基于本体的通用数据访问方法

摘 要 从数据使用者的角度，分析异构数据资源的特征和用法，提出了基于本体的通用数据访问方法和软件架构，研究了此架构所用到的关键技术。基于本体的通用数据访问系统的核心在于构建出合适的统一数据描述模型，以此模型为基础，构建数据访问引擎，并通过抽取配置工具建立了数据描述模型与数据实体之间的映射关系，最终通过通用数据访问软件实现异构数据的统一访问和展现。

【关键词】异构数据 本体 描述模型 映射 通用访问

1 引言

随着近年来网络技术的快速发展，各领域之间数据共享的需求日益增强，在网络基础设施日益完善的前提下，如何对不同行业和格式的数据资源进行统一访问和集成使用就成为了关键的问题。

国内外对于异构数据库数据的集成近期提出了ETL（数据抽取、传输、加载）机制，在实现中采用XML（可扩展标记语言）实现通用的数据交换，利用全局逻辑视图或者集成的综合数据库的方式实现对各类异构数据资源的集成。本文通过定义数据本体，设计了一种通用的数据访问方法，建立不同的数据资源与本体之间的映射，使得综合系统直接访问各个异构业务数据库，从而提高数据的使用效率，降低数据冗余。

通用数据访问面向的异构数据具有海量、多元、复杂、动态、移动、实时等特征，为了更好的解决异构数据资源的访问、集成和展现，在设计与实现通用数据访问系统时，必须提供用户对异构数据源透明、一致和实时的访问能力：

（1）透明性，是指屏蔽底层数据源的差异，从用户的角度看来，得到的数据不是来自于若干个数据源，而是一个数据源；（2）一致性，是指消除数据源之间的存在的结构异构和语义异构；（3）实时性，是指访问到的数据是最新的数据，并且对数据库中实时变化的信息能够及时地捕获与展现。

2 总体思路及架构

基于本体的通用数据访问方法面向图形化的数据展现，快速的从异构数据资源中抽取出适用的对象，对其进行统一管理，并借助地理信息系统或表单显示工具向用户提供清晰直观的数据展现。其主要解决异构数据的统一使用问题，在避免数据格式转换带来大量工作的前提下，实现数据的动态加载，保证应用系统与底层数据资源的分离，同时具有良好的扩展性，在数据种类发生变化时，只需要通过工具界面配置，就能够快速加载新增的数据资源。

基于本体的通用数据访问方法采用分层的体系结构，下层软件给上层软件提供运行支撑或输入，共分为四层，从底到顶分别是：本体定义及管理层、元数据映射层、数据访问层和数据展现层。

2.1 本体定义及管理层

本体定义及管理层主要负责建立基于本体的统一数据描述模型，并制订出一套对该数据描述模型的访问接口规范，是整个方法实现的核心和基础。

2.2 元数据映射层

元数据映射层主要实现数据的灵活配置，通过人工界面配置的手段在数据库元数据与统一数据描述模型之间建立对应关系，并把映射关系保存为XML文件，供通用数据访问软件读取。

2.3 数据访问层

数据访问层主要完成对数据库中实际数据的读取和输出。通用数据访问软件在实现时遵循本体定义及描述层制订的规范，内部的数据组织关系来自于元数据库映射层生成的映射关系XML文件。

2.4 数据展现层

数据展现层主要包括两种展现手段：基于地理信息的图形化显示工具和表格形式的表单显示工具。数据展现层属于业务应用范畴，主要需要考虑的是基于地理信息系统（GIS）的数据表现以及海量数据高性能显示的问题，与通用数据访问的实现没有直接关系，因此在本文中不对这部分的实现进行讨论。

3 关键技术及实现

3.1 统一数据描述模型

统一数据描述模型的内容包括图层公共信息（本体）和特征属性族，各类异构的数据在按照统一数据描述模型表述为本体和特征属性族的过程中，消除其原有的异构性，形成统一的数据表述。统一数据描述模型主要由图层公共信息和一组特征属性族组成。

统一数据描述模型确定种类繁多的数据信息之间存在的内在共同点，建立图层公共信息的统一描述。

图层公共信息：

其中标识属性、空间位置属性、时间属性以及符号属性，这几个属性的组合体现了数据对象在全维图形上的基本价值。

在统一数据描述模型中除了建立统一的图层公共信息描述以外，还借鉴可扩展标记语言的思想，建立了一个对象特征属性族描述方法，用来存放每类数据对象的具体属性项。该属性族由数据对象的类型确定，其可扩展的特性保证了每一类数据对象信息项的完整，同一类对象属性族项的数量和构成保持一致。特征属性族定义：

3.2 数据图层映射转换

采用根据数据库中字段的取值确定图层对象的动态映射机制，并提供多种方法来规范映射，提供了语义映射机制，通过将数据库字段与统一数据描述模型中的属性建立字段映射机制；采用数据库数据到图层对象的语义映射，提供量纲映射机制，通过规范数据库中数据到图层对象的取值处理标准，提供多种量纲转换机制，如经纬度的转换机制和时间格式转换机制等等；采用字段映射机制或条件映射机制来处理图层显示属性，如果显示属性采用字段映射机制进行配置处理，那么将使用配置字段的取值进行显示处理；如果显示属性采用条件映射机制进行配置，那么在进行显示处理时，将对这组字段的取值进行判断，符合某组合的取值，则用该组合的设置值进行显示，没有符合的条件组合就是用默认值进行显示。

4 结束语

本文的研究对象主要是针对数据库形态的数据资源，而文中提出的方法对其他形态的数据资源也同样适用，因此，后续的工作将以建立各种形态数据资源统一访问的软件系统为目标。

参考文献

[1]缪嘉嘉，邓苏，刘青宝.E T L综述计算机工程，2004（2）.

[2]沈镭.基于XML的异质多数据库集成系统的设计与实现[J].河南大学学报（自然科学版），2007（9）：530-532.

[3]吴姗姗，彭向阳.基于XML的通用数据库访问引擎的设计与实现[J].指挥信息系统与技术，2010（01）.

作者简介

张金登，（1979-），男，高级工程师，研究方向为指挥信息系统总体技术。

施晓东， （1976-），男，高级工程师，研究方向为指挥信息系统总体技术。

李晓杰， （1975-），男，工程师，研究方向为指挥信息系统总体技术。

作者单位

中国电子科技集团公司第28研究所 江苏省南京市 210007