地质灾害数据集成关键技术研究
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摘要
中国地质条件复杂、地质环境脆弱，频发的地质灾害呈现出种类多、面积广、规模大、频率高等特点，严重威胁着人民生命财产安全及地区经济发展。针对大范围的地质灾害分布区，地质灾害预报预警是主要的防灾减灾手段。这类系统是数据密集型系统，需要大量的静态空间数据和动态的陆基-天基监测数据，数据类型多、来源复杂、格式差异大，需要经过一系列的格式转换、信息提取、数据集成等处理过程，才能满足系统的运算要求。数据获取和处理的代价是非常高昂的，然而，由于缺乏数据集成标准和数据服务方法，这些耗费了大量人力、物力的宝贵资源却不能共享。
本文通过对地质灾害数据集成相关技术和方法的研究，设计了地质灾害数据集成系统，使地质灾害数据仓库的建立更简单、快捷，最后，探讨了基于代理的用户数据视图的数据共享机制，为地质灾害数据的安全与共享提供支持。
论文的主要研究内容和取得的主要成果如下：
（1）在基础理论与技术方面，提出了安全数据字典的概念，阐述了安全数据字典的意义、形式和实现算法；应用GML作为空间数据集成的中间数据交换格式，实现基于不同数据模型的空间数据的相互转换；为了使数据及数据之间的关系定义更具抽象性和普遍意义，设计了基于XML的地质灾害数据集成语言（GDIML，Geohazard Data Integration Markup Language），用于定义数据源、目标数据、语义转换、集成调度控制、以及数据源检测等数据集成的相关描述。
（2）在集成方法方面采用数据仓库技术，用GDIML标记语言和安全数据字典设置数据源、目标数据仓库，以及数据源与目标数据仓库之间的映射关系，实现数据提取(Extract)、数据转换（Transition）、数据加载（Load）功能。同时详细分析了空间数据、非空间数据、气象降水数据、现场监测数据的集成方法和算法设计。
（3）从系统需求分析、系统总体设计、功能模块划分及信息详细设计等方面完成了地质灾害数据集成系统设计。并详细分析了地质灾害典型因子（实况降水量、预报降水量、降水强度、流域识别及特征参数）的提取原理及算法。
（4）在地质灾害数据共享方面，针对传统数据库视图无法约束文件系统的共享安全问题，提出了基于代理的用户数据视图技术，实现了包含结构化数据（数据库数据）和非结构化数据（文件系统数据）的复杂数据的安全共享。
The geological condition and environment in China is complex andfragile, and the disasters here are various, highly frequent and large-scale,which have threatened the safety of people’s lives, property as well as theregional economic development. In regions where geohazards are widelydistributed, the Disaster Forecasting and Early Warning Systems becomethe most important way to be used. Those are data-intensive systems,which require a lot of static spatial data and dynamic land-based&space-based monitoring data. Considering the complex types andresources of data as well as its large differences in format, there must be alot of format conversion, information extraction, and data integrationbefore it meets the operational requirements of the system. It costs a lot ofhuman and material resources, however, due to the lack of dataintegration standards and data service method, these valuable resourcescannot be shared.
In this paper, the author did research on skills and methods of the geohazard data integration and designed a general geological disaster dataintegration system, which makes the establishment of geological disastersin the data warehouse more convenient and more efficient. Besides, theauthor also discussed the data sharing mechanism based on the user'sview of the data, which could help secure and share data.The mainresearch content and the main results achieved are as follows:
(1) In terms of basic theory and technical aspects, the concept ofSafety Data Dictionary was firstly brought in. Then its significance, formand algorithm were elaborated. The author used GML as the intermediatedata storage format for the spatial data integration, to realize the mutualconversion of the geospatial data for different models. In order to makethe data and the relationship among all kinds more abstract and universal,this article, based on XML, invented GDIML (Geohazard DataIntegration Markup Language) to define data source, target data, semanticconversion, the control of the integrated Scheduling, as well as datasource detection, etc.
(2) In the integrated approach aspect, data warehouse technologywas applied. The author used GDIML markup language and SecurityData Dictionary to set the data source, target data warehouse and theirmapping relation to realize the data extract, transition and load functions.Meanwhile the article had a detailed analysis of spatial data andnon-spatial data, meteorological precipitation data, on-site monitoring data integration method and algorithm design
(3) This paper completed the design of geological disasters in dataintegration system in terms of the system requirements analysis, systemdesign, functional modules and detailed design of information. What’smore, the article made a detailed analysis of geological disasters commonfactor (live precipitation forecast rainfall, rainfall intensity, watershedidentification and characteristic parameters) to extract the principles andprocedures algorithm.
(4) As the traditional database view cannot constrain the security offile sharing, this paper proposed a proxy-based user-level view of the datatechnology, and realized the complex data secure sharing which containsboth structured data (data of database) and unstructured data (data fromfile system).
本文通过对地质灾害数据集成相关技术和方法的研究，设计了地质灾害数据集成系统，使地质灾害数据仓库的建立更简单、快捷，最后，探讨了基于代理的用户数据视图的数据共享机制，为地质灾害数据的安全与共享提供支持。
论文的主要研究内容和取得的主要成果如下：
（1）在基础理论与技术方面，提出了安全数据字典的概念，阐述了安全数据字典的意义、形式和实现算法；应用GML作为空间数据集成的中间数据交换格式，实现基于不同数据模型的空间数据的相互转换；为了使数据及数据之间的关系定义更具抽象性和普遍意义，设计了基于XML的地质灾害数据集成语言（GDIML，Geohazard Data Integration Markup Language），用于定义数据源、目标数据、语义转换、集成调度控制、以及数据源检测等数据集成的相关描述。
（2）在集成方法方面采用数据仓库技术，用GDIML标记语言和安全数据字典设置数据源、目标数据仓库，以及数据源与目标数据仓库之间的映射关系，实现数据提取(Extract)、数据转换（Transition）、数据加载（Load）功能。同时详细分析了空间数据、非空间数据、气象降水数据、现场监测数据的集成方法和算法设计。
（3）从系统需求分析、系统总体设计、功能模块划分及信息详细设计等方面完成了地质灾害数据集成系统设计。并详细分析了地质灾害典型因子（实况降水量、预报降水量、降水强度、流域识别及特征参数）的提取原理及算法。
（4）在地质灾害数据共享方面，针对传统数据库视图无法约束文件系统的共享安全问题，提出了基于代理的用户数据视图技术，实现了包含结构化数据（数据库数据）和非结构化数据（文件系统数据）的复杂数据的安全共享。
The geological condition and environment in China is complex andfragile, and the disasters here are various, highly frequent and large-scale,which have threatened the safety of people’s lives, property as well as theregional economic development. In regions where geohazards are widelydistributed, the Disaster Forecasting and Early Warning Systems becomethe most important way to be used. Those are data-intensive systems,which require a lot of static spatial data and dynamic land-based&space-based monitoring data. Considering the complex types andresources of data as well as its large differences in format, there must be alot of format conversion, information extraction, and data integrationbefore it meets the operational requirements of the system. It costs a lot ofhuman and material resources, however, due to the lack of dataintegration standards and data service method, these valuable resourcescannot be shared.
In this paper, the author did research on skills and methods of the geohazard data integration and designed a general geological disaster dataintegration system, which makes the establishment of geological disastersin the data warehouse more convenient and more efficient. Besides, theauthor also discussed the data sharing mechanism based on the user'sview of the data, which could help secure and share data.The mainresearch content and the main results achieved are as follows:
(1) In terms of basic theory and technical aspects, the concept ofSafety Data Dictionary was firstly brought in. Then its significance, formand algorithm were elaborated. The author used GML as the intermediatedata storage format for the spatial data integration, to realize the mutualconversion of the geospatial data for different models. In order to makethe data and the relationship among all kinds more abstract and universal,this article, based on XML, invented GDIML (Geohazard DataIntegration Markup Language) to define data source, target data, semanticconversion, the control of the integrated Scheduling, as well as datasource detection, etc.
(2) In the integrated approach aspect, data warehouse technologywas applied. The author used GDIML markup language and SecurityData Dictionary to set the data source, target data warehouse and theirmapping relation to realize the data extract, transition and load functions.Meanwhile the article had a detailed analysis of spatial data andnon-spatial data, meteorological precipitation data, on-site monitoring data integration method and algorithm design
(3) This paper completed the design of geological disasters in dataintegration system in terms of the system requirements analysis, systemdesign, functional modules and detailed design of information. What’smore, the article made a detailed analysis of geological disasters commonfactor (live precipitation forecast rainfall, rainfall intensity, watershedidentification and characteristic parameters) to extract the principles andprocedures algorithm.
(4) As the traditional database view cannot constrain the security offile sharing, this paper proposed a proxy-based user-level view of the datatechnology, and realized the complex data secure sharing which containsboth structured data (data of database) and unstructured data (data fromfile system).
引文
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