呂海燕,李華偉,車曉偉,王麗娜
(1.海軍航空工程學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264001;2.山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264670;3.中國航天科技集團(tuán)五院513所 山東 煙臺(tái) 264001)
數(shù)據(jù)處理和電子數(shù)據(jù)交換在很大程度上依賴于數(shù)據(jù)庫中所記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、可控制性和可校驗(yàn)性。數(shù)據(jù)的提供者和使用者對(duì)數(shù)據(jù)的含義和表達(dá)有共同的理解是正確而恰當(dāng)?shù)厥褂门c解釋數(shù)據(jù)的前提。要促使這樣一種共同的認(rèn)識(shí),就必須定義數(shù)據(jù)的若干特征或者屬性。這些數(shù)據(jù)特征通稱“元數(shù)據(jù)”,即“定義和描述其他數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”。元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)是支持注冊功能的一個(gè)元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。注冊實(shí)現(xiàn)3個(gè)主要目的:標(biāo)識(shí)、來源和質(zhì)量監(jiān)控。元數(shù)據(jù)類型包括:對(duì)象類、特性、數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)集、值域、術(shù)語等。一個(gè)數(shù)據(jù)元是一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)單位,在其特定的相關(guān)環(huán)境中不可分割。在其使用范圍內(nèi),它不可能被分解為更多且具有含義的基本信息組。即數(shù)據(jù)元是能夠描述一個(gè)完整的、有意義的信息的最小單位。因此,在一個(gè)元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)中,如何注冊數(shù)據(jù)元是用戶最為關(guān)心的問題。
數(shù)據(jù)元是可以用一組屬性描述其定義、標(biāo)識(shí)、表示和允許值的數(shù)據(jù)單元。在特定的語義環(huán)境中,它被認(rèn)為是不可再分的最小數(shù)據(jù)單元[1]。
圖1給出了數(shù)據(jù)元的基本模型,由數(shù)據(jù)元概念和數(shù)據(jù)元兩部分組成。
圖1 數(shù)據(jù)元的基本模型Fig.1 The basic model of data element
數(shù)據(jù)元概念是一個(gè)對(duì)象類與一個(gè)特性的組合,而數(shù)據(jù)元是由數(shù)據(jù)元概念和表示兩部分組成的。當(dāng)一個(gè)表示與一個(gè)數(shù)據(jù)元概念結(jié)合時(shí)就能夠產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)元[2]。如圖1所示,數(shù)據(jù)元和數(shù)據(jù)元概念之間存在多對(duì)一的關(guān)系,也就是一個(gè)數(shù)據(jù)元必須要有一個(gè)數(shù)據(jù)元概念,而一個(gè)數(shù)據(jù)元概念可以對(duì)應(yīng)多個(gè)數(shù)據(jù)元,換句話說,多個(gè)數(shù)據(jù)元可以共享一個(gè)數(shù)據(jù)元概念。在需要生成概念上相似的數(shù)據(jù)元時(shí),一個(gè)數(shù)據(jù)元概念可以與不同的表示關(guān)聯(lián)產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)元。
如圖1所示,數(shù)據(jù)元由3部分組成[3]:
1)對(duì)象類:現(xiàn)實(shí)世界中有清楚的邊界和含義、其特性和行為遵循同樣的規(guī)則而能夠加以標(biāo)識(shí)的想法、抽象概念或事物的集合。例如,設(shè)備、裝備、患者、醫(yī)生、衛(wèi)生機(jī)構(gòu)等。
2)特性:對(duì)象類的所有個(gè)體所共有的某種性質(zhì)。
特性是一個(gè)對(duì)象類的所有成員所共有的特征。它用來區(qū)別和描述對(duì)象,是對(duì)象類的特征,但不一定是本質(zhì)特征,它們構(gòu)成對(duì)象類的內(nèi)涵。例如射程、航速、身高、體重、血壓、脈搏、血型等。
3)表示:表示可包括值域、數(shù)據(jù)類型、表示類(可選的)和計(jì)量單位4部分,其中任何一部分發(fā)生變化都成為不同的表示。值域是數(shù)據(jù)元允許值的集合,例如醫(yī)療毛收入這一數(shù)據(jù)元的值域是用非負(fù)實(shí)數(shù)集(以人民幣為單位)作為它的允許值集合;數(shù)據(jù)類型是表達(dá)數(shù)據(jù)元允許值的不同值的集合,以這些值的特性和運(yùn)算為特征,例如患者姓名的數(shù)據(jù)類型是“字符”;表示類是表示類型的分類,它是可選的,例如性別代碼這一值域的表示類是“類別”;計(jì)量單位是用于計(jì)量相關(guān)值的實(shí)際單位,例如患者血壓測量的計(jì)量單位是“mmHg”。
數(shù)據(jù)元的基本屬性模型如圖2所示。一個(gè)數(shù)據(jù)元由一組屬性組成,使用了基數(shù)型和邏輯相關(guān)性兩種準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)元的基本屬性進(jìn)行分組,分在同一組的屬性共同擁有相似的基數(shù)和邏輯相關(guān)性[4]。
圖2 數(shù)據(jù)元基本屬性模型Fig.2 Data element basic attribute model
基數(shù)型:每一個(gè)數(shù)據(jù)元都可能包含 0或1(0:1)、1且僅僅是 1(1:1)、0 或多(0:N)、1 或多(1:N)個(gè)列于圖 2 中的屬性。
例如:一個(gè)數(shù)據(jù)元可能包含0或1個(gè)“主管機(jī)構(gòu)”屬性,但要求有1且僅僅是1個(gè)“定義”屬性;可能包含0或多對(duì)“相關(guān)數(shù)據(jù)參照”與“關(guān)系類型”屬性,但要求有1或多個(gè)“數(shù)據(jù)元允許值”屬性。
邏輯相關(guān)性:屬性除了有相似基數(shù)類型外,還可能彼此依賴,也就是說,某種屬性在沒有其他屬性存在的情況下不可能存在。
例如:如果屬性“同義名稱”和“相關(guān)環(huán)境”兩者有一個(gè)存在的話,那么它們兩者就都應(yīng)當(dāng)存在。類似地,如果屬性“相關(guān)數(shù)據(jù)參照”和“關(guān)系類型”兩者有一個(gè)存在的話,那么它們兩者就都應(yīng)當(dāng)存在。另一方面,即使屬性“相關(guān)數(shù)據(jù)參照”和“同義名稱”有相同的基數(shù)類型(0:N),它們也不能相互依賴而存在,從而它們不能分在同一組。
表1根據(jù)基本屬性模型列出了5類25個(gè)基本屬性??v列 “約束”是指在數(shù)據(jù)元字典中該屬性是 “必選 (M-mandatory)”,還是“條件選(C-conditional)”,或者是“可選(O-opertional)[5]” 。
表1 數(shù)據(jù)元屬性Tab.1 Data elment attribute
元數(shù)據(jù)屬性的約束情況具體說明如下:
1) “M”=必選。要求必選的數(shù)據(jù)元屬性,沒有例外,如數(shù)據(jù)元名稱、定義、標(biāo)識(shí)符等。
2) “O”=可選??蛇x的數(shù)據(jù)元屬性,數(shù)據(jù)元的提交者或維護(hù)者如果愿意提供額外的關(guān)于元數(shù)據(jù)項(xiàng)的信息時(shí),可以選用。如數(shù)據(jù)元的表示類別、分類模式等。
3) “C”=條件選。條件選的元數(shù)據(jù)屬性,依賴于一個(gè)可選的元數(shù)據(jù)屬性的使用。當(dāng)該可選元數(shù)據(jù)屬性使用時(shí),需要使用相同的條件選元數(shù)據(jù)屬性。如:若選擇數(shù)據(jù)元的同義名稱屬性,則相關(guān)環(huán)境屬性也不可缺少。
數(shù)據(jù)元附加類屬性是對(duì)基本屬性的擴(kuò)展。某一領(lǐng)域內(nèi)的專用數(shù)據(jù)元,在遵照數(shù)據(jù)元基本屬性的基礎(chǔ)上,可以根據(jù)本領(lǐng)域數(shù)據(jù)元的特點(diǎn)和特殊需求進(jìn)行擴(kuò)展[5]。附加屬性可以適用于任何類別的標(biāo)識(shí)類屬性、定義類屬性、關(guān)系類屬性、表示類屬性或管理類屬性。
例如,對(duì)于“軟磁體感應(yīng)系數(shù)”這一數(shù)據(jù)元,需要給出其計(jì)算公式,這一屬性可以通過附加屬性“計(jì)算方法”(屬于表示類屬性)實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)元“軟磁體感應(yīng)系數(shù)”計(jì)算公式:
其中:
L——是繞在磁芯上的線圈的電感量;
N——是線圈的匝數(shù)。
數(shù)據(jù)元的注冊主要有兩種方法:自下而上的方法,在注冊之前,關(guān)于數(shù)據(jù)元的有限信息是可以獲得的;自上而下的方法,事先可以識(shí)別概念上的信息[6-8]。自下而上的注冊程序提供了在定義關(guān)于數(shù)據(jù)元概念信息之前,就完成的關(guān)于數(shù)據(jù)元(例如,定義、名稱、允許值)的基本元數(shù)據(jù)屬性。
在多數(shù)情況下,提交者提供注冊的數(shù)據(jù)元僅是一些有限的信息(例如,名稱、定義和允許值的集合),其他屬性(例如,該數(shù)據(jù)元所關(guān)聯(lián)的對(duì)象類、特性、數(shù)據(jù)元概念、概念域等)必然由基于對(duì)其他一些事實(shí)所隱含的潛在數(shù)據(jù)元和概念的理解來決定。對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行操作的注冊系統(tǒng)操作人員,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)從數(shù)據(jù)元到數(shù)據(jù)元概念的操作是合適的。
通常提交注冊的數(shù)據(jù)元的信息是有限的,可能是在文件中或由提交組織提供的名稱和定義,也有可能包括允許值的集合。有些數(shù)據(jù)元的元數(shù)據(jù)可能永遠(yuǎn)也不會(huì)完整。如計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用數(shù)據(jù)元,除了表示屬性(例如,字段長度和數(shù)據(jù)類型)外,其他信息很少。對(duì)這些數(shù)據(jù)元,僅注冊最基本的屬性,數(shù)據(jù)元的注冊狀態(tài)是“已記錄”。
筆者以數(shù)據(jù)元“維度六十進(jìn)制度量”的注冊為例,描述了基于自下而上的流程如何編寫一個(gè)數(shù)據(jù)元的屬性。注冊流程按照分析和編寫一個(gè)數(shù)據(jù)元屬性的邏輯順序來表述。
1)數(shù)據(jù)元的理解 注冊程序的第一步是理解一個(gè)特定數(shù)據(jù)元。哪類數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)元中?是否有數(shù)據(jù)值的定義或描述?是否提供數(shù)據(jù)的允許值或者示例?數(shù)據(jù)值是由算法還是統(tǒng)計(jì)來決定?數(shù)據(jù)值的表示是什么?例如,它們可以是事物的名稱或描述,可計(jì)算的數(shù)值,作為標(biāo)識(shí)符的字符串或數(shù)字。當(dāng)提交的文件不足以滿足對(duì)數(shù)據(jù)元的理解時(shí),操作人員應(yīng)咨詢該數(shù)據(jù)元的提交者,以獲得必要的信息。
緯度是對(duì)赤道南或北子午線的弧度距離的一種度量。為了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化,緯度度量值前面應(yīng)有定向符號(hào)(+或-),度量包括小數(shù)弧秒時(shí),它們應(yīng)有小數(shù)點(diǎn)。緯度值在赤道以北的記錄為正數(shù);以南為負(fù)數(shù)。記錄緯度測量值的表示方法有:度數(shù)和十進(jìn)制數(shù),以及六十進(jìn)制[即度、分(1/60度)和弧秒]。盡管新技術(shù)、新工具(例如,全球定位系統(tǒng)(GPS)和分析、繪圖軟件,使得一些地理信息專家喜歡用度和十進(jìn)制度數(shù)度量定位坐標(biāo),但許多組織依然使用度、分和弧秒度量緯度注冊一個(gè)數(shù)據(jù)元。
第一步的結(jié)果是對(duì)數(shù)據(jù)元語義內(nèi)容的理解。
2)內(nèi)容研究 注冊者在形式化新注冊數(shù)據(jù)元的屬性之前,應(yīng)研究并確定:
①在現(xiàn)有的國際、國家或組織中是否有對(duì)該數(shù)據(jù)元的描述?
②注冊系統(tǒng)中,是否存在可再利用的數(shù)據(jù)元?
有必要認(rèn)識(shí)到,在記錄元數(shù)據(jù)于注冊系統(tǒng)時(shí),注冊操作人員應(yīng)進(jìn)行值確認(rèn)。操作人員將決定是否采用一個(gè)數(shù)據(jù)元以滿足新需求,或者是否有某個(gè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)元的屬性 (例如,值域、數(shù)據(jù)元概念或概念域)可被該新數(shù)據(jù)元利用。內(nèi)容研究應(yīng)包括概念域、數(shù)據(jù)元概念和值域以及數(shù)據(jù)元的研究,以識(shí)別可能與將被注冊數(shù)據(jù)元有關(guān)的屬性。如果現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)元可以用作一個(gè)典型來滿足帶有新目的的特定,那么一些相關(guān)的元數(shù)據(jù)項(xiàng)可被再利用于該新數(shù)據(jù)元的注冊。
該步驟的結(jié)果是確認(rèn)所需的新數(shù)據(jù)元,或決定是改造還是再利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)元或它的一些屬性。
3)數(shù)據(jù)元定義 一個(gè)數(shù)據(jù)元的基本語義內(nèi)容應(yīng)從數(shù)據(jù)源的定義中獲得。在一個(gè)注冊機(jī)構(gòu)內(nèi),數(shù)據(jù)元的定義應(yīng)該是唯一的。數(shù)據(jù)元“維度六十進(jìn)制度量”定義為:赤道以北或南的經(jīng)線(子午線)角距離的六十進(jìn)制度量。
4)允許值和值域 GB/T 18391.3給出了描述允許值域的屬性。數(shù)據(jù)元的全部允許值構(gòu)成了該數(shù)據(jù)元的值域。緯度的度量是一個(gè)不可枚舉域。六十進(jìn)制緯度的值域名稱是“緯度的六十進(jìn)制度量”,其具體信息如下:
名稱:緯度的六十進(jìn)制度量。
定義:赤道以北或南角距離的所有六十進(jìn)制的度量。
描述:赤道及以北的緯度度量值為正,以南為負(fù)。度的區(qū)間范圍為0-90,分為0-59,秒也是0-59.
數(shù)據(jù)類型:緯度度量的數(shù)據(jù)類型為“字符數(shù)字型”,適當(dāng)時(shí),明確包括方向符號(hào)和小數(shù)點(diǎn)。
最大字符數(shù):六十進(jìn)制緯度的最大字段長度為13(+/-DDMMSS.SSSSS),容納了秒小數(shù)點(diǎn)后5位。
格式:+/-DDMMSS到+/-DDMMSS.SSSSS
度量單位:六十進(jìn)制單位。
精度:記錄的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)表明度量的精度。
5)表示類 在注冊過程的該階段,適于注冊描述如何表示數(shù)據(jù)元的表示類。在元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)中,表示類是一項(xiàng)可選屬性。每個(gè)表示類都需要標(biāo)識(shí)符、名稱、定義和相關(guān)語境及其他屬性,如注冊狀態(tài)、管理狀態(tài)和創(chuàng)建日期??蛇x屬性(例如,解釋性備注、來源)也可包含在表示類中。注冊數(shù)據(jù)元時(shí),表示類選自已被管理的表示類列表,并記錄在該數(shù)據(jù)元中。常用的表示類示例如:日期、數(shù)據(jù)、文本、度量等[9]。從用于管理記錄表示類中選擇“度量”表示類用于該數(shù)據(jù)元。表示類限定詞“六十進(jìn)制”被賦予該數(shù)據(jù)元以使該數(shù)據(jù)元區(qū)別于其表示為“度”的其它數(shù)據(jù)元。
6)名稱和標(biāo)識(shí)符 一個(gè)數(shù)據(jù)元應(yīng)至少賦予一個(gè)名稱,并與該名稱使用的相關(guān)語境關(guān)聯(lián)??梢詾橐粋€(gè)學(xué)科、一個(gè)組織、一個(gè)特定計(jì)算機(jī)用語、一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或其他目的所開發(fā)的一個(gè)名稱。應(yīng)該遵照一個(gè)特定名稱相關(guān)語境的命名協(xié)定來開發(fā)每個(gè)名稱。命名協(xié)定的描述應(yīng)作為一個(gè)參考文件保存在元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)中。
在注冊機(jī)構(gòu)中注冊的每個(gè)數(shù)據(jù)元都由一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符來標(biāo)識(shí),使之沒有歧義。標(biāo)識(shí)符不應(yīng)帶有關(guān)于該數(shù)據(jù)元的有用信息,例如,它可以是注冊系統(tǒng)按序賦予的一個(gè)號(hào)碼。如果數(shù)據(jù)元的屬性發(fā)生改變,則生成該數(shù)據(jù)元一個(gè)新版本,并重新注冊版本標(biāo)識(shí)符(VI)。該數(shù)據(jù)元的IEDI(國際注冊數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符)可被賦予{RAI}312345:1。
7)其他元數(shù)據(jù)屬性 本文(第2部分-數(shù)據(jù)元屬性)描述了其他必選和可選的數(shù)據(jù)元屬性,除了前面所提的定義屬性和標(biāo)識(shí)屬性,還有用于定義和描述數(shù)據(jù)元的管理、關(guān)系和其他混合屬性(例如,主管聯(lián)系、數(shù)據(jù)元解釋性備注、數(shù)據(jù)元的起源等)。
目前可以記錄的其他元數(shù)據(jù)屬性有:
提供符合該數(shù)據(jù)元值域描述、數(shù)據(jù)類型和其他值域?qū)傩缘臄?shù)據(jù)值的一個(gè)示例;
數(shù)據(jù)元示例:+354 231和354 232.654 62
記錄該數(shù)據(jù)元來源作為數(shù)據(jù)元被標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn);
數(shù)據(jù)元來源:ISO 6709-1983
記錄提交數(shù)據(jù)元注冊的組織為提交組織;
提交組織:信息采集辦公室。
記錄負(fù)責(zé)維護(hù)和更新數(shù)據(jù)元的組織或個(gè)人為數(shù)據(jù)元的主管聯(lián)系方。
主管聯(lián)系:地理信息系統(tǒng)主管。
其他管理元數(shù)據(jù),例如數(shù)據(jù)元的創(chuàng)建日期等,進(jìn)盡可能由系統(tǒng)自動(dòng)記錄或獲取。
8)分類方案 在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候,也記錄分類方案的屬性。分類有助于增加在定義中不易包含的額外信息,組織注冊系統(tǒng)的內(nèi)容,并提供路徑來支持更有意義的查詢。
該數(shù)據(jù)元可以依據(jù)來源或下列的一個(gè)或多個(gè)分類方案來分類:
①標(biāo)識(shí)一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵詞,關(guān)鍵詞是名稱或主題的描述符,便于將相近的數(shù)據(jù)元分組以用于檢索;
關(guān)鍵字:緯度、水平坐標(biāo)、空間的
②用適于理解的近似數(shù)據(jù)元或一般主題對(duì)緯度六十進(jìn)制度量進(jìn)行分組;
主題組:地理點(diǎn)位置
③可以在此時(shí)標(biāo)識(shí)一個(gè)或多個(gè)用于標(biāo)識(shí)該數(shù)據(jù)元的現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象;
對(duì)象類:緯度
9)注冊和管理狀態(tài)信息 起初,新注冊的數(shù)據(jù)元僅有某些屬性被記錄。這樣的數(shù)據(jù)元其注冊狀態(tài)指定為“候選”。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)元所有的必選屬性注冊在注冊系統(tǒng)中,但源數(shù)據(jù)的質(zhì)量尚未驗(yàn)證,則注冊狀態(tài)為“已記錄”。通過質(zhì)量審查程序,一些數(shù)據(jù)元將被指定為“合格”的,另一些為“標(biāo)準(zhǔn)”的?!皹?biāo)準(zhǔn)”的數(shù)據(jù)元是用于數(shù)據(jù)共享時(shí)所首選的數(shù)據(jù)元,使得被交換的數(shù)據(jù)有一致的表示和理解。該數(shù)據(jù)元并不預(yù)先成為緯度度量的首選表示,因?yàn)榈乩硇畔<移糜谟枚扔涗浘暥群徒?jīng)度。因此,質(zhì)量審查完成后,該數(shù)據(jù)元的注冊狀態(tài)為“已記錄”。
自上而下的方法在很多情況下都很有用。這種方法與自下而上的方法相比雖然需要更多的上層支持,但有助于產(chǎn)生更加穩(wěn)定一致的元數(shù)據(jù)。當(dāng)提供給實(shí)施者的關(guān)于數(shù)據(jù)元的信息很完善,包括了數(shù)據(jù)元的特征及相互關(guān)系等知識(shí)時(shí),可以使用自上而下的方法對(duì)數(shù)據(jù)元進(jìn)行注冊。實(shí)施者然后就可以確定和定義對(duì)象和特性,以此作為數(shù)據(jù)元概念的基礎(chǔ)。自上而下的方法包括以下步驟:
1)確定要注冊的數(shù)據(jù)元的分類/來源及相關(guān)環(huán)境。
2)確定數(shù)據(jù)元概念的基礎(chǔ),即對(duì)象類和特性。明確表述數(shù)據(jù)元概念,包括概念域以及它們代表的值含義。
3)定義和標(biāo)識(shí)需要包含數(shù)據(jù)值的數(shù)據(jù)元。
4)確定表示數(shù)據(jù)值含義的值域及其允許值。
5)記錄數(shù)據(jù)元的其他屬性。
6)將數(shù)據(jù)元分類。
7)記錄注冊狀態(tài)與管理狀態(tài)信息。
在許多情況下,自上而下的方法很實(shí)用,盡管它會(huì)更需要“向前”嘗試,自上而下的潛在好處是能夠產(chǎn)生更穩(wěn)定、更統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)。
元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)是一個(gè)用于注冊元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)??勺缘脑獢?shù)據(jù)項(xiàng)有:數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)元概念、值域、概念域、對(duì)象類、特性、術(shù)語等。文中主要研究了數(shù)據(jù)元的注冊,提出了自下而上和自上而下兩種數(shù)據(jù)元注冊方法,并以數(shù)據(jù)元“維度六十進(jìn)制度量”為例重點(diǎn)說明了自下而上的注冊方法。兩種方法均有各自的適用條件,需要用戶在注冊時(shí),根據(jù)待注冊數(shù)據(jù)元的相關(guān)信息進(jìn)行選擇。
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