2/OrbitNumber | 58640 |
| root/ OrbitCalculatedSpatialDomain / OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _2/EquatorCrossingDate | 2010-12-27 |
解析上述元数据文件时，把所有数据作为string类型读取，得到所有xpath和string类型数据的一个Map结构。在解析的时候如果xpath对应子路径中的数据是数组，则根据它在数组中出现的顺序添加一个数组位置标记。
5）根据所述映射模板确定所述元数据文件的叶节点与所述元数据属性之间的映射关系，将所述叶节点字段所保存的路径替换为与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的名称，将所述节点值字段所保存的节点值转换为指定类型得到映射后的列表，所述指定类型是指与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的数据类型。
依据上述列表得到的映射后的列表如下所示：
| 映射后的属性 | 取值 |
| setalliteName | HJ1A |
| sensorName | CCD2 |
| dataUpperLeftLong | 79.38 |
| dataUpperLeftLat | 59.64 |
| dataUpperRightLong | 119.14 |
| dataUpperRightLat | 70.23 |
| dataLowerLeftLong | 157.50 |
| dataLowerLeftLat | 68.58 |
| dataLowerRightLong | 102.79 |
| dataLowerRightLat | 59.27 |
| OrbitId_1 | 58639 |
| sceneDate_1 | 2010-12-27 |
| OrbitId_2 | 58640 |
| sceneDate_2 | 2010-12-27 |
根据映射模板来把xpath路径对应到核心编目集中的一条属性。映射时要解析数组标记，如果可以完全匹配则直接转换，例如root/Boundary/Point_1/PointLongitude就对应到dataUpperLeftLong，如果不能完全匹配则要添加数组标记，例如root/ OrbitCalculatedSpatialDomain/ OrbitCalculatedSpatialDomainContainer _1/OrbitNumber映射为OrbitId_1。
然后根据属性的类型来把string类型的数据转换为指定类型的数据，得到属性名和数值的Map结构，根据属性名和数值标记可以得到这个字段在数据库表中的字段名
6）为所述元数据核心编目集的属性组字段所记录的每一个属性组分别建立与所述属性组相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的属性组相对应的数据库中，其中，每种元数据类型针对7种属性组分别对应7个数据库，可以将每条元数据记录对应到7个节点的数据库中，实现数据库的垂直划分。根据不同的来源分别建立与所述来源相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的来源相对应的数据库中，不同来源的元数据也记录到不同的数据库中，实现数据的水平划分。实现将元数据文件的树状结构转化为线性结构，并分布式存储。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种对地观测元数据集成方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
1）建立元数据核心编目集，所述元数据核心编目集由记录组成，每一条记录与一个元数据属性相对应，所述记录包括以下字段：ID、属性名、属性组、数据类型，所述属性名字段保存元数据属性的名称，所述属性组字段保存所述元数据属性所在的属性组，所述数据类型字段保存与所述元数据属性的数据类型；
2）选取一个元数据文件作为模板，确定所述模板的叶节点与所述元数据属性之间的对应关系，将所述模板的叶节点的节点值替换为与所述模板的叶节点相对应的元数据属性的名称得到映射模板，所述元数据文件为xml文件；
3）根据所述映射模板得到记录有所述模板的叶节点与所述元数据属性之间映射关系的映射信息，根据所述映射信息生成映射信息表，并将所述映射信息表存入数据库，所述映射信息表包括xpath字段和属性字段，所述xpath字段为所述映射模板的叶节点的路径，所述路径用xpath进行描述，所述属性字段为所述元数据属性的名称；
4）根据所述元数据文件中的元数据得到与所述元数据文件相对应的列表，所述列表包括叶节点字段和节点值字段，所述叶节点字段保存所述元数据文件的叶节点的路径，所述节点值字段保存所述元数据文件的叶节点的节点值；
5）根据所述映射模板确定所述元数据文件的叶节点与所述元数据属性之间的映射关系，将所述叶节点字段所保存的路径替换为与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的名称，将所述节点值字段所保存的节点值转换为指定类型得到映射后的列表，所述指定类型是指与所述元数据文件的叶节点具有映射关系的元数据属性的数据类型；
6）为所述元数据核心编目集的属性组字段所记录的每一个属性组分别建立与所述属性组相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的属性组相对应的数据库中。
2.根据权利要求1所述的对地观测元数据集成方法，其特征在于，还包括以下具体步骤：
a）当数组节点具有相同的语义时，在所述步骤2中，对所述模板的叶节点的节点值进行替换后，保留第一个数组节点并删除其余的数组节点，在所述第一个数组节点中添加属性将其标记为数组；在所述步骤3中，所述映射信息表的xpath字段还包括数组标记，所述数组标记以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
b）当数组节点具有不同的语义时，在所述步骤3中，所述映射信息表的xpath字段还包括顺序编号的数组标号，所述数组标号以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
c）所述步骤4中的叶节点字段和所述步骤5中替换后的叶节点字段分别包括顺序编号的数组位置标记，所述数组位置标记以连接符与所述数组节点的节点名称连接；
其中，所述数组节点为具有相同的节点名称和相同的父节点的xml文件节点。
3.根据权利要求1所述的对地观测元数据集成方法，其特征在于，还包括以下具体步骤：在所述步骤1中，所述记录还包括来源字段，所述来源字段保存元数据的来源；在所述步骤6中，根据不同的来源分别建立与所述来源相对应的数据库，将所述映射后的列表的记录分别写入与该记录的来源相对应的数据库中。
4.根据权利要求1所述的对地观测元数据集成方法，其特征在于，所述属性组包括标识信息、数据质量信息、参照系信息、内容信息、覆盖范围、分发信息、遥感信息。
5.根据权利要求1所述的对地观测元数据集成方法，其特征在于，所述列表和映射后的列表为Map数据结构。
6.根据权利要求1所述的对地观测元数据集成方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述节点值为string数据结构。
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