Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах

Вид материала

Книга

Содержание Глава 10 инфраструктуры пространственных данных Темы Геодезическая основа Наборы данных Тематическая группа Стандартизация пространственных данных. System9 arc/info

Подобный материал:

• Должностная инструкция менеджера по персоналу 00. 00. 0000, 61.54kb.
• Наименование реализуемых программ, 40.13kb.
• Учебное пособие практикум по конкурентным стратегиям, слияниям и поглощениям Кафедра, 1849.76kb.
• Утверждено ученым советом дгу 26 января 2012 г., протокол, 78.34kb.
• Программа вступительных испытаний по литературе на экзамене по литературе поступающий, 270.11kb.
• Апк агропромышленный комплекс; впо высшее профессиональное образование; гоу государственное, 760.98kb.
• Высшее экономическое образование за 3 года 4 месяца для лиц, имеющих среднее и высшее, 28.87kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами делопроизводства, 140.91kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами арм, 121.8kb.
• «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», 30.45kb.

ГЛАВА 10 ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

Базовые наборы данных. Расширение сферы использования ГИС и интегрированных с ними технологий обусловливает огромное разнообразие выполняемых на их основе геоинформационных проектов разного территориального охвата, предметной специа­лизации и проблемной ориентации. К принципиально новому классу проектов, начало разработки которых относится к сере­дине 90-х годов, принадлежат программы и проекты создания национальных и международных региональных инфраструктур пространственных данных (ИПД). Главный мотив создания ИПД — свобода и легкость доступа к информации со стороны госу­дарственных и коммерческих организаций и простых граждан, удобство информационного взаимодействия держателей и потре­бителей данных, устранение ведомственных информационных ба­рьеров, дублирование сбора пространственных данных, их эф­фективное использование.

Сложность реализации и масштабность подобных проектов, требующих мобилизации немалых финансовых, организационных и интеллектуальных средств для решения комплекса задач, свя­занных с инфраструктурным обеспечением использования нацио­нальных и межнациональных информационных (и геоинформа­ционных) ресурсов, позволяют утверждать, что их разработка от­носится к приоритетным направлениям развития мировой геоин­формационной индустрии на ближайшие 5 — 10 лет.

Предпосылки действительной тотальной интеграции техно­логий и информационных ресурсов на региональном, националь­ном и глобальном уровнях в форме ИПД были подготовлены к середине 90-х годов развитием сети Интернет. Начало работ над ними традиционно связывают с инициативой США по разра­ботке национальной ИПД NSDI в соответствии с Указом прези­дента США Клинтона № 12906 от 13 апреля 1994 г. «Координа­ция сбора и обеспечение доступа к географическим данным: Национальная инфраструктура пространственных данных», в котором, среди прочего, утверждается, что «...географическая информация крайне необходима для содействия экономическо­му развитию, для совершенствования управления природными ресурсами и защиты окружающей среды. Новые технологии по­зволяют усовершенствовать механизмы сбора, распространения, использования и картографического отображения географиче-

156

ских (или геопространственных) данных... Под «национальной инфраструктурой пространственных данных» понимаются тех­нология, политика, стандарты и трудовые ресурсы, необходи­мые для сбора, обработки, хранения, распространения и совер­шенствования использования пространственных данных...» [W.J.Clinton, 1994]. Вслед за США аналогичные проекты были предложены рядом национальных и международных организа­ций, среди них — Глобальная ИПД GSDI, Канадская ИПД CGDI, ИПД Австралии и Новой Зеландии ASDI, Азиатско-Ти­хоокеанская ИПД APSDI, европейские национальные инициа­тивы в рамках паневропейской программы EUROGI.

Многолетняя практика разработок концептуальных основ и реализации национальных ИПД позволила выделить в их составе три инвариантные составляющие:

• базовая пространственная информация',
  
• стандартизация пространственных данных,
  
• базы метаданных и механизм обмена данными.
  

Кроме того, проекты некоторых национальных ИПД содержат четвертый компонент — институциональную основу. Это инсти­туции, органы, механизмы координации, службы, обеспечиваю­щие ее проектирование и реализацию. Этот компонент факульта­тивен и включается в состав ИПД при отсутствии предпосылок и механизмов развертывания работ над ней.

Рассмотрим необходимые компоненты ИПД, проиллюстриро­вав особенности их реализации на конкретных региональных при­мерах в заключительной части всего раздела.

Под базовой пространственной информацией или базовыми наборами данных (БНДУ в национальных ИПД принято пони­мать набор «базовых», «основных», наиболее необходимых сло­ев или групп слоев ГИС. соответствующий по своему содержа-нию цифровой карте-основе. К числу таких слоев принято относить геодезическую основу, рельеф, гидрографическую и транспортную сеть, административные границы. В зависимости от конкретных национальных условий и стратегии создания на­циональных ИПД этот перечень может дополняться другими эле­ментами, которыми могут быть цифровые ортоизображения, населенные пункты, землепользование и т.д. Состав базовой информации определяется, с одной стороны, исходя из потреб­ностей в ней потенциальных пользователей — государственных, коммерческих организаций и частных граждан и, с другой сто­роны, сообразуясь с наличием готовых наборов цифровых дан­ных. Предполагается, что большинство элементов БНД может быть сгенерировано из уже существующих цифровых данных.

¹ Предложены различные их наименования в оригинале: «framework», «fundamental data», «core datasets», «fundamental datasets».

157

Некоторые из его элементов могут не иметь самостоятельного значения, например национальная база данных уличных адресов физических и юридических лиц, которая предназначена лишь для создания производных БД путем адресной привязки крупных на­боров тематических данных (например, результатов переписей населения).

Для национального базового набора должен быть определен уровень пространственного разрешения (например, в терминах масштаба соответствующей цифровой карты-основы), который, в свою очередь, определит позиционную точность базовых дан­ных. Атрибутика элементов базового набора должна быть мини­мальной.

Каждый его элемент должен покрывать территорию без пробе­лов. Должен существовать механизм ее перманентного обновления.

Задача создания БНД возлагается обычно на специально со­зданный комитет ведущих ведомств, которые выполняют эту ра­боту собственными силами или с привлечением коммерческих организаций и их объединений.

Среди его элементов могут быть назначены приоритеты, что отражается в календарных планах работ, устанавливающих их этап-ность.

Как и для прочих данных национальной ИПД, для базовой информации устанавливается ее строгое соответствие стандартам (стандартизованным моделям данных, стандартам точности и ка­чества, стандартам на метаописание данных и т.п.).

Базовая информация должна быть общедоступна. Различные национальные ИПД могут придерживаться разной ценовой поли­тики, тем не менее общее правило ее формирования основано на том, что базовая информация должна распространяться по впол­не общедоступным ценам, если не представляется возможным сделать ее бесплатной. Изъятия из общих правил могут касаться особых категорий данных или пользователей: некоторые наборы могут объявляться бесплатными, для некоммерческих организа­ций и учебных заведений могут существовать скидки от базовых цен и т. п.

Таковы общие принципы организации национальной базовой информации. Проиллюстрируем их примером создания базовых наборов данных в программе австрало-новозеландской ИПД ASDI.

В процессе длительного обсуждения стратегии формирования ASDI взгляд на суть и состав ее базовой информации менялся. Предполагалось, что в ее состав войдет геодезическая основа, цифровые ортоизображения, гидрографическая сеть, админист­ративные границы и кадастровая информация. В ходе дискуссий определилось и наименование этой составляющей ASDI как «ба­зового набора данных» (fundamental datasets) взамен параллельно или ранее употреблявшихся терминов «framework» (прямая ана-

158

логия с американской NSDI) или «core datasets». По результатам дискуссий внутри БНД определен дополнительно базовый подна-бор наиболее употребимых данных (по версии одной из двух орга­низаций, координирующих создание ASDI, а именно Федераль­ного комитета по пространственным данным CSDC, за которым сохранено наименование «framework») в составе¹:

Тематическая группа

Геодезическая основа

Рельеф Гидрографическая сеть

Элементы

Геодезические параметры и референцные

системы

Цифровая модель рельефа

Природные и искусственные водотоки и водные объекты, границы водосборов, береговая линия


¹ Fundamental Datasets. A CSDC discussion paper, asdi/fddisc.php.

— g.gov.au/

Автомобильные и железные дороги, морские и авиапорты

Крупные населенные пункты

Официально принятые наименования географических объектов

Естественная растительность, лесные и сельскохозяйственные насаждения

Природные катастрофы Зоны возможных землетрясений,

наводнений, проявлений вулканизма и опасных климатических процессов

Государственные границы и границы внутреннего административно-территориального деления, границы исключительных экономических зон акваторий

Распределение населения, сельского хозяйства, объектов обрабатывающей промышленности и особо охраняемых территорий

Стандартизация пространственных данных. Сбор и обмен про­странственными данными в национальном (и тем более в меж­национальном и глобальном) масштабе требуют развитой и все­объемлющей системы стандартов. Объектом стандартизации служат все составляющие геоинформационных технологий: мо­дели пространственных данных, форматы их представления, ка­чество данных. Система должна быть иерархичной, основанной на стандартных общепринятых спецификациях в области компью­терных технологий, и включать базовые стандарты, специфика­ции моделей данных (растровой, векторной и т.п.) и данных по отдельным предметным областям пространственно-информаци­онного моделирования. Они различаются также по назначению, форме и статусу. Наряду с государственными и отраслевыми стан­дартами, широкое распространение получили корпоративные промышленные стандарты, в том числе разрабатываемые част­ными фирмами и консорциумами производителей геоинформа­ционных товаров и услуг.

Любой из стандартов должен строиться как часть некоторой бо­лее общей системы, он должен быть тщательно согласован с ины­ми стандартами и их системами, к его разработке должен быть при­влечен широкий круг специалистов, процедура разработки должна быть многоэтапна, открыта, «прозрачна» и контролируема. Даль­нейшее развитие стандарта, его жизнеобеспечение и использова­ние должно поддерживаться заранее созданной инфраструктурой.

Главные тенденции в деле стандартизации пространственных дан­ных на национальном уровне и в рамках паневропейских и глобаль-

160

ных международных инициатив могут быть проиллюстрированы при­мерами деятельности Федерального комитета по географическим данным США FGDC, стандартами Европейского комитета по стан­дартизации CEN, стандартами ISO (MOC) и консорциума OGC.

Федеральный комитет по географическим данным США FGDC является межведомственной организацией, представляющей фе­деральные службы, связанные со сбором и обработкой простран­ственных данных, и крупных производителей программных средств ГИС, на которую возложены функции координатора работ над ИПД США NSDI. Уже в 1997 г. в его активе значилось 26 стандар­тов на цифровые пространственные данные, 4 из которых были полностью готовы (стандарт на метаданные CSDGM, стандарт обмена пространственными данными SDTS, стандарт на кадаст­ровые данные и классификация переувлажненных местообитаний и водных ландшафтов), 7 находились в стадии завершения их об­суждения и подготовки к утверждению (3 из них утверждены к весне 1998 г.), 9 — в стадии проекта (в той или иной версии), 6 — в виде предложений. По данным на февраль 1999 г., общее число стандартов, разрабатываемых силами 15 рабочих групп и подко­митетов, возросло до 32 (из них 9 стандартов были утверждены). К утвержденным ранее стандартам добавились: расширения («про­фили») SDTS и CSDGM, стандарты на цифровые ортоизображс-ния, позиционную точность, классификаторы почв и раститель­ности и др. На начало декабря 1999 г. число утвержденных стандартов достигло 16, а к октябрю 2002 г. — 19. Всего к этому времени в активе FGDC значилось 37 стандартов.

Разработка стандартов FGDC — многоэтапный процесс. Он со­стоит из пяти стадий, каждая из которых включает по меньшей мере один этап. Первая стадия — заявка на разработку, ее оценка и рецензирование (этапы 1 и 2) — предваряет вторую стадию пилот-проекта, подготавливаемого одним из подкомитетов или рабочих групп FGDC для инициации его дальнейшей разработки (этап 3). Цель третьей стадии — подготовка рабочего текста проек­та к внутреннему и внешнему рецензированию рабочей группой разработчиков (этапы 4 и 5). Стадия рецензирования включает 5 этапов (6—11): согласно регламенту, организуется его публика­ция, публичное обсуждение, тестирование, обобщение всех по­правок и комментариев, подготовка к утверждению на пятой, финальной, стадии разработки (этап 12).

Одним из самых ранних стандартов FGDC был стандарт (спецификация) SDTS (Spatial Data Transfer Standard (Specification)). В 2002 г. исполняется 10 лет с момента его утверждения. Стандарт основан на идее нейтрального формата, который служит посред­ником при конвертировании данных из формата одного программ­ного средства ГИС в формат другого (рис. 40). Многообразие фор­матов пространственных данных и проблема межформатной

6 Тнкунов. кн. 2. 161


AVTOCAD

SYSTEM9

ULTIMAP

ARC/INFO jiGER

MOSS

INTERGRAF


ETAK


SPANS


EPPL7

GRASS


AVTOCAD

ULTIMAP _INTERGRAF

MOSS

DLG

002.5) содержит растровый профиль стандарта и расширение BIIF (Basic Image Interchange Format), т.е. базовый формат обмена изоб­ражениями, который дополняет прикладные возможности обме­на растровыми данными в SDTS, заложенные в формате BIIF ISO/ 1ЕСи спецификации GeoTIFF(версии 1.0). Профиль, специфици­рующий содержание цифровых карт: SDTS Part 7: Computer-Aided Design and Drafting (CADD) Profile — стандартизует специальные типы данных, относящиеся к картографической графике. Такое расширение стандарта нацелено на обмен цифровыми картогра­фическими данными, в нашей терминологии — цифровыми кар­тами, созданными программными средствами типа ГИС и САПР, для чего требуется ввести новые, отличные от базового стандарта типы данных, относящиеся исключительно к цифровой графике, включая векторные графические изображения (например, картог­рафические знаки), примитивы типа прямоугольника, круга или отрезка кривой, тексты с характеристиками начертания и разме­ра шрифтов, цвета, заливки. Версия стандарта от апреля 1998 г. содержала 326 пронумерованных (для удобства его обсуждения) элементов (строк текста, таблиц) и приложение с примером транс­ляции типов данных SDTS в аналогичные типы программных средств клонов AutoCAD и Intergraph. Таким образом, САПР-про­филь стандарта SDTS дополняет базовую версию теми элемента­ми, которые расширяют пространственные данные ГИС до циф­ровых карт или позволяют преобразовать первое во второе.

Идея использовать подобный SDTS нейтральный формат как основу национального стандарта обмена реализована, в частно­сти, в КНР. Принятый в 1999 г. «Национальный формат обмена геопространственными данными» CNSDTF (Chinese National Geo-Spatial Data Transfer Format) рассматривается как официальный стандарт (№ 17798-1999), по структуре вполне аналогичный SDTS [Wang, Gong, Huang, Deng, 1999]. Известно также, что одноимен­ный австрало-новозеландский стандарт AS/NZS 4270 представля­ет собой адаптированный американский стандарт SDTS.

Еще один тип стандартов FGDC — стандарт на метаданные CSDGM — будет рассмотрен в разделе о метаданных.

В Европе наиболее многообещающие инициативы в деле стан­дартизации связываются с Европейским комитетом по стандарти­зации CiTTV (Comite Europeen de Normalization), общеевропейским органом со штаб-квартирой в Брюсселе, осуществляющим разра­ботку и утверждение стандартов по функциям, аналогичным ISO. В состав комитета входят 18 европейских государств: Австрия, Бель­гия, Великобритания, Дания, Германия, Греция, Ирландия, Ис­ландия, Испания, Италия, Люксембург, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Швейцария и Швеция (Россия не является членом CEN). Стандартизацией пространственных данных занимается его Технический комитет по географической информации CEN/TC 278

163

«Geographic Information», работающий с 1992 г. Из готовых стан­дартов комитета, устанавливающих европейские нормы на пози­ционирующую часть пространственных данных, их качество, мета-описание, способы обмена, можно упомянуть:

Geographic Information, Reference Model, ENV 12009, August 1997;

Geographic Information, Data Description, Spatial schema, ENV 12160, August 1997;

Geographic Information, Data Description Quality, PrEN 12656, December 1996;

Geographic Information, Data Description Metadata, PrEN 12657, October 1997;

Geographic Information, Data Description Transfer, PrEN 12658, December 1996;

Geographic Information, Referencing, Geographic identifiers, PrEN 12761, December 1996;

Geographic Information, Referencing, Position, PrEN 12761, December 1996.

В своей деятельности комитет тесно связан с аналогичным ему по целям Комитетом по географической информации и геомати-ке ТС 211 «Geographic information/Geomatics» Международной организации по стандартизации ISO (MOC). Взаимоотношения между двумя ведущими службами стандартизации пространствен­ных данных регулируются так называемым Венским соглашением между CEN и ISO, предусматривающим, в частности, участие представителей обоих структур в параллельных работах. Цель со­трудничества — гармонизация национальных, европейских и меж­дународных стандартов, необходимость которой вполне очевидна. По состоянию на конец февраля 1999 г. в число постоянных чле­нов комитета входили организации из 30 стран (включая Госстан­дарт России), 11 организаций-наблюдателей, 3 члена-корреспон­дента. Пять рабочих групп координируют и выполняют работу над стандартами по 20 направлениям¹:

15046-1: Geographic information — Part 1: Reference model;

15046-2: Geographic information — Part 2: Overview;

15046-3: Geographic information — Part 3: Conceptual schema language;

15046-4: Geographic information — Part 4: Terminology;

15046-5: Geographic information — Part 5: Conformance and testing;

15046-6: Geographic information — Part 6: Profiles;

15046-7: Geographic information — Part 7: Spatial schema;

15046-8: Geographic information — Part 8: Temporal schema;

15046-9: Geographic information — Part 9: Rules for application schema;

¹ Для доступа к текстам стандартов на странице ТС 211 в Интернете — kart.no/isotc211 — требуется пароль, который можно узнать у национальных представителей в ISO.

164

15046-10: Geographic information — Part 10: Feature cataloguing methodology;

15046-11: Geographic information — Part 11: Spatial referencing by coordinates;

15046-12: Geographic information — Part 12: Spatial referencing by geographic identifiers;

15046-13: Geographic information — Part 13: Quality principles;

15046-14: Geographic information — Part 14: Quality evaluation procedures;

15046-15: Geographic information — Part 15: Metadata;

15046-16: Geographic information — Part 16: Positioning services;

15046-17: Geographic information — Part 17: Portrayal;

15046-18: Geographic information — Part 18: Encoding;

15046-19: Geographic information — Part 19: Services;

15854: Geographic information — Functional standards;

16569: Geographic information — Imagery and gridded data;

16822: Geographic information/Geomatics — Qualifications and Certification of Personnel.

Консорциум «открытых ГИС»: Open GIS Consortium, Inc. (OGQ создан в 1993 г. и является одним из ведущих разработчи­ков стандартов на пространственные данные в рамках подхода, известного под наименованием «открытых систем» (применительно к геоинформационным технологиям Open GIS), объединяя орга­низации-разработчики программного обеспечения и поставщи­ков данных. В отличие от национальных и международных органи­заций, упомянутых выше, консорциум не занимается подготовкой «официальных» стандартов. Главная его цель — создать техноло­гию, которая позволит разработчикам приложений использовать любые пространственные данные и функции обработки, доступ­ные в вычислительной среде или в сети внутри одного приложе­ния и потока данных. Этот подход реализован в спецификации OGIS (Open Geodata Interoperability Specification), устанавливаю­щей принципы прозрачного взаимодействия приложений при обработке пространственных данных. Список членов консорциу­ма, датированный 10 марта 1999 г., содержит 182 организации (российских в нем нет) со статусом основных, ассоциированных и технических его участников.

Работа консорциума сопровождается тесным взаимодействием с организациями-разработчиками стандартов, включая комитеты ISO/ ТС 211, ISO/TC 204 (информационные и управляющие системы на транспорте), ISO/IEC/JTC1/SC32/WG4 (группа, занимающаяся рас­ширениями стандарта SQL, в том числе расширением SQL/ MultiMedia, известным также как SQL/MM, с дополнительными возможностями включения пространственных объектов), CORBAgis (специальная группа по разработке подхода к использованию про­странственных данных в среде распределенных объектов в архитек-

165

туре CORBA и архитектуре управления объектами ОМА консорциу­ма OMG), консорциум W3C (World Wide Web Consortium).

Деятельность OGC и ее результаты исчерпывающе докумен­тированы в Интернет¹; здесь можно найти ценные объемистые документы, к примеру, онлайновый «путеводитель» OpenGIS Guide, спецификации OpenGIS Abstract Specification и OpenGIS Impementation Specification.