CN104391921A - 用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法及系统，包括构建决策模型元建模框架，构建决策模型元模型的模式结构，构建异质决策模型信息模型。本发明解决了现有异构决策模型缺乏有描述手段且信息模型不统一的问题，构建了地理空间决策模型元模型，发展了五中元数据构件和十一组节点信息描述模型。比较现有的决策模型管理模式，本发明中决策模型元模型内容全面的描述了异构决策模型的相关信息，为地理空间决策模型分布式管理以及模型共享和重用提供了支持，证明它是地理空间决策模型管理的一种比较实用可靠的方法。

Description

用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法及系统

 

技术领域

本发明属于智慧城市地理信息服务技术领域，尤其涉及网络环境下异构地理空间决策模型的分布式管理、分享与重用。

 

背景技术

随着智慧城市的发展，地理空间决策模型的应用需求在不断的增强。地理空间决策模型，一方面，应用于城市发展的各个领域，例如水利、能源、气象、交通、军事、城市规划与管理、资源与环境评价等；另一方面，这些决策模型可能由不同的组织、机构或研究人员开发。这些现状造成了不同的地理空间决策模型使用不同的开发方式或模型表示方法。而且，在城市决策中，面对某一个决策问题时，可能用到涉及不同领域不同组织开发的多个模型，例如在区域交通规划时，有可能用到水文、气象和交通规划模型。不同地理空间决策模型的不同开发方法与表示方法使得模型之间很难相互调用和共享，因此，如何实现模型的共享和重用是一个亟待解决的问题。

目前来说，存在的模型表示方法有结构化构模表示、面向对象表示、模型的数据表示、框架表示、及结构化建模标记语言（SMML）等。这些模型表示方法从各个方面来对如何表示模型进行了研究，但缺乏对分布式环境下模型共享与重用的考虑。在模型共享方面，现在的普遍方法是将模型封装为Web Services，实现在分布式环境下的共享；NASA在2008年提出了“模型网”的概念，也是将模型发布成服务，在网络环境下进行共享。但是，这些模型共享方法只是提出了模型共享的框架，没有定义模型在网络环境共享的内容，即元模型；而且对于地理空间决策模型的时空特性不能很好的描述。

综上所述，当前异构地理空间决策模型建模面临的主要问题是：现存的多种模型表示方法不能满足网络环境下模型库分布式管理的需求。目前还缺乏一种开放、标准的地理空间决策模型信息描述模型，以实现异构模型的分布式管理、共享和重用。

 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法及系统。

本发明采用元建模技术，构建了四层结构的异构模型元建模框架，基于模型信息的共享重用、高效检索和管理以及后续分析的元数据需求分析，抽取异构地理空间决策模型信息共性要素，根据网络环境下地理空间决策模型相应特点，构建了一个通用的决策模型元模型，发展了异构地理空间决策模型元模型的物种元数据构件，提出了一种十一元组的信息描述结构，并以可扩展标记语言（Extensible Markup Language）为载体进行形式化表达。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建决策模型元模型建模框架，其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：构建决策模型元模型建模框架的层次结构；

步骤1.2：根据决策模型元模型的层次化关系，定义决策模型元模型包含的概念和关系；

步骤1.3：根据决策模型的管理需求，构建决策模型元模型的元数据构件；

步骤1.4：根据决策模型元模型的元数据构件，构建十一元组的决策模型信息描述构件；

步骤2：构建决策模型元模型的模式结构，其具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：构建决策模型元模型模式中的剧本元素及数据类型；

步骤2.2：构建决策模型元模型模式中的公共元数据组；

步骤2.3：构建决策模型元模型模式中的元数据字段；

步骤2.4：构建决策模型元模型模式中的元素类型及其包含的基本元素；

步骤2.5：构建决策模型元模型模式中的组织结构；

步骤3：构建决策模型信息模型，其具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：根据决策模型元模型建模框架完成决策模型元数据信息填充；

步骤3.2：根据决策模型元模型模式对决策模型信息模型进行模式验证；

步骤3.3：构建十一元组结构决策模型信息模型的XML编码文档。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建系统，其特征在于：包括用于构建决策模型元模型建模框架的子系统，用于构建决策模型元模型的模式结构的子系统和用于构建异质决策模型信息模型的子系统；

所述的用于构建决策模型元模型建模框架的子系统包括用于构建决策模型元建模框架的层次结构的子系统；用于依据决策模型元模型层次化关系，定义决策模型元模型包含的概念与关系的子系统；用于依据决策模型的管理需求，构建决策模型描述元模型的元数据构件的子系统；用于依据决策模型的元数据构件，构建十一元组结构的决策模型信息描述构件的子系统； 

所述的用于构建决策模型元模型的模式结构的子系统包括用于构建决策模型元模型模式中的基本元素及数据类型的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的公共元数据组的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的元数据字段与类型的映射关系的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的元素类型及其包含的基本元素的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的组织结构的子系统；

所述的用于构建异质决策模型信息模型的子系统包括用于根据决策模型元模型建模框架完成决策模型元数据信息填充的子系统；用于根据决策模型元模型模式对决策模型信息模型进行模式验证的子系统；用于构建十一元组结构决策模型信息模型的XML编码文档的子系统。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点和积极效果：

（1）实现了异构地理空间决策模型的信息的统一描述。本发明构建的决策模型元建模框架，具有明确的层次结构，发展了决策模型描述元模型的五种元数据构件，提出了十一元组结构的决策模型信息描述模型，能够对决策模型的标签、状态、结构、服务以及可访问性等属性信息进行统一表达和全面描述，有利于决策模型的统一归档、精确快速发现、高效管理和分析等。

（2）提出的元模型不仅设计了模型建模的框架，而且规定了元模型的具体元数据内容，基于元模型建立的模型库系统具有平台无关性、分布式模型资源的可获取性、系统架构的独立性等特点，能够支持元水平的建模。

 

附图说明

图1：是本发明实施例中建立决策模型元模型并调用的流程图；

图2：是本发明实施例中步骤1.1建立的决策模型元建模层次结构图；

图3：是本发明实施例中步骤1.4建立的十一元组节点信息描述构件的组织结构图；

图4：是本发明实施例中地理空间决策模型元模型的UML类图。

 

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所提出的决策模型元模型构建了不同决策模型的建模的元数据组件和十一元组的信息描述模型，可以用于不同决策模型的统一表达，从而建立决策模型库，在网络环境下实现模型的共享和重用。

请见图1，实施例针对地理空间最短路径模型的应用场景，最短路径分析是地理空间信息决策中最基本，也是最常用的决策模型之一。在路径规划、交通调度等领域都是普遍的应用。本发明通过分析模型信息描述需求，整合信息中的共性元素，加入模型访问、服务发布等信息，形成决策模型元模型，对最短路径分析模型进行建模，实施例的具体流程如下:

步骤1：构建决策模型元模型建模框架。

步骤1.1：构建决策模型元模型的总体架构，其四层结构的元建模框架如图2所示，不同层次代表了决策模型元模型的不同抽象级别。实施例基于MOF元建模框架，构建决策模型元模型的层次结构。自顶向下分为四层，依次为M3元元模型层、M2元模型层、M1模型层与M0模型实例层。该层次结构刻画了决策模型元建模涉及的建模概念及概念间的关系，每一层是其上一层的实例，同时又是下一层的抽象。

步骤1.2：依据决策模型元模型层次化关系，定义决策模型元元模型包含的概念与关系；该层是决策模型元建模框架的顶层抽象，规定了决策模型元模型的建模元素和概念，包括类、包、关联、引用、聚合与数据类型，并通过实例化、泛化与嵌套三种机制实现元模型的构建和重用。

实施例构建了决策模型元-元模型层。位于顶部的M3层是元-元模型层，定义了决策模型元模型的基本概念与关系，是以元模型作为实例的高层抽象，可以定义多个元模型。M3层定义的元模型概念主要涉及类、包、关联等建模元素。

步骤1.3：依据决策模型的管理需求，构建决策模型描述元模型的元数据构件；构建决策模型元模型层的各个元模型元素，基于决策模型元元模型层元素进行实例化，包括形式化元模型、建模设施元模型与信息描述元模型，分别刻画了决策模型形式化表达、建模设施和信息描述框架。其中信息描述元模型是决策模型建模的核心部分，刻画了决策模型的通用属性，包括标签、结构、状态、服务、可访问性五种元数据构件。

实施例构建了决策模型元模型层的三类元模型，即M2层，分别是形式化元模型、建模设施元模型与信息描述元模型，分别刻画了决策模型信息描述形式化表达、建模设施和信息描述框架。其中决策模型信息描述元模型是决策模型建模的核心部分，定义了决策模型的公共属性。从决策模型信息共享和通用的角度出发，其通用和共享性取决于决策模型标签、状态、结构、服务以及可访问性信息，因此决策模型元模型的元数据构件可以概括为决策模型标签元数据、结构元数据、状态元数据、服务元数据和可访问性元数据五大类。

步骤1.4：依据决策模型的元数据构件，构建十一元组结构的决策模型信息描述构件；

构建决策模型模型层的各个模型元素，基于决策模型元模型层元素进行实例化，包括决策模型信息描述模型、建模语言与决策模型信息描述构件。根据元模型层中的五种元数据构件，将决策模型信息描述构件定义为一种十一元组结构，包括标识信息、动态信息、特征信息、时空信息、运行信息、性能信息、参数信息、算法信息、管理信息、服务信息和约束信息，可以表达为如下形式：

GDM-Metadata = {GDM-Identification，GDM-Characteristic、GDM-Dynamic，GDM-Spatiality、GDM-Working、GDM-Performance、GDM-Parameters、GDM-Algorithm、GDM-Administration、GDM-Service、GDM-Constrain}。

实施例构建了决策模型模型层的三类模型，即M1层，分别是决策模型信息描述模型、建模语言（实施例可扩展标记语言XML）与模型信息描述构件，这三类模型分别是对决策模型元模型层三类元模型的实例化。根据元模型层构建的五种元数据构件，在此基础上进一步细化，将决策模型信息描述构件定义为一种十一元组结构，包括标识信息、特征信息、空间信息、动态信息、参数信息、运行信息、算法信息、性能信息、服务信息、管理信息和约束信息。并采用可扩展标记语言对其编码，形成决策模型元模型的形式化描述，提供描述性元数据、技术性元数据、结构性元数据、管理元数据。十一元组结构的信息描述构件是对决策模型元数据构件的进一步细化，其相互关系如图3所示。决策模型标签组件包括决策模型的标识信息、特征信息、动态信息和空间信息，决策模型状态组件包括决策模型的运行信息和性能信息，决策模型结构组件包括决策模型的参数信息和算法信息，决策模型服务组件包括决策模型服务信息，决策模型的可访问性组件包括管理信息和约束信息。

步骤2：决策模型元模型模式设计。

步骤2.1：构建决策模型元模型中的基本元素机器数据类型；根据决策模型元模型建模框架，构建决策模型元模型中的基本元素及其数据类型，包括模型名称、模型类型、模型关键字、模型输入输出参数表、模型服务、模型管理、模型约束等信息。

图4为地理空间决策模型元模型的UML类图，将决策模型元数据类（GDM-Metadata）细化为GDM-Identification，GDM-Characteristic、GDM-Dynamic，GDM-Spatiality、GDM-Working、GDM-Performance、GDM-Parameters、GDM-Algorithm、GDM-Administration、GDM-Service、GDM-Constrain。

步骤2.2：根据决策模型元模型元数据构件，定义模式公共元数据组，包括标签、结构、状态、服务和可访问性；

步骤2.3：构建决策模型类型并派生出不同类型决策模型的元素类型，根据步骤2.1和步骤2.2定义的模式基本元素与公共元数据组，构建各个决策模型元素类型包含的基本元素及其组织结构和约束。

以最短路径分析模型为例根据步骤2.1和步骤2.2定义的模式基本元素与通用元数据组，构建最短路径分析模型包含的基本元素、组织结构及约束条件等。

步骤2.4：根据步骤2.3定义的决策模型元素，构建决策模型元模型模式的根元素ModelML，定义决策模型元模型模式的组织结构和约束；

基于决策模型元建模框架，构建模式(Schema)基本元素并定义数据类型与约束条件；

根据决策模型元模型五种元数据构件，定义模式(Schema)的公共元数据组；

建立元模型模式(Schema)基本元数据要素类型与通用信息模型中相应字段与类型的映射关系；

根据不同决策模型类型派生出具体观测元素类型，定义其包含的基本元素与组织结构；

构建决策模型元模型模式(Schema)的根元素，定义其组织结构与约束条件；

根据、、得到，基本结构.xsd，根据得到扩展内容.xsd，根据得到总框架.xsd，即可形成决策模型元模型模式(Schema)。

其中，.xsd表示XML文件。

步骤3：构建决策模型信息模型；

步骤3.1根据决策模型元模型建模框架完成决策模型元数据信息填充；根据步骤2构建的决策模型元模型模式，通过具体的建模，实现十一元组决策模型信息的填充，可以针对不同的决策模型，基于步骤1.3定义的模型信息描述元模型五类元数据构建，分析需要描述的具体元数据信息及数据类型，采用步骤1.4建立的十一元组描述结构对各类元数据进行组织，然后填充模型信息，具体实施时可以提供建模模板装置，建模模板装置中按照十一元组结构设计了模型信息输入装置，这些模型信息输入装置分为必填装置和可选装置。按照每一个模型信息输入装置要求，填入待建模模型信息。

步骤3.2：根据决策模型元模型模式对决策模型信息模型进行模式验证；结合模型元模型模式约束，对所填模型信息数据类型、范围等进行正确性验证，如果没有通过验证，则给出错误提示，根据提示更正对应模型信息输入，直到通过验证为止。具体实施时可以提供模型验证装置实现验证。

步骤3.3：构建十一元组结构决策模型信息模型的XML编码文档；最后对通过上述验证的数据输入，构建模型XML实例文档。具体实施时可以提供模型文档生成装置，模型文档生成装置按照十一元组结构设计了多种文档片段生成装置，通过组合文档片段最终构建完整的模型实例文档，

上述异构地理空间决策模型建模方法，实现了异构地理空间决策模型信息的统一和结构化表达，一方面有利于特定模型信息的快速查找与定位，另一方面为网络环境下实现决策模型的分布式管理、共享和重用提供了技术基础。具体实施时，还可以采用计算机软件模块化技术将各步骤分别实现为相应模块，提供一种异构地理空间决策模型通用建模系统。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建决策模型元模型建模框架，其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：构建决策模型元模型建模框架的层次结构；

步骤1.2：根据决策模型元模型的层次化关系，定义决策模型元模型包含的概念和关系；

步骤1.3：根据决策模型的管理需求，构建决策模型元模型的元数据构件；

步骤1.4：根据决策模型元模型的元数据构件，构建十一元组的决策模型信息描述构件；

步骤2：构建决策模型元模型的模式结构，其具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：构建决策模型元模型模式中的剧本元素及数据类型；

步骤2.2：构建决策模型元模型模式中的公共元数据组；

步骤2.3：构建决策模型元模型模式中的元数据字段；

步骤2.4：构建决策模型元模型模式中的元素类型及其包含的基本元素；

步骤2.5：构建决策模型元模型模式中的组织结构；

步骤3：构建决策模型信息模型，其具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：根据决策模型元模型建模框架完成决策模型元数据信息填充；

步骤3.2：根据决策模型元模型模式对决策模型信息模型进行模式验证；

步骤3.3：构建十一元组结构决策模型信息模型的XML编码文档。

2.一种用于异构模型管理的地理空间决策元模型构建系统，其特征在于：包括用于构建决策模型元模型建模框架的子系统，用于构建决策模型元模型的模式结构的子系统和用于构建异质决策模型信息模型的子系统；

所述的用于构建决策模型元模型建模框架的子系统包括用于构建决策模型元建模框架的层次结构的子系统；用于依据决策模型元模型层次化关系，定义决策模型元模型包含的概念与关系的子系统；用于依据决策模型的管理需求，构建决策模型描述元模型的元数据构件的子系统；用于依据决策模型的元数据构件，构建十一元组结构的决策模型信息描述构件的子系统；

所述的用于构建决策模型元模型的模式结构的子系统包括用于构建决策模型元模型模式中的基本元素及数据类型的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的公共元数据组的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的元数据字段与类型的映射关系的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的元素类型及其包含的基本元素的子系统；用于构建决策模型元模型模式中的组织结构的子系统；

所述的用于构建异质决策模型信息模型的子系统包括用于根据决策模型元模型建模框架完成决策模型元数据信息填充的子系统；用于根据决策模型元模型模式对决策模型信息模型进行模式验证的子系统；用于构建十一元组结构决策模型信息模型的XML编码文档的子系统。