1.绪论
1.1.研究背景
GIS技术已经普遍应用于空间分析，多个行业出现了对地理空间数据的大量需求。现阶段关于GIS元数据的应用以及服务方面的技术研究对上述现象提供了帮助并且一定程度地基于研究技术成果实现了环境的搭建。公共核心元数据要素方面的协议将会有效促进相应软件工具的开发，这将有利于降低目前建立地理空间元数据目录的高昂成本。
元数据的采集是所有其他功能和服务的基础条件，用户通过检索进行所需数据的査询与调用。今天，网络技术的飞速发展，使得用户非常容易通过地理空间数据交换共享网站找到所需要的地理空间数据源。然而，为了准确的掌握GIS数据集或者相应层级数据的特点和作用，用户需要高效的检索工具（王方雄，2005)。地理数据或与地理位置相关的数据，对解决目前复杂的环境、经济和社会问题至关重要。在解决上述问题的过程中，应用GIS技术进行空间问题分析已成为一种非常普遍的现象，因此也出现了对海量数字地理数据的需求。为了满足这种需求，对地理空间特征进行描述的数据即元数据，必须是现势的且其质量是已知的（王卷乐，2005)。同时，地理空间数据特征的描述性数据必须能被容易地访问，也能以可以理解或预知的方式进行集成、概括与操纵。但是按照现在的研究成果，元数据尚不能满足以上所要求的功能和服务。如何应用元数据与如何提供地理空间数据目录两方面的技术发展，将有助于创造满足目前对于地理数据需求的环境（王娟，2010)。
目前，技术上提供了地理空间数据传输与处理更为有效快捷的方法手段，数据的生产者和用户对地理空间数据交换与共享的潜在价值的认识也逐渐清晰。对试图分享正在采集的地理空间数据并希望通过它增加其收益的组织而言们充分利用现有地理空间数据的潜力是很重要的。元数据作为一种描述性数据，能够提供全面的对象数据的信息，包括数据性征、历史记录等内容（邬伦，2001)。
目前关于元数据标准的研究较多，出现了一些行业基本标准以及特定领域的专用标准。水利行业信息化建设步伐加快，其中水土保持行业具有应用范围广、业务信息量大等特点，需要自己的一套标准体系来支撑该行业的数据管理和应用（王建武，2004)。
1.2.元数据概述
元数据是对空间数据内容及相关信息的表述，涵盖了数据源的相关人员信息、数据内容、参考信息、以及所能涉及到的数据特性等（CH/T 1007-2001)。这些数据项可以是报告、书籍、地图、照片或者数据集，每个数据项的元数据可能有一些公共项，每个数据项都有其特殊的描述性内容，例如书籍有独特的ISBN号，地图有比例尺，照片有曝光量参数，数字数据集有格式描述，等等。
元数据规范（用于描述所考虑数据项描述性内容的列表集合）制定者所面临的困难不仅仅是元数据规范所覆盖的描述项集合的分类，并且涵盖了数据集合中的内容描述方法，另外还要根据元数据具体的用途来选择元数据项。此外元数据还必须包括对所采用的其他描述系统的说明。已有的标准均对标准制定过程、标准模式、层级结构、格式等方面进行了约束或提出规范要求。这不但对标准制定的体例规范和过程控制具有总体上的的指导作用，也体现出了标准制定的共同需求。但由于约束范围比较宽泛，很难形成清晰且可量化的标准，并且在过程中通过文档形式来控制实施进度，容易产生不必要的工作量以及关于文档的过多问题，因此不能体现出元数据的核心作用。
2.水土保持元数据需求
2.1.必要性
GIS数据的提供者应该而且非常有必要对大量的空间数据进行有效管理和维护，并且保证受外界因素变化的影响达到最低。用户在查询自己需要的数据时，由于缺乏方便快捷的途径，无法确定数据位置，同时也不能获得数据生产日期信息、数据范围以及精度或比例尺大小等方面的信息。因此，根据数据生产者提供的数据而创建的数据集能否满足其特定行业的要求也无从判断。
基于以上原因，实现共享GIS数据和GIS的应用受到了很大的阻碍，而地理空间元数据正是在这一背景下得到了较快的发展。地理空间元数据在伴随着GIS、计算机网络技术等方面的发展，已经从简单的GIS数据描述以及索引扩展到数据发现、管理、交换、目录服务等方面不可或缺的工具。在图层数据的坐标转换、不同数据间的数据转换等数据处理时，地理空间数据元记录的信息可以提升数据集成的准确性以及效率（祝玉华，2009)。数据组织，数据的管理者掌握了 GIS元数据比较核心的目录服务和索引功能后，就能实现通过最少的信息对海量的GIS数据进行高效的管理。数据维护，数据提供者或者数据生产单位在庞大的数据进行管理时，往往会不可避免一些问题，像对专业维护人员的依赖性等方面。然而地理空间元数据的建立很好的应对了这一问题，同时数据的所有权属十分明确，避免了不必要的纷争。
GIS元数据针对GIS的特性，如空间范围、参照系、坐标以及属性信息等能够支持数据分析这一原本需要利用空间数据的功能；同时GIS元数据提供浏览进而查错，并且在系统程序生成过程中提供帮助。元数据对涉及大量空间数据的行业作用如此重要，水土保持行业也不例外，水土保持行业的信息化进程已经取得了较大的进展，不同业务均产生了大量的数据，包括基础空间数据、各种专题数据等，其中多年连续性数据的持续积累应用占据越来越重要的地位。正是由于数据的持续积累应用，需要对数据的高效管理和快速查询，高效管理的前提是有效的数据分类分级，快速査询的提前是建立不同类别不同层级数据的元数据。
3. 水土保持元数据标准研究...................................... 24-44
3.1. 制定原则 ......................................24-41
3.1.1. 制定方法...................................... 24-31
3.1.2. 标准体系制定...................................... 31-41
3.2. 水土保持元数据应用解析...................................... 41-44
3.2.1. 大数据集元数据...................................... 42
3.2.2. 数据集元数据 ......................................42-43
3.2.3. 要素类型(对象集)元数据 ......................................43-44
4. 元数据生成技术研究...................................... 44-53
4.1. 自动生成技术 ......................................44-47
4.2. 元数据产生过程 ......................................47-49
4.3. 数据分类提取...................................... 49-50
4.4. 元数据存储模型......................................50-51
4.5. 元数据编辑工具设计...................................... 51-53
5. 总结与展望 ......................................53-55
5.1. 全文总结...................................... 53-54
5.2. 研究展望 ......................................54-55
结论
作为GIS关键技术之一，元数据技术在GIS行业整个应用环节中正逐步体现出至关重要的价值，国内外关于地理空间元数据技术的研究日益增多，并且取得了一定的进展，从元数据标准的制定到共享平台的元数据应用都有了大量的研究成果。
本文通过大量的国内外文献的研究，学习并分析总结了地理空间元数据的特点和应用范围，了解了元数据的研究现状和研究重点，总体内容如下-
(1)分析了元数据标准的特性，通过对比已有典型标准ISO 19115、 FGDC以及国内的《地理信息元数据》，掌握元数据标准的内容以及特定行业标准和通用标准之间的关系，以《水利信息核心元数据》为原型，结合水土保持行业数据特点和已有制定方法，完成了水土保持元数据标准的制定需求分析，提出了面向对象思想的水土保持元数据标准制定的思路和方法，将软件工程的"对象"思想在元数据标准中体现，并且应用于水土保持元数据的制定工作当中，最终形成了《水土保持元数据标准》初稿，初步验证了方法的可行性和科学性。
(2)通过分析过去元数据标准的应用大多不具体到业务应用上面，或者在应用过程中并不全面地体现标准的行业应用价值，而元数据模式的层面研究比较多，本文在水土保持元数据标准制定完成的基础上进行了水土保持业务元数据的应用表达，通过不同层级数据的元数据表达，介绍了不同层级元数据的应用价值，从用户角度分析了各层级元数据所能起到的作用，具有一定的行业应用价值。提出了建立要素类型(对象集）元数据甚至对象元数据的建立，这给需要数据集中特定类型数据详细信息的用户来说带来了极大的便利，用户不需要拿到数据即可通过（外部）检索便掌握数据的详细信息。
(3)元数据自动生成机制的研究。本文基于水土保持元数据标准进行了针对水土保持行业数据特点的元数据自动生成机制研究，提出了数据存储策略，即不同的数据层级建立不同的元数据库，元数据库通过映射关系和系统数据库建立联系。并在标准中已有实体集分类的基础上设计了不同类型数据的元数据自动提取或自动解析生成元数据，将元数据自动生成和非自动生成结合进行元数据的编辑的思想体现出来。
(4)本文提出不同层级元数据的精度可适当变化，即"中间精，两头粗"的思想，即数据集元数据粒度较细，而对象集、对象、和数据及系列元数据粒度较粗。中间层数据集元数据的应用比较广泛，所以大多管理工具集中对数据集元数据的制作与管理应用的投入。造成上述现象的另一个原因是考虑到运行维护的管理成本问题。本文在了解用户对不同数据层级元数据的的需求不尽相同、各有所需，提出了尽量控制投入的基础上分层建立元数据。