數據庫元數據管理系統的設計

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1問題的提出和研究意義

隨著科技的發展，社會的進步，尤其是計算機通信技術的發展，人們對數據庫的共享性要求日益明顯，當前數據庫的管理和訪問充滿了復雜性，如何解決這一問題成為了管理者和用戶最為關心，最為頭疼的問題。例如，非數據庫的建設者和維護者，都需要知道數據庫當中的全部內容，以此來避免數據的重復錄入，從而更好的使用數據。根據用戶的需求用戶需要知道數據信息的質量，用戶也需要知道數據庫的數據結構和句存儲格式，來滿足用戶的信息數據交換和利用。在這種情況下數據的內容、品質等元數據的信息就變得十分重要了，它是信息數據有效管理和利用的重要方式，元數據的重要性正在得到用戶和數據庫的建設者的證明。由于現在數據庫的使用對象越來越專業化、復雜化，他們對數據集的元數據內容以及各式會存在相當大的差別，對數據的共享性影響很大，為了制定一套元數據的標準，需要采用同樣的各式對數據集進行描述。

2元數據的定義和形成

元數據又叫做描述數據，是臺灣學者通過英文翻譯過來的（英文為Metadata），現在我國對該術語還沒有形成統一的認識。國際標準化組織地理信息、地球空間信息技術委員會的地理信息元數據標準草案將元數據簡單的定義為“數據的數據”。美國聯邦地理數據委員會在數字地理空間元數據內容標準中將元數據定義為“關于數據的內容、質量、條件和其他性質的數據”。國際地球科學信息網絡學會對元數據定義為“關于數據和信息資源的描述信息，他們描述、指向或者補充與之相關的信息內容”。元數據的定義和專業術語出現的時間雖然不長，但是元數據的本質內涵確實流傳了很久。舉一個簡單的例子，在很早以前的圖書管理當中，管理人員對書籍目錄的編寫，記載了書籍的各種相信內容，包括作者、寫作時間、頁數和字數等，這種對書籍信息的記錄就可以理解為元數據。只不過在以前涉及到的數據不是特別復雜，只是到了現代隨著網絡技術的普及，數字資源呈現出爆炸性增長的速度，人們為了便于統計這些數字信息不得不將以前的文本化數據向網絡表格化數據方面進行轉變。從上世紀八十年代開始出現元數據的記錄方式，到現在元數據的應用已經擴展到了各個行業。

3元數據標準內容分析

根據元數據的使用目的不同可以將元數據大體分為兩類，即：管理和組織數據的元數據；瀏覽和導航數據的元數據。第一種類型的元數據的代表就是美國nasa描述遙感數據的目錄交換格式標準（DIF），這一標準有一個典型的特征就是必備六個字段：登錄目錄標識、登錄目錄的名稱、參數、原數據中心（包含名字、數據集標識、聯系人等）和數據概要描述。另外，為了讓信息表達的更加明確，這一標準當中還要增加字段，如傳感器的名字、位置、數據分析、計劃口令、品質等，增加這些字段可以提高用戶的使用效率，盡可能的完善元數據。第二種元數據的代表就是澳大利亞新西蘭土地信息委員會制定的元數據標準。這一標準確立的核心元素較少，能夠讓用戶在最短的時間內查詢到所需要的數據信息。核心元素能夠說明現有數據的種類、數據信息、數據范圍、與其他應用的作用，以及獲取更多信息的位置等。核心元數據共分為九類三十二個元素：數據集中、展示、數據時間、數據狀況、訪問和瀏覽情況、數據品質、聯系信息、元數據時間、元數據附加內容。除此之外，核心元數據還要制定了數據格式，使用指南，以方便用戶查找信息。

4元數據表達方式的分析

美國聯邦地理數據委員會的數字化地理空間元數據內容標準元數據信息單元是元素、實體（包括復合實體）和字集。元素是元數據的基本信息單位，元數據實體由元數據元素組成，元數據實體、元素則構成復合實體，最終部分元素、簡單或者復合元數據實體組成元數據子集，元數據的組成結構從小到大排列為，元素、實體（復合實體）、子集。元數據是利用巴克斯諾爾范式進行表達的，巴克諾斯爾范式可以定義常規語言元素和屬性標準語法，在確定復合實體和其他元素、實體間的聯系的時候，采用類似于數學等式的關系將標識符和表達式用等號連接起來，以此來表表達式產生標識符這一進化關系。這一規則公式代表了各種符合的意義，從數學角度可以解釋為，A=B+(C)表示A由B和可選項C構成，A=3{B}5表示A由B重復3到5次而成，子集、實體、元素之間的關系可以用元素比實體進一格的辦法來表達，美國的數字化地理空間元數據內容標準利用這種方式可以清晰的表達數據實體和元素之間的各種關系，但是它也只是包含了標準化當中元數據和元素的定義，并沒有規定數據的格式，有時候用元數據元素分層縮排來表示，有時候用編號系統表示，這就使得元數據使用起來并不簡潔。為了解決這一問題，建立了空間數據信息交換網絡，利用比較統一的SGML、Z39.50和其他協議來表示，可以更加靈活的執行元數據。ISO/TC211的元數據標準利用了圖表和數據字典相融合的表達方式，清晰的表示了元數據內容之間的各種關系。數據字典可以詳細的解釋元數據的內涵，圖表則是面向對象的統一建模語言UML靜態結構圖、ISO借口定義語言，在圖表當中信息單位是包、類和屬性。數據字典當中元數據的信息單元是子集、實體以及元素，這一標準說明了圖表和字典當中的對應關系。因為靜態結構圖準確的解釋了元數據的語義和句法結構規則，制定了標準的描述數據信息的方法和格式，通過輔助設計軟件可以精確的表達數據元素關系，檢查元數據設計的整體性和統一性，所以ISO/TC211的元數據表達方式對全世界各個行業的數據管理和服務產生了重要的影響。

5元數據網絡管理模型分析

當下比較流行的元數據管理系統模式可以分為：集中式數據管理體系和分散式數據管理體系。集中式數據管理體系就是所有的元數據都聚集在一個元數據管理站點上，數據集元數據是通過數據制造者免費上傳的，數據的使用者可以通過當下的數據管理站來進行訪問好查詢元數據。這一模式比較有代表性的就是英國地理數描述目錄，這一機構的數據來源于國家制圖機構。這種模式的優點就是使用者可以迅速的查找元數據，工作效率很高，當然缺點也很明顯，就是這一模式分裂了這一管理系統和其他網絡元數據體系的鏈接，導致這一體系的元數據數目較少，在數據信息的更新和維護方面就取決于元數據的上傳者，元數據信息不能及時的更新，提供的數據有可能出現錯誤。分布式元數據管理體系就是要設立一個元數據網絡交換的核心連接點，使用者可以在這一連接點進行元數據的查詢，而對于元數據的供給者和元數據的數據制造者，則需要設立分節點，保存各種元數據的信息，然后將核心連接點和分節點聯系起來。元數據的使用者不能直接訪問數據的制造者，只能通過核心連接點來訪問數據信息，進行元數據的查詢。這一模式的代表性機構就是美國空間數據交換網絡，它將用戶、服務器內容、數據庫服務器進行了分離。通過網關根據數據信息的類型、數據信息覆蓋位置等條件構成元數據的查詢界面，用戶通過網絡進行查詢，核心連接點通過用戶信息向分節點進行傳輸，然后在將內容反饋到用戶瀏覽的頁面當中。這種模式的優點在于能夠增加元數據的數量，減少核心連接點對元數據的更新負擔，缺點在于元數據的查詢速度較慢，影響使用者的查詢效率。

6元數據傳輸各式的統一

雖然當前已經制定了一些元數據的標準，但也只是確定了元數據的內容、含義、類別、組成結構等特征，但是這還不能滿足元數據的使用要求，制訂元數據標準的目的是為了元數據的查找和檢索，了解數據信息和內容，因此必須要注重元數據的傳輸標準，以此為基礎來設計元數據的管理體系，從而達到對元數據的搜尋、修改、更新維護和查詢檢索。在DOS環境下和ARC/INFO環境下，美國誕生了很多元數據錄入和編輯的軟件，澳大利亞也開發類似的軟件，這些元數據軟件都是為了便于自身的查詢需求，符合各自制定的元數據標準的。但是各個元數據錄入軟件的數據格式卻不相同，有的是文本格式，有的是HTML格式，還有的是關系型數據庫格式，雖然方便了用戶，但是在元數據的修改和維護方面成本很高，所以要制定統一的元數據轉化標準，方便網絡上的元數據交換。美國和澳大利亞建議更改統一的后綴格式，例如，將SGML/HTML的統一轉換成XMLDTD或者是XMLSchema，將表格改編成ASCII的格式。這種方式優點在于有利于建設元數據索引和能夠在不同地區的互聯網當中進行元數據的查詢。

7元數據管理平臺設計和實現

7.1功能流程設計

功能流程設計需要滿足元數據生命周期的要求，當前大多數公司單位都是分散式的數據管理體系，數據比較分散，需要采集多元數據并且簡化數據的存儲體系。可以將TSV（三層階梯式圖）引用到元數據管理體系當中，在元數據導入配置方面，可以利用懸掛點配置的方式，在任務采集的起始階段可以配置相應的懸掛點（類似分支點），建設元數據的查詢樹，在數據源配置方面要表明數據源的類型、銜接數據、賬戶情況等，還要進行測試觀察后續問題。為了更好的完善元數據的管理體系，保持元數據地圖的完整性，需要對元數據進行完備的采集，采集方式又分為手動采集和自動采集。手動采集是對用戶要求的數據庫進行單次采集，自動采集則額外的配置采集時間和采集周期。

7.2元數據的瀏覽

將配置好的懸掛點體現在元數據的樹狀結構當中，以形象的結果提供給用戶，基于TSV的思想元數據樹需要具有三層以上的結構，首先是系統，其次是各系統數據庫，再者是各數據庫的下屬表。在庫級元數據方面需要展示各個表名和創立的時間，在表級元數據方面需要雙擊查看該表的詳細信息，包括字段、約束、索引、鍵、視圖等，在下拉菜單當中可以檢索相應的元數據信息。在字段級元數據方面包括字段名、字段類型、字段解釋、所屬的表和庫，前三項屬于特點描述，后兩項是定義描述，這樣能夠方便對字段進行分析和定位。

7.3元數據的構架設計

元數據管理體系的技術構架主要是對所有信息數據的篩選，來確定那些信息可以納入元數據管理體系，以此來構建三級視圖。技術構架的信息主要包括五個方面，即：數據源層、數據收集層、數據保存和管理層、應用幫助層、登錄管理和用戶信息等。數據源層主要就是提供數據信息，數據收集層主要是理清各類數據關系方便元數據的管理。

8結語

綜上所述：數據庫元數據是處理各種數據信息，滿足個人和單位需求的一種重要數據管理模式。為了應對當下信息時代的各種數據信息，從海量信息當中提取有價值的數據信息，就需要對數據庫元數據進行研究和優化。元數據簡而言之就是管理數據的數據，它本身也是一種數據信息，根據使用目的的不同可以分為管理和組織數據的元數據；瀏覽和導航數據的元數據。元數據在表達方式上可以分為元素、實體（復合實體）、子集這樣的單位，在管理模式上可以分為集中式數據管理體系和分散式數據管理體系。在元數據的傳輸格式方面還沒有統一的標準，建議改變傳輸格式，形成統一。在元數據平臺建設和管理方面可以參考TSV（三級視圖階梯）的模式，使元數據庫更加清晰明了。

參考文獻

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作者：徐百盛 單位：廣東省紫金縣職業技術學校