李天逸

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

當(dāng)今社會(huì)，城市化進(jìn)程加速，智能城市建設(shè)正成為各國政府和企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。2020 年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以城市路網(wǎng)、市政管線、垃圾處理、城市水務(wù)、應(yīng)急消防等重要領(lǐng)域?yàn)閳鼍埃瑯?gòu)建城市重大市政設(shè)施智能運(yùn)維與管控平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用示范中以人為本的城市精細(xì)化管理市政設(shè)施智能運(yùn)維系列標(biāo)準(zhǔn)。這些場景的基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)和運(yùn)營中需要處理大量數(shù)據(jù)，如位置信息、設(shè)備信息、性能指標(biāo)等。同時(shí)這些數(shù)據(jù)來自于不同的自動(dòng)化控制系統(tǒng)和傳感器，不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的互操作性和復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換，加之這些數(shù)據(jù)需要被管理和維護(hù)，以支持基礎(chǔ)設(shè)施的高效運(yùn)營和決策。因此，如何有效管理和利用這些數(shù)據(jù)是智能城市建設(shè)中需要解決的問題之一。

元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典是一種有效管理和維護(hù)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵工具，用于描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、意義和來源等關(guān)鍵信息。元數(shù)據(jù)可進(jìn)行數(shù)據(jù)的解釋與管理，對保證數(shù)據(jù)質(zhì)量有一定的幫助，準(zhǔn)確可靠[1]；數(shù)據(jù)字典為增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可理解性和互操作性提供了數(shù)據(jù)元素的定義和規(guī)范。在智能市政基礎(chǔ)設(shè)施中，元數(shù)據(jù)的擴(kuò)展具有以下三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。首先，擴(kuò)展元數(shù)據(jù)有助于提升數(shù)據(jù)的可理解性和發(fā)現(xiàn)性；其次，擴(kuò)展元數(shù)據(jù)有助于數(shù)據(jù)的集成和交互。另外，元數(shù)據(jù)的擴(kuò)展也有助于數(shù)據(jù)的安全與隱私保護(hù)。

因此，本文研究智能城市基礎(chǔ)設(shè)施中可擴(kuò)展的元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理方案中存在的問題。

1 元數(shù)據(jù)和可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)核心概念

元數(shù)據(jù)是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，它提供了關(guān)于數(shù)據(jù)的信息，包括其含義、結(jié)構(gòu)、特征和屬性等。元數(shù)據(jù)可以幫助理解和管理數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)的上下文。

可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)是一種擴(kuò)展了傳統(tǒng)元數(shù)據(jù)的概念。其強(qiáng)調(diào)元數(shù)據(jù)的靈活性和可擴(kuò)展性，使其能夠適應(yīng)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的不同需求。

可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)的核心概念包括以下五個(gè)方面。

元數(shù)據(jù)模型：定義了元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和組織方式。其確定了元數(shù)據(jù)的各個(gè)組成部分以及他們之間的關(guān)系。常見的元數(shù)據(jù)模型包括關(guān)系模型、層次模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷取?/p>

元數(shù)據(jù)屬性：描述了數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的特征和屬性?？梢园〝?shù)據(jù)類型、大小、格式、來源、所有權(quán)、訪問權(quán)限等信息。元數(shù)據(jù)屬性可以根據(jù)具體需求進(jìn)行定義和擴(kuò)展。

元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：定義了元數(shù)據(jù)的一致性和規(guī)范性。元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以包括命名規(guī)則、命名空間、詞匯表、分類體系等，以確保元數(shù)據(jù)的一致性和互操作性。

元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理：指的是存儲(chǔ)和管理元數(shù)據(jù)的方法和技術(shù)。包括元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)檢索和查詢等。

元數(shù)據(jù)應(yīng)用：描述了如何使用元數(shù)據(jù)來支持?jǐn)?shù)據(jù)管理和應(yīng)用開發(fā)。元數(shù)據(jù)應(yīng)用可以包括數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等。

2 可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字段的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字段的結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)方面。

元數(shù)據(jù)模型：元數(shù)據(jù)模型用于定義元數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。在設(shè)計(jì)元數(shù)據(jù)模型時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)元素類型、數(shù)據(jù)元素集合和數(shù)據(jù)元素集合類型等核心概念，并定義他們之間的關(guān)系和屬性。

元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用于存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)，可以選擇關(guān)系數(shù)據(jù)庫、NoSQL 數(shù)據(jù)庫或文件系統(tǒng)等不同的存儲(chǔ)方式。在設(shè)計(jì)元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，需要考慮存儲(chǔ)的效率、可靠性和可擴(kuò)展性等因素。

元數(shù)據(jù)訪問：元數(shù)據(jù)訪問用于實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的查詢和管理，可以通過API 或其他方式實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)元數(shù)據(jù)訪問時(shí)，需要考慮API 的結(jié)構(gòu)和功能，以及安全和權(quán)限控制等因素。

2.2 可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字段的設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典時(shí)，需要遵循以下設(shè)計(jì)原則。

（1）當(dāng)擴(kuò)展元數(shù)據(jù)元素時(shí)，應(yīng)該避免對現(xiàn)有元數(shù)據(jù)元素的名稱、定義或數(shù)據(jù)類型進(jìn)行修改。

（2）擴(kuò)展的元數(shù)據(jù)可以被視為實(shí)體定義，并包含擴(kuò)展和現(xiàn)有元數(shù)據(jù)元素作為其組成部分[6]。

（3）對于現(xiàn)有的元數(shù)據(jù)元素，可以施加比原標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的約束或條件。

（4）元數(shù)據(jù)元素的域可以受到比原標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的限制[6]。

（5）可以限制原標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的域值的使用，例如：限定現(xiàn)有元數(shù)據(jù)元素的域值僅包含其中幾項(xiàng)而非原標(biāo)準(zhǔn)的值，可以要求用戶從這幾項(xiàng)中選擇一個(gè)。

（6）可以擴(kuò)展代碼表中值的數(shù)目[6]。

（7）在擴(kuò)展元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)之前，嚴(yán)禁擴(kuò)展原標(biāo)準(zhǔn)不允許的內(nèi)容。

（8）在進(jìn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展前，必須對元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面分析，包括元數(shù)據(jù)實(shí)體/ 元素的名稱、定義、數(shù)據(jù)類型、約束條件、值域和最大出現(xiàn)次數(shù)等屬性。如果滿足要求，可以采用現(xiàn)有的元數(shù)據(jù)實(shí)體/元素；否則，需要進(jìn)行元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展[6]。

（9）確定元數(shù)據(jù)框架，在選擇可選子集時(shí)，需要對元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的所有可選子集進(jìn)行分析，并根據(jù)具體應(yīng)用選擇所需的元數(shù)據(jù)子集。如果參考標(biāo)準(zhǔn)中沒有滿足某項(xiàng)需求的子集，可以新建相應(yīng)的元數(shù)據(jù)子集。

（10）應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)管理技術(shù)和數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn)，以確保元數(shù)據(jù)的一致性和互操作性。

（11）應(yīng)該使用清晰、簡明和易于理解的術(shù)語和定義，以確保元數(shù)據(jù)的可理解性和可用性。

（12）應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)陌踩胧?，以確保元數(shù)據(jù)的安全性和機(jī)密性，并避免未經(jīng)授權(quán)的訪問和修改。

2.3 可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字段的AP I 實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)的查詢和管理，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的API 接口。

通過GET 請求可以獲取所有數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)元素類型、數(shù)據(jù)元素集合、數(shù)據(jù)元素集合類型。通過POST請求添加新的數(shù)據(jù)元素。通過PUT 請求修改現(xiàn)有的數(shù)據(jù)元素。通過DELETE 請求刪除現(xiàn)有的數(shù)據(jù)元素。

這些API 接口可以通過RESTful API 或GraphQL等方式實(shí)現(xiàn)，以滿足不同的需求。

總之，可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是智能市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。通過合理的元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn)，可以提高數(shù)據(jù)的可用性和可靠性，并為城市管理和服務(wù)提供支持。

3 案例分析

為驗(yàn)證本文提出的智能市政基礎(chǔ)設(shè)施可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法的有效性，選取城市路網(wǎng)、市政管線、垃圾處理、城市水務(wù)、應(yīng)急消防等方面進(jìn)行案例分析。圖1 所示為市政基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)圖。

圖1 市政基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)圖

智能市政基礎(chǔ)設(shè)施中包含多系統(tǒng)、多種類元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典。表1 梳理了智能市政基礎(chǔ)設(shè)施中設(shè)計(jì)的元數(shù)據(jù)金額數(shù)據(jù)字典。

表1 元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典案例表

以智能城市路網(wǎng)系統(tǒng)為例，選取基本信息類進(jìn)行元數(shù)據(jù)擴(kuò)展，表2 給出智能城市路網(wǎng)系統(tǒng)基本信息類擴(kuò)展內(nèi)容。

表2 智能城市路網(wǎng)系統(tǒng)基本信類擴(kuò)展表

4 總結(jié)與展望

本文針對智能化城市管理中可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題進(jìn)行研究和探討，并以智能城市路網(wǎng)系統(tǒng)、智能市政管線系統(tǒng)、智能垃圾處理系統(tǒng)、智能城市水務(wù)系統(tǒng)、智能應(yīng)急消防系統(tǒng)為案例，提出了具體的設(shè)計(jì)方案。

在智能化城市管理中，可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的應(yīng)用和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案，能夠有效地提升城市管理的效率和服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)城市資源的合理利用和全面管理。然而，當(dāng)前城市數(shù)據(jù)資源存在著數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)管理和隱私保護(hù)等方面的問題，這給可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。

未來，隨著城市數(shù)字化進(jìn)程的不斷加速，智能化城市管理的需求和應(yīng)用場景也會(huì)不斷增加和豐富。因此，在可擴(kuò)展元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面，還需要進(jìn)一步深入研究和探索，開展更多的實(shí)踐和應(yīng)用案例，為城市智能化管理提供更加完善和可靠的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)保障。