氣象及海洋衛(wèi)星遙感信息核心元數(shù)據(jù)研究

邵連軍，張紅雷，楊靜飛，施英妮

（61741部隊(duì)，北京100094）

氣象及海洋衛(wèi)星遙感信息核心元數(shù)據(jù)研究

邵連軍，張紅雷，楊靜飛，施英妮

（61741部隊(duì)，北京100094）

針對(duì)氣象及海洋衛(wèi)星遙感信息的共享與應(yīng)用需求，該文研究了其核心元數(shù)據(jù)的表達(dá)方式，初步設(shè)計(jì)了核心元數(shù)據(jù)的框架模型，主要包括標(biāo)識(shí)信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、分發(fā)信息、參照系信息和限制信息等6個(gè)子集，并對(duì)各子集的元素進(jìn)行了構(gòu)建，為數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)、獲取和應(yīng)用提供信息，以提高氣象海洋衛(wèi)星遙感信息的應(yīng)用效能。

氣象衛(wèi)星；海洋衛(wèi)星；元數(shù)據(jù)；統(tǒng)一建模語(yǔ)言；實(shí)體集；子集

0 引 言

隨著氣象、海洋衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的遙感信息得到迅速積累和增長(zhǎng)，這些遙感信息具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，涉及衛(wèi)星、載荷和參照系等種類(lèi)繁多的要素［1］。如何充分利用這些耗費(fèi)巨大人力、物力積累起來(lái)的信息資源，使相關(guān)科研和業(yè)務(wù)用戶(hù)快速有效地發(fā)現(xiàn)、獲取和使用所需的信息，已成為急需解決的問(wèn)題。元數(shù)據(jù)是解決這一問(wèn)題的有效途徑，通過(guò)建立科學(xué)合理的元數(shù)據(jù)，能夠提高氣象海洋衛(wèi)星遙感信息的共享程度和使用效能。

目前，國(guó)際上比較有影響的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)制定的地理空間元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和都柏林核心元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，已成為其他學(xué)科制定元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的參考。結(jié)合氣象數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，中國(guó)氣象局制定了氣象數(shù)據(jù)集核心元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（草案），促進(jìn)了我國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)集的共享和應(yīng)用［2－3］。目前國(guó)內(nèi)尚未形成針對(duì)氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。氣象衛(wèi)星產(chǎn)品和海洋衛(wèi)星產(chǎn)品在內(nèi)容方面有很多重疊，屬性比較一致，所以本文綜合這兩個(gè)系列衛(wèi)星遙感資料的特點(diǎn)，研究其核心元數(shù)據(jù)的模型與內(nèi)容組成，為將來(lái)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

1 元數(shù)據(jù)的表達(dá)方法

元數(shù)據(jù)本身也是一種數(shù)據(jù)，是從復(fù)雜的遙感數(shù)據(jù)中抽象得到的最基本的特征集合，這一抽象能夠在一定程度上屏蔽遙感數(shù)據(jù)在格式等方面的差異，為基于內(nèi)涵的數(shù)據(jù)共享和互操作提供基礎(chǔ)。元數(shù)據(jù)的制定應(yīng)遵循特定的表達(dá)方式，方便不同類(lèi)型的用戶(hù)理解和使用。

元數(shù)據(jù)通常是按元素、實(shí)體及子集進(jìn)行組織的，元素是元數(shù)據(jù)的基本單元，用于描述數(shù)據(jù)集某一具體的特征；實(shí)體是描述同類(lèi)特征的元數(shù)據(jù)元素和其他元數(shù)據(jù)實(shí)體的集合；子集是相互關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)實(shí)體和元素的集合。元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一般采用統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，UML）與數(shù)據(jù)字典相結(jié)合的表達(dá)方式來(lái)描述元數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。UML是一種表達(dá)方便且普遍適用的建模語(yǔ)言，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖描述了系統(tǒng)中類(lèi)的結(jié)構(gòu)，不僅定義了系統(tǒng)中的類(lèi)，表示類(lèi)之間的關(guān)系，如關(guān)聯(lián)、依賴(lài)、聚合和組合等，也包括類(lèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（類(lèi)的屬性和操作）。在UML模型中分別用包、類(lèi)和屬性來(lái)描述元數(shù)據(jù)的子集、實(shí)體以及元素［4－5］。數(shù)據(jù)字典用于對(duì)元數(shù)據(jù)的實(shí)體和元素進(jìn)行詳細(xì)定義，具體包括7個(gè)屬性：中文名稱(chēng)、英文名稱(chēng)、定義、約束／條件、最大出現(xiàn)次數(shù)、數(shù)據(jù)類(lèi)型和域值，其中“約束／條件”屬性為元數(shù)據(jù)實(shí)體或元素的選擇條件的描述符，包括必選（M）、條件選擇（C）和可選（O）［6］。

本文旨在采用UML結(jié)構(gòu)圖對(duì)氣象水文衛(wèi)星遙感信息的核心元數(shù)據(jù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，通過(guò)UML結(jié)構(gòu)圖，用戶(hù)能夠清晰了解整個(gè)元數(shù)據(jù)的組成和相互關(guān)系，通過(guò)數(shù)據(jù)字典可以查找具體實(shí)體和元素的相關(guān)屬性。

2 核心元數(shù)據(jù)模型與內(nèi)容

2.1 框架模型

在實(shí)際應(yīng)用中，氣象水文衛(wèi)星遙感信息的核心元數(shù)據(jù)主要回答以下幾個(gè)問(wèn)題：用戶(hù)關(guān)心的數(shù)據(jù)集是否存在；數(shù)據(jù)集是何時(shí)觀測(cè)、是否覆蓋了指定地理區(qū)域；數(shù)據(jù)質(zhì)量如何；有何使用限制；如何獲取這些信息和聯(lián)系方式?；谝陨纤悸罚瑲庀?、海洋衛(wèi)星核心元數(shù)據(jù)主要設(shè)計(jì)了由6個(gè)元數(shù)據(jù)子集組成的框架模型（圖1），具體包括元數(shù)據(jù)實(shí)體集信息、標(biāo)識(shí)信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、限制信息、分發(fā)信息和參照系信息等，其中元數(shù)據(jù)實(shí)體集信息、參照系信息、標(biāo)識(shí)信息和數(shù)據(jù)質(zhì)量信息為必選子集，限制信息和分發(fā)信息為可選子集，數(shù)據(jù)類(lèi)型為負(fù)責(zé)單位信息。這些信息能夠回答上述問(wèn)題，有利于提高衛(wèi)星遙感信息的應(yīng)用效能。

圖1 元數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)圖

2.2 組成內(nèi)容描述

（1）實(shí)體集信息

與框架模型相對(duì)應(yīng)，元數(shù)據(jù)實(shí)體集信息包括描述氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的全部核心元數(shù)據(jù)，用實(shí)體MD＿元數(shù)據(jù)表示，其實(shí)體結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體包括5個(gè)實(shí)體集：必選實(shí)體MD＿標(biāo)識(shí)信息和DQ＿數(shù)據(jù)質(zhì)量和RS＿參照系；可選實(shí)體MD＿分發(fā)和MD＿限制信息，這5個(gè)實(shí)體集包含了元數(shù)據(jù)的最基本信息?？蚣苣Ｐ椭械呢?fù)責(zé)單位信息作為數(shù)據(jù)類(lèi)型，在DQ＿數(shù)據(jù)質(zhì)量和MD＿分發(fā)這兩個(gè)實(shí)體集中多次使用。另外MD＿元數(shù)據(jù)聚合實(shí)體本身還包括4個(gè)必選元素：數(shù)據(jù)名稱(chēng)、數(shù)據(jù)編號(hào)、創(chuàng)建日期和聯(lián)系單位，其中數(shù)據(jù)編號(hào)是數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識(shí)。

圖2 元數(shù)據(jù)信息子集UML結(jié)構(gòu)圖

（2）標(biāo)識(shí)信息

標(biāo)識(shí)信息是氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的基本元數(shù)據(jù)，為用戶(hù)提供數(shù)據(jù)的基本情況，用MD＿標(biāo)識(shí)信息來(lái)表示，是必選實(shí)體，其實(shí)體結(jié)構(gòu)UML類(lèi)圖如圖3所示，包括3個(gè)必選元素，2個(gè)可選元素，并關(guān)聯(lián)了4個(gè)必選實(shí)體。通過(guò)數(shù)據(jù)的分級(jí)和分類(lèi)信息，用戶(hù)可以了解衛(wèi)星產(chǎn)品的處理等級(jí)和應(yīng)用領(lǐng)域，便于不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的用戶(hù)獲取和應(yīng)用數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式定義為氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的表現(xiàn)方式，如柵格、矢量等數(shù)據(jù)類(lèi)型，大部分衛(wèi)星數(shù)據(jù)及專(zhuān)題產(chǎn)品為柵格類(lèi)型，還有一些反演產(chǎn)品以文本的類(lèi)型進(jìn)行存儲(chǔ)，如大氣壓力、溫度和濕度數(shù)據(jù)等；衛(wèi)星平臺(tái)信息描述了觀測(cè)數(shù)據(jù)的衛(wèi)星平臺(tái)名稱(chēng)、類(lèi)型和編號(hào)等信息，有效載荷信息描述了觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效載荷名稱(chēng)、通道和類(lèi)型等信息，例如海表溫度數(shù)據(jù)由風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星的VIRR載荷的熱紅外通道觀測(cè)資料反演得到；時(shí)間和地理覆蓋范圍信息可以使用戶(hù)準(zhǔn)確了解數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間和觀測(cè)區(qū)域，提高使用效率。

圖3 標(biāo)識(shí)信息UML結(jié)構(gòu)圖

（3）數(shù)據(jù)質(zhì)量信息

為了使用戶(hù)對(duì)氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的數(shù)據(jù)質(zhì)量有一個(gè)總體的了解，設(shè)置數(shù)據(jù)質(zhì)量信息子集，用DQ＿數(shù)據(jù)質(zhì)量實(shí)體表示。該實(shí)體包括數(shù)據(jù)質(zhì)量總評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)質(zhì)量要素和數(shù)據(jù)處理等信息。數(shù)據(jù)質(zhì)量總評(píng)價(jià)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量給出總體評(píng)價(jià)，劃分為優(yōu)、良、一般和不合格4個(gè)等級(jí)，為必選元素。然后給出數(shù)據(jù)的處理信息，含數(shù)據(jù)的處理時(shí)間、處理者和處理軟件等要素。數(shù)據(jù)質(zhì)量要素是一個(gè)類(lèi)，主要包含數(shù)據(jù)完整性、定位精度、定標(biāo)精度以及氣象、海洋反演產(chǎn)品的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差等信息，能夠?qū)?shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。具體見(jiàn)圖4。

圖4 數(shù)據(jù)質(zhì)量信息UML結(jié)構(gòu)圖

（4）分發(fā)信息

數(shù)據(jù)分發(fā)信息提供有關(guān)索取資料所需的數(shù)據(jù)格式、數(shù)字傳輸選項(xiàng)以及分發(fā)方聯(lián)系信息。用戶(hù)通過(guò)分發(fā)信息可以了解數(shù)據(jù)集目前被存放在何處，如何索取以及使用數(shù)據(jù)集的技術(shù)要求和方法等，見(jiàn)圖5。MD＿數(shù)字傳輸選項(xiàng)用于說(shuō)明從分發(fā)者獲取遙感信息的技術(shù)方法和介質(zhì)，分發(fā)單元可以使用數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、數(shù)據(jù)層和地理方法等；傳輸量按確定的傳輸格式估計(jì)，一個(gè)分發(fā)單元的數(shù)據(jù)量，一般用MB表示。在線(xiàn)和離線(xiàn)分別表示在線(xiàn)資源信息和離線(xiàn)介質(zhì)信息。MD＿格式用于說(shuō)明遙感信息在記錄、文件、通信、存儲(chǔ)和傳送中的表示方法，包括格式名稱(chēng)、版本和解壓縮的算法和處理說(shuō)明。

圖5 分發(fā)信息UML結(jié)構(gòu)圖

（5）參照系信息

參照系信息是氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息使用的空間參照系和時(shí)間參照系的說(shuō)明，用RS＿參照系實(shí)體表示。包括空間坐標(biāo)系名稱(chēng)、時(shí)間參照系名稱(chēng)和投影方式等元素，見(jiàn)圖6。通過(guò)這些信息，用戶(hù)可以了解遙感信息的時(shí)空框架模型，使信息的時(shí)空意義更加明確，奠定了數(shù)據(jù)集時(shí)空定量分析的基礎(chǔ)，投影方式信息可以幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的圖像顯示，提高信息的可視化程度。

圖6 參照系信息UML結(jié)構(gòu)圖

（6）限制信息

由于氣象、海洋衛(wèi)星系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)具有不同的限制等級(jí)，必須對(duì)訪(fǎng)問(wèn)和使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)定。限制信息主要是對(duì)訪(fǎng)問(wèn)和使用數(shù)據(jù)集的限制性說(shuō)明，主要包括用途限制和安全限制，見(jiàn)圖7。用途限制用于說(shuō)明影響數(shù)據(jù)集和元數(shù)據(jù)適用性的限制；安全限制分為安全限制分級(jí)和用戶(hù)注意事項(xiàng)兩個(gè)方面，用戶(hù)注意事項(xiàng)主要說(shuō)明為獲取和使用數(shù)據(jù)集的法律限制或其他限制的說(shuō)明，以及法律上的先決條件。

（7）負(fù)責(zé)單位信息

負(fù)責(zé)單位信息是一組數(shù)據(jù)類(lèi)型，它是一組不同值的描述符，允許對(duì)值域內(nèi)的值進(jìn)行操作，包含了元數(shù)據(jù)子集有關(guān)數(shù)據(jù)共享和使用過(guò)程中可能涉及的負(fù)責(zé)單位、負(fù)責(zé)人和聯(lián)系方式等信息。負(fù)責(zé)單位信息包括CI＿負(fù)責(zé)單位、CI＿聯(lián)系、CI＿地址和CI＿在線(xiàn)資源等，這些信息在元數(shù)據(jù)子集中多處出現(xiàn)，所以用數(shù)據(jù)類(lèi)型單獨(dú)列出來(lái)。具體組成如圖8所示。

圖7 限制信息UML結(jié)構(gòu)圖

圖8 負(fù)責(zé)單位信息UML結(jié)構(gòu)圖

3 核心元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

元數(shù)據(jù)為不同格式、不同類(lèi)別和不同等級(jí)的氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息提供了規(guī)范、普遍的描述方法和檢索工具。氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息從0級(jí)數(shù)據(jù)的生成開(kāi)始，經(jīng)專(zhuān)業(yè)處理、存儲(chǔ)、管理、分發(fā)，最后到用戶(hù)的獲取和應(yīng)用，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要相應(yīng)的元數(shù)據(jù)。所以，在氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息共享系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)基于元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)元數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高系統(tǒng)的利用效率。通過(guò)元數(shù)據(jù)，用戶(hù)能夠?qū)b感信息資源進(jìn)行詳細(xì)、深入地了解，如數(shù)據(jù)的分級(jí)分類(lèi)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、觀測(cè)時(shí)間和區(qū)域、格式以及獲取方法等信息，同時(shí)，借助于元數(shù)據(jù)用戶(hù)能夠快速發(fā)現(xiàn)所需的信息資源，進(jìn)而通過(guò)合適的途徑獲取和利用，促進(jìn)氣象海洋遙感信息的共享。

表1是氣象、海洋衛(wèi)星核心元數(shù)據(jù)的一個(gè)實(shí)例，它以可見(jiàn)光云圖數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說(shuō)明，包含了最主要的核心元數(shù)據(jù)信息。篇幅所限，表格只給出具體內(nèi)容。

表1 核心元數(shù)據(jù)實(shí)例

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的應(yīng)用需求，研究了元數(shù)據(jù)的表達(dá)方式，并初步設(shè)計(jì)了核心元數(shù)據(jù)框架模型，通過(guò)標(biāo)識(shí)信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、分發(fā)信息、參照系信息和限制信息等6個(gè)子集，對(duì)氣象、海洋遙感信息進(jìn)行描述，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理、查詢(xún)檢索、共享和應(yīng)用。通過(guò)核心元數(shù)據(jù)，能夠提高氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的共享水平和應(yīng)用效能，具有重要的意義。需要指出的是，由于氣象、海洋衛(wèi)星遙感信息的海量特征和多樣性，僅僅有核心元數(shù)據(jù)，可能無(wú)法滿(mǎn)足所有用戶(hù)的需求。因此，在核心元數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)建立擴(kuò)展機(jī)制，以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)管理者與用戶(hù)更深層次的需要。

［1］ 胡文超，李曉蘋(píng)，韓海濤.氣象元數(shù)據(jù)應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.干旱氣象，2008，26（4）：12－15.

［2］ 姚艷敏，姜作勤，嚴(yán)泰來(lái).國(guó)土資源信息核心元數(shù)據(jù)的研究［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2001，30（4）：349－354.

［3］ 李學(xué)榮，李莎.海洋水色遙感元數(shù)據(jù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2007，26（1）：81－86.

［4］ 中國(guó)氣象局.QX／T 39—2005氣象數(shù)據(jù)集核心元數(shù)據(jù)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［5］ 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB／T 19710—2005地理信息元數(shù)據(jù)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［6］ 石立堅(jiān)，王其茂，郭茂華.海洋災(zāi)害遙感元數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.遙感信息，2010，25（3）：117－121.

Core Metadata for Remote Sensing Data of Meteorological and Oceanic Satellite

SHAO Lian－jun，ZHANG Hong－lei，YANG Jing－fei，SHI Ying－ni
（61741 Troops，Beijing100094）

Aiming to the sharing and applying requirements on the remote sensing data of the meteorological and oceanic satellite，the paper studied the expression of the core metadata，preliminary designed the framework of the core metadata including identification，data quality，distribution，reference system and constraints information，and constructed the elements，which provides information for data discovery，data access and data application and improves the efficiency of the data of the meteorological and oceanic satellite.

meteorological satellite；oceanic satellite；metadata；UML；metadata entity；metadata section

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.04.018

TP79

A

1000－3177（2015）140－0104－05

2014－03－28

2014－07－28

邵連軍（1974—），男，博士，研究方向?yàn)槔肎PS反射信號(hào)遙感海洋信息、衛(wèi)星海洋遙感。

E－mail：legendshao＠163.com