祝若鑫，李風(fēng)光，王新量，翁呈華

(1.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.61175部隊(duì)，江蘇 南京 210049)

地理信息目錄服務(wù)元數(shù)據(jù)的解析方法研究

祝若鑫1，李風(fēng)光1，王新量1，翁呈華2

(1.信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.61175部隊(duì)，江蘇 南京 210049)

為解決地理信息目錄服務(wù)中服務(wù)元數(shù)據(jù)注冊和檢索的效率問題，歸納兩種服務(wù)元數(shù)據(jù)解析模式——注冊解析模式和檢索解析模式，并從服務(wù)提供者和用戶、注冊和檢索兩個(gè)方面，分析比較兩種元數(shù)據(jù)解析模式在注冊和發(fā)現(xiàn)過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，得出注冊解析模式更適合當(dāng)前的應(yīng)用模式。提出注冊解析模式的一種具體實(shí)現(xiàn)方法，選用dom4j進(jìn)行服務(wù)元數(shù)據(jù)解析，并將解析到的元數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)服務(wù)元數(shù)據(jù)的注冊和管理。

地理信息目錄服務(wù)；服務(wù)注冊；元數(shù)據(jù)解析模式；XML；元數(shù)據(jù)管理

近年來，地理信息服務(wù)的研究主要采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-oriented Architecture，SOA)方式，由于這一架構(gòu)體系具有分布、異構(gòu)等特征，使得對地理信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和查找提出了很高的要求。為了提高地理信息服務(wù)檢索的效率，必須建立地理信息目錄服務(wù)系統(tǒng)來對已發(fā)布的Web服務(wù)進(jìn)行注冊和管理。地理信息目錄服務(wù)所采用的思想是借鑒圖書館領(lǐng)域的一些成果，例如圖書館系統(tǒng)對圖書進(jìn)行編目并建立索引，對圖書目錄進(jìn)行劃分和構(gòu)建[1]。同樣，地理信息目錄服務(wù)的索引機(jī)制也是要完成對地理信息服務(wù)目錄的劃分和構(gòu)建，必須要擁有對地理信息服務(wù)進(jìn)行描述的文檔，才能建立服務(wù)目錄資源，地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)在目錄服務(wù)中就是扮演這一中介角色[2-3]。

目前，地理信息元數(shù)據(jù)的研究主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)注冊檢索方面，例如羅英偉等人提出了基于XML的地理信息服務(wù)中數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的注冊和管理，并設(shè)計(jì)了基于XML的元數(shù)據(jù)系統(tǒng)[4]; James K.等人提出自動(dòng)地理空間元數(shù)據(jù)生成也是基于數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)基礎(chǔ)完成[5];同時(shí)孔隆祥等人在服務(wù)元數(shù)據(jù)的資源注冊方面提出了一種資源描述框架模式的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方案[6]。但在服務(wù)元數(shù)據(jù)注冊和檢索過程中對元數(shù)據(jù)內(nèi)容解析方面的研究還相對較少，查祝華等人結(jié)合OGC CSW規(guī)范從元數(shù)據(jù)信息模型、屬性項(xiàng)映射、定義結(jié)果編碼格式等方面進(jìn)行了研究[7]。本文從服務(wù)類型和服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，主要分析元數(shù)據(jù)解析的過程，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用模式確定最優(yōu)解析方式并提出一種具體實(shí)現(xiàn)方案。

1 地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)

元數(shù)據(jù)是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，明確地說，就是對數(shù)據(jù)的一種描述性說明[8]。在地理信息中，按照資源類型來劃分，元數(shù)據(jù)分為數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)和服務(wù)元數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)就是描述地理空間數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、質(zhì)量、分發(fā)等相關(guān)特性的數(shù)據(jù)[3,9]；而服務(wù)元數(shù)據(jù)是描述服務(wù)器上支持的操作和可訪問的Web服務(wù)的元數(shù)據(jù)，是描述服務(wù)實(shí)例的數(shù)據(jù)，包括服務(wù)的功能、操作和訪問地址等信息[8]。根據(jù)OGC中抽象服務(wù)規(guī)范的定義，服務(wù)元數(shù)據(jù)大致分為基本服務(wù)元數(shù)據(jù)部分、操作元數(shù)據(jù)部分和數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)部分[1]。在地理信息服務(wù)實(shí)施規(guī)范中，對各個(gè)元數(shù)據(jù)部分所包含的元數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)定義，如表1所示，對網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)(WMS)、網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)(WFS)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù)(WCS)進(jìn)行劃分[10-12]。但在網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)規(guī)范中，把服務(wù)元數(shù)據(jù)分為基本服務(wù)元數(shù)據(jù)和能力元數(shù)據(jù)兩部分，規(guī)范中把操作元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)部分都?xì)w類到能力元數(shù)據(jù)部分。

表1 地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)分類

根據(jù)表1中統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，基本服務(wù)元數(shù)據(jù)主要是對服務(wù)名稱、標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞、服務(wù)聯(lián)系人信息、費(fèi)用、限制等進(jìn)行描述。操作元數(shù)據(jù)是定義每種服務(wù)類型所提供的操作接口，例如網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)提供的GetCapabilities、GetMap和GetFeature-Info接口就包含在操作元數(shù)據(jù)中。由于數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)與所提供的服務(wù)類型有關(guān)，則每種數(shù)據(jù)服務(wù)提供的數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的內(nèi)容也不盡相同，但都會(huì)包含圖層(要素、柵格)標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵字和經(jīng)緯度坐標(biāo)等信息。

2 服務(wù)元數(shù)據(jù)解析方法

服務(wù)元數(shù)據(jù)是對Web服務(wù)的一種簡單描述，用于支持Web服務(wù)的注冊和檢索。在地理信息服務(wù)領(lǐng)域，構(gòu)建服務(wù)中心通過服務(wù)注冊的形式來實(shí)現(xiàn)對服務(wù)資源的管理，便于用戶完成服務(wù)的查找和調(diào)用。服務(wù)元數(shù)據(jù)包括用于描述服務(wù)要解決的問題、適用范圍、服務(wù)的思路與實(shí)現(xiàn)以及對輸入∕輸出數(shù)據(jù)的要求和格式。這些描述性信息都以元數(shù)據(jù)文檔為載體，要做的工作就是解析出文檔的內(nèi)容簡化服務(wù)檢索方式，所以解析方式的選擇直接影響到服務(wù)檢索的效率；對于用戶來說，即使看不到這種解析方式，但檢索效率的高低直接影響Web服務(wù)的質(zhì)量。

2.1 服務(wù)元數(shù)據(jù)解析模式

根據(jù)服務(wù)元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，將服務(wù)元數(shù)據(jù)解析模式劃分為注冊解析模式和檢索解析模式，如圖1所示。

圖1 服務(wù)元數(shù)據(jù)解析的兩種模式

注冊解析模式適用于地理信息服務(wù)注冊更新少、檢索頻繁的目錄服務(wù)系統(tǒng)中，要求必須明確服務(wù)的類型和所采用的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，才能確定服務(wù)元數(shù)據(jù)注冊的內(nèi)容，所以制定元數(shù)據(jù)模板是注冊解析模式的前提?；具^程是：首先通過Get Capabilities操作請求XML encoding服務(wù)元數(shù)據(jù)，然后根據(jù)服務(wù)類型和服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定出元數(shù)據(jù)模板，最后依據(jù)元數(shù)據(jù)模板從地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔中抽取元數(shù)據(jù)內(nèi)容注冊到元數(shù)據(jù)庫中，即在服務(wù)注冊的同時(shí)完成元數(shù)據(jù)解析，其基本步驟如表2所示。這種模式的重點(diǎn)是將元數(shù)據(jù)解析的任務(wù)負(fù)載到服務(wù)注冊中，加重服務(wù)注冊的任務(wù)量。但這種模式能夠確保“一次注冊，全局檢索”，用戶直接通過數(shù)據(jù)庫查詢的方式就能夠完成服務(wù)檢索(查找)操作。

表2 注冊解析模式步驟

檢索解析模式適用于空間信息服務(wù)注冊節(jié)點(diǎn)多，并發(fā)用戶檢索少的目錄服務(wù)系統(tǒng)中，只需明確服務(wù)類型就可以完成元數(shù)據(jù)注冊。其基本過程是通過Get Capabilities操作請求XML encoding獲取地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔，在服務(wù)注冊的同時(shí)只需按照服務(wù)類型分類直接以文件(大字段)的形式存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)檢索時(shí)開始對元數(shù)據(jù)文檔逐個(gè)解析，其基本步驟如表3所示。這種模式會(huì)導(dǎo)致每次檢索都要從數(shù)據(jù)庫中讀取元數(shù)據(jù)文檔進(jìn)行解析，加重了數(shù)據(jù)庫交互的負(fù)擔(dān)，也不利于多用戶并發(fā)訪問。

表3 檢索解析模式步驟

根據(jù)表4中注冊解析模式和檢索解析模式對比分析，從服務(wù)提供方和用戶角度考慮，各有優(yōu)缺點(diǎn)：

注冊解析模式在服務(wù)注冊的同時(shí)需要首先完成解析，受服務(wù)類型、服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的版本和元素項(xiàng)名的局限，需依次抽取所有字段，占用較多計(jì)算開銷，影響服務(wù)提供方服務(wù)注冊的效率；并且在注冊之前必須要先依據(jù)服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)類型建立相應(yīng)的元數(shù)據(jù)模板，解析之前需要做大量工作。同時(shí)，由于元數(shù)據(jù)文檔中會(huì)出現(xiàn)許多空值，所以在注冊成功后會(huì)浪費(fèi)數(shù)據(jù)庫中已分配的存儲(chǔ)空間。但用戶檢索效率高，可以直接通過數(shù)據(jù)庫的查詢方式進(jìn)行服務(wù)檢索。

檢索解析模式對于服務(wù)提供方注冊毫無阻礙，只需按照服務(wù)類型分類直接存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫，注冊效率高，并且檢索時(shí)不需要預(yù)先知道文檔的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。但對于用戶來說，檢索時(shí)間較長，需要先提取出元數(shù)據(jù)文檔，再對全文遍歷匹配查詢，因此服務(wù)查詢時(shí)檢索效率相對較低，但由于注冊時(shí)不受元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和元數(shù)據(jù)文檔結(jié)構(gòu)限制，某些目錄服務(wù)系統(tǒng)會(huì)選擇這種解析模式。

表4 注冊解析模式和檢索解析模式對比

2.2 服務(wù)元數(shù)據(jù)管理

根據(jù)地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)解析方式不同，對服務(wù)元數(shù)據(jù)的管理方式也存在差異。

如果采用注冊解析模式，必須注冊之前根據(jù)服務(wù)類型和服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定元數(shù)據(jù)模板，并依據(jù)元數(shù)據(jù)模板創(chuàng)建元數(shù)據(jù)表。制定元數(shù)據(jù)模板時(shí)，并不是把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)(WMS、WFS和WCS)規(guī)范中的元數(shù)據(jù)元素項(xiàng)都加載進(jìn)去，需要參考都柏林核心元數(shù)據(jù)(Dublin Core Metadata)中定義的核心字段[13]，結(jié)合服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)制定出相應(yīng)的元數(shù)據(jù)模板。本文參照規(guī)范中定義的服務(wù)元數(shù)據(jù)元素項(xiàng)，依據(jù)Geoserver和SuperMap iServer發(fā)布的服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔，分析元素項(xiàng)的必要性制定元數(shù)據(jù)模板，設(shè)計(jì)相應(yīng)的服務(wù)元數(shù)據(jù)表。根據(jù)元數(shù)據(jù)模板確定要抽取的服務(wù)元數(shù)據(jù)元素項(xiàng)，采用XML的解析方法對服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔進(jìn)行解析，并將解析出的元素內(nèi)容存儲(chǔ)到對應(yīng)的元數(shù)據(jù)庫中，完成服務(wù)元數(shù)據(jù)的注冊任務(wù)。管理過程中基本服務(wù)元數(shù)據(jù)部分和數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)部分分別存儲(chǔ)，確保地理信息服務(wù)檢索的有效性。

檢索解析模式的管理方案就是直接對元數(shù)據(jù)文檔進(jìn)行存儲(chǔ)，如開源軟件GeoNetwork就是采用這種模式，將元數(shù)據(jù)文檔按照服務(wù)類型分類存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫中，直接通過操作元數(shù)據(jù)文檔進(jìn)行服務(wù)元數(shù)據(jù)的管理和注冊。服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔存儲(chǔ)也是以服務(wù)地址為主鍵，使元數(shù)據(jù)記錄與Web服務(wù)之間形成一一對應(yīng)，確保地理信息服務(wù)檢索的有效性。

2.3 面向應(yīng)用分析

分別從服務(wù)提供者和用戶、注冊和檢索兩個(gè)方面，分析比較兩種元數(shù)據(jù)解析模式在注冊和發(fā)現(xiàn)過程中的優(yōu)缺點(diǎn)。但考慮實(shí)際情況，服務(wù)注冊的運(yùn)算資源需求較小，考慮得更多的還是用戶并發(fā)檢索的高效響應(yīng)，因此注冊解析模式更適合當(dāng)前的應(yīng)用模式。采用此類模式在服務(wù)注冊過程中多消耗的一點(diǎn)運(yùn)算資源不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響，但卻能在多用戶并發(fā)訪問服務(wù)中心時(shí)更高效處理服務(wù)檢索。

3 注冊解析模式的實(shí)現(xiàn)—以WMS為例

在上述分析的基礎(chǔ)上，本節(jié)采用dom4j提出了一種注冊解析模式方法并具體實(shí)現(xiàn)了服務(wù)元數(shù)據(jù)的解析注冊。

圖2表示利用SuperMap iServer發(fā)布的河南省人口分布WMS服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔中的基本服務(wù)元數(shù)據(jù)部分，包含服務(wù)名稱、標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞等元素內(nèi)容，服務(wù)元數(shù)據(jù)解析就是要從元數(shù)據(jù)文檔中抽取元素內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)中采用一種XML解析方法dom4j完成服務(wù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容的解析，實(shí)驗(yàn)步驟如下所示：

圖2 利用SuperMap iServer發(fā)布的WMS服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔

1)配置dom4j包解析環(huán)境，依據(jù)服務(wù)類型和服務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定出元數(shù)據(jù)模板；

2)讀取WMS的服務(wù)地址，通過dom4j包中的SAXBuilder類獲取WMS的服務(wù)元數(shù)據(jù)文檔，放入到Document類中；

3)通過HashMap映射設(shè)置元數(shù)據(jù)文檔中WMS_Capabilities(根節(jié)點(diǎn))的名稱空間，并通過映射的形式將名稱空間添加到XPath路徑中；

4)通過XPath類中selectNodes獲取該路徑下的所有節(jié)點(diǎn)，然后利用getChildText()函數(shù)得到該節(jié)點(diǎn)的元素內(nèi)容，getAttributeValue()函數(shù)得到該節(jié)點(diǎn)的屬性值；

5)反復(fù)利用XPath類獲取節(jié)點(diǎn)路徑，重復(fù)步驟4)，直到將元數(shù)據(jù)模板中的元素全部遍歷結(jié)束。

實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)是根節(jié)點(diǎn)名稱空間屬性和XPath路徑設(shè)置問題。Get Capabilities請求獲得的元數(shù)據(jù)文檔受Schema模式約束，XML Schema模式在服務(wù)文檔中的schemaLocation屬性包含了兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是名稱空間屬性，第二個(gè)指出了模式文檔的位置，只有通過Schema模式文檔校驗(yàn)才能提取到根元素的名稱空間和屬性，進(jìn)而獲取到子節(jié)點(diǎn)的元素內(nèi)容。XPath表達(dá)式獲取節(jié)點(diǎn)路徑時(shí)必須先要添加根節(jié)點(diǎn)的名稱空間才能進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)不支持默認(rèn)名稱空間，默認(rèn)名稱空間需要自定義設(shè)置名稱空間前綴才能進(jìn)行計(jì)算。通過上述實(shí)驗(yàn)步驟完成地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)解析，解析出的內(nèi)容如圖3所示，最后需要將解析出的內(nèi)容存儲(chǔ)到元數(shù)據(jù)庫中才能完成地理信息服務(wù)注冊任務(wù)。

圖3 解析出的WMS基本服務(wù)元數(shù)據(jù)元素內(nèi)容

4 結(jié)束語

首先對地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)描述的內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，確定服務(wù)注冊元數(shù)據(jù)模板所需要抽取的元數(shù)據(jù)內(nèi)容。然后通過本文提出的注冊解析模式對地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，實(shí)驗(yàn)中解決了元數(shù)據(jù)解析時(shí)遇到的文檔根節(jié)點(diǎn)的名稱空間和XML節(jié)點(diǎn)路徑問題。最后將解析出的元數(shù)據(jù)內(nèi)容注冊到元數(shù)據(jù)庫中，完成地理信息服務(wù)的元數(shù)據(jù)注冊任務(wù)。同時(shí)下一步研究的重點(diǎn)是對注冊到目錄服務(wù)系統(tǒng)的地理信息服務(wù)元數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)多種方式的檢索。

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[責(zé)任編輯：張德福]

Research on the resolving methods of register geographic information catalogue service metadata

ZHU Ruo-xin1, LI Feng-guang1, WANG Xin-liang1, WENG Cheng-hua2

(1.Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University，Zhengzhou 450052,China; 2.Troops 61175，Nanjing 210049，China)

Two service metadata resolving modes-register resolving mode and retrieval resolving mode, are proposed to solve the catalogue services of geographic information service metadata registry problems. Then the conclusion shows that the register resolving mode is preferable with the consideration from both service providers and users, registration and retrieval and the analyzation from the advantages and disadvantages of the two models. A register resolving method is proposed to realize the register and management of service metadata with using dom4j as a way to resolve the service metadata which will be stored in the metadata-base.

geographic information catalogue service; service register; metadata resolving mode; XML; metadata manager

2013-09-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41271392)；鄭州市科技攻關(guān)項(xiàng)目(112PPTGY225)

祝若鑫(1991-)，男，碩士研究生.

P208

：A

：1006-7949(2014)10-0014-04