韓璐遙，韋廣昊，張 歡，東 成

（國家海洋信息中心，天津 300171）

面向海洋領(lǐng)域的環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型的設(shè)計(jì)與研究

韓璐遙，韋廣昊，張 歡，東 成

（國家海洋信息中心，天津 300171）

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)代，如何對(duì)高精度、多維度、多源異構(gòu)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行有序管理和高效應(yīng)用是一項(xiàng)重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過采用特定領(lǐng)域建模(DSM)技術(shù)，設(shè)計(jì)面向海洋領(lǐng)域的環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型，論述其數(shù)據(jù)對(duì)象抽象和元模型構(gòu)建過程，并開發(fā)了應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例，驗(yàn)證了模型的有效性，在實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)與具體業(yè)務(wù)邏輯的松散耦合的基礎(chǔ)上，解決了基于數(shù)據(jù)庫的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式在管理多源、異構(gòu)、多模態(tài)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)時(shí)遇到的效率低下、靈活性差和擴(kuò)展性不足等問題，提高了海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的管理效率和服務(wù)能力。

知識(shí)類；元模型；領(lǐng)域建模；海洋環(huán)境數(shù)據(jù)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各行業(yè)的數(shù)據(jù)量都在急劇增長。在海洋領(lǐng)域，由天基（衛(wèi)星）、空基（飛機(jī)、飛船等）、陸基（臺(tái)站等）、?；ù?、浮標(biāo)、潛標(biāo)等）等構(gòu)成的海洋立體觀測體系催生了呈指數(shù)級(jí)增長的高精度、多頻度、多源異構(gòu)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)。多源多類性、時(shí)空敏感性等特點(diǎn)加大了海洋環(huán)境數(shù)據(jù)在有效管理和高效應(yīng)用服務(wù)過程中的難度。

現(xiàn)有的海洋數(shù)據(jù)管理模型大部分采用傳統(tǒng)建模方法，針對(duì)某個(gè)具體項(xiàng)目建立專項(xiàng)模型，缺乏可擴(kuò)展性和復(fù)用性。當(dāng)用戶需求發(fā)生改變時(shí)，模型也需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，不利于海洋數(shù)據(jù)管理人員對(duì)內(nèi)容復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多變的海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行長期統(tǒng)一管理。

領(lǐng)域建模作為一種新的建模手段，通過建立面向特定知識(shí)領(lǐng)域的行業(yè)知識(shí)模型，可以大幅提升行業(yè)知識(shí)的復(fù)用性和可控性，增強(qiáng)業(yè)務(wù)人員對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)能力，有效解決傳統(tǒng)建模方法可擴(kuò)展性差、復(fù)用性低等問題。本文采用特定領(lǐng)域建模思想，對(duì)面向海洋領(lǐng)域的建模方法進(jìn)行研究，提取海量海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的邏輯特征，設(shè)計(jì)并建立海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型。

1 特定領(lǐng)域建模的概念

特定領(lǐng)域建模(DSM)是一種通過對(duì)特定知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行抽象分析，獲得該領(lǐng)域的普遍共性和個(gè)性特征，并面向具體領(lǐng)域?qū)ο蠼⒃Ｐ偷慕７椒╗1]。

1.1 領(lǐng)域建模組織架構(gòu)

領(lǐng)域知識(shí)是領(lǐng)域建模的本質(zhì)，對(duì)象是領(lǐng)域建模的研究主體，類是領(lǐng)域建模的邏輯切面，元模型是領(lǐng)域建模的中間成果，領(lǐng)域模型是領(lǐng)域建模的最終產(chǎn)品。

圖1 領(lǐng)域建模組成結(jié)構(gòu)圖

以下分別對(duì)DSM的各組成部分進(jìn)行介紹。

（1）領(lǐng)域知識(shí)。領(lǐng)域知識(shí)是領(lǐng)域模型的一個(gè)知識(shí)切面，是關(guān)于特定行業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)實(shí)體所處的狀態(tài)及其變化規(guī)律的表述，集合了該領(lǐng)域的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系以及有關(guān)的數(shù)據(jù)約束。

（2）對(duì)象。對(duì)象是通過對(duì)特定行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行特征抽取，獲得該領(lǐng)域數(shù)據(jù)實(shí)體的共性及變化特征并對(duì)其進(jìn)行分析歸納所得到的，高度概括了屬性、規(guī)則和職能的業(yè)務(wù)實(shí)體集合[2-3]。

（3）類。類是具有同一屬性、方法的對(duì)象集合，由領(lǐng)域知識(shí)類和與領(lǐng)域知識(shí)密切相關(guān)的外部信息類所組成。

（4）元模型。元模型是對(duì)特定行業(yè)領(lǐng)域的建模環(huán)境進(jìn)行規(guī)范定義后得到的抽象類模型[4]，元模型是領(lǐng)域模型的度量單位和最大組成單元。

（5）領(lǐng)域模型。領(lǐng)域模型是對(duì)特定行業(yè)領(lǐng)域的完整抽象，包含該領(lǐng)域的全部數(shù)據(jù)屬性和操作定義，可有效解決數(shù)據(jù)模型一致性、擴(kuò)展性與可復(fù)用性問題。

1.2 領(lǐng)域建模方法

構(gòu)建領(lǐng)域模型的過程就是把領(lǐng)域建模的各重要組成部分按順序?qū)崿F(xiàn)的過程。領(lǐng)域建模的具體步驟如圖2所示。

圖2 領(lǐng)域建模方法圖

領(lǐng)域建模的步驟如下：

（1）構(gòu)建能夠完全表示領(lǐng)域問題即領(lǐng)域業(yè)務(wù)邏輯的領(lǐng)域知識(shí)體系。

（2）對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行分析提取得到領(lǐng)域?qū)ο蟆?/p>

（3）對(duì)具有相同特征的領(lǐng)域?qū)ο蠹线M(jìn)行高度抽象并生成類。

（4）根據(jù)已有類設(shè)計(jì)建立滿足規(guī)范的元模型。

（5）將元模型進(jìn)行邏輯組合，構(gòu)建領(lǐng)域模型。

建立基于領(lǐng)域知識(shí)的行業(yè)通用模型，將領(lǐng)域知識(shí)應(yīng)用到具體的業(yè)務(wù)處理策略中，使業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)象和知識(shí)對(duì)象有更好的內(nèi)聚性，從而提升領(lǐng)域知識(shí)的可控性、可管理性和復(fù)用性[6-8]。

2 海洋領(lǐng)域知識(shí)建模

基于特定領(lǐng)域建模方法構(gòu)建海洋領(lǐng)域知識(shí)模型，其主要步驟包括海洋領(lǐng)域知識(shí)體系構(gòu)建、海洋領(lǐng)域?qū)ο蠓治鎏崛?、海洋領(lǐng)域知識(shí)類生成、海洋領(lǐng)域元模型設(shè)計(jì)和海洋領(lǐng)域模型建立5個(gè)組成部分。

2.1 海洋領(lǐng)域知識(shí)體系構(gòu)建

海洋領(lǐng)域建模的本質(zhì)是海洋知識(shí)，由海洋領(lǐng)域中一系列具體業(yè)務(wù)對(duì)象所共有的自成體系的知識(shí)切面組成。

構(gòu)建海洋領(lǐng)域知識(shí)體系，即依照已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，通過對(duì)與具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)無關(guān)的純業(yè)務(wù)對(duì)象的分析，將海洋領(lǐng)域知識(shí)體系進(jìn)行縱向切面[9]，并對(duì)海洋領(lǐng)域的業(yè)務(wù)概念或數(shù)據(jù)實(shí)體進(jìn)行可視化表示的過程，是建立完整海洋領(lǐng)域模型的概念基礎(chǔ)。

構(gòu)建海洋領(lǐng)域知識(shí)體系的主體為海洋業(yè)務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)專家或工程技術(shù)帶頭人；構(gòu)建的依據(jù)主要參照特定海洋數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)、具體使用情境、用戶偏好、已有知識(shí)體系及其綜合體現(xiàn)等。

2.2 海洋領(lǐng)域?qū)ο蠓治鎏崛?/p>

海洋領(lǐng)域?qū)ο蟮姆治鎏崛」ぷ鹘⒃诤Ｑ箢I(lǐng)域知識(shí)切面基礎(chǔ)之上,從復(fù)雜的海洋領(lǐng)域知識(shí)體系中正確提取出具有代表性的關(guān)鍵對(duì)象，是構(gòu)建具有的普適性的領(lǐng)域模型的重要過程。從模型復(fù)用角度來說，提取出的領(lǐng)域?qū)ο蟪橄蟪潭仍礁撸瑒t模型在該領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越廣、應(yīng)用價(jià)值越大。

海洋領(lǐng)域?qū)ο髲膹V義上劃分，主要是由各類海洋信息對(duì)象構(gòu)成，從狹義上劃分，又可細(xì)分為海洋數(shù)據(jù)對(duì)象、海洋業(yè)務(wù)對(duì)象和海洋人員對(duì)象3類，本文主要從狹義角度對(duì)海洋領(lǐng)域?qū)ο笾泻Ｑ髷?shù)據(jù)對(duì)象的分析提取進(jìn)行探討。

2.3 海洋領(lǐng)域知識(shí)類生成

海洋領(lǐng)域知識(shí)類是對(duì)具有相同屬性特征和方法的海洋領(lǐng)域?qū)ο蠹系母爬ㄐ悦枋?，如?gòu)建一個(gè)海洋數(shù)據(jù)類，則需要對(duì)海洋數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征、詳細(xì)屬性、操作方法等進(jìn)行高度抽象，并通過符號(hào)語言進(jìn)行描述[10]。

生成海洋領(lǐng)域知識(shí)類時(shí)，需要對(duì)其他相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)具有一定了解，并充分考慮與外部類之間的關(guān)系，海洋知識(shí)類與外部類的結(jié)合程度越高，則設(shè)計(jì)出的領(lǐng)域模型完整性越高、可擴(kuò)展性越強(qiáng)。

2.4 海洋領(lǐng)域元模型設(shè)計(jì)

海洋領(lǐng)域元模型設(shè)計(jì)，即根據(jù)分析提取、抽象概括得到的海洋領(lǐng)域?qū)ο蟆⒅R(shí)類和與海洋領(lǐng)域密切相關(guān)的外部知識(shí)類，構(gòu)建海洋領(lǐng)域元模型，并對(duì)元模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換及驗(yàn)證的過程。

海洋領(lǐng)域元模型主要由屬性定義、類屬關(guān)系定義及操作定義三部分構(gòu)成，其中屬性定義主要界定海洋知識(shí)的特征屬性，如數(shù)據(jù)來源、處理級(jí)別、更新頻率等用于區(qū)別海洋數(shù)據(jù)對(duì)象的標(biāo)志；類屬性關(guān)系定義主要用于描述海洋知識(shí)類之間的關(guān)系，例如父類與子類之間的包含和從屬關(guān)系等；操作屬性定義主要用于對(duì)海洋數(shù)據(jù)對(duì)象的創(chuàng)建、編輯、刪除、版本管理等行為進(jìn)行定義。海洋領(lǐng)域元模型是海洋領(lǐng)域模型的最大組成單元。

2.5 海洋領(lǐng)域模型建立

建立海洋領(lǐng)域模型的根本目的是通過模型化的方式體現(xiàn)海洋領(lǐng)域的核心價(jià)值，為構(gòu)建智慧海洋提供完備的模型支撐[11-14]。一個(gè)構(gòu)架合理的海洋領(lǐng)域模型應(yīng)當(dāng)能夠最大限度地涵蓋海洋領(lǐng)域知識(shí)體系內(nèi)的特征對(duì)象及業(yè)務(wù)關(guān)系等，并盡可能全面地與外部知識(shí)體系建立知識(shí)類之間的相互聯(lián)系。

圖3展示了一個(gè)比較簡單的海洋領(lǐng)域模型架構(gòu)，取海洋領(lǐng)域知識(shí)體系與地理信息知識(shí)體系中數(shù)據(jù)對(duì)象抽象的交集，建立數(shù)據(jù)對(duì)象b；取b與海洋知識(shí)域內(nèi)數(shù)據(jù)對(duì)象a，c的并集,建立海洋類A。同理，建立海洋類B，C，D,海洋類A及其類屬關(guān)系組成海洋數(shù)據(jù)對(duì)象元模型；海洋類B，C及其類屬關(guān)系共同組成海洋人員對(duì)象元模型；海洋類D及其類屬關(guān)系組成海洋業(yè)務(wù)對(duì)象元模型，三組元模型共同構(gòu)成了一個(gè)基本的海洋領(lǐng)域模型。

圖3 海洋領(lǐng)域模型架構(gòu)圖

3 建立基于海洋領(lǐng)域知識(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型

按海洋業(yè)務(wù)需求劃分，可以將海洋數(shù)據(jù)分為海洋環(huán)境數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理與遙感數(shù)據(jù)及綜合管理數(shù)據(jù)3大類。其中，海洋環(huán)境數(shù)據(jù)是使用頻率最高，使用范圍最廣的數(shù)據(jù)類型，梳理海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理流程，構(gòu)建海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型，實(shí)現(xiàn)基于模型驅(qū)動(dòng)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理，對(duì)更新我國海洋數(shù)據(jù)管理手段、提高海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)效率，具有重要意義。

3.1 海洋壞境數(shù)據(jù)管理

3.1.1 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分類 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料按照數(shù)據(jù)來源可以分為國內(nèi)科技專項(xiàng)調(diào)查、國內(nèi)其他海洋機(jī)構(gòu)專項(xiàng)調(diào)查、大洋調(diào)查、國內(nèi)業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境觀測、國內(nèi)業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境監(jiān)測、國際合作與交換和國際業(yè)務(wù)化等資料類型；按照學(xué)科可以分為海洋水文、海洋氣象、海洋生物、海洋化學(xué)、海洋光學(xué)、海洋聲學(xué)、地質(zhì)、地球物理和地形地貌等資料類型；按照數(shù)據(jù)處理程度又可以分為原始資料、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品等資料類型，復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)分類方式充分體現(xiàn)出海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的多源性、多態(tài)性和多維性等特點(diǎn)。海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分類如圖4所示。

圖4 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)分類圖

3.1.2 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理體系 為保證海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理方式的科學(xué)性和有效性，針對(duì)每一類數(shù)據(jù)資料的特點(diǎn)和處理成果，制定海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。按照原始資料、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品等處理程度進(jìn)行數(shù)據(jù)分層，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境資料匯集、處理、存儲(chǔ)、服務(wù)的全周期管理。海洋數(shù)據(jù)管理模式的確立是構(gòu)建環(huán)境數(shù)據(jù)管理知識(shí)體系的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。

針對(duì)海洋環(huán)境原始資料的數(shù)據(jù)特征，采用以資料來源為特征區(qū)間，清單與數(shù)據(jù)文件相關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行管理；針對(duì)海洋環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，采用以學(xué)科要素為特征區(qū)間，航次信息與站位信息相關(guān)聯(lián)，元數(shù)據(jù)映射標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件的方式進(jìn)行管理；針對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)特征，采用以學(xué)科和產(chǎn)品類型為特征區(qū)間，時(shí)空分辨率與數(shù)據(jù)文件相關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行管理[15-19]。上述管理方法主要用于滿足科學(xué)計(jì)算和聯(lián)機(jī)分析的需求，是優(yōu)化整合海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料，提高數(shù)據(jù)管理水平的有效途徑。

3.2 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象抽象

3.2.1 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象單元抽取 根據(jù)原始資料、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品3種數(shù)據(jù)類型以及其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管理方式，在繼承原有海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫實(shí)體并對(duì)其進(jìn)行逆向模型分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)歸納分析數(shù)據(jù)實(shí)體的共性及其變化特征，從現(xiàn)有海洋環(huán)境數(shù)據(jù)資料集合中抽象出6個(gè)對(duì)象單元，分別是清單數(shù)據(jù)對(duì)象、元數(shù)據(jù)對(duì)象、時(shí)空索引數(shù)據(jù)對(duì)象、原始資料文件對(duì)象、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件對(duì)象和數(shù)據(jù)產(chǎn)品文件對(duì)象。海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象單元抽取流程如圖5所示。

圖5 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象單元抽取圖

3.2.2 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象屬性抽取 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象屬性抽取是將各類海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象按照不同粒度進(jìn)行抽取，為構(gòu)建擴(kuò)展性高、復(fù)用性強(qiáng)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)類提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[20-21]。清單數(shù)據(jù)對(duì)象可以抽取出接收日期、匯交單位、文件個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)量大小、接收人等屬性；元數(shù)據(jù)對(duì)象可以抽取出數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)量大小、數(shù)據(jù)量單位、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集格式、版本等屬性；時(shí)空索引數(shù)據(jù)對(duì)象可以抽取出開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、時(shí)間分辨率、空間分辨率等屬性；原始資料文件對(duì)象可以抽取出任務(wù)名稱、任務(wù)年份、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、學(xué)科等屬性；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件對(duì)象可以抽取出航次號(hào)、站位號(hào)、調(diào)查船代碼、質(zhì)量符等屬性；數(shù)據(jù)產(chǎn)品文件對(duì)象可以抽取出產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品類型、經(jīng)度、緯度、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)單位等屬性。

3.3 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理元模型構(gòu)造

3.3.1 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理類定義 根據(jù)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)對(duì)象抽象得到的結(jié)果，充分考慮類的可擴(kuò)展性，可以歸納出清單類、元數(shù)據(jù)類、時(shí)空索引類和文件實(shí)體類4個(gè)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理類。

3.3.2 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理類屬關(guān)系定義 根據(jù)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的具體業(yè)務(wù)需求，清單類擁有原始資料整編前清單類和原始資料整編后清單類1個(gè)繼承類，元數(shù)據(jù)類擁有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)清單類1個(gè)繼承類，時(shí)空索引類擁有數(shù)據(jù)產(chǎn)品時(shí)空索引類1個(gè)繼承類，文件實(shí)體類擁有原始資料整編前文件類、原始資料整編后文件類、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件類和數(shù)據(jù)產(chǎn)品文件類4個(gè)繼承類。

清單類、元數(shù)據(jù)類和時(shí)空索引類的繼承類分別實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)文件實(shí)體導(dǎo)航接口，并和對(duì)應(yīng)的文件類直接關(guān)聯(lián)。

3.3.3 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理類操作定義 清單類、元數(shù)據(jù)類和時(shí)空索引類的繼承類主要映射了對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)文件實(shí)體的處理及統(tǒng)計(jì)等業(yè)務(wù)邏輯，主要的類操作包括新建、錄入、刪除、編輯、查詢和統(tǒng)計(jì)等；文件實(shí)體類的繼承類主要映射基于業(yè)務(wù)的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及服務(wù)等業(yè)務(wù)邏輯，主要的類操作包括導(dǎo)入、導(dǎo)出、備份和統(tǒng)計(jì)等，如圖6所示。

3.4 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型搭建

3.4.1 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型搭建 以海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理元模型為核心，構(gòu)造業(yè)務(wù)系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)字典模型，搭建海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型。其中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)模型是整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能的高度抽象，映射系統(tǒng)運(yùn)行與服務(wù)過程中海洋數(shù)據(jù)無關(guān)的業(yè)務(wù)流程，為基于業(yè)務(wù)需求變更的系統(tǒng)更新提供軟件復(fù)用的模型基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)字典模型由3類元模型集合組成，分別是通用字典模型、海洋數(shù)據(jù)字典模型和系統(tǒng)字典模型，其中，通用字典模型包括國家元模型、區(qū)域元模型、調(diào)查元模型等；海洋數(shù)據(jù)字典模型包括數(shù)據(jù)庫信息元模型、庫表映射信息元模型和表字段信息元模型等。

3.4.2 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型在數(shù)字海洋服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用 為測試海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型的性能，在數(shù)字海洋應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)模塊研發(fā)過程中，采用了基于海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理模型驅(qū)動(dòng)的軟件開發(fā)方式，研發(fā)完成的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)模塊查詢檢索響應(yīng)時(shí)間達(dá)到1S量級(jí)，遠(yuǎn)小于其他類型海洋數(shù)據(jù)服務(wù)模塊10S量級(jí)的查詢響應(yīng)時(shí)間，且模塊復(fù)用性高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于根據(jù)業(yè)務(wù)需求的變更進(jìn)行調(diào)整。圖7為數(shù)字海洋應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)模塊界面圖。

圖6 海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理元模型結(jié)構(gòu)圖

圖7 數(shù)字海洋應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)模塊界面

4 結(jié)語

構(gòu)建海洋領(lǐng)域模型是一項(xiàng)龐大工程，目前僅面向海洋環(huán)境數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)進(jìn)行建模。將領(lǐng)域建模概念引入海洋領(lǐng)域，構(gòu)建面向海洋領(lǐng)域的高度抽象化的普適模型，直接使用特定海洋業(yè)務(wù)體系中既有的概念和規(guī)則，映射海洋領(lǐng)域的業(yè)務(wù)邏輯，可以為模型在各種業(yè)務(wù)情景中的復(fù)用提供邏輯基礎(chǔ)。

針對(duì)海洋數(shù)據(jù)的多維、動(dòng)態(tài)及時(shí)空變化等特征，深入研究海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的組織建模及其管理方法。采用基于特征的研究方法，對(duì)海洋資料的數(shù)據(jù)來源進(jìn)行梳理，提取海洋數(shù)據(jù)資料的特征屬性，將復(fù)雜多樣的海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，按照海洋數(shù)據(jù)處理歷程，從原始、基礎(chǔ)和產(chǎn)品三個(gè)層次對(duì)海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行界定；并按照海洋資料的學(xué)科類型和數(shù)據(jù)開放程度等進(jìn)行分類分級(jí)，依據(jù)各層次數(shù)據(jù)資料的特點(diǎn)及其應(yīng)用需求設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)管理模型。通過實(shí)際測試證明，采用此模型可以大幅提高海洋環(huán)境數(shù)據(jù)組織、管理、查詢及檢索效率。

由于海洋數(shù)據(jù)類型眾多、格式龐雜，海洋數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)體系依據(jù)職能部門的不同各有側(cè)重。目前僅根據(jù)國家海洋信息中心已有的數(shù)據(jù)管理體系進(jìn)行模型構(gòu)建，模型適用范圍較小。可以預(yù)見的是，隨著國家海洋信息化整合工作的逐步推進(jìn)，在統(tǒng)籌國家海洋業(yè)務(wù)體系的基礎(chǔ)上構(gòu)建一整套抽象化的領(lǐng)域模型，高度概括海洋數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)特征及數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成適用于整個(gè)海洋業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)對(duì)象約束體系，可以為海洋領(lǐng)域業(yè)務(wù)體系的頂層設(shè)計(jì)提供模型指導(dǎo)，為面向服務(wù)的海洋數(shù)據(jù)共享交換提供扎實(shí)的模型基礎(chǔ)。

[1]徐軼,戰(zhàn)洪飛,余軍合,等.基于特定領(lǐng)域建模元模型的知識(shí)建模方法[J].輕工機(jī)械學(xué)報(bào),2012,30(2):74-78.

[2]趙雪,郭忠文,沈飛飛,等.海洋數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國科技信息,2012,23(1):72-74.

[3]李貴,張淼,李征宇,等.基于領(lǐng)域模型的Web數(shù)據(jù)抽取與集成[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2012,29(9):152-156.

[4]張煒.面向業(yè)務(wù)領(lǐng)域的模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)擴(kuò)展應(yīng)用[D].蘇州:蘇州大學(xué),2007.

[5]衛(wèi)紅春,賈笑蕊.特定領(lǐng)域建模方法和代碼生成的研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2013,30(9):154-157.

[6]于婷,楊錦坤，祁冬梅，等.全球海洋數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)元數(shù)據(jù)（JCOMM/ODAS）服務(wù)計(jì)劃[J].海洋開發(fā)與管理,2014(2):28-33.

[7]莊峻,褚燕.基于領(lǐng)域知識(shí)的企業(yè)知識(shí)模型[J].華東電力學(xué)報(bào),2013,41(5):1101-1104.

[8]周駿,徐林,李征.元模型驅(qū)動(dòng)的企業(yè)建模[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005(27):215-217.

[9]黃光芳,金義富.基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)構(gòu)建企業(yè)級(jí)Web平臺(tái)的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(8):72-75.

[10]徐軼,戰(zhàn)洪飛,余軍合,等.面向知識(shí)資源配置服務(wù)的特定領(lǐng)域建模方法[J].科技與管理,2012,14(1):27-30.

[11]李海峰.基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的企業(yè)數(shù)據(jù)集成與交換[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2003,25(1):8-11.

[12]羅榮良,朱勇.基于模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的Web Services應(yīng)用開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2004,21(1):110-112.

[13]朱翠麗,謝益武.面向特征的領(lǐng)域建模方法研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2010,20(11):240-245.

[14]吳映波,王旭,林云.面向服務(wù)的領(lǐng)域分析與建?？蚣躘J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2011,32(8):2704-2707.

[15]IsabelF Cruz,Huiyong Xiao,Feihong Hsu.An ontology-based framework for semantic interoperability between XML sources[C]// Proceedings ofthe 8th International Database Engineeringand Applications Symposium(IDEAS2004),2004:217-226.

[16]AlertoPace.Technologies for large data management in scientific computing[J].International Journal ofModern Physics,C.Physics and Computers,2014,25(2):343-352.

[17]Yue-Shan Chang,Hsiang-Tai Cheng.A scientific data extraction architecture using classified metadata[J].Journal ofsupercomputing, 2012,60(3)：338-359.

[18]Muhammad Waqar Aziz,Radziah Mohamad,Dayang N A Jawawi,et al.Service based meta-model for the development of distributed embedded real-time systems[J].Real-time systems,2013,49(5):563-579.

[19]Smith G.Folksonomy:social classification[R].2011.

[20]Kingston J,Macintosh A.Knowledge management through multi-perspective modeling:representing and distributing organizational memory[J].Knowledge-based systems,2000,13(02):121-131.

[21]Juan de Lara,Esther Guerra,Ruth Cobos,et al Extending deep meta-modelling for practical model-driven engineering[J].The Computer Journal,2014,57(1):36.

Study on the Meta Object Driven Data Service Platform in Marine Data Management

HAN Lu-yao,WEI Guang-hao,ZHANG Huan,DONG Cheng
National Marine Data and Information Service,Tianjin 300171,China

Along with the rapid development of information technology,orderly management and efficient application is an important and challenging technique for marine environmental data,which have high-precision, multi-dimensional and multi-source heterogeneous features.This paper puts forward an ocean-oriented environmental data management model based on DSM,expounds abstraction of data objects and meta-model's establishment process concerning this model,and then illustrates an application instance to prove its validity.The proposed model integrates marine environmental data and concrete business logic in a loosely coupled manner, and therefore solves the problems of low efficiency,less flexibility and insufficient extensibility in managing multi-source,heterogeneous and multi-mode marine environmental data based on traditional database design, and ultimately improves the management efficiency and service capacity of marine environmental data.

knowledge class,meta-model,domain-specific modeling,marine environmental data

TP311.5

A

1003-2029（2017）03-0084-07

10.3969/j.issn.1003-2029.2017.03.016

2016-11-23

韓璐遙（1987-），女，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫建設(shè)與管理、大數(shù)據(jù)技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用研究。E-mail:hlyiocean@126.com