43、元数据集成与互操作性技术解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/open4/article/details/154595963

元数据集成与互操作性技术解析

元数据概述

元数据在信息管理中扮演着至关重要的角色，数据的保存和处理依赖于之前分配的元数据。元数据有多种形式，最常用的是由同一类型对象共有的一组属性组成，这些属性由该类型的所有实例共享。为特定实例的这些属性分配值，以获得它们的替代或摘要表示，这些替代表示随后用于上述信息管理过程中代表实例。

此外，元数据还指我们可以存储和管理的关于对象的其他数据，例如对象与其他实体的关系以及它所涉及的主题，这些也是元数据模式需要保留的属性或特征的一部分。

信息管理专业人员在日常工作中经常使用元数据。尽管自万维网发明以来，元数据研究得到了加强，但图书馆员和档案管理员在此之前就已经积累了丰富的相关经验。如今，信息专业人员需要应对复杂的元数据系统生态，这些系统由不同的人设计，目的相似但方法不同。这些元数据模式通常是信息检索服务和访问信息的 IT 系统的基础，最终用户需要理解“不同的元数据语言”来使用信息服务，这对用户（包括人类和软件代理）来说是一个障碍。因此，需要寻找元数据互操作性解决方案。

互操作性的层次

元数据的互操作性和集成需求需要从不同角度进行分析，主要包括技术互操作性、语法互操作性和语义互操作性三个层次。

技术互操作性

技术通信和传输是实现信息服务互操作性的首要问题，它指的是不同信息服务通过网络（通常是互联网）交换信息的能力。近年来，W3C 的基于 Web 的标准化倡议提出了基于 HTTP 通信协议和 XML 编码消息交换的技术解决方案。基于 XML 的 Web 服务和面向服务的架构（SOA）是符合这些 W3C 标准互操作性能力的信息系统。

Web 服务是指组织通过 Web 向用户提供的任何功能或服务。在 IT 领域，W3C 对其有更精确的定义：“一种旨在支持连接到网络的计算机之间互操作性的软件系统，具有以计算机可处理格式描述的接口，其他系统可以通过 HTTP 以 XML 序列化的 SOAP 消息与之交互”。

Web 服务的特点如下：
1. 通过 Web 使用 HTTP 协议交换消息（请求和响应）。
2. 使用 XML 对计算机和软件应用程序之间交换的消息进行编码。
3. 可以通过 URL 访问。
4. 不提供用户界面，由软件应用程序调用，结果以 XML 格式提供，可进行重新格式化或处理。
5. W3C 发布了规范来标准化 Web 服务的实现和部署，最重要的是面向服务的应用协议（SOAP）和 Web 服务描述语言（WSDL），得到了 IT 行业的广泛支持。

SOAP 建立了向远程应用程序请求执行 Web 服务的标准方法，以及对执行结果进行编码和传输的方式。例如，在信息检索应用中，消费者应用程序向主机应用程序发送包含数据库名称、查询、用户名和密码等参数的 SOAP XML 消息来调用搜索数据库的服务，主机应用程序执行服务后将结果以 XML 消息的形式返回给客户端应用程序。

SOAP 消息可以看作是包含操作数据或执行结果的信封，有请求和响应两种类型。以下是一个 SOAP 消息的示例：

<?xml version='1.0' ?>
<env:Envelope xmlns:env="http://www.w3.org/2003/05/
  soap-envelope">
<env:Body>
<p:itinerary
 xmlns:p="http://travelcompany.example.org/
reservation/travel">
<p:departure>
<p:departing>New York</p:departing>
<p:arriving>Los Angeles</p:arriving>
<p:departureDate>2001-12-14</p:departureDate>
</p:departure>
<p:return>
<p:departing>Los Angeles</p:departing>
<p:arriving>New York</p:arriving>
<p:departureDate>2001-12-20</p:departureDate>
</p:return>
</p:itinerary>
</env:Body>
</env:Envelope>

SOAP 消息的根元素是 <Envelope> ，可以包含可选的 <Header> 元素和必需的 <Body> 元素， <Body> 元素包含请求或响应的具体细节。SOAP 消息传输有多种选择，如 HTTP、SMTP、FTP 等，其中 HTTP 是首选。SOAP 的主要优点是平台独立，便于在应用程序之间构建接口，但具体的调用方法和参数需要提前了解。

WSDL 提供了一种规范化的方式来描述 Web 服务，为客户端应用程序提供与远程 Web 服务交互所需的详细信息，包括服务的访问点、可请求的方法或操作名称以及操作期望接收的参数。

除了基于 SOAP 的 Web 服务，RESTful Web 服务也是一种成功采用的替代方案，并且越来越受到关注。它基于浏览器和 Web 服务器之间常用的交换请求的方法，即通过在远程网页的 URL 中添加参数，如搜索引擎使用的 HTTP GET 请求。例如，在 Altavista 上搜索时，请求的 URL 会包含一系列参数，如 http://www.altavista.com/web/results?itag=ody&q=CQL+AGENCY+LIBRARY&kgs=1&kls=0 。此外，还可以使用 HTTP POST 方法，该方法将参数包含在 HTTP 请求头中，相比 HTTP GET 可以分配更长的参数值。

以下是技术互操作性相关技术的对比表格：
| 技术 | 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 基于 SOAP 的 Web 服务 | 平台独立，有标准规范 | 实现复杂，需要了解详细的调用方法和参数 |
| RESTful Web 服务 | 简单易用，基于常见的 URL 参数传递 | 缺乏统一的标准，安全性相对较低 |

下面是技术互操作性的流程图：

graph LR
    A[客户端应用程序] -->|发送请求| B(Web 服务)
    B -->|返回响应| A
    subgraph Web 服务
        B1(SOAP 消息处理)
        B2(WSDL 描述)
        B3(RESTful 接口)
    end
    B1 -->|基于 XML 编码| B
    B2 -->|提供服务信息| B
    B3 -->|基于 URL 参数| B

语法互操作性

技术互操作性确保了信息服务之间能够交换请求和响应，而语法互操作性则要求信息服务使用共同的语法来编码这些元数据。目前，首选的方法是使用标记语言，特别是 XML。XML 为编码包含标记的文档和数据提供了一种方式，其目的是区分文档中的数据。XML 建立了一种被软件应用程序广泛支持的语法，并且被参与元数据模式设计和维护的机构（如国会图书馆、都柏林核心元数据倡议组织、美国档案工作者协会等）大量采用。

如今，主要的元数据系统都有相应的 XML 模式，这些模式文件声明了元数据记录的结构，规定了特定类型文档或元数据记录中允许使用的标签、标签的顺序以及嵌套方式等。不同的 XML 模式根据记录的信息类型定义不同的标签，但使用共同的语法有一个重要优点，即可以使用相同的工具处理任何 XML 文档，无论其基于何种 XML 模式，这简化了元数据实现者的工作，提高了系统之间的兼容性。

在处理 XML 文档的工具中，可扩展样式表语言转换（XSLT）样式表对元数据互操作性最为重要。XSLT 是 W3C 规范，描述了一种基于 XML 的语言，用于编写文档之间的转换规则。XSLT 样式表以一个或多个 XML 文档为输入，应用转换规则后生成一个或多个 XML 文档作为输出，生成的文档通常包含不同的标签。通过应用 XSLT，可以将基于特定模式（如 MARCXML）的 XML 文档转换为包含相同数据但基于另一种模式（如 EAD）的文档。

XSLT 可以包含对输入文档数据进行复杂处理的命令，如处理子字符串、连接元素值或进行数学运算等。还可以过滤项目、更改项目的显示顺序或合并多个文档以生成一个唯一的文档。这些功能使 XSLT 成为提高支持 XML 的信息系统之间互操作性的强大工具，并且常用于将 XML 文档转换为 HTML 以生成用户友好的显示界面。

XSLT 的能力使得可以在 XML 模式之间创建交叉映射，只要预先定义了两个模式之间的映射或等价关系，就可以轻松将以 XML 编码的元数据转换为基于其他模式的等效记录。当然，这种转换的有效性取决于模式所管理元素之间的语义兼容性。

以下是 XSLT 处理 XML 文档的步骤：
1. 确定源 XML 文档和目标 XML 模式。
2. 编写 XSLT 样式表，定义转换规则。
3. 应用 XSLT 样式表到源 XML 文档，生成目标 XML 文档。

下面是语法互操作性的流程图：

graph LR
    A[源 XML 文档] -->|应用 XSLT 样式表| B(转换过程)
    B -->|生成| C[目标 XML 文档]
    subgraph XSLT 样式表
        B1(定义转换规则)
        B2(处理数据)
        B3(生成新文档)
    end
    B1 -->|指导转换| B
    B2 -->|操作数据| B
    B3 -->|生成结果| B

语义互操作性

虽然信息服务之间能够交换消息和数据，并且使用共同的语法编码元数据记录是实现互操作性的基础，但这还不够。还需要进一步确定不同模式中哪些元数据在语义上是等效的，这是实现信息服务真正兼容性的最后一步。

在元数据互操作性研究中，“元数据交叉映射”指的是成对元数据模式之间的等效关系，它将特定模式中定义的元数据项或元素与其他模式中的对应项相关联。例如，国会图书馆定义了 MARCXML、都柏林核心和 MODS 之间的交叉映射，盖蒂博物馆、加拿大遗产信息网络或 UKOLN 也有类似的定义。

不幸的是，元数据模式之间的概念映射需要根据具体情况进行，识别哪些项（或项的组合）在其他模式中是真正等效的。在某些情况下，可能无法在一个模式中的元数据项和其他模式中的可用项之间建立对应关系。为了处理这些情况并确保最低水平的语义兼容性，一种有效的方法是建立一个基本的核心元素集，至少对这些元素进行映射。都柏林核心元数据模式就是基于这种方法，它提出了一组基本的元数据元素（称为核心，由 15 个项目组成），被认为是关于资源应记录的基本元数据集合。元数据实现者可以根据需要扩展这个核心，同时只要实现提供了与“核心”中定义的项等效的项，就可以确保最低水平的兼容性。

这种方法在不同的倡议中得到了应用，例如 OAI 定义了一个包含都柏林核心元数据的基本记录结构，搜索/检索 URL（SRU）建立了查询可以指向的基本访问点配置文件。

以下是语义互操作性相关概念的列表：
1. 元数据交叉映射：确定不同模式中语义等效的元数据项。
2. 基本核心元素集：确保最低水平的语义兼容性。
3. 都柏林核心元数据模式：提供基本的元数据元素集合。

下面是语义互操作性的流程图：

graph LR
    A[不同元数据模式] -->|分析映射关系| B(元数据交叉映射)
    B -->|建立等效关系| C(语义兼容性)
    subgraph 基本核心元素集
        C1(定义核心元素)
        C2(确保最低兼容性)
    end
    C1 -->|指导映射| B
    C2 -->|保障兼容性| C

元数据与信息资源的识别

元数据管理中的一个关键方面是信息资源的识别方法。信息资源需要被唯一识别，以确保在元数据管理过程中能够准确地定位和处理。不同的信息资源可能需要不同的识别方式，例如使用唯一标识符（如 URI）来标识网络资源，使用编号或代码来标识实体资源等。通过有效的识别方法，可以提高元数据管理的效率和准确性，确保信息资源的有效利用和共享。

综上所述，元数据的互操作性对于信息资源的有效管理和利用至关重要。通过实现技术互操作性、语法互操作性和语义互操作性，可以打破不同元数据系统之间的障碍，提高信息服务的质量和可用性。同时，合理的信息资源识别方法也是元数据管理的重要组成部分，能够确保信息资源的准确定位和处理。在实际应用中，需要根据具体的需求和场景选择合适的技术和方法，以实现元数据的有效集成和互操作。

元数据集成与互操作性技术解析（续）

元数据集成与互操作性的实际应用场景

元数据集成与互操作性技术在多个领域都有广泛的应用，下面将详细介绍几个常见的实际应用场景。

图书馆与档案管理领域

在图书馆和档案管理中，元数据的使用非常普遍。不同的图书馆可能使用不同的元数据模式来描述馆藏资源，例如 MARCXML、Dublin Core 等。为了实现不同图书馆之间的资源共享和互操作，就需要解决元数据的集成与互操作性问题。

具体操作步骤如下：
1. 选择合适的元数据模式 ：根据图书馆的需求和资源特点，选择一种或多种元数据模式，如都柏林核心元数据模式作为基础。
2. 建立元数据交叉映射 ：分析不同元数据模式之间的关系，建立交叉映射，确保不同模式中的元数据能够相互转换。
3. 应用 XSLT 进行转换 ：使用 XSLT 样式表将不同模式的元数据转换为统一的格式，以便进行共享和检索。
4. 利用 Web 服务实现互操作 ：通过基于 SOAP 或 RESTful 的 Web 服务，实现不同图书馆系统之间的信息交换和资源共享。

以下是图书馆元数据集成与互操作的流程图：

graph LR
    A[图书馆 A 元数据] -->|XSLT 转换| B(统一元数据格式)
    C[图书馆 B 元数据] -->|XSLT 转换| B
    B -->|Web 服务| D(共享资源平台)
    D -->|查询请求| E(不同图书馆系统)
    E -->|返回结果| D

电子商务领域

在电子商务中，不同的商家可能使用不同的元数据来描述商品信息，如商品名称、价格、规格等。为了让消费者能够方便地比较不同商家的商品，需要实现元数据的集成与互操作性。

操作步骤如下：
1. 制定统一的元数据标准 ：行业协会或相关组织制定统一的商品元数据标准，确保商家使用相同的元数据描述商品。
2. 商家遵循标准 ：商家按照统一的元数据标准来描述自己的商品信息。
3. 数据采集与整合 ：通过 Web 服务或其他方式采集不同商家的商品元数据，并进行整合。
4. 提供统一的查询接口 ：为消费者提供统一的查询接口，方便他们搜索和比较不同商家的商品。

以下是电子商务元数据集成与互操作的表格对比：
| 步骤 | 传统方式 | 元数据集成与互操作方式 |
| ---- | ---- | ---- |
| 数据描述 | 商家自行定义元数据，格式多样 | 遵循统一的元数据标准 |
| 数据整合 | 困难，需要手动处理 | 自动采集和整合 |
| 查询体验 | 消费者需要在不同商家网站分别查询 | 提供统一的查询接口，方便比较 |

元数据集成与互操作性的挑战与解决方案

尽管元数据集成与互操作性技术带来了很多好处，但在实际应用中也面临着一些挑战，以下是一些常见的挑战及相应的解决方案。

语义理解差异

不同的组织或个人可能对同一元数据项有不同的理解，导致语义上的差异。例如，“作者”这个元数据项，在不同的上下文中可能有不同的含义。

解决方案：
1. 建立语义字典 ：定义元数据项的标准语义，为每个元数据项提供明确的定义和解释。
2. 使用本体 ：本体可以帮助建立元数据之间的语义关系，明确概念之间的层次和关联。
3. 人工审核与标注 ：对于一些复杂的元数据，通过人工审核和标注来确保语义的一致性。

技术标准不统一

市场上存在多种元数据标准和技术，如不同的 XML 模式、Web 服务协议等，这给元数据的集成与互操作带来了困难。

解决方案：
1. 遵循国际标准 ：尽量采用国际上通用的标准，如 W3C 发布的 SOAP、WSDL 等标准。
2. 建立标准转换机制 ：对于不同的标准，建立转换机制，将其转换为统一的格式。
3. 参与标准制定 ：组织或企业积极参与标准的制定过程，推动标准的统一。

以下是挑战与解决方案的列表：
| 挑战 | 解决方案 |
| ---- | ---- |
| 语义理解差异 | 建立语义字典、使用本体、人工审核与标注 |
| 技术标准不统一 | 遵循国际标准、建立标准转换机制、参与标准制定 |

未来发展趋势

随着信息技术的不断发展，元数据集成与互操作性技术也将不断演进，以下是一些未来的发展趋势。

人工智能与机器学习的应用

人工智能和机器学习技术可以帮助自动识别元数据之间的语义关系，提高元数据交叉映射的效率和准确性。例如，通过机器学习算法分析大量的元数据，自动发现其中的模式和关联。

区块链技术的引入

区块链技术可以提供安全、可信的元数据存储和交换环境。通过区块链的分布式账本，可以确保元数据的完整性和不可篡改，提高元数据的可信度。

跨领域的集成与互操作

未来，元数据集成与互操作将不仅仅局限于单一领域，而是会实现跨领域的集成，如将医疗、教育、金融等领域的元数据进行整合，为用户提供更全面的信息服务。

以下是未来发展趋势的流程图：

graph LR
    A[当前元数据集成与互操作] -->|人工智能与机器学习| B(智能元数据处理)
    A -->|区块链技术| C(安全可信的元数据交换)
    A -->|跨领域集成| D(综合信息服务)

综上所述，元数据集成与互操作性技术在信息管理中具有重要的地位。虽然面临着一些挑战，但通过有效的解决方案和不断的技术创新，未来将能够实现更高效、更准确的元数据集成与互操作，为各个领域的信息资源管理和利用带来更大的便利。在实际应用中，需要密切关注技术的发展趋势，及时采用新的技术和方法，以适应不断变化的需求。