多學(xué)科科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)方案比較研究

賈歡 李澤鋒 劉越男

摘? 要：科學(xué)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)是開展數(shù)據(jù)描述組織、加工、出版、利用與服務(wù)的重要基礎(chǔ)，因而是科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲建設(shè)的核心環(huán)節(jié)之一。從多學(xué)科的角度，參考國際數(shù)據(jù)倉儲認(rèn)證機(jī)構(gòu)re3data，選取5種科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在概述各種元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分別對元數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息、元數(shù)據(jù)元素、元數(shù)據(jù)應(yīng)用舉例以及元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的映射四個方面進(jìn)行調(diào)查及比較分析，以期為我國的科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建及應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：科學(xué)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)倉儲;元數(shù)據(jù)

Abstract： The metadata of scientific data is an important basis for the organization， processing， publication， utilization and service of data description， so it is one of the core links in the construction of scientific data warehousing. Combined with re3data， an international data warehousing certification organization， this paper selects five metadata standards for scientific data repository from a multidisciplinary perspective. On the basis of summarizing various metadata standards， the basic information of metadata， metadata elements， metadata application examples and the mapping of metadata standards are investigated and compared respectively in order to provide reference for the construction and application of metadata standards for scientific data repository in my country.

Keywords： Scientific data; Data repository; Metadata

1 引言

科學(xué)數(shù)據(jù)（又稱科研數(shù)據(jù)），指在自然科學(xué)、工程技術(shù)科學(xué)等領(lǐng)域，通過基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、試驗(yàn)開發(fā)等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及通過觀測監(jiān)測、考察調(diào)查、檢驗(yàn)檢測等方式取得并用于科學(xué)研究活動的原始數(shù)據(jù)及其衍生數(shù)據(jù)。[1]科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲是為科學(xué)數(shù)據(jù)提供存儲空間，以促進(jìn)數(shù)據(jù)集開放訪問和利用的平臺。[2]元數(shù)據(jù)是科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲建設(shè)的核心環(huán)節(jié)之一，可用于描述科學(xué)數(shù)據(jù)的內(nèi)容及形式等特征，是對科學(xué)數(shù)據(jù)開展描述、組織、出版等工作的重要工具。[3]

隨著學(xué)科分化與融合的不斷加劇，交叉學(xué)科在科學(xué)突破和創(chuàng)新中的作用越來越凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，最近25年交叉研究獲得諾貝爾獎的比例已接近一半（49.07%）?？茖W(xué)數(shù)據(jù)是交叉科學(xué)研究的重要原材料，交叉學(xué)科涉及多個學(xué)科。因此，從多學(xué)科的視角研究科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲中的元數(shù)據(jù)方案，為我國相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)方案的制定提供借鑒至關(guān)重要。

2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外學(xué)者主要從科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲出發(fā)選擇元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和直接選取元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)兩方面進(jìn)行研究。

2.1 從科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲出發(fā)選擇元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。如Greenberg J等介紹了Dryad存儲庫的元數(shù)據(jù)最佳實(shí)踐[4];Prabhune A提出基于NoSQL數(shù)據(jù)庫的自適應(yīng)元數(shù)據(jù)管理框架MetaStore[5];Dietrich D描述DataStaR 的元數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注促進(jìn)元數(shù)據(jù)重用和根據(jù)多種標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建元數(shù)據(jù)的語義Web組件[6];Curdt C研究地球科學(xué)項(xiàng)目數(shù)據(jù)存儲庫中的元數(shù)據(jù)管理[7];Loffler F等研究生物多樣性研究中的數(shù)據(jù)集搜索問題，即數(shù)據(jù)存儲庫中的元數(shù)據(jù)是否反映了學(xué)術(shù)信息需求[8];Marc DT等評估健康科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲的元數(shù)據(jù)質(zhì)量[9];黃如花和邱春艷從元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇、元數(shù)據(jù)記錄的創(chuàng)建、元數(shù)據(jù)的收割以及元數(shù)據(jù)的復(fù)用等元數(shù)據(jù)生命周期的不同階段對Dryad科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲的元數(shù)據(jù)管理進(jìn)行分析[10];完顏鄧鄧選取DataCite、Harvard Datavers、3TU.Datacentrum等8個國外科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲，從元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇、元數(shù)據(jù)元素設(shè)置、元數(shù)據(jù)創(chuàng)建方式、元數(shù)據(jù)質(zhì)量控制4個方面調(diào)查分析國外科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲的元數(shù)據(jù)實(shí)踐[2];胡芳從功能目標(biāo)、元數(shù)據(jù)元素和元數(shù)據(jù)方案特點(diǎn)三個維度，分析四個國外典型的科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲（DataCite、GBIF、DataStaR和OTA）的元數(shù)據(jù)方案[11]。

2.2 直接選取元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。崔佳偉等對國外現(xiàn)有科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲相關(guān)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（選取3個通用的科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，分別為Dublin Core、DataCite和Dataverse科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以及3個生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，分別為DatA Tag Suite、W3C HCLS Dataset Description和Dryad）的內(nèi)容設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理與深入探究。[12]國本文從多學(xué)科的角度，調(diào)查分析科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方案。

3 科學(xué)數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)知識庫建設(shè)調(diào)查研究

3.1 調(diào)查對象。re3data由德國研究基金會（German Research Foundation，DFG）資助，于2012年秋季上線，截至2022年1月，已有2782個數(shù)據(jù)倉儲在re3data上注冊，是全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快和最“年輕”的國際數(shù)據(jù)倉儲認(rèn)證機(jī)構(gòu)，[13]本文搜集到包括Dublin Core、DataCite Metadata Schema、Data Documentation Initiative 等在內(nèi)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)共27種，如表1所示。結(jié)合英國數(shù)字化監(jiān)管中心（Digital Curation Centre，DCC）列舉的主要研究領(lǐng)域的科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選出以下5種元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（分別為綜合、社會與人文、自然科學(xué)）作為研究對象，如表2所示。[14，15]

3.2 科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)概述

3.2.1 Dublin Core。都柏林核心（Dubin Core）的第一屆研討會于1995年3月1日—1995年3月3日在美國俄亥俄州的Dublin召開。在都柏林核心元數(shù)據(jù)倡議的贊助下，都柏林核心于2009年2月作為ISO標(biāo)準(zhǔn)15836發(fā)布[16，17]DC包含15個元素，DC中的每個元素都是可選的、可重復(fù)的。

3.2.2 DataCite Metadata Schema。DataCite Metadata Schema是由國際聯(lián)盟The DataCite Consortium制定，此聯(lián)盟于2009年底成立，現(xiàn)在遍及全球，從歐洲和北美到亞洲和澳大利亞。DataCite的目的是提供與領(lǐng)域無關(guān)的服務(wù)，以使各學(xué)科的學(xué)者受益。[18]

3.2.3 DDI-Data Documentation Initiative。數(shù)據(jù)文檔倡議（DDI）是一個國際標(biāo)準(zhǔn)，用于描述社會、行為、經(jīng)濟(jì)和健康科學(xué)中的調(diào)查和其他觀察方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)[19]。

3.2.4 ISO19115。ISO19115元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)于2003年完成，由ISO技術(shù)委員會（Technical Committee）的地理信息/地球信息科學(xué)（Geographic information/Geomatics）專業(yè)委員會制定，在2010年被聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會（Federal Geographic Data Committee，GFDC）認(rèn)可。[20]ISO19115：2003的狀態(tài)為撤銷狀態(tài)，[21]已經(jīng)被修訂為ISO19115-1：2014，即Geographic information--Metadata--Part1：Fundamentals。ISO19115-1：2014適用于各類信息資源、信息交流中心活動的編目和數(shù)據(jù)集與服務(wù)的描述。[22]

3.2.5 EML-Ecological Metadata Language。生態(tài)元數(shù)據(jù)語言（EML）是專門為生態(tài)學(xué)科開發(fā)的元數(shù)據(jù)規(guī)范。版本EML2.1.1于2011年發(fā)布，是由社區(qū)維護(hù)的規(guī)范。EML定義了用于記錄研究數(shù)據(jù)的綜合詞匯表和可讀的XML標(biāo)記語法。[23]

3.3 科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比較分析。本文從元數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息、元數(shù)據(jù)元素、元數(shù)據(jù)應(yīng)用舉例以及元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的映射四個方面對科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。為了行文簡潔，下文以簡稱代替全稱，表2中的5種元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的簡稱分別DC、DataCite、DDI、ISO19115和EML。

3.3.1 基礎(chǔ)信息。元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)信息如表3所示。

發(fā)布國家為多國和美國，如DataCite成員來自10個國家的11個圖書館和研究機(jī)構(gòu)。[11]元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)需要不斷修訂，DataCite、DDI和ISO19115的修訂更為及時(shí)，分別為2021、2020和2019年。元數(shù)據(jù)的版本也在不斷更新，如DataCite，最新版本為4.4;EML，最新版本為2.2.0。

3.3.2 元數(shù)據(jù)元素。元數(shù)據(jù)元素的總數(shù)如表4所示。

綜合學(xué)科的元數(shù)據(jù)總數(shù)較少，如Dublin Core1有5個，DataCite Metadata Schema有20個。社會與人文、地球科學(xué)和生態(tài)學(xué)的元數(shù)據(jù)元素較為復(fù)雜，如DDI3.0包括12個元數(shù)據(jù)元素模塊。[24]

ISO19115包括13個元數(shù)據(jù)包，每個元數(shù)據(jù)包中又有眾多元素。在元數(shù)據(jù)級別方面，有的元數(shù)據(jù)無級別劃分，如DC;有的有級別劃分，如DataCite Metadata Schema，分為必選、推薦、可選三種，如表5所示。

3.3.3 元數(shù)據(jù)應(yīng)用舉例。表6為5種元數(shù)據(jù)在科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲中的應(yīng)用實(shí)踐舉例。有的科學(xué)數(shù)據(jù)倉儲不僅使用一種元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如Dublin Core和DataCite Metadata Schema兩種元數(shù)據(jù)在OpenAIRE倉儲中都有應(yīng)用。

（1）Dublin Core在UK ADS-UK Archeology Data Service中的應(yīng)用。其元數(shù)據(jù)分為3種類型，分別為項(xiàng)目級元數(shù)據(jù)、資源級元數(shù)據(jù)和文件級元數(shù)據(jù)。其中項(xiàng)目級元數(shù)據(jù)的常用格式是Dublin Core，其包含了許多描述性和資源發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)元素，提供整個項(xiàng)目的詳細(xì)概述，包括地理覆蓋范圍、時(shí)間日期、方法、紀(jì)念碑和證據(jù)類型。ADS的項(xiàng)目元數(shù)據(jù)、描述以及所對應(yīng)的DC元素如表7所示，[25]ADS項(xiàng)目元數(shù)據(jù)元素和DC元素相比，除了微小的差別，即用詞的不完全一致，如類似ADS項(xiàng)目的版權(quán)（Copyright）對應(yīng)DC的權(quán)限管理（rights）之外，所表述的內(nèi)涵一致

（2）DDI在ICPSR中的應(yīng)用。美國高校政治與社會研究聯(lián)盟（Inter-university Consortium for Political and Social Research，ICPSR）是1962年在美國密歇根大學(xué)社會研究所（Institute for Social Research，ISR）建立的高校科研數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)庫聯(lián)盟。[26]ICPSR是目前世界上最大的高校科研數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)庫聯(lián)盟，也是世界上最大的社會科學(xué)數(shù)據(jù)與定量研究方法教學(xué)資料儲存中心，擁有超過250000個社會和行為科學(xué)的數(shù)據(jù)檔案。

ICPSR嚴(yán)格執(zhí)行國際DDI元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。[27]ICPSR根據(jù)數(shù)據(jù)存儲者和其他來源提供的信息使用DDI創(chuàng)建研究級元數(shù)據(jù)記錄（study-level metadata），包括Version（版本）、Study Title（研究標(biāo)題）、Alternate Title（備用標(biāo)題）、Funding Agencies（資助機(jī)構(gòu)）、Geographic Coverage Areas（地理覆蓋范圍）、Collection Dates and Time Frames（收集日期和時(shí)間范圍）等在內(nèi)的31種元數(shù)據(jù)元素。[28]

（3）ISO19115在GRIIDC中的應(yīng)用。GRIIDC團(tuán)隊(duì)為墨西哥灣研究人員生成的科學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。GRIIDC數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為研究人員提供了多種工具來幫助其在項(xiàng)目的整個生命周期中管理數(shù)據(jù)，它提供ISO19115-2元數(shù)據(jù)編輯器。[29]

3.3.4 元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的映射。映射是實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)互操作的主要方法。映射適合于在元數(shù)據(jù)記錄被創(chuàng)造出來之前，在項(xiàng)目創(chuàng)建的初始階段應(yīng)用，是對現(xiàn)有元數(shù)據(jù)的派生和修改，也可從根本上提高互操作的范圍。[30]映射的實(shí)質(zhì)是為一種元數(shù)據(jù)格式的元素和修飾詞在另一種元數(shù)據(jù)格式里找到相同功能或含義的元素和修飾詞。[31]

已與6種元數(shù)據(jù)建立映射的元數(shù)據(jù)如表8所示，其中綜合學(xué)科（DC和DataCite）和社會與人文學(xué)科（DDI）之間元數(shù)據(jù)關(guān)系更加密切，如DC和DataCite、DC和DDI、DataCite和DDI之間互相建立了映射關(guān)系，ISO19115分別與同為地球科學(xué)領(lǐng)域的兩個元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（FGDC/CSDGM和DIF）建立了映射。

4 結(jié)論與啟示

研究發(fā)現(xiàn)，相比綜合學(xué)科，社會與人文、地球科學(xué)和生態(tài)學(xué)的元數(shù)據(jù)元素較為復(fù)雜，部分元數(shù)據(jù)有級別上的劃分，應(yīng)用實(shí)踐廣泛，綜合學(xué)科和社會與人文學(xué)科之間元數(shù)據(jù)關(guān)系更加密切，互相建立映射關(guān)系。研究得出兩點(diǎn)啟示：一是交叉學(xué)科背景下多學(xué)科科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)互操作性有待加強(qiáng)。2020年國家自然科學(xué)基金委員會增設(shè)交叉科學(xué)部，2021年初國務(wù)院學(xué)位委員會、教育部增設(shè)“交叉學(xué)科”門類。應(yīng)加強(qiáng)綜合學(xué)科、社會科學(xué)和自然科學(xué)之間科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的互操作性;二是注重元數(shù)據(jù)語義互操作方法的多樣化。為增強(qiáng)元數(shù)據(jù)之間的互操作性，可選擇通用性強(qiáng)的元數(shù)據(jù)如DC，將其作為中間格式，實(shí)現(xiàn)其他元數(shù)據(jù)到它的映射。除了映射之外，語義互操作方法還包括應(yīng)用規(guī)范、元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)等，應(yīng)注重元數(shù)據(jù)語義互操作方法的多樣化。

*基金項(xiàng)目：本文系2021年度教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目“多領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)互操作方法研究”（項(xiàng)目號：21YJC870005）的研究成果之一。

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（作者單位：賈歡、李澤鋒，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院;劉越男，中國人民大學(xué) 來稿日期：2022-04-20）