（計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）古氣候環(huán)境科技資源共享平臺研究與開發(fā).pdf

摘要 論文題目：古氣候環(huán)境科技資源共享平臺研究與開發(fā) 學(xué)科專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù) 研究生：楊欣簽名：塹焦 指導(dǎo)老師：張璨教授簽名：! 絲重量 摘要 氣候環(huán)境與人類的生存與發(fā)展息息相關(guān)，古氣候環(huán)境學(xué)作為氣候科學(xué)的重要分支為研究 當今以及未來的氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。古氣候環(huán)境科技資源數(shù)量巨大，且各研究機構(gòu)采用 的數(shù)據(jù)處理及信息系統(tǒng)種類繁多，數(shù)據(jù)格式不同，造成了各古氣候環(huán)境信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享 困難，數(shù)據(jù)兼容通用性差，數(shù)據(jù)使用效率低等問題。因此，建立一個古氣候環(huán)境科技資源共 享平臺，提供古氣候環(huán)境科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的存儲、發(fā)布、分發(fā)、在線分析、及數(shù)據(jù)的獲取等服 務(wù)，輔助古氣候環(huán)境分析與模擬以及氣候模式等相關(guān)研究工作，具有重要的理論與現(xiàn)實意義。 作者探索了建立古氣候環(huán)境科技資源共享平臺的關(guān)鍵技術(shù)，包括元數(shù)據(jù)、n e t c d f 數(shù)據(jù) 格式、g r a d s 氣候數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、異構(gòu)系統(tǒng)集成理論及軟件實現(xiàn)技術(shù)。 在理論研究與系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，作者提出了古氣候環(huán)境科技資源共享平臺的網(wǎng)絡(luò)與軟 件體系結(jié)構(gòu)。針對傳統(tǒng)n e t c d f 數(shù)據(jù)集訪問軟件的不足，提出了一種基于w e bs e r v i c e s 的 n e t c d f 數(shù)據(jù)獲取架構(gòu)，為實現(xiàn)異種平臺下對n e t c d f 數(shù)據(jù)的高效獲取奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 最后，在w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 操作系統(tǒng)、m i c r o s o f t n e t 環(huán)境下，作者開發(fā)了古氣候環(huán) 境科技資源共享平臺軟件系統(tǒng)，包括元數(shù)據(jù)發(fā)布管理、古氣候數(shù)據(jù)在線分析、n e t c d f 數(shù)據(jù) 獲取服務(wù)、轉(zhuǎn)換翻譯器、后臺管理等軟件模塊。實現(xiàn)了w e b 平臺與g r a d s 氣象數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng)的異構(gòu)集成，以及古氣候數(shù)據(jù)的可視化在線分析應(yīng)用，為古氣候環(huán)境科技資源共享與協(xié)作 交流提供了先進又實用的環(huán)境與工具。 本論文詳細介紹了作者的上述研究開發(fā)工作。 關(guān)鍵詞：資源共享平臺；異構(gòu)系統(tǒng)集成；元數(shù)據(jù)發(fā)布管理；古氣候數(shù)據(jù)在線分析；n e t c d f 數(shù)據(jù)獲取服務(wù)；a j a x ；n e t c d f ：w e b 服務(wù) a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t0 nr e s o u r c e ss h a r l n g p l a t f o r mo fp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n d t e c h n o l o g y m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：x i ny a n g s u p e r v i s o r = p r o f j i n gz h a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ：確nm ，g 一- - o o _ 1 1 - _ - - o - _ _ - s i g n a t u r e ：赴壘墊鄉(xiāng) c l i m a t ee n v i r o n m e n ti sc l o s e l yb o u n du pw i t hs u r v i v a la n dd e v e l o p m e n to fh u m a n b e i n g ， p a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n t p r o v i d e ss c i e n t i f i ce v i d e n c ef o rr e s e a r c ho nc l i m a t ec h a n g eo fp r e s e n t a n df u t u r e ，w h i c hi sa ni m p o r t a n te m b r a n c h r n e n to fc l i m a t es c i e n c e p a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n t s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e si sn u m e r o u s ，a n dt h e r ea r et o om a n yk i n d so fd a t ap r o c e s s i n g ， i n f o r m a t i o ns y s t e ma n dd a t af o r m a ti nd i f f e r e n ti n s t i t u t e sw h i c hr e s u l t si nd i m c u l t i e si nd a t a s h a r i n g ，d a t ac o m p a t i b i l i t ya n dl o wd a t au s i n ge f f i c i e n c ei np a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m s a c c o r d i n g l y , i ti sn e c e s s a r yt o e s t a b l i s hap a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n d t e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r n gp l a t f o r mt op r o v i d ep a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c el a b o r a t o r y d a t as t o r a g e ，p u b l i s h i n g ，d i s t r i b u t i n g ，a n a l y s i so n l i n e ，d a t aa c q u i s i t i o no n l i n ef u n c t i o n st oa s s i s t r e s e a r c ho np a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ta n a l y s i s ，s i m u l a t i o na n dc l i m a t em o d e a u t h o rd i s c u s s e dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fh o wt ob u i l dt h er e s o u r c e ss h a r n gp l a t f o r m ， b e s i d e sm e t a d a t a ，n e t c d fd a t af o r m a t ，g r a d sm e t e o r o l o g i c a ld a t a a n a l y s i ss y s t e m ， h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o nt h e o r y , a n ds o f t w a r et e c h n o l o g ye t c b a s e do nt h e o r yr e s e a r c ha n ds y s t e ma n a l y s i s ，a u t h o rp r o p o s e ds o f t w a r ea n dn e t w o r k a r c h i t e c t u r eo ft h er e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m c o n s i d e r i n g s h o r t a g eo ft r a d i t i o n a ln e t c d f d a t a s e ta c c e s ss o f t w a r e ，al l e wn e t c d fd a t a s e ta c c e s sa r c h i t e c t u r eb a s e do nw e bs e r v i c e si s p r o p o s e d ，w h i c he s t a b l i s h e dt e c h n o l o g ye n h a n c e sf o u n d a t i o nf o re f f e c t i v ed a t aa c c e s so n h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m f i n a l l y , w i t hw i n d o w ss e r v e r2 0 0 3o p e r a t i o ns y s t e m ，m i c r o s o f t n e te n v i r o m e n t ，a u t h o r d e v e l o p e dp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m s o f t w a r es y s t e m ，w h i c hi n c l u d e sm e t a d a t ap u b l i s h i n ga n dm a n a g e m e n t ，p a l e o c l i m a t ed a t a a n a l y s i so n l i n e ，n e t c d fd a t aa c q u i s i t i o ns e r v i c e ，c o n v e r s i o nt r a n s l a t o r , s y s t e mm a n a g e m e n t e t e h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si n t e g r a t i o nb e t w e e nw e bp l a t f o r ma n dg r a d sm e t e o r o l o g i c a ld a t a 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 a n a l y s i ss y s t e ma n dp a l e o c l i m a t ed a t av i s u a l i z a t i o na n a l y s i so n l i n ea r er e a l i z e d ，w h i c hp r o v i d e s t h ea d v a n c e da n dp r a c t i c a ls o f t w a r ee n v i r o n m e n ta n dt o o lf o rp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c e a n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e ss h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i o n a l lt h ew o r kd i s c u s s e da b o v ei sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：r e s o u r c e ss h a r i n gp l a t f o r m ；h e t e r o g e n e o u ss y s t e mi n t e g r a t i o n ；m e t a d a t ap u b l i s h i n g a n dm a n a g e m e n t ；p a l e o c l i m a t ed a t aa n a l y s i so n l i n e ；n e t c d fd a t aa c q u i s i t i o ns e r v i c e ；a j a x ； n e t w o r kc o m m o nd a t af o r m a t ；w e bs e r v i c e s 獨創(chuàng)性4 聲明 秉承祖國優(yōu)良道德傳統(tǒng)和學(xué)校的嚴謹學(xué)風鄭重申明：本人所呈交的學(xué)位論文是我 個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除特別加以標注和致謝 的地方外，論文中不包含其他人的研究成果。與我一同工作的同志對本文所研究的工 4+ 作和成果的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并已致謝。、 本論文及其相關(guān)資料若有不實之處，由本人承擔一切相關(guān)責任 論文作者簽名：j 物級二二j ，- r g 年弓月fg 日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 。l ，本人揚血壘：在導(dǎo)師的指導(dǎo)下創(chuàng)作完成畢業(yè)論文。，本人已通過論文的答辯，1 ，： 并已經(jīng)在西安理工大學(xué)申請博士碩士學(xué)位。本人作為學(xué)位論文著作權(quán)擁有者，同意 授權(quán)西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即：1 ) 已獲學(xué)位的研究生按學(xué)校規(guī)定 提交印刷版和電子版學(xué)位論文，4 。學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存研究生 上交的學(xué)位論文，可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索：2 ) 為 教學(xué)和科研目的，學(xué)校可以將公開的學(xué)位論文或解密后的學(xué)位論文作為資料在圖書館、 資料室等場所或在校園網(wǎng)上供校內(nèi)師生閱讀、瀏覽。 r n ，- r j ，本人學(xué)位論文全部或部分內(nèi)容的公布( 包括刊登) 授權(quán)西安理工大學(xué)研究生部辦 。ij 理。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后，。適用本授權(quán)說明) ：論文作者簽名：擱岔震。：_ 導(dǎo)師簽名： 一 、 噬一，邢年3 月舢 緒論 1 緒論 1 1 課題背景及意義 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會對于信息共享的需求日益迫切，不同學(xué)科研究人員對 于公共基礎(chǔ)性科技資源的獲取日益頻繁，采用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)管理海量數(shù) 據(jù)，并面向各階層用戶提供信息獲取服務(wù)的信息管理系統(tǒng)得到快速發(fā)展。 氣候環(huán)境與人類的生存與發(fā)展息息相關(guān)，2 1 世紀的氣候發(fā)展趨勢決定著世界各國可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定和實施，地球環(huán)境的科技資源信息的獲取無論是對國家的發(fā)展建設(shè)還是對 人民的生產(chǎn)生活都具有重要的意義。 古氣候環(huán)境學(xué)作為氣候科學(xué)的重要分支，為研究當今以及未來的氣候變化提供科學(xué)依 據(jù)。古氣候環(huán)境領(lǐng)域科學(xué)研究部門經(jīng)過多年建設(shè)與發(fā)展，形成一整套業(yè)務(wù)技術(shù)管理體系，采 用衛(wèi)星、雷達、自動氣象站、計算機等現(xiàn)代信息化技術(shù)對每天數(shù)以百兆計的古氣候資料信息 進行處理、管理及分發(fā)。 但是，由于目前已存在的古氣候環(huán)境科技資源數(shù)量巨大，且各研究機構(gòu)采用的數(shù)據(jù)處理 及信息系統(tǒng)種類繁多，數(shù)據(jù)格式不同，造成了各古氣候環(huán)境信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享困難，數(shù)據(jù) 兼容通用性差，數(shù)據(jù)使用效率低等問題。 因此，建立一個古氣候科技資源共享平臺，提供古氣候科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的存儲、發(fā)布、分 發(fā)、在線分析、及數(shù)據(jù)的獲取等服務(wù)，輔助古氣候環(huán)境分析與模擬以及氣候模式等相關(guān)研究 工作，具有重要的理論與現(xiàn)實意義。 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 古氣候數(shù)據(jù)信息平臺是多學(xué)科交叉的信息系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度較大。國內(nèi) 外相關(guān)科研機構(gòu)利用計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫以及軟件技術(shù)，進行古氣候數(shù)據(jù)信息平臺建設(shè)，為 實現(xiàn)氣候科技資源的共享方面作了不懈的努力。 世界氣象組織( w o r l dm e t e o r o l o g i c a lo r g a n i z a t i o n ，w m o ) 2 0 0 3 年提出 要構(gòu)建新一代氣象信息系統(tǒng)，通過元數(shù)據(jù)技術(shù)來整合各類氣象信息，構(gòu)建一個分層次的世界 范圍氣象信息共享系統(tǒng)，以支持從世界天氣計劃( w o r l dw e a t h e rw a t c h ，w w w ) 到w m o 各 個項目和計劃對氣象信息的快速獲取與方便應(yīng)用i l l 。 美國國家大氣與海洋局( n o a a ) 于2 0 0 0 年開始建設(shè)國家虛擬數(shù)據(jù)中心c ) ，采用分 布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以統(tǒng)一的界面和訂單為用戶提供氣候、海洋、地球物理信息資源的共享服 務(wù)。 天氣圖形技術(shù)公司( w e a t h e rg r a p h i c st e c h n o l o g i e s ) 開發(fā)的數(shù)字大氣( d i g i t a la t m o s p h e r e ) 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 系統(tǒng)，廣泛用于美國國家天氣服務(wù)( n a t i o n a lw e a t h e rs e r v i c e ) 、軍隊、電視臺及商業(yè)氣象服 務(wù)公司，它支持世界氣象組織的w m of m1 2s y n o p 、w m of m1 3s h i p 、w m of m1 5 m e t a r 、w m of m1 8b u o y 、w m of m3 5t e m p 、w m of m4 2a l 、仍a r 、w m of m9 2 一i x 數(shù)據(jù)格式及美國國家氣象中心m a t i o n a lm e t e r o l o g i c a lc e n t e r ) 的a s u s lk w b c 等數(shù)據(jù)格式。 該系統(tǒng)需要通過安裝客戶端從互聯(lián)網(wǎng)下載數(shù)據(jù)進行氣象預(yù)報和信息處理，產(chǎn)生二維的圖形分 析結(jié)果。 美國國家大氣與海洋局( n o a a ) 的預(yù)報系統(tǒng)實驗室開發(fā)的氣象預(yù)報辦公室系統(tǒng) ( w f o a d v a n c e ) 可以顯示天氣數(shù)據(jù)的三維圖像，該實驗開發(fā)的可視化軟件系統(tǒng)d i s p l a y 3 d ( d 3 d ) ，可以將從氣球、地面站、雷達、飛機和衛(wèi)星等收集來的數(shù)據(jù)進行顯示和處理。利 用w f o a d v a n c e d 和d 3 d ，氣象工作者可以快速做出天氣預(yù)報模式，大大提高工作效率。 該軟件動畫模塊可以生成圖像序列、顯示出動態(tài)圖像。 國內(nèi)具有代表性的是由中國華云技術(shù)開發(fā)公司開發(fā)的氣象信息綜合分析處理系統(tǒng) ( m i c a p s ) ，該系統(tǒng)依托中國氣象局9 2 1 0 工程數(shù)據(jù)信息源，提供氣象資料的處理和顯示， 是我國氣象業(yè)務(wù)員的基本工作平臺。m i c a p s 系統(tǒng)分為工作站版和微機版。最新版本是 m i c a p s 2 0 ，最近m i c a p s 系統(tǒng)第三版的開發(fā)正在進行，它是在m i c a p s 第一版和第二版 基礎(chǔ)上擴展功能，從單一的氣象人機交互系統(tǒng)擴展到完整的氣象臺預(yù)報信息系統(tǒng)。包括預(yù)報 決策支持、實況監(jiān)測預(yù)警、預(yù)報產(chǎn)品生成和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行管理等。實現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)和預(yù)報員建議的 功能，同時目前正在開發(fā)基于3 d 技術(shù)的m i c a p s 系統(tǒng)。 以上系統(tǒng)是c s 體系結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，因此它具備了c s 體系結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)缺點。比如 系統(tǒng)開發(fā)成本高、客戶端程序設(shè)計復(fù)雜、系統(tǒng)維護升級困難、軟件移植困難、新技術(shù)不能輕 易應(yīng)用等。 隨著信息技術(shù)、g i s 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和大容量存儲技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)帶寬的 不斷擴容，科技資源共享具有了良好的技術(shù)基礎(chǔ)和環(huán)境條件。改造現(xiàn)有局部數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)， 發(fā)展資源共享系統(tǒng)，開發(fā)和應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫及海量存儲技術(shù)，建立基于w e b 和g i s 技術(shù) 的資源共享服務(wù)平臺是當前氣候環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)共享的發(fā)展方向。 美國的e a r t hs y s t e mr e s e a r c hl a b o r a t o r y 組織在其門戶網(wǎng)站上提供了氣候數(shù)據(jù)的下載與 實時分析服務(wù)，為用戶提供了可視化的分析結(jié)果1 2 1 0 美國國家大氣與海洋局的d c h a r t 海洋 和天氣數(shù)據(jù)導(dǎo)航( o c e a na n dw e a t h e rd a t an a v i g a t o r ) 是一個p r i d e ( p a c i f i cr e g i o ni n t e g r a t e d d a t ae n t e r p r i s e 太平洋范圍的完整數(shù)據(jù)計劃) 領(lǐng)航項目。d c h a r t 是一個在d a p e r 服務(wù)上的 a j a xw e b 應(yīng)用，在該系統(tǒng)中實現(xiàn)了類似于g o o g l em a p s 的地圖功能，并可通過地圖繪制來 自實時全球數(shù)據(jù)( r e a l t i m eg l o b a la r g od a t a ) 和來自熱帶大氣海洋項目厄爾尼諾浮漂數(shù)據(jù) ( t r o p i c a la t m o s p h e r eo c e a n ( t a o ) v r o j e c t e ln i n ob u o yd a t a ) 的溫度、鹽度、化學(xué)、水流 等的空間剖面圖，以及繪制來自國家數(shù)據(jù)中心( n a t i o n a ld a t ab u o y c e n t e r ) 、全球逐日數(shù)據(jù) ( g l o b a ls u m m a r y o f t h e d a y d a t a ) 和其它海洋水文數(shù)據(jù)的時間序列圖。 我國也在積極進行氣候環(huán)境信息化建設(shè)，國家科技條件平臺工程正在進行之中。氣象部 2 緒論 門從2 0 世紀8 0 年代開始使用計算機來存儲和處理各類氣象信息，氣象信息管理系統(tǒng)從原有 的單機文件管理轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1 3 - 6 1 。2 0 0 4 年由中國氣象局國家氣象中心主 持的中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)項目通過驗收，在數(shù)據(jù)共享這一觀念上起到了引領(lǐng)作用，基 本解決了國內(nèi)科技界對氣象數(shù)據(jù)獲取的突出問題，如需要向國外購買價格昂貴的氣象資料問 題。此外，氣象資料面向公眾開放，用戶可免費自由獲取。同時我國也建立了科學(xué)數(shù)據(jù)共享 工程門戶網(wǎng)站，該門戶網(wǎng)站提供了我國各學(xué)科領(lǐng)域大量科學(xué)數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)，并提供各學(xué)科 相關(guān)科技新聞1 7 - 8 1 。 1 3 主要研究開發(fā)內(nèi)容 理論研究： 古氣候環(huán)境科技資源共享平臺體系結(jié)構(gòu)； w e b 平臺與氣候分析系統(tǒng)的集成技術(shù)； 氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究與實現(xiàn)。 軟件開發(fā)： 古氣候環(huán)境科技資源共享平臺門戶網(wǎng)站軟件開發(fā)。 1 4 論文主要內(nèi)容 本論文的主要內(nèi)容如下： 第一部分為緒論，主要介紹本課題的背景、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二部分為相關(guān)概 念與關(guān)鍵技術(shù)介紹。第三部分將對古氣候環(huán)境科技資源共享平臺的體系結(jié)構(gòu)做理論上的分 析，并且詳細論述平臺的邏輯結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與軟件體系結(jié)構(gòu)。第四部分將根據(jù)第三部 分的理論分析結(jié)果對該共享平臺進行系統(tǒng)分析。第五部分主要描述系統(tǒng)的總體設(shè)計思想以及 軟件模塊劃分。第六部分描述共享平臺各模塊的詳細設(shè)計與軟件實現(xiàn)。第七部分講述軟件的 運行與測試過程。 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 相關(guān)概念與關(guān)鍵技術(shù) 本課題研究具有多學(xué)科特點，既要研究計算機軟件技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，又要研究古氣候領(lǐng)域 的需求，需要學(xué)習很多古氣候環(huán)境學(xué)科、氣候氣象學(xué)科的背景知識。下面對于所涉及的相關(guān) 概念與關(guān)鍵技術(shù)進行簡要介紹。 2 1 氣候模擬 氣候模擬是現(xiàn)代氣候?qū)W的一個重要分支，用氣候模式復(fù)制氣候系統(tǒng)的平均狀態(tài)及其時空 變化，用以探索氣候系統(tǒng)外的因子對氣候系統(tǒng)的影響，以及氣候系統(tǒng)內(nèi)的各個成員之間的相 互作用。古氣候是現(xiàn)代和未來氣候環(huán)境變化的重要參照系，古氣候的研究與現(xiàn)代全球變化研 究密切相關(guān)，如何再現(xiàn)和重建古氣候，模擬古氣候環(huán)境，對模擬的結(jié)果進行可視化的表達并 加以分析，是古氣候模擬的一個重要環(huán)節(jié)1 9 - 1 0 1 作者所研究開發(fā)的古氣候環(huán)境科技資源共享 平臺的主要數(shù)據(jù)來源就是產(chǎn)生于古氣候數(shù)值模擬的實驗數(shù)據(jù)。 2 2 元數(shù)據(jù) 資源共享平臺是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，古氣候環(huán)境科技資源所包含的數(shù)據(jù)領(lǐng)域種類繁多，涉 及到資源環(huán)境、氣象、測繪、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、地震等眾多領(lǐng)域。面對如此復(fù)雜繁多的科學(xué)數(shù)據(jù)， 要想做到科學(xué)高效的管理，需要依據(jù)領(lǐng)域、數(shù)據(jù)類型的不同，建立多個元數(shù)據(jù)標準，規(guī)范科 學(xué)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，從而便于科學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)、管理、發(fā)布等。 元數(shù)據(jù)是描述信息資源或數(shù)據(jù)等對象的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)的引入在識別與評價資源，追蹤資 源變化，高效管理海量網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)，以及實現(xiàn)信息資源有效發(fā)現(xiàn)、查找、一體化組織和對資 源的有效管理等方面具有重要意義1 。 2 2 1 元數(shù)據(jù)概念 元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。它是對信息資源的規(guī)范化描述，按照一定標準，從信息資源 中抽取出相應(yīng)的特性，組成的一個特征元素集合。這種規(guī)范化描述可以準確和完備的說明信 息資源的各項特征。然而不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資源可能會有不同的元數(shù)據(jù)標準。 元數(shù)據(jù)為信息的管理、發(fā)現(xiàn)和獲取提供了實際而簡便的方法。通過元數(shù)據(jù)，可對信息資 源進行詳細、深入的了解，包括信息資源的格式、質(zhì)量、處理方法和獲取方法，對于數(shù)據(jù)生 產(chǎn)者來說可以利用元數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)維護、歷史資料維護。 元數(shù)據(jù)具有以下特點： 4 相關(guān)概念與關(guān)鍵技術(shù) 描述性：通過用一種約定俗成的規(guī)則來描述對象的手段來組織和管理信息資源。 動態(tài)性：元數(shù)據(jù)隨描述對象的變化而變化。 多樣性：元數(shù)據(jù)類型多樣。 復(fù)雜性：表現(xiàn)在元數(shù)據(jù)集合概念與個體概念并存。元數(shù)據(jù)中有可能包含其他元數(shù)據(jù)；另 一方面，對不同描述對象，元數(shù)據(jù)項是可選擇的即項可定制，強制性和選擇性共存。 多層次性：此方面特性是由元數(shù)據(jù)所描述對象的多層次決定的。 支撐性：有效的維護了所描述對象的原始性和完整性，起到了支撐的作用。另外它與所 描述對象共存，保證了資源的長期使用。 綜上，元數(shù)據(jù)的引入對建立科技資源共享數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)具有十分重要意義， 主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 確認和檢索：通過為數(shù)據(jù)實體定義元數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)使用者檢索和確認所需資源， 實現(xiàn)目標資源的快速定位。 著錄描述：通過制定元數(shù)據(jù)，便于對數(shù)據(jù)單元進行詳細、全面的著錄描述。 資源管理：便于資源的存儲和使用管理，元數(shù)據(jù)元素除包括全面的著錄信息外，還 包括權(quán)利管理、電子簽名、資源評鑒、使用管理、支付審計等方面的信息。 資源保護與長期保存：數(shù)據(jù)元素除對資源進行描述和確認外，還包括信息資源的格 式、制作、保護條件、轉(zhuǎn)換方式等方面的信息。 2 2 2 元數(shù)據(jù)標準 元數(shù)據(jù)內(nèi)容標準包含描述一個具體資源對象時需要的數(shù)據(jù)項集合、各數(shù)據(jù)項語義定義、 著錄規(guī)則和計算機應(yīng)用時的語法規(guī)定，通常包含標識信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、內(nèi)容信息、發(fā)行 信息、元數(shù)據(jù)參考信息和聯(lián)系信息等元數(shù)據(jù)信息。如前節(jié)提到的整個共享平臺涵蓋數(shù)據(jù)種類 繁多，元數(shù)據(jù)的類型也多樣，建立統(tǒng)一的古氣候環(huán)境科技資源共享平臺元數(shù)據(jù)標準具有重要 意義。 文獻2 1 提出了包含三個層次的原數(shù)據(jù)內(nèi)容標準：即共享元數(shù)據(jù)標準、領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標準、 領(lǐng)域?qū)Ｓ迷獢?shù)據(jù)標準。 2 2 3 古氣候環(huán)境科技資源元數(shù)據(jù) 古氣候環(huán)境科技資源是種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)集合。包括地面氣象資料、農(nóng)業(yè)氣象 資料、高空氣象資料、氣象輻射資料、海洋水文氣象資料、氣象衛(wèi)星資料、氣象雷達資料、 氣象災(zāi)害資料、大氣成分資料、數(shù)值分析預(yù)報產(chǎn)品、科學(xué)試驗和考察資料、歷史氣候代用資 料、氣象服務(wù)產(chǎn)品、氣候模擬數(shù)據(jù)集等多種數(shù)據(jù)類型。而其中氣象數(shù)據(jù)資料又有不同數(shù)據(jù)格 式，主要包括格點資料和臺站資料，其數(shù)據(jù)組織形式與物理存儲方式有所不同。因此古氣候 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 環(huán)境科技資源缺乏統(tǒng)一的格式，這就對資源共享系統(tǒng)中數(shù)據(jù)管理的實施造成困難。 根據(jù)古氣候環(huán)境科技資源的特點，在共享平臺中引入元數(shù)據(jù)概念是解決繁雜海量數(shù)據(jù)資 料管理的最優(yōu)解決方案。由于資源數(shù)據(jù)具有不同時間尺度、不周空間參照體系、不同坐標系 統(tǒng)等特點，制定古氣候環(huán)境科技資源元數(shù)據(jù)標準，規(guī)范數(shù)據(jù)資源中不同領(lǐng)域，不同數(shù)據(jù)類型 的數(shù)據(jù)元規(guī)范是十分必要的。 按照元數(shù)據(jù)標準制定原則，古氣候環(huán)境科技資源的元數(shù)據(jù)包括三個層次：元數(shù)據(jù)子集、 元數(shù)據(jù)實體、元數(shù)據(jù)元素1 3 - 1 4 1 。元數(shù)據(jù)元素是元數(shù)據(jù)最基本的信息單元，元數(shù)據(jù)實體是同 種類元數(shù)據(jù)元素的集合，元數(shù)據(jù)子集是相互關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)實體和元素的集合。在同一個子集 中，實體可以有簡單實體和復(fù)合實體兩種。簡單實體只包含元素，復(fù)合實體既包含簡單實體 又包含元素，同時復(fù)合實體與簡單實體及構(gòu)成這兩種實體的元素之間有繼承的關(guān)系。圖2 1 簡要說明了元數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)： 圖2 1 兀數(shù)據(jù)層次關(guān)系 f i g 2 - 1t h er e l a t i o no f m e t a d a t ah i b e r a r c h y 元數(shù)據(jù)標準的制定遵循一定原則。標準要支持元數(shù)據(jù)在行業(yè)或相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，以方便 提供數(shù)據(jù)為原則。要提供實體與元素集，并定義元素性質(zhì)：必選、特定情況下必選、可選等。 世界氣象組織( w m o ) 根據(jù)數(shù)據(jù)集歸檔不同要求，通過多次專家組會議討論通過了一個核 心元數(shù)據(jù)標準草案。我國氣象信息方面的專家在充分考慮我國現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)資料的特點及如 何更好與國際同行數(shù)據(jù)接軌的情況下，也在積極制定符合我國氣象數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)格式標準過程 中。參考國際與國內(nèi)氣象領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標準，并結(jié)合古氣候?qū)W科研究的特點，按照以下原則制 定資源共享平臺元數(shù)據(jù)標準： 1 ) 參考古氣候環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)特點：由于氣象觀( 探) 測記錄種類、氣象要素的多樣性，以 及觀測記錄的連續(xù)性、時間性、空間性、地域性等特點，在描述數(shù)據(jù)集實體和屬性 時，應(yīng)明確表述氣象科學(xué)數(shù)據(jù)特點的相關(guān)內(nèi)容和項目，如數(shù)據(jù)類型、氣象要素名稱、 記錄時間、觀( 探) 測次數(shù)、以及記錄數(shù)據(jù)的空間和地理范圍等信息。 2 ) 參考古氣候環(huán)境科技資源共享工作的需求：制定元數(shù)據(jù)標準時要充分考慮建立資源 共享平臺軟硬件實施需要，如分布式元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)檢索服務(wù)、數(shù)據(jù)下載、用戶 目錄導(dǎo)航、用戶認證授權(quán)等。 3 ) 參考相關(guān)國際元數(shù)據(jù)標準：古氣候環(huán)境科技數(shù)據(jù)是地球科學(xué)數(shù)據(jù)的重要組成之一， 其元數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式應(yīng)以國內(nèi)外相關(guān)的元數(shù)據(jù)標準為指導(dǎo)和參考依據(jù)，以便與國 6 相關(guān)概念與關(guān)鍵技術(shù) 際接軌。 綜上所述，提出了古氣候環(huán)境科技資源核心元數(shù)據(jù)標準如表2 1 所示： 表2 - 1 古氣候環(huán)境科技資源核心元數(shù)據(jù)標準 t a b 2 1t h em a i nm e t a d a t ac r i t e r i o no fp a l e o c l i m a t ee n v i r o n m e n ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g yr e s o u r c e s 必選項 t i t l e ( 數(shù)據(jù)集名稱)t e m p o r a le x t e n t ( 時間跨度) i d e n t i f i e r ( 數(shù)據(jù)集標識) m e t a d a t al a n g u a g e ( 元數(shù)據(jù)語言) r e f e r e n c ed a t e ( 數(shù)據(jù)集制作日期) m e t a d a t ap o i n to fc o n t a c t ( 元數(shù)據(jù)責任人) r e s p o n s i b l ep a r t y ( 數(shù)據(jù)集責任人) m e t a d a t ac h a r a c t e rs e t ( 元數(shù)據(jù)字符集、 a b s t r a c t ( 摘要) m e t a d a t ad a t es t a m p ( 元數(shù)據(jù)制作日期) k e y w o r d s ( 關(guān)鍵詞) a c c e s sr i 曲t so rr e s t r i c t i o n s ( 1 琨$ t j 密級) g e o 鯽h i ce x t e n t ( 地理范圍) d i s t r i b u t i o nm e c h a n i s m s ( 分發(fā)系統(tǒng)) t o p i cc a t e g o r y ( 數(shù)據(jù)集類別)p r o c e s s i n gl e v e l ( 處理程度質(zhì)量狀況) d a t a s e tt i m e ( 數(shù)據(jù)集產(chǎn)生時間) 一定條件下必選項 d a t a s e tl a n g u a g e ( 數(shù)據(jù)集語言) c h a r a c t e rs e t ( 數(shù)據(jù)集語言字符集) c l i m a xm o d a lt y p e ( 氣候模式類別)d a t ab r o w s i n gc o u n t e r ( 數(shù)據(jù)瀏覽計數(shù)器) 可選項 s p a t i a lr e s o l u t i o n ( 空間分辨率) m e t a d a t af i l ei d e n t i f i e r ( 元數(shù)據(jù)標識) s p a t i a lr e p r e s e n t a t i o nt y p e ( 空間顯示類型) m e t a d a t as t a n d a r dn a m e ( 元數(shù)據(jù)標準) r e f e r e n c es y s t e m ( 參考系)m e t a d a t as t a n d a r dv e r s i o n ( 版本) v e r t i c a le x t e n t ( 垂直跨度) v a l i d i t yt i m e ( 元數(shù)據(jù)制作時間) o n l i n er e s o u r c e ( 在線資源) 2 3n e t c d f 數(shù)據(jù)格式 n e t c d f ( n e t w o r kc o m m o nd a t af o r m 通用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)格式) 數(shù)據(jù)格式是以n c 為后綴的二 進制文件，它是一種面向數(shù)組型數(shù)據(jù)的描述和編碼標準，已被國內(nèi)外許多行業(yè)和組織采用， 目前廣泛應(yīng)用于大氣科學(xué)、水文、海洋學(xué)、環(huán)境模擬、地球物理等諸多領(lǐng)域1 1 5 - 1 6 1 0 例如， n c e p ( 美國國家環(huán)境預(yù)報中心) 發(fā)布的再分析資料，n o a ac d c ( 氣候數(shù)據(jù)中心) 發(fā)布的海洋與 大氣綜合數(shù)據(jù)集( c o a d s ) 均采用n e t c d f 作為標準。n e t c d f 是由美國大學(xué)大氣研究協(xié)會 2 c 削r ) 下的u n i d a t a 項目科學(xué)家針對科學(xué)數(shù)據(jù)的特點而提出的一種面向數(shù)組型數(shù)據(jù)、適于 網(wǎng)絡(luò)共享的數(shù)據(jù)描述和編碼標準，也是古氣候環(huán)境科技資源共享平臺采用的主要數(shù)據(jù)類型。 n e t c d f 數(shù)據(jù)格式具有以下特點： 自描述特性。即n e t c d f 數(shù)據(jù)文件包含自身的描述信息，這也是網(wǎng)絡(luò)時代數(shù)據(jù)的趨勢 性特征。 平臺無關(guān)性。即支持在異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺間進行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享。 易用性。表示存在多種方便的途徑來管理和操作n e t c d f 數(shù)據(jù)。 7 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 高可用性。表示其較高的數(shù)據(jù)壓縮比，以及基于數(shù)組下標的線性存儲導(dǎo)致的高效存 取。 n e t c d f 一般采用以下幾種方式生成和讀取其數(shù)據(jù)： 1 ) 使用隨n e t c d f 軟件包提供的工具程序( n c d u m p e x e 和n c g e n e x e ) 。 2 ) 使用支持n e t c d f 標準的第3 方軟件( g r a d s 、a v s 、i d l 和m a t l a b ) 。 3 1 采用編程式訪問數(shù)據(jù)格式。 2 3 1c d l 數(shù)據(jù)格式 在介紹n e t c d f 文件的同時必須介紹n e t c d f 文件格式的描述語言：n e t w o r kc o m m o n d a t af o r ml a n g u a g e ( c d l ) 。這種語言是采用a s c i i 碼來存貯一種說明性的語言，用來描述 n e t c d f 數(shù)據(jù)格式，也就是說每一個n e t c d f 文件都有一個c d l 文件與其對應(yīng)，下圖描述了 n e t c d f 與c d l 語言之間的關(guān)系。 圖2 2c d l 與n e t c d f f i g 2 2c d l a n dn e t c d f c d l 語言通過n e t c d f 軟件包n c g e n e x e 生成n e t c d f 數(shù)據(jù)格式，同時n e t c d f 數(shù)據(jù)文 件也可以通過n c d u m p 。e x e 生成描述它的c d l 文件，該文件以c d l 作為后綴，二者是一個可 逆的過程，這就類似于軟件的程序源文件與源文件經(jīng)過編譯器編譯后生成的二進制的可執(zhí)行 性代碼，即程序源文件可以編譯成為二進制代碼，而二進制代碼可以經(jīng)過反匯編得到程序的 源文件，其中n c g e n e x e 就類似于編譯器程序，而n c d u m p e x e 就類似于反匯編程序。 n e t c d f 文件由它的描述文件( c d l 文件) 編譯生成，主要由維數(shù)聲明、變量及其屬性 定義、數(shù)據(jù)集幾個部分構(gòu)成。 經(jīng)過對c d l 語言的分析，得到其e b n f 文法如下： 1c d l - p r o g r a m - - ) c d l h e a dd i m e n s i o n s - d e c l a r a t i o n - l i s tv a r i a b l e s - d e c l a r a t i o n - l i s td a t a - d e c l a r a t i o n - l i s tc d l t a i l 2c d l h e a d - ) n e t c d ff i l e n a m e 3f i l e n a m e - ) i d e n t i f i e r 4c d l t a i l - ) 5d i m e n s i o n s d e c l a r a t i o n l i s t - - ) d i m e n s i o n s ：d i m e n s i o n s i d l i s t 6d i m e n s i o n s i d l i s t - ) ( d i m e n s i o n s i d ， d i m e n s i o n s i d l i s tid i m e n s i o n s i d ； 7d i m e n s i o n s i d - - ) i d e n t i f i e r = n u m 8v a r i a b l e s - d e c l a r a t i o n 1 i s t - - ) v a r i b a l e s ：v a r i a b l e s i d - l i s t 9 v a r i a b l e s i d l i s t - ) t y p e s p e c i f yi d e n t i f i e r ；a t t r i b u t e s l i s t l t y p e s p e c i f yi d e n t i f i e r ；a t t r i b u t e s - l i s t ；) v a r i a b l e s i d l i s t 8 相關(guān)概念與關(guān)鍵技術(shù) 10t y p e s p e c i f y - 9i n tf l o a td o u b l es h o r t 11p a r a m s l i s t - - ) i d e n t i f i e r , ) p a m m s l i s tii d e n t i f i e r 1 2a t t r i b u t e s l i s t - - i d e n t i f i e r ：a t t r i b u t e n a m e = a t t r i b u t e v a l u e ；) a t t r i b u t e s l i s t le 1 3a t t r i b u t e v a l u e - 9 ”t h e v a l u e ” 1 4t h e v a l u e 專i d e n t i f i e rn u m 15d a t a d e c l a r a t i o n - l i s t - - ) d a t a ：d a t a i d l i s t 1 6d a t a i d l i s t - - ) i d e n t i f i e r = v a l u e l i s t ； d a t a i d l i s tii d e n t i f i e r = v a l u e l i s t ； 1 7v a l u e l i s t - 9 n u m ， v a l u e l i s tin u m 2 3 2n c 文件格式 下面是一個簡單的c d l 文件例子，通過它可了解該文件生成的n c 文件格式。 n e t c d ft i n y d i m e n s i o n s ： d i m = 5 ； v a r i a b l e s ： s h o r tv x ( d i m ) ； d a t a ： v x = 3 ，1 ，4 ，1 ，5 ； 這個c d l 文件產(chǎn)生的n e t c d f 格式的二進制文件如圖2 3 所示： 9 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 3 4 44 6 0 1 cd f0 0 1 1 7 2 2 0 1 7 9 2 1 1 b a g i cn u m b e r 】 0 0 0 0 0 0 0 3 f 口l 口l 口0 0 3 0 0 0 0 00 0 0 0 3 3c h a rn a r n e = 0 0 0 0o 0 0 0 t 口l 口l 口l 口 0 0 0 0 00 0 0 0 0 ( a b s e n t ) 7 6 7 80 0 0 0 vx oo 3 0 3 2 80 0 0 0 0 o j ，x 8 0 0 0 00 0 0 0 l 口l 口 口f 口 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (