Источник почти всех материалов, положенных в основу работы Интернет, сайты и порталы, обеспечивающие доступ к информационным ресурсам национальных ИПД

Основой серии публикаций послужили материалы отчета о выполнении НИОКР по заказу Минэкономразвития России в рамках Федеральной целевой программы «Электронная Россия (2002 2010 годы)» «Разработка состава базовых пространственных данных и метаданных, порядка их цифрового описания, регламентов актуализации и использования. Разработка проектов правовых и нормативных документов, необходимых для формирования Российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД)», соисполнителем которого является ГИС-Ассоциация (исполнитель ФГУП «Госземкадастрсъемка» ВИСХАГИ). Автор соответствующего раздела отчета А.В. Кошкарев (ИГ РАН).
Руководители работ генеральный директор ФГУП «Госземкадастрсъемка» ВИСХАГИ Р.В. Филимошин (научное руководство), президент ГИС-Ассоциации С.А. Миллер (общее руководство).

Настоящий обзор построен на материалах, отражающих современное состояние работ в рамках национальных программ создания инфраструктур пространственных данных (ИПД) в США, Канаде, Австралии, ФРГ, Великобритании и Швеции в той их части, которая касается создания базовых пространственных данных (БПД) как одного из компонентов ИПД. Такой выбор не случаен.

Национальная ИПД США NSDI первая из подобных информационно-телекоммуникационных систем, а США остается бесспорным лидером в этой области со времени провозглашения программы NSDI в 1994 г., а сама программа примером для репликации накопленного опыта в других аналогичных национальных программах. Долгосрочная программа Канадской ИПД CGDI далека от завершения, но принципы ее реализации, требования к ней и условия осуществления представляются полезными с точки зрения концепции Российской ИПД. Великобритания принадлежит к числу немногих стран, где создание системы БПД завершено, разработан достойный изучения и внедрения механизм их актуализации и улучшения качества при постоянном расширении их состава.

Рис. 1. Геодезические сети в составе БПД Канадской ИПД (http://www.geobase.ca/geobase/en/data/cgn1.html)

Источник почти всех материалов, положенных в основу работы Интернет, сайты и порталы, обеспечивающие доступ к информационным ресурсам национальных ИПД.

Создание БДП самая сложная, трудоемкая и затратная компонента ИПД, несмотря на развитую индустрию производства цифровых пространственных данных в ряде стран, что образует не более чем хорошую предпосылку для скорого завершения соответствующих программ. Это длительный процесс, осложненный требованиями к качеству данных, включая механизм их обновления.

Под БПД понимаются «координатные описания базовых пространственных объектов в заданной системе координат, которые следует использовать для определения координат любых близлежащих пространственных объектов и явлений», причем «один из главных критериев отнесения данных к БПД всеобщая потребность в них». Такое определение БПД обсуждалось в рамках мероприятий ГИС-Ассоциации в 2004 2005 гг. и принято в настоящее время. Одновременно под базовыми пространственными объектами (БПО) понимаются «пространственные объекты, относящиеся к специально выбранным типам, отличающиеся устойчивостью пространственного положения во времени (сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени) и более точным координатным описанием по сравнению с другими пространственными объектами».

Рис. 2. Сеть GPS-станций Швеции SWEPOS

Не следует думать, что БПД образованы исключительно базовыми пространственными объектами в приведенном выше смысле. Среди цифровых продуктов, традиционно относимых к «ядру» БПД, мы найдем ортоизображения и цифровые модели рельефа, не содержащие в явном виде координатных описаний индивидуальных объектов реального мира (как и атрибутов и адресных данных, дополняющих общее цифровое описание БПО). Национальные базы и банки данных географических названий (газеттиры) в составе ИПД тоже не соответствуют приведенному определению; описываемый ими «объект» имя объекта.

Состав базовых пространственных данных
В Руководстве по созданию ИПД [1], изданном Ассоциацией Глобальной инфраструктуры пространственных данных (GSDI), к числу типовых элементов БПД отнесены следующие элементы и их группы (слои и группы слоев, типы БПД), почти дословно повторяющие состав БПД американской ИПД NSDI: геодезические сети, ортоизображения, рельеф в виде ЦМР, транспортные сети, национальные газеттиры, гидрография, границы административных единиц и кадастровая информация. Этот набор образует существенную часть БПД, рекомендованных и для Российской ИПД [2], поэтому обзор ограничен рамками рекомендуемого GSDI набора, хотя конкретный состав национальных БПД может включать другие природные, техногенные и социально-экономические компоненты: растительность (естественная растительность, лесные насаждения, сельскохозяйственные угодья и т. п.), использование земель, ландшафты, особо охраняемые территории и объекты культурно-исторического и природного наследия, зоны риска возникновения природных и природно-техногенных катастроф, результаты выборов или, скажем, непространственные по своей сути данные государственных статистических органов или переписей населения.
Геодезическая основа множество объектов, входящих в состав геодезических сетей, т. е. сетей геодезических пунктов, положение которых определено в общей системе координат и закреплено на земной поверхности геодезическими знаками и центрами. В состав слоя входят объекты опорных, высотных и пространственных геодезических сетей, астрономо-геодезических сетей, геодезических сетей сгущения и съемочных геодезических сетей, т.е. сетей разного типа и класса точности. Обычно слой данных о геодезических сетях ограничен некоторым нижним уровнем. С другой стороны, возможно включение в их состав сети опорных точек, используемых для геокодирования других цифровых продуктов, или опознаков, экстрагированных из геометрически корректных аэрокосмических изображений. Другая группа объектов станции динамично развивающихся национальных сетей GPS (например, базовых станций для дифференциальной коррекции GPS-наблюдений).

Рис. 3. Слой границ Boundary-Line

Уже на ранних этапах создания Канадской ИПД CGDI, был создан и постоянно расширялся слой опорных точек CDAL (CGDI Data Alignment Layer). Проект CDAL стартовал в 1998 г. К январю 1999 г. БД CDAL содержала более 6500 тыс. точек (перекрестки дорог, центроиды островов и озер и т. п.), доступных в сети Интернет и используемых бесплатно для геометрической коррекции изображений или позиционирования иных слоев данных. По данным 2000 г., в масштабе 1:2 500 000 сеть была укомплектована полностью; не менее чем девятью контрольными точками было обеспечено большинство листов топографической карты Канады масштаба 1:50 000.

В настоящее время слой геодезической основы CGDI включает в себя несколько полностью готовых и обновляемых продуктов, содержащих информацию о тысячах геодезических пунктов, в том числе их плановые геодезические координаты и координаты в системе UTM, ортометрические высоты, данные о пунктах и их инспектировании:
Canadian Base Network, Level 1 (CBN1);
Primary Vertical Bench Marks, Canada, Level 1 (PVBMC1);
Federal 3-D Densification Network, Canada, Level 1 (FED3DC1);
Federal 2-D Densification Network, North of Canada, Level 1 (FED2DNC1).

Рис. 4. Результат наложения растровой копии топографической карты на перспективное трехмерное изображение, производное от ЦМР

Портал GeoBase с картографическим Web-браузером позволяет визуализировать наличие пунктов сетей всех типов (рис. 1.)
CBN1 пространственная опорная геодезическая сеть в координатной системе CSRS, закрепленная геодезическими знаками и позиционированная с сантиметровой точностью с использованием GPS. Кроме других приложений, сеть используется для мониторинга неотектонических движений земной коры. Файлы CBN1, а также иные элементы геодезической основы могут быть получены как в формате языка GML (Geography Markup Language), так и в виде Shape-файлов программных продуктов ESRI, Inc. (США).

Высотная (нивелирная) геодезическая сеть PVBMC1, включающая примерно 80 тыс. реперов, размещенных вдоль железных и автомобильных дорог с частотой около 2 км, содержит данные о высотах в системе координат CGVD28 (Canadian Geodetic Vertical Datum 1928).

Федеральная пространственная сеть сгущения FED3DC1 включает приблизительно 2000 закрепленных пунктов, по точности и способам позиционирования аналогична CBN1.
Федеральная плановая сеть сгущения FED2DNC1 охватывает север Канады, в том числе территории Юкон и Нунавут, Северо-Западные территории и включает около 13 тыс. пунктов, удаленных друг от друга на расстояние 20 100 км.

Помимо этого, полностью готов слой опорных (контрольных) точек, производных от цифровых продуктов ИСЗ Landsat-7, используемый совместно с другими цифровыми данными.

Рис. 5. Результат наложения цифрового аэрокосмического изображения на перспективное трехмерное изображение, производное от ЦМР

Активно развиваются сети, основанные на технологиях систем спутникового позиционирования, например, программа создания системы постоянных базовых референцных станций Швеции SWEPOS как часть общеевропейского проекта EUPOS, в свою очередь совместимого со стандартами Системы спутникового позиционирования ФРГ SAPOS (рис. 2). Квадраты и кружки означают полнофункциональные и упрощенные постоянные базовые станции соответственно. Голубым помечены станции, действующие по состоянию на июнь 2005 г., оранжевым и красным планируемые. Зеленым залиты контуры территорий, обеспеченных RTK-услугами, желтым планируемых в 2005 2006 гг. [3].

Топографические объекты. Понятие «топографические объекты» объединяет слои (элементы) БПД, имеющие соответствие на топографических планах и картах, принадлежащие к числу картографических объектов, используемых в качестве элементов географической (картографической, топографической) основы в традиционной и цифровой картографии. Это материальные объекты реального мира, фиксируемые по отношению к земной поверхности (точнее, к поверхности относимости в некоторой системе координат), а также абстрактные (логические) объекты, не имеющие вещных прототипов в реальности (административные границы, горизонтали). В этом смысле они отличны от условных знаков цифровых карт, составляющих их содержание, и близки к понятию цифровых моделей местности (ЦММ). Термин «местность», как неадекватный сложившимся реалиям, устаревший, ограниченный в применении интересами оборонных ведомств и вредоносный, нигде далее не используется.

Политико-административные границы. К числу объектов, обычно составляющих слой в составе национальных БПД, принадлежит государственная граница (маркированная или не маркированная в натуре в результате процедур делимитации и демаркации) и границы административных единиц всех уровней вплоть до самых нижних (графства в Великобритании и США, приходы в Швеции, коммуны в Швейцарии и т. д.). Иногда в их число включаются границы избирательных (электоральных) округов, учитывая важность оперативного обнародования статистических результатов выборов.

Рис. 6. Результат встраивания в реальное трехмерное изображение искусственно сконструированных (реконструированных по материалам археологических раскопок) объектов (кельтских сооружений)

Границы относительно стабильный элемент БПД. Его особенность состоит в том, что группа одноранговых границ обычно представлена ссылками на другие пространственные объекты: границы более высокого или низкого ранга и реальные объекты, включая осевые линии автодорог, границы земельных участков, фарватеры рек и т. п., вызывая необходимость взаимосогласования их координатных описаний. В цифровом представлении им обычно соответствуют топологически корректные записи, хранимые, однако, как векторные нетопологические данные (с использованием одноименной модели пространственных данных).

Рис. 7. Отмывка рельефа как результат обработки ЦМР в составе комбинированного изображения (вместе с растровой картографической графикой производства Геологической службы США DRG)

В ряде наборов БПД слой границ дополнен слоем самих административных образований как полигональных объектов, описываемых в рамках векторной топологической модели данных для устранения неоднозначности в определении внутренней области (в том числе для случаев анклавов и эксклавов) и допускающих возможность описания мультиполигональных объектов. Так, Московская область вовсе не определяется внешней границей, представляя сложный полигон с внутренним полигоном территорией Москвы, Калининградская область в сетке деления на субъекты Федерации по отношению ко всей территории страны является эксклавом, территория Национального парка «Угра» образована десятком пространственно изолированных участков и т. п. Таким образом, в составе БПД разумно иметь слой административных единиц (образований), а их границы при необходимости могут (должны) быть сгенерированы автоматически как производные от слоя административных единиц.

Например, слой границ в ИПД Канады CGB1 (Canadian Geopolitical Boundaries, Level 1) составляет множество, включающее государственную границу (с точностью, соответствующей точности плана масштаба 1:5000), границу экономической зоны акватории (1:1 000 000), провинциальные границы и границы территорий как особых административных образований (1:100 000). Им соответствуют три типа данных: топологически корректный слой границ, слой административных единиц как полигональных объектов, распространяемых свободно в форматах языка GML и Shape-файлов, и метаданные. За слоем границ не закреплен официальный статус, его назначение ограничено исключительно целями картографической визуализации данных (http://www.geobase.ca/geobase/en/data/cgb1.html).

Более детальный слой границ Boundary-Line можно найти среди продуктов Государственной топографической службы Великобритании, хотя он и не входит в состав БПД (рис. 3). Он включает элементы топографических карт масштаба 1:10 000, в том числе все административные границы, границы избирательных участков, границы переписных участков, а также географические названия, площади административных единиц, отметки урезов воды.

Рис. 8. Светотеневая отмывка рельефа (http://nationalatlas.gov/shadedm.html)

Слой транспортной сети в БПД представлен как минимум слоем автомобильных дорог (возможно, с объектами дорожного хозяйства) всех уровней: от автомагистралей национально (федерального) значения до уличной муниципальной сети (иногда до уровня непроезжих дорог и троп, т. е. выходя за пределы буквального смыслового значения наименования слоя), каждый из которых образует зачастую относительно самостоятельный цифровой продукт в составе интегрального слоя транспортной сети. С учетом важности автодорожной сети для широкого круга потребителей (автомобилисты, дорожные службы, службы спасения в чрезвычайных ситуациях, диспетчерские службы грузовых и пассажирских перевозок, службы коммунального хозяйства, мобильные и LBS-сервисы и т. п.) соответствующий слой является безусловно необходимым элементом БПД.

Другой обычный в составе БПД слой железнодорожная сеть.
Кроме собственно дорожных коммуникаций в ряде ИПД предусмотрено хранение данных о транспортной инфраструктуре в целом, включая не только коммуникации (линейные объекты в их цифровом представлении), но и объекты автодорожного и иного хозяйства (мосты, виадуки, развязки, парковки, подземные переходы, железнодорожные станции, аэропорты и т. п.). Векторная топологическая модель ПД, служащая для их послойного описания, не является пригодной для решения ряда важных (например навигационных) задач, поэтому в ряде национальных ИПД, несмотря на очень высокую детальность и точность описания транспортной сети в слое топографических объектов, формируется дополнительный слой в виде самостоятельного цифрового продукта, поддерживающего модель геометрической сети или аналогичную графовую модель данных, пригодную для решения реальных транспортных расчетно-аналитических и навигационных задач.

К примеру, слой дорожной сети NRNC1 (National Road Network, Canada, Level 1) в составе БПД Канадской ИПД представляет собой цифровые записи осевых линий автодорог общего пользования шириной проезжей части более 5 м с детальностью, соответствующей детальности карты масштаба 1:1 000 000 (http://www.geobase.ca/geobase/en/data/nrnc1.html). Основной первичный источник данных для формирования объектов слоя данные GPS, полученные в режиме дифференциальной коррекции, дополненные данными муниципального и местного уровней и регулярно обновляемые. Первая версия набора была создана в 1999 г. и полностью реализована в конце 2003 г. В ее основе особая модель данных LRS (Linear Referencing System), общая для ряда слоев БПД и близкая к модели динамической сегментации с раздельным хранением координатных и атрибутивных данных, где каждый элемент сети идентифицирован уникальным номером UUID (Universally Unique Identifier).

Рис. 9. Наличие актуальных (красные пунсоны) и планируемых (желтые пунсоны) земельно-кадастровых данных по крупным городским агломерациям США в NPDP

Как и в примере, приведенным в предыдущем подразделе, данные NRNC1 свободно распространяются в сети Интернет, например, через портал GeoBase, который предлагает также загрузку бесплатных визуализаторов, включая ArcExplorer (ESRI, Inc.: http://www.esri.com/software/arcexplorer), Geomatica 9 FreeView (PCI Geomatics: http://www.pcigeomatics.com/products/freeview.html), Forestry GIS (Digital Grove: http://www.digitalgrove.net/fgis.htm), Map Maker Gratis (Map Maker North America: http://www.mapmakernorthamerica.
com) и т. п.

В рамках Европейского Союза в марте 2004 г. стартовал проект Euroroads, предусматривающий создание в течение 30 мес бесшовного общеевропейского набора данных об автодорожной сети (http://www.euroroads.org).
Гидрографическая сеть. К объектам слоя относится речная сеть и другие водные объекты суши (озера, водохранилища), ледники, снежники и береговая линия морей и внутренних водоемов. Для нужд управления водным хозяйством слой гидрографии может дополняться границами водосборных бассейнов.

Пример наборов БПД в составе ИПД США NSDI с описанием объектов гидрографии суши. Национальный набор данных об объектах гидрографии NHD (National Hydrography Dataset) создан Геологической службой США с подробностью, примерно соответствующей составу элементов содержания цифровой карты-основы DLG масштаба 1:100 000 с использованием данных RF3 Агентства по окружающей среде США. Он содержит данные об отрезках сети водотоков, снабженных указанием на направление их течения, наименование, порядок в иерархии, а также границы береговой линии морей и внутренних водоемов и ассоциированную информацию об объектах водного хозяйства и использовании водных ресурсов (http://nhd.usgs.gov). Содержание слоя регламентируется национальным стандартом National Hydrography Framework Geospatial Data Content Standard, разрабатываемым подкомитетом по водному хозяйству SWDS Национального комитета по географическим данным FGDC.

Рис. 10. Образец визуализации земельно-кадастровых данных NPDP (оригинальный Shape-файл, загруженный через Интернет и представленный в Arc Explorer)

Второй из наборов границы и коды водосборных бассейнов (Hydrologic Units of the United States). В отличие от слоя NHD, он менее детален и предназначен исключительно для визуализации бассейновой сети, а не для аналитических целей, и в этом качестве используется, в частности, в составе слоев данных онлайнового Национального атласа США. Содержит границы бассейнов разнопорядковых водотоков с детальностью исходной основы топографической карты масштаба 1:240 000. Технология создания и содержание слоя регламентируется разрабатываемым FGDC федеральным стандартом Federal Standards for Delineation of Hydrologic Unit Boundaries (http://www.fgdc.
gov/standards/documents/proposals/fgdc_hu_proposal.doc). Один из возможных инструментов визуализации слоя речных бассейнов картографический Web-браузер Map Viewer (портал geodata.
gov).

Третий из продуктов слой переувлажненных земель (в частности, болотных ландшафтов) NWI (National Wetlands Inventory), содержащий векторные записи о точечных, линейных и полигональных объектах и распространяемый в формате экспорта E00.

Кроме того, в общий набор гидрографических данных входят электронные навигационные карты внутренних водных путей IENC в формате S-57 Международной гидрографической организации IHO, снабженные примечанием о запрещении их использования в навигационных целях.
Аналогичный набор данных, включающий элементы гидрографии и границы водоразделов, входит в число БПО Национального атласа Канады, соответствуя точности и нагрузке общегеографической карты масштаба 1:1 000 000.

Цифровые модели рельефа
Под ЦМР обычно понимается описание рельефа (поверхности) с помощью триангуляционной или сеточной модели (TIN или GRID), а также других моделей, учитывающих или не учитывающих сеть его структурных линий. Цифровые записи горизонталей, обычно в составе цифровой картографической продукции, не являются одной из форм ЦМР, это «сырье» и «источник» для их производства, далеко не самый лучший, но до сих пор распространенный. Наиболее используемая, традиционная и технологичная модель матрица высотных отметок в узлах регулярной сети, образованной пересечениями меридианов и параллелей или линий километровой сетки в принятых системах координат топографических карт. Наиболее важный показатель, определяющий их детальность, пространственное разрешение, т. е. размер ячеек регулярной сети, или шаг дискретизации рельефа, как непрерывной поверхности (поля), обычно составляющий метры или десятки метров на земной поверхности.

Рис. 11. Стоимость данных и их обновления (дол.). Цены на данные о земельных участках при заказе разного объема данных (числе земельных участков Parcel Count) за каждый участок (Per Parcel), минимальная стоимость заказа (Minimum Order) и стоимость актуализации (Updates Year One, Updates Year 2)

Основные сферы приложения ЦМР:
генерация трехмерных изображений, в том числе виртуально реалистических, получаемых путем наложения на рельеф растровых копий топографических карт и планов (рис. 4), аэрокосмических изображений (рис. 5) или искусственно сконструированных на-, под- и надземных объектов (рис. 6);
автоматизация светотеневой отмывки рельефа на топографических и иных общегеографических картах и ее использование в качестве графической подложки под тематические данные или элементы географической основы (рис. 7);
ортотрансформирование аэрокосмических изображений;
многофакторный пространственный анализ в исследовательских приложениях с учетом исключительной системообразующей роли, какую играет рельеф среди прочих компонентов ландшафта (оценка эрозионной опасности в моделях плоскостного смыва, моделирование микро- и мезоклиматических условий и т. п.).

Рис. 12. Точность позиционирования подмножеств данных NPDP

Параллельно с программами создания слоев ЦМР в рамках БПД последние могут содержать представление рельефа в виде цифровых записей горизонталей и отметок высот в избранных точках, хотя круг использования таких данных значительно уже, чем у ЦМР в общепринятом смысле, и ограничен картографической визуализацией рельефа в виде традиционных изогипс (изобат). ЦМР, создаваемые как БПД, ограничиваются рельефом суши и не включают в себя рельеф дна океанов, морей и внутренних водоемов.

Примеры реализации. ЦМР США известна как Национальный набор данных о рельефе NED (National Elevation Dataset), сменивший другой американский ЦМР-продукт DEM (Digital Elevation Model) производства Геологической службы США. NED представляет собой бесшовный растровый файл матрицу высотных отметок в системе высот США NAD83 с разрешением около 30 м. Кроме того, известны два ЦМР-продукта более высокого разрешения в 1/3 и 1/9 базового разрешения, что соответствует примерно 9 и 3,3 м. Полный набор в формате ArcGRID занимает в упакованном виде 40 Гб и стоит 995 дол. Он продается и поблочно в записях на CD-ROM, и на DVD-носителях в форматах GRIDFLOAT, BIL и TIFF. ЦМР NED служит основой для генерации производных продуктов, общедоступных в Интернет, в рамках программы «Национальная карта» (см. портал Геологической службы США www.usgs.gov) или в виде элемента Национального атласа США (рис. 8).

Рис. 13. Базовые цены (по одному из шести тарифных планов)

Программа формирования ЦМР в рамках Канадской ИПД CGDI предусматривает создание нескольких продуктов. Готов слой ЦМР CDED1 (Canadian Digital Elevation Data, Level 1), источником данных для которого послужили топографические карты масштабов 1:50 000 1:250 000. Портал GeoBase в составе Канадской ИПД допускает ее бесплатную загрузку.

Однако существуют и доступны две другие ЦМР Канады более грубого разрешения; это Canada3D, созданная Лесной службой Канады (Canadian Forestry Service, провинция Онтарио) в виде двух продуктов, производных от CDED1 с разрешением 30 и 300 угловых секунд и называемых соответственно Canada3D 30 (30 x 30'' grid; ftp://ftp.cits.rncan.gc.ca/pub/demo/can3d/can3d30.zip) и Canada3D 300 (300 x 300'' grid;ftp://ftp.cits.rncan.gc.ca/pub/demo/can3d/can3d300.zip). Регулярная сеть, узлы которой содержат высотные отметки в метрах, образована профилями и линиями. Canada3D 30 содержит 58 060 800 высотных отметок, занимая 37,7 Мб в архиве. В таблице приведены характеристики ЦМР. Обе они распространяются бесплатно в ASCII-кодах, доступных для чтения большинству программных средств ГИС.

ЦМР Великобритании NEXTMap принадлежит к числу высокоточных ЦМР-продуктов с шагом сетки 5 м и точностью представления высот 1 м и охватывает всю территорию страны. Аналогичный продукт OS Panorama DTM ASCII c шагом сетки 50 м также распространяется через портал eMapSite по ценам, исчисляемым по площади участка в запрашиваемой порции данных.

Под ортоизображениями понимается результат ортотрансформирования (орторектификации) аэрофото- или космического снимка из центральной или иной проекции в ортогональную для устранения геометрических искажений, обусловленных рельефом. Обычно это монтаж (сшивка в мозаику) двух или более ортотрансформированных аэрокосмических снимков. Ортоизображения (обобщающий термин, объединяющий ортофотоизображения, ортофотопланы, ортофотокарты и ортофотомозаики) представлены в ИПД в виде бесшовных наборов ортотрансформированных аэро- или космических снимков с тем или иным пространственным разрешением. Это практически обязательный элемент всех национальных ИПД. На ранних этапах формирования ИПД слой изображений создается на основе цифровых космических материалов среднего и высокого разрешения при полномасштабной реализации соответствующих проектов, особенно в рамках создания ИПД небольших по площади государств с развитыми институциями по производству цифровых пространственных данных, на основе аэросъемок.

Основные мотивы включения ортоизображений в состав БПД и его цели:
расширение достаточно ограниченных по составу топографических элементов БПД;
комбинирование растровых ортоизображений с векторными продуктами;
растровая «подложка» под тематические (векторные) данные как в составе БПД, так и под данные пользователя;
временный заменитель кондиционных и обновляемых топографических элементов БПД.
С точки зрения общей политики формирования БПД слой ортоизображений в национальных ИПД обычно рассматривается как элемент «географической основы» (в терминах картографии) наряду со слоем топографических объектов и ЦМР.

Примеры реализации. В США существует несколько программ по созданию наборов ортоизображений, часть из которых входит в состав БПД Национальной ИПД США NSDI, хотя работы по национальной программе NDOP (National Digital Orthophoto Program) начались до утверждения планов реализации NSDI в соответствии с программами аэросъемочных работ NAPP (National Aerial Photography Program) на периоды 1987 1991, 1992 1996, 1997 2003 и 2004 2010 гг. Геологическая служба США основой производитель ортопланов, создаваемых по аэроснимкам, в нарезке на отдельные трапеции DOQ (Digital Ortho Quadrangle), обычно размером 3,75х3,75 угловых минут или более, которые при необходимости могут комбинироваться с растровыми копиями топографических карт DRG (Digital Raster Graphics) или ЦМР. Ортоизображениями DOQ, хранимыми на 950 компакт-дисках, покрыто 96% территории США (в оригинале 16 Tб несжатых данных). Базовая цена одного изображения в границах трапеции 45 дол., не считая почтовых расходов и стоимости цветных и (или) черно-белых распечаток. Кроме того, с весны 2003 г. ведется работа по созданию ортоизображений 133 крупных городов США с разрешением 1 фут. По данным на май 2003 г. база данных изображений городских территорий составляла 6 Tб.

Рис. 14. Картографический Web-браузер, обслуживающий поиск данных о земельных участках земельно-кадастровой БД штата Монтана

Среди прочих инструментов доступа к ортоданным Геологической службы США заслуживает внимания портал TerraServer-USA, поддерживающий онлайновый доступ к ее ресурсам на основе Web-сервера Microsoft SQL Server 7.0. Объем услуг этого портала оценивается в 10 Гб ежедневно (при заказе продуктов на крупные территориальные блоки разумно воспользоваться их записями на CD-ROM). Удобный картографический интерфейс с растровой подложкой в виде светотеневого рельефа и набором элементов географической основы существенно упрощает поиск и заказ необходимых данных(http://www.terraserver.microsoft.
com/image.aspx?t=4&s=10&z=16&x=2829&y=17911&w=2).

В составе ИПД Канады CGDI создание слоя кондиционных ортоизображений значится в долгосрочных планах развития. Пока его замещает прототип бесшовной ортомозаики на территорию Канады с разрешением 250 м. Исходная ортомозаика (файл в формате TIFF, заархивированный до объема 127,5 Мб; в разархивированном виде 417,6 Мб) представляет собой бесшовное изображение размером 22 800х19 200 пикселов в монохромной шкале с 256 градациями серого, помещающееся на листе размером 6х8 м (http://geogratis.cgdi.gc.ca/download/RADARSAT/mosaic/canada_mosaic_lcc_250m.zip), с возможностью увеличения при визуализации до масштаба 1:750 000.

Данные земельного кадастра и кадастра недвижимости, а также иные, связанные с инвентаризацией земельных участков, зданий и сооружений в составе БПД, обычно собирают в рамках региональных и локальных проектов и хранят «на местах» (в регионах). Такие данные рассредоточены и, как правило, не охватывают всю территорию страны, хотя такая задача может входить в долгосрочные планы создания национальной ИПД. Чаще всего земельно-кадастровые данные предоставляются за плату, круг их пользователей чрезвычайно широк, а объем данных велик, учитывая их крупномасштабность.

ИПД США включает в состав БПД данные о 65 млн земельных участков разной юридической подведомственности (около 460) более 150 крупных городских агломераций (рис. 9), доступные через портал NPDP (National ParcelMap Data Portal) и распространяемые компанией Boundary Solutions, Inc. Каждый участок в NPDP (так назван и сам продукт, объявленный компанией в качестве единственного в мире цифрового земельно-кадастрового продукта такого типа) представляет собой Shape-файл с цифровым описанием границ в виде замкнутого полигонального объекта (рис. 10) и ассоциированной с ним атрибутивной кадастровой информацией, которой снабжены около половины всех земельных участков (при необходимости получения исчерпывающих сведений об участке следует обращаться к БД локального уровня, т. е. уровня графств).

Стоимость приобретения данных невысока и составляет в среднем от 0,005 до 0,05 дол. за земельный участок. Однако стоимость данных определенной подведомственности может достигать 1 дол. за участок и более. Полный набор данных (если пользователю вдруг окажутся нужны данные о всех 65 млн участках) продается за 420 тыс. дол. Стоимость данных и их обновления зависит от объема (рис. 11).

Основой массив данных обеспечивает точность позиционирования объектов с погрешностью не более 2 футов. Данные о точности входят обязательным элементом в состав метаданных. Более детальная картина точностных характеристик приведена на рис. 12.

Примером региональной земельно-кадастровой БД, воспроизводящей на уровне штата структуру данных национальной БПД, может служить базовая система кадастра штата Монтана Montana Cadastral Database (http://gis.doa.state.mt.us), создаваемая с 1999 г. и доступная для поиска и приобретения данных в Интернет (рис. 14).

Общая БД разделена на блоки, каждый из которых соответствует тауншипу (низовая административно-территориальная единица в 20 штатах США) и хранится в виде Shape-файла или покрытия ArcInfo, но в перспективе планируется как бесшовная БД на территорию штата. Содержание кадастровых данных согласовано со стандартом на кадастровые данные Федерального комитета по географическим данным FGDC FGDC-STD-003 Cadastral Content Data Standard (http://www.fgdc.gov/standards/status/textstatus.html). Каждый земельный участок идентифицирован уникальным геокодом. Часть данных бесплатна и предоставляется полностью, другая продается и доступна только в части метаданных.

Рис. 15. Кадастровый план земельно-кадастровой БД Великобритании, сформированный пользователем средствами визуализации Web-сервера

Вне рамок БПД в США существуют трудно поддающиеся учету и анализу земельно-кадастровые БД регионального и локального уровней, большинство из которых доступны на Web-сайтах и порталах соответствующих административных образований, а также производные продукты, созданные на их основе или самостоятельно (например, базы данных агентств по купле-продаже, аренде и другим операциям с недвижимостью). Доступ к сотням сайтов, зачастую с визуализацией кадастровых данных с помощью Web-браузеров, возможен, в частности, через геобраузер Land Records Inventory (http://www.
southwestdata.org/Website/cad/LandRecords/viewer.htm).

Аналогичная ситуация сложилась и в Канаде, где помимо федеральной существуют региональные (провинциальные) ИПД. Одна из них AltaLIS Земельно-информационная система провинции Альберта, предлагающая, помимо прочего, земельно-кадастровые данные, доступные путем прямой визуализации, а также в форматах DGN, DWG и DXF (тип городского плана, http://www.altalis.com/productsandsamples/index.html) .
За малым исключением все данные AltaLIS (http://www.altalis.com/
licensingandpricing/index.html) продаются (рис. 13).
Земельно-кадастровая БД в составе ИПД Великобритании DNF создана путем оцифровки «бумажных» планов кадастровой службы Land Registry, которые носят название Index Maps [4]. Всего с августа 2001 г. по февраль 2004 г. оцифровано (с представлением в векторном формате) 17,2 млн планов с 22 млн полигональных объектов, что покрывает почти полностью городские и пригородные территории Англии и Уэльса, а общий уровень готовности составляет 50%. БД управляется СУБД Microsoft SQL Server и включает 3,5 млн записей о земельных участках общей площадью 1,8 млн га. При пиковой нагрузке один из Web-сайтов, распространяющий эти данные, поддерживает загрузку 100 карт в минуту (масштаб 1:1250 1:2500, возможно механическое увеличение при экранной визуализации и печати до масштаба 1:500). Всего за время существования Web-сайта с ноября 2001 г. пользователями сгенерировано 2,6 млн карт при 531 тыс. посещений (рис. 15).

Список литературы
1. Developing Spatial Data Infrastructures: The SDI Cookbook. Version 2.0, 25 January 2004. Editor: Douglas D. Nebert, Technical Working Group Chair, GSDI: http://www.gsdi.org/docs2004/
Cookbook/cookbookV2.0.pdf [электрон. ресурс].
2. Белецкий Б.А. Базовые пространственные данные// Пространственные данные. 2005. № 2. С. 6 13.
3. Jivall L., Lidberg M., Lilje M., Olsson A. National Report of Sweden to the EUREF 2005 Symposium geodetic activities at Lantmateriet, the National Land Survey of Sweden. Lantmateriet, SE-801 82 Gavle, Sweden. Presented at the EUREF 2005 Symposium in Vienna, Austria, June 1st 3rd 2005. 7 p. Ms.
4. Murray K., Munday B., Bush I. Enabling Information Integrity within SDI's The Digital National Framework Concept. From Pharaons to Geoinformatics. FIG Working Week 2005 and GSDI-8, Cairo, Egypt April 16 21, 2005: http://www.gsdi.org/gsdiconfproceedings/gsdi-8/gsdi-8.asp [электрон. ресурс].