Х. Мураками Пространственные данные: формирование ресурсов для многократного использования
GSDI CookBook Руководство по созданию Глобальной инфраструктуры пространственных данных
(главы из книги)
Набор БПД представляет собой основу, на базе которой организации могут формировать собственные БД, пополнять и обновлять их. Содержание данных в БД может расширяться, корректироваться и даже упрощаться с тем, чтобы соответствовать требованиям национальных или глобальных ИПД. Это очень важно с точки зрения обмена данными
Автор Х. Мураками
(Институт географической съемки Японии GSI, Федеральный комитет по географическим данным США FGDC)
Редактор К. Люзе(общеевропейский проект MEGRIN)
Перевод ГИС-Ассоциация
Научные консультанты: А.В. Кошкарев (ИГ РАН) и Е.Г. Капралов (ГИС-Ассоциация)
Организационные аспекты
На национальном уровне БПД часто определяются кругом пользователей и/или национальными классификаторами объектов их содержания и в разных национальных ИПД именуются базовыми, или фундаментальными пространственными данными.
В Австралийской ИПД ASDI, например, под фундаментальными данными понимается такой набор данных, который необходим правительственным агентствам, региональным социальным или промышленным группам для достижения собственных целей [2]. Другими словами, фундаментальные данные это подмножество БПД. Подобные понятия существуют и в других странах. Они, как правило, определяют объектовый состав наборов данных, представляющих интерес, как базовую информацию для ее использования в качестве основы для отображения информации тематической. Организации и компании, заинтересованные в работе с пространственными данными, которые будут совместимы с локальными, региональными, национальными и глобальными наборами данных, должны определить и в дальнейшем корректно применять данные в рамках географической области своей деятельности.
Наборы БПД это результат совместных усилий, направленных на создание общего источника основных пространственных данных. Они должны обеспечить поддержку их наиболее общих классов, а также предоставить удобную среду для создания и использования этих данных. Основные аспекты формирования наборов БПД:
четко определенные слои цифровых пространственных данных с требованиями к их содержанию;
процедуры, технология и инструкции, призванные обеспечивать интегрирование этих данных и совместный доступ к ним;
общепризнанные взаимоотношения и правила ведения бизнеса, направленные на стимулирование ведения и использования БД.
Набор БПД, таким образом, представляет собой основу, на базе которой организации могут формировать собственные БД, пополнять и обновлять их. Содержание данных в БД может расширяться, корректироваться и даже упрощаться с тем, чтобы соответствовать требованиям национальных или глобальных ИПД. Это очень важно с точки зрения обмена данными.
Создание наборов БПД
Тысячи организаций в мире ежегодно тратят миллиарды долларов на создание и использование пространственных данных. Тем не менее часто выясняется, что они так и не обладают информацией, необходимой для решения критически важных проблем. Эта ситуация имеет несколько аспектов:
многие организации нуждаются в большем объеме данных, что не могут себе позволить. Значительные суммы затрачиваются на сбор пространственных данных, в результате таким организациям не остается достаточных средств для решения прикладных задач и развития собственных БД;
некоторые организации не могут позволить себе собирать БПД. Кроме того, часто требуются данные на территории, выходящие за пределы их юрисдикции или районов деятельности. При этом такие организации не занимаются сами сбором этих данных непосредственно, это делают другие предприятия;
данные, собранные различными организациями, часто трудно совместимы или вовсе несовместимы. Они могут покрывать одну и ту же территорию, но при их создании с использованы разные геодезические основы и стандарты. Информация, которая нужна для достижения совместимости, часто отсутствует или недоступна;
многие организации, занимающиеся сбором данных для ГИС, вынуждены дублировать работы, проводимые другими предприятиями. Данные для одной и той же территории собирают снова и снова, на что затрачивают значительные средства. Такая ситуация не может длиться бесконечно.
Инициативы по созданию БПД как раз и направлены на то, чтобы решить перечисленные проблемы при создании условий для обмена данными с государственными и коммерческими поставщиками по разумным расценкам. Это одновременно стимулирует создание наборов БПД в единых форматах, а также делает данные доступными с помощью системы каталогов. Использование Web-картографирования и современных ГИС-технологий с многопользовательским доступом дает возможность визуализировать, анализировать и применять данные, независимо от вопросов, связанных с юрисдикцией, и от того, кем эти данные созданы. Это позволит организациям направлять больше ресурсов на разработку приложений, а не на дублирование выполненных другими работ по сбору информации.
Можно отметить, что имеется достаточно много ситуаций, в которых наборы БПД могут быть полезны. Например, при проектировании региональной транспортной сети станет возможным использовать данные фирм и организаций, работающих в районах проектируемой сети. Государственные службы смогут быстрее реагировать на стихийные бедствия при объединении для планирования операций по ликвидации их последствий всех имеющихся данных. Административные органы получат доступ к информации о водосборе за пределами собственной юрисдикции, что позволит им лучше управлять водными ресурсами. Контрольные органы смогут внимательнее следить за использованием общественных земель с помощью кадастровых данных.
Пользователи пространственных данных, работающие в различных отраслях, испытывают постоянную потребность в многократном применении нескольких слоев БПД. Хотя эти слои могут быть разными в зависимости от региона, имеются некоторые общие наборы: геодезические сети, ортофотопланы, рельеф, транспортные сети, национальные газеттиры, гидрография, границы административных единиц и кадастровая информация [3, 4]. Многие организации создают и используют такие данные в повседневной деятельности. Наборы БПД обеспечивают общность содержания и возможность обмена информацией.
Связывая собственную географическую информацию, которая может охватывать самые разные объекты и тематику, с БПД, пользователи получают возможность создавать приложения более легко и с гораздо меньшими расходами. Наборы БПД содержат основную информацию, которую можно использовать в приложениях. Иными словами, это основа, к которой пользователи могут добавлять новые объекты и атрибуты, источник данных для их географической привязки и создания собственных наборов данных, цифровых карт-основ для локализации, визуализации и анализа данных из других источников.
Национальные и глобальные наборы БПД находятся на стадиях постоянного развития и совершенствования, в которых участвуют многие поставщики информации, умножая национальные ресурсы пространственных данных. На практике модели содержания большинства слоев БПД могут быть достаточно простыми с тем, чтобы уменьшить их стоимость. Поставщики такого типа данных есть в США. Они получают бесплатную географическую информацию от государственных агентств и дополняют ее своими данными, например маркетинговыми или демографическими. В принципе БПД могут предоставляться бесплатно, но дополнительная географически привязанная информация может иметь исходно высокую цену, которая со временем будет снижаться, а по истечении определенного срока и вовсе становиться общедоступной. Таким образом, коммерческие поставщики данных получают преимущества от доступа к общей БПД и атрибутивной информации в составе данных других компаний; а потребители на более выгодных условиях приобретают необходимые сведения о геометрических характеристиках данных, описании объектов и базовых атрибутах, которые в принципе являются побочным продуктом более полных и хорошо атрибутированных наборов данных2.
Участники создания и развития наборов БПД
В создании и развитии БПД принимают участие:
поставщики и пользователи крупномасштабных данных, необходимых, например для коммунальных служб;
пользователи данных более мелкого масштаба на конкретные регионы;
поставщики данных, занимающиеся созданием баз детальных данных для продажи или предоставления услуг;
поставщики данных, специализирующиеся на данных мелких масштабов и ограниченного круга тематической информации на крупные регионы;
поставщики оборудования и программных продуктов и связанных с ними систем;
провайдеры услуг, связанных с настройкой систем и пользовательских БД, техническим сопровождением и консалтингом.
Некоммерческие и образовательные учреждения также занимаются созданием и использованием наборов пространственных данных и оказанием геоинформационных услуг, которые в полной мере удовлетворяют критериям качества данных в части их содержания, пространственного разрешения и пространственной полноты. В зависимости от рода деятельности конкретных организаций тип используемых ими данных может варьировать от информации высокого разрешения на небольшие участки (например, для нужд управления инженерными коммуникациями) до данных более низкого разрешения для региональных или национальных проектов исследования окружающей среды.
Многие организации объединяют усилия для формирования национальных и региональных БПД, координируют свои действия в области сбора данных и их дальнейшего развития в зависимости от общих интересов ГИС-сообщества. Представляется, однако, что рамки этого сообщества, если учитывать разнообразие состава его участников, должны быть более открытыми для наиболее полной реализации творческого сотрудничества, обмена опытом и информацией и т. п. Деятельность по формированию БПД должна непрерывно совершенствоваться усилиями всего ГИС-сообщества и с участием возможно более широкого круга организаций, работающих в самых различных отраслях. Для некоторых членов данного сообщества это может обеспечить получение данных, необходимых для создания новых ГИС-приложений, для других новые возможности продаж своих данных и предоставления геоинформационных услуг.
Некоторые организации смогут играть сразу несколько ролей в развитии БПД и в их использовании.
Процесс создания БПД может потребовать нескольких лет, но их компоненты совершенствуются непрерывно.
Аспекты реализации
Деятельность технического комитета Международной организации по стандартизации ИСО ISO TC 211 «Географическая информация/Геоматика» охватывает два связанных между собой направления: разработку единых технических требований для моделей картографического содержания и объектового состава структур БПД и других данных. Результатом этой работы стали стандарты ISO 19109 «Географическая информация Правила для схем применения» и ISO 19110 «Географическая информация Методология создания каталогов объектов». Однако даже при современном уровне развития глобальных информационных сетей доступ к географической информации, созданной другими организациями, фактически невозможен, за исключением тех случаев, когда имеются общепринятые соглашения относительно структур данных, известные также как требования к моделям картографического содержания и объектовому составу. Упомянутые выше стандарты ИСО обеспечивают нормативную базу для стандартизации описания таких пакетов информации, призванную обеспечить доступ к распределенной сети геоинформационных ресурсов. С помощью соответствующих методов кодировки, например языка GML3, соблюдение стандарта ISO 19136 для каталогов, содержащих метаданные, способно обеспечить получение компонент, необходимых для создания развитой и гибкой архитектуры баз данных.
Область применения стандарта ISO 19109 определена в этом документе следующим образом: « правила для определения логической структуры приложений, включая принципы классификации географических объектов и их связи с этой структурой». В принципе использование унифицированного языка моделирования (UML) в программных приложениях дает доступ к пространственным данным, включая БПД, и может быть приведено в соответствие стандарту так, чтобы улучшать совместное использование данных разными приложениями и даже обеспечивать взаимодействие между ними в режиме реального времени. Построение логической структуры приложений с применением языка GML позволяет формализовать наборы данных для обмена ими между поставщиками и пользователями пространственных данных.
Для того чтобы дать возможность программному обеспечению надежно работать с информацией об объектах картографирования, хранящейся в удаленных БД, необходимо прежде всего добиться общего толкования и понимания характера и состава этой информации. Стандарт ISO 19109 включает в себя руководящие принципы классификации географических (пространственных) объектов. Полезность любой информации существенно уменьшается, если неясен ее смысл или он толкуется по-разному специалистами различных прикладных дисциплин. Если разные классификации определены на основе единых правил, то и возможности для установления связи между ними без потери смыслового содержания будут значительно расширены. Такой процесс также известен как семантическая трансляция представления объекта в одной системе, например участка дороги или реки, в его представление в другой системе.
Эти правила должны учитываться пользователями ГИС при классификации пространственных объектов в рамках собственных приложений и при интерпретации пространственных данных, полученных из других приложений. Желательно также, чтобы этими правилами и принципами руководствовались и разработчики ГИС и программного обеспечения при проектировании средств создания и поддержки механизма классификации.
Очень близким по сути к стандарту ISO 19109 является стандарт ISO 19110, предлагающий методологию каталогизации объектов. Он определяет подход и рекомендуемые для поставщиков данных структуры, призванные обеспечить сохранение идентичности данных, их смысла и связи с объектами реального мира при использовании в интерактивных онлайновых системах. Таким образом, каталог объектов действует как словарь для типов объектов или их классов, которые могут использоваться в программах. Разработка единого международного и многоязычного каталога способна сыграть огромную роль.
Использование каталогов во всех приложениях или только для передачи данных из одного приложения в другое способно упростить задачу преобразования каталога одного приложения в каталог другого. Однако выполнимость такой операции далеко не очевидна и в настоящее время анализируется рабочей группой ISO TC 211. Выполнение этого анализа зависит от результатов разработки стандарта ISO 19109 и не может закончиться до его окончательного утверждения.
Публикация модели логической структуры приложений с каталогом объектов в универсальных наборах данных может создать базу для определения состава БПД глобального, регионального, национального и локального уровней. Хорошо разработанные логические структуры и каталоги объектов могут применяться и для существующих БПД-подобных наборов данных (с учетом мнения их создателей и пользователей) и преобразования их содержания для приведения в соответствие с требуемым составом.
В последние годы возникло несколько национальных проектов, нацеленных на формирование стандартизированного содержания данных и/или кодирования. В одном из них, швейцарском проекте
InterLIS, были успешно применены описанные выше подходы и принципы. Общие описания слоев данных при этом используются как технические требования, применяемые в зависимости от уровня организаций-участников проекта. В результате удалось добиться того, что программы, разработанные на основе этих требований для взаимодействия с моделью InterLIS, работают с наборами данных, полученных из различных источников и созданных разными организациями. Прикладная структура является масштабируемой, т. е. позволяет работать как с малыми наборами данных и ограниченными до минимума функциональными возможностями, так и с более комплексными наборами данных с применением всех функциональных возможностей [5].
Проект Master Map Ordance Servey (Великобритания) и разрабатываемый в США проект стандартов БПД предлагают абстрагированные логические структуры и используют язык GML для обеспечения обмена данными и создания приложений, соответствующих этим моделям.
Общие идентификаторы объектов реального мира
Во многих реализациях структур пространственных данных геометрическое представление одного объекта реального мира может быть различным. В ряде национальных проектов предложено использовать понятие общего или постоянного идентификатора картографического объекта, который призван устанавливать его связь с объектом реального мира таким образом, чтобы различные представления и атрибуты объекта на картах имели перекрестные ссылки. Наличие известных общих черт объектов, определяемых с помощью системы кодирования и признанных ГИС-сообществом, очень помогает в присвоении атрибутивной информации объектам реального мира, где такие атрибуты могут и не находиться постоянно в ГИС или в базе пространственных данных. Кроме того, различные формы представления объектов реального мира могут быть связаны с единым кодом, они обеспечивают представление объекта, который со временем может изменяться, либо иметь разные уровни пространственного разрешения в различных масштабах представления объектов в БД. Такой подход служит логической моделью для организации пространственной информации.
Управление унифицированной и перманентной идентификацией объектов ГИС-сообщество должно делегировать организациям, уполномоченным выполнять эту работу. В Канаде, например, предпринимаются попытки по созданию специального информационного слоя для типичных объектов, что может помочь интеграции по вертикали пространственных данных, полученных из различных источников. Для таких объектов будут прописаны идентификаторы, примерная точность их позиционирования и информация об источнике4. В США Национальная база гидрографических данных содержит постоянные идентификаторы объектов для участков речных и других гидрографических объектов между точками их слияния. В ряде других национальных, региональных и глобальных проектов тоже устанавливаются правила назначения и управления идентификаторами объектов, базирующиеся на разумном подходе к вопросу каталогизации объектов, что призвано обеспечить совместимость структур данных, независимо от административных и политических границ.
Примерный состав национальных БПД
Обычно «джентельменский» набор слоев БПД национального и межнационального уровней ограничен следующим перечнем, который может рассматриваться как общая рекомендация по составу проектируемых БПД; среди них:
кадастровые данные;
геодезическая основа;
географические названия объектов;
ортофотоснимки и ортомозаики;
рельеф;
транспортные сети;
гидрографическая сеть;
административные единицы.
Со временем этот список, вполне возможно, будет расширяться по мере того, как администраторы БД будут приводить состав БПД в соответствие с новыми требованиями, вызванными необходимостью реализации новых приложений и расширением круга пользователей.
Примерный состав Глобальной БПД
Концепция глобального картографирования (Global Mapping) была сформулирована Министерством строительства Японии в контексте решений Конференции ООН по проблемам окружающей среды и устойчивому развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.). Резолюция, принятая на этой конференции, четко отмечает важность глобальных БПД для взаимодействия социума с окружающей средой.
Такие проекты, как Global Map, нацелены на создание необходимых пространственных данных с использованием существующих международных и национальных источников. Это должно привести к разработке общедоступного набора БПД межнационального и глобального охвата и будет очень полезно для процессов принятия решения и для общества в целом.
Достигнут прогресс также в выборе и расширении универсальных слоев пространственных данных, которые первоначально базировались на векторных данных цифровой карты VMAP Level 0 (известной также под именем DCW Цифровая карта-основа мира) глобальной ландшафтной БД (Геологическая служба США USGS) с данными по ландшафтам, использованию земель и растительному покрову, а также на слоях глобальной цифровой модели рельефа GTOPO30. Технические характеристики версии 1.0 Global Map были одобрены для использования Международным комитетом по глобальному картографированию (ISCGM) на III конференции GSDI (Канберра, ноябрь 1998 г.). С февраля 2000 г. 74 страны участвуют в проекте по систематизации и сшивке картографических материалов достаточно крупного масштаба на основе комплектования и обновления данных вышеперечисленных источников.
Рекомендации
Разработка единых технических требований к БПД весьма сложная задача, которая не под силу какой-либо отдельной организации. Для создания GSDI были выработаны следующие рекомендации.
Авторы Руководства рекомендуют заинтересованным сторонам участвовать или, по крайней мере, быть в курсе современных инициатив по созданию БПД на локальном, национальном и международном уровнях.
Данные, пригодные для конкретного типа пространственного анализа, будут неизбежно требовать наличия информации различного разрешения и детальности.
Рекомендуется принять технические требования проекта Global Map для межнациональных приложений, требующих наличия таких слоев как ландшафты/землепользование, растительность, транспортные сети, гидрография, административные границы, населенные пункты и рельеф.
Технические требования к содержанию глобальных баз картографических данных определяют достаточно простую модель с небольшим количеством классов объектов и атрибутов, обеспечивающую создание картографической основы на региональном уровне. Следует грамотно оценить уровень детальности данных, необходимый для конкретной ГИС или конкретного картографического приложения. Это может потребовать определенного расширения рамок существующих БД с тем, чтобы они отвечали основным требованиям.
Авторы Руководства рекомендуют, чтобы базовые и прочие данные были соответствующим образом смоделированы для использования в проектах национальных ИПД с соблюдением стандартов ISO, касающихся правил создания логических структур, каталогов объектов и кодирования данных.
Проекты стандартов ISO 19109 и 19110, а также использование языка GML для стандарта ISO 19136 позволяют формализовать описание и кодирование объектов и их наборов для конкретных приложений. Такие стандарты могут существенно облегчить доступ к пространственных данным и способствовать процессам их преобразования в интерактивных системах практически в реальном времени. Все это значительно расширит возможности работы с динамической информацией в различных ресурсах. С применением такого подхода национальные и глобальные наборы БПД, как, впрочем, и иных пространственных данных, могут стать более доступными и семантически корректными.
Cписок литературы
1. Global Map Specifications Version 1.1: www.iscgm.org/html4/
index_c5_s1.html#doc13_3741 [электрон. ресурс].
2. Harmonised Data Manual The Harmonised Data Model (Australia): www.icsm.gov.au/icsm/
harmonised_data_manual/
harmonised_data_model.htm [электрон. ресурс].
3. Framework Home Page, U.S. Federal Geographic Data Committee: www.fgdc.gov/framework/
framework.html [электрон. ресурс].
4. Geospatial One-Stop Framework Standards Development (U.S.): www.geo-one-stop.gov/
Standards [электрон. ресурс].
5. Interlis Project Home Page (Switzerland): www.interlis.ch/
content/index.php [электрон. ресурс]. См. также: Каталог Организаций: - ЦГИ ИГ РАН Каталог Авторов: - Люзе К. - Мураками Х. - Кошкарев А.В. - Капралов Е.Г.
RSS
Реклама
