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 264001；2.山東商務(wù)職業(yè)學(xué)院 山東 煙臺 264670；3.中國航天科技集團(tuán)五院513所 山東 煙臺 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、可控制性和可校驗性。數(shù)據(jù)的提供者和使用者對數(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，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元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。注冊實現(xiàn)3個主要目的：標(biāo)識、來源和質(zhì)量監(jiān)控。元數(shù)據(jù)類型包括：對象類、特性、數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)集、值域、術(shù)語等。一個數(shù)據(jù)元是一個單獨(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)元是能夠描述一個完整的、有意義的信息的最小單位。因此，在一個元數(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。

1 數(shù)據(jù)元概述

數(shù)據(jù)元是可以用一組屬性描述其定義、標(biāo)識、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)元概念是一個對象類與一個特性的組合，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)一個表示與一個數(shù)據(jù)元概念結(jié)合時就能夠產(chǎn)生一個數(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一的關(guān)系，也就是一個數(shù)據(jù)元必須要有一個數(shù)據(jù)元概念，而一個數(shù)據(jù)元概念可以對應(yīng)多個數(shù)據(jù)元，換句話說，多個數(shù)據(jù)元可以共享一個數(shù)據(jù)元概念。在需要生成概念上相似的數(shù)據(jù)元時，一個數(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）對象類：現(xiàn)實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：對象類的所有個體所共有的某種性質(zhì)。

特性是一個對象類的所有成員所共有的特征。它用來區(qū)別和描述對象，是對象類的特征，但不一定是本質(zhì)特征，它們構(gòu)成對象類的內(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”；計量單位是用于計量相關(guān)值的實際單位，例如患者血壓測量的計量單位是“mmHg”。

2 數(shù)據(jù)元屬性

2.1 數(shù)據(jù)元基本屬性

數(shù)據(jù)元的基本屬性模型如圖2所示。一個數(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）個列于圖 2 中的屬性。

例如：一個數(shù)據(jù)元可能包含0或1個“主管機(jī)構(gòu)”屬性，但要求有1且僅僅是1個“定義”屬性；可能包含0或多對“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“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)識符等。

2） “O”=可選。可選的數(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)項的信息時，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，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。

2.2 數(shù)據(jù)元附加屬性

數(shù)據(jù)元附加類屬性是對基本屬性的擴(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，對于“軟磁體感應(yīng)系數(shù)”這一數(shù)據(jù)元，需要給出其計算公式，這一屬性可以通過附加屬性“計算方法”（屬于表示類屬性）實現(xiàn)，數(shù)據(jù)元“軟磁體感應(yīng)系數(shù)”計算公式：

其中：

L——是繞在磁芯上的線圈的電感量；

N——是線圈的匝數(shù)。

3 數(shù)據(jù)元的注冊

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。

3.1 自下而上的數(shù)據(jù)元注冊方法

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)的對象類、特性、數(shù)據(jù)元概念、概念域等）必然由基于對其他一些事實所隱含的潛在數(shù)據(jù)元和概念的理解來決定。對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行操作的注冊系統(tǒng)操作人員，可能會發(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)也不會完整。如計算機(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數(shù)據(jù)元的屬性。注冊流程按照分析和編寫一個數(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特定數(shù)據(jù)元。哪類數(shù)據(jù)可以存儲在該數(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，可計算的數(shù)值，作為標(biāo)識符的字符串或數(shù)字。當(dāng)提交的文件不足以滿足對數(shù)據(jù)元的理解時，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（+或-），度量包括小數(shù)弧秒時，它們應(yīng)有小數(shù)點。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數(shù)據(jù)元。

第一步的結(jié)果是對數(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)識到，在記錄元數(shù)據(jù)于注冊系統(tǒng)時，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數(shù)據(jù)元以滿足新需求，或者是否有某個現(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，明確包括方向符號和小數(shù)點。

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，表示類是一項可選屬性。每個表示類都需要標(biāo)識符、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，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)識符 一個數(shù)據(jù)元應(yīng)至少賦予一個名稱，并與該名稱使用的相關(guān)語境關(guān)聯(lián)?？梢詾橐粋€學(xué)科、一個組織、一個特定計算機(jī)用語、一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或其他目的所開發(fā)的一個名稱。應(yīng)該遵照一個特定名稱相關(guān)語境的命名協(xié)定來開發(fā)每個名稱。命名協(xié)定的描述應(yīng)作為一個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)中注冊的每個數(shù)據(jù)元都由一個唯一的標(biāo)識符來標(biāo)識，使之沒有歧義。標(biāo)識符不應(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)按序賦予的一個號碼。如果數(shù)據(jù)元的屬性發(fā)生改變，則生成該數(shù)據(jù)元一個新版本，并重新注冊版本標(biāo)識符（VI）。該數(shù)據(jù)元的IEDI（國際注冊數(shù)據(jù)標(biāo)識符）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)自動記錄或獲取。

8）分類方案 在恰當(dāng)?shù)臅r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)來源或下列的一個或多個分類方案來分類：

①標(biāo)識一個或多個關(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)元或一般主題對緯度六十進(jìn)制度量進(jìn)行分組；

主題組：地理點位置

③可以在此時標(biāo)識一個或多個用于標(biāo)識該數(shù)據(jù)元的現(xiàn)實世界對象；

對象類：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，因為地理信息專家偏好于用度記錄緯度和經(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”。

3.2 自上而下的數(shù)據(jù)元注冊方法

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)系等知識時，可以使用自上而下的方法對數(shù)據(jù)元進(jìn)行注冊。實施者然后就可以確定和定義對象和特性，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用，盡管它會更需要“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)。

4 結(jié)束語

元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)是一個用于注冊元數(shù)據(jù)的系統(tǒng)?？勺缘脑獢?shù)據(jù)項有：數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)元概念、值域、概念域、對象類、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，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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[8]ISO/IEC TR 20943-1.Information technology-Metadata registries [MDR]-Part3:Registry metamodel and basic attributes[S].2003.

[9]中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院，GB/T 18391.5-2001.信息技術(shù) 數(shù)據(jù)元的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化第5部分：數(shù)據(jù)元的命名與標(biāo)識原則[S].1995.