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).
Географические названия (наименования географических объектов) обычно хранятся в национальных базах и банках данных географических названий и электронных газеттирах, аналогичных «бумажным», входя или не входя в состав базовых пространственных данных (БПД). Официальные названия в случае многоязычия сопровождаются «синонимами», в число полей баз данных обычно входят координаты объектов или иные ссылки на пространственную принадлежность топонима, его тип (гидроним, ороним и т. п.) и иная сопроводительная и справочная атрибутика. Как правило, онлайновый доступ к национальным базам данных географических названий свободный, но в качестве целостного продукта, представляющего коммерческую ценность, они не бесплатны. Например, Национальный газеттир географических названий Австралии (версия 2002 г.), содержащий 297 220 топонимов, стоит 540 дол.
Рис. 16. Уровень готовности БД GNIS
Содержание национальных баз географических названий согласовано с другими слоями БПД. Слой географических названий ИПД Великобритании имеет ссылки на растровые топографические карты, прилагаемые к газеттиру.
Классический пример, достойный подражания, американская система GNIS (Geographic Names Information System) репозитарий официальных географических названий (а также вариантов их написания) в пределах США. GNIS включает около 2 млн названий объектов (по другим данным более 2,5 млн) как существующих, так и исчезнувших (D 100 тыс.), атрибутированных в терминах типов объектов (54 типа), координатах (системы NAD27 и NAD83), принадлежности к единицам территориального деления и листам топографической карты масштаба 1:24 000 и т. п. (всего восемь полей, включая географическое название). Общий уровень готовности GNIS составляет около 90%, однако этот показатель разный у различных штатов (рис. 16). На рисунке красным цветом обозначены штаты, где программы формирования БД полностью завершены (данные о названиях федерального уровня, уровня штата и локального уровня) с указанием года завершения программы; зеленым штаты, где программы не завершены; не залитые контуры соответствуют штатам, где программы запланированы, но данные о названиях ограничены федеральным уровнем.
Рис. 17. Атрибуты CGN1
Актуальность базы данных поддерживает Служба географических названий США BGN (U.S. Board of Geographic Names) в рамках программы периодического обновления (как правило, с регулярностью 6 12 мес и чаще). База данных доступна по адресу http://geonames.usgs.gov, может загружаться в ASCII-кодах по каждому из штатов, а также продается на CD-ROM и DVD-носителях и визуализируется с помощью недорого продукта LandView. База не содержит наименования объектов оборонного значения и произвольных региональных конструкций, не имеющих официального статуса (например, отечественные «Прикамье», «Поочье», «Заочье», «Приморский регион» эта конструкция используется как для обозначения Приморского края, так и Калининградской области РФ).
GNIS распространяет также Национальный газеттир США (The National Gazetteer of the United States of America) в виде серии публикаций и Национальный цифровой газеттир (National Digital Gazetteer) в записях на CD-ROM, обновляемый ежегодно.
Еще один пример канадская БД географических названий CGN1 (Canadian Geographical Names,
Level 1), содержащая данные Отдела географических названий Центра топографической информации (Geographical Names Section, Centre for Topographic Information), распространяемые Национальной службой географических названий GNBC (Geographical Names Board of Canada) в виде официальных наименований объектов материковой части Канады и ее акваторий на английском и французском языках (как эндонимов). Как многие другие БПД она доступна для загрузки через портал GeoBase или Службу географических названий CGNS (Canadian Geographic Names Service). Временной охват данных с 1897 г. до настоящего времени. CGN1 формируется в объеме содержания топо-
графических карт масштабов 1:5000 1:250 000. Правила и процедуры формирования CGN1 нормативно закреплены в спецификации GeoBase [5]. Согласно этому документу, каждое название (первая колонка таблицы на рис. 17) сопровождено восемью атрибутами в форматах GML и Shape-файлов ESRI, Inc. (вторая и третья колонки таблицы), а именно: CGNDB_KEY назначаемый системой номер, пятизначная символьная строка, начинающаяся с буквы, идентифицирующей принадлежность к единице административного деления; GENERIC_TERM тип топонима (город, река и т. п.); CONCISE_TERM собирательный тип; LATITUDE и LONGITUDE широта и долгота в записи «градус-минута-секунда»; DATUM одно из значений: NAD83 (Североамериканская система исходных геодезических дат 1983 г.) или NAD27 (Североамериканская система исходных геодезических дат 1927 г.); NTS_MAP номенклатура листа топографической карты; REGION_NAME код единицы административного деления (провинции и территории), в пределах которой локализован объект с данным именем.
Рис. 18. Поля газеттира 1:50 000 Scale Gazetteer
Британский газеттир 1:50 000 Scale Gazetteer формально не входит в состав БПД Великобритании, и доступ к нему платный (минимальная стоимость лицензии для индивидуального пользования на одном рабочем месте составляет 178 фунтов стерлингов). Газеттир содержит около 250 тыс. названий, представленных на топографических картах масштаба 1:25 000 (позиционирование с точность около 1 км), в кодировке ASCII с 19 атрибутами (рис. 18).
Главная особенность газеттира ссылки на локализацию объектов с принадлежащими им географическими названиями на растровой карте масштаба 1:50 000 с разрешением 254 dpi (разрешение на местности 5 м), известной как 1:50 000 Scale Colour Raster, которая представляет собой бесшовный продукт, производный от векторной карты Landranger и разбитый на 812 пространственных блоков размером 20х20 км (рис. 19 демонстрирует наличие нескольких названий объектов, ассоциированных с аэропортом г. Саутгемптона). Карта распространяется в форматах TIFF, BMP и РСХ на CD-ROM.
Справки по отдельным географическим названиям можно получить бесплатно на сайте Артиллерийской съемки Национальной топографической службы Великобритании (Ordnance Survey) (http://www.ordnancesurvey.co.uk/oswebsite/freefun/didyouknow/
searchtips.html#z).
Любопытен пример международной инициативы по инвентаризации и упорядочению географических названий по проекту EGN (EuroGeoNames) в рамках европейской ИПД INSPIRE [6]. Проект предусматривает создание БД, содержащей наряду с официальными или стандартизованными названиями характеристики объектов, отличающиеся от традиционных, например, неофициальные наименования, синонимы и экзонимы (наименования, принятые в других языковых средах). Трудность подобного подхода иллюстрирует многообразие вариантов наименований столиц европейских государств или трансграничных объектов (например, Дуная).
Адресные данные не только входят в число атрибутов пространственных данных, включая БПД, но могут образовывать самостоятельный продукт, увязанный с другими базами данных и используемый для геокодирования непространственных данных (данные статистики по единицам территориального деления, фискального или персонального учета физических и юридических лиц и др.).
Примером может служить слой адресов в составе ИПД Австралии G-NAF (Geocoded National Address File) объемом свыше 20 Гб, содержащий 12,6 млн физических адресов в особой системе геокодирования, т. е. позиционированных в системе координат. В структуру адреса входит наименование штата, населенного пункта, улицы, номер объекта, его координаты и уникальный идентификатор. Сбор и верификация адресных данных регламентируются стандартом AS/NZS 4819:2003 Geographic information Rural and urban addressing standard. Основной источник информации для формирования слоя данные почтовой службы, избирательной комиссии, топографо-геодезической и земельно-кадастровой служб и т. п. (13 организаций). Стоимость его создания оценивается в 2,5 млн дол. Адресные данные распространяются многочисленными реселлерами в формате MapInfo. Подробная документация на сайте PSMA (Public Sector Mapping Agencies) Australia Limited (http://www.psma.com.au/datasets/g-naf) в ASCII-кодах или непосредственно на сайте программы G-NAF (http://www.
g-naf.com.au). G-NAF представляет собой единственный достоверный источник официальных данных об адресах, полученный после тщательной проверки около 30 млн аналогичных наборов разных ведомств. В интересах защиты конфиденциальной или коммерческой информации он не содержит наименований организаций и товаров. Данные обновляются ежеквартально.
Системы идентификации. Каждый объект в базах данных БПД должен иметь идентификатор, в простейшем случае уникальный порядковый номер (целое число без знака). Идентификация объектов производителями слоев БПД особая проблема, удачно решенная в рамках ИПД Великобритании.
Рис. 20. Присвоение номера версии TOID в связи с перепланировкой
Система идентификации объектов, принятая Артиллерийской съемкой Великобритании, носит название TOID , образованное сокращением термина «TOpographic Identifier» («топографический» идентификатор, идентификатор «топографических объектов»). Это 16-значное десятичное число, присваиваемое каждому объекту реального мира (объекту земной поверхности). По последним данным, таким образом идентифицировано уже более 433 млн объектов, каждый из которых в цифровом представлении является полигоном (полигональным объектом). В совокупности они образуют множество базовых пространственных объектов (БПО) в составе национальных БПД. Исключительное право идентификации БПД принадлежит Артиллерийской съемке Великобритании. Некоторым БПО присваиваются 13-значные номера, при необходимости дополняемые до 16-значных нулями. Физически значение TOID представлено в БД в виде символьной строки, при необходимости преобразуемой в целый тип. С каждым идентификатором ассоциированы координаты объекта в национальной системе координат, а также ссылки на атрибуты.
Значения идентификатора остаются неизменными до тех пор, пока реальный объект сохраняет положение и (или) значения атрибутов, существенных для его идентификации. В случае перемещения в пространстве значение TOID не меняется, но получает дополнительную характеристику версии TOID. Если объект меняет конфигурацию (геометрическую часть описания), например, у жилого здания появляется пристройка, то номер версии получают строение и земельный участок при нем, поскольку изменение геометрических характеристик здания влечет за собой изменение геометрических характеристик участка, а также его площади (рис. 20).
Более того, изменение геометрических характеристик, статуса или положения объекта в пространстве фиксируется в его атрибутах, где в соответствующей секции хранится история изменений и указываются их причины. Таким образом описывается «жизненный цикл» объекта с момента его образования или фиксации в БД. Такой подход технологичен, позволяет избежать коллизий при хранении данных в реляционных БД и неразберихи при их совместном использовании или обмене данными между пользователями.
Пространственные уровни. Как правило, БПД представляют собой общенациональный набор данных с полным охватом территории страны (возможно, и прибрежных акваторий). Разномасштабность и разнодетальность данных, обусловленные как их существом, так и требованиями пользователей, а также возможностями сбора и обработки в обозримые сроки и с разумными затратами, в национальных ИПД могут быть реализованы в виде многоуровневой пространственной иерархии БПД по принципу административно-территориального разграничения ответственности за их комплектование или по пространственной детальности. Например, в составе ИПД Канады CGDI выделяются национальный и региональный уровни, в ИПД Швейцарии содружества в целом, кантонов и коммун, что в более общей терминологии соответствует национальному, региональному и местному уровням.
Концепция ИПД США NSDI декларирует один уровень БПД, однако механизм ее реализации, основанный на партнерстве структур всех уровней в рамках проектов штатов и локальных проектов, фактически образует дискретный набор разномасштабных и разнодетальных данных, которые на уровне регионов и более мелких территориальных образований воспроизводят детализированные подобия общей национальной БПД. При понятном стремлении к многоуровневой организации БПД по мере развития ИПД или, напротив, при объединении территориальных ИПД в федеральные структуры с общими информационными ресурсами (характерно для ИПД ФРГ) абсолютным приоритетом и востребованностью будут обладать ИПД национального уровня.
Этапы формирования. Создание ИПД длительный процесс, например, ИПД США NSDI стартовала в 1994 г. и была полностью сформирована в 2000 г. Объявленный плановый срок полномасштабной реализации Канадской ИПД CGDI 1996 2012 гг.
Учитывая мировой опыт, срок реализации любой национальной ИПД в пять-семь лет не выглядит авантюрой (исключая Россию из-за огромной территории), несмотря на существенные различия в площади, уровне экономического развития и возможности финансирования проектов у государств. Полнота БПД в европейских странах колеблется от нулевой до стопроцентной. Учитывая особую сложность и затратность формирования БПД по сравнению с другими компонентами ИПД, разумно на первом этапе ограничить их состав с возможностью последующего расширения, оставить пропуски в слоях данных, и, поэтапно заполняя их, постепенно улучшать качество пространственных данных и геоинформационных услуг, а также предусмотреть пошаговый переход от периодического к перманентному обновлению данных. Этапность предполагает создание прототипов процесса и механизма формирования БПД на региональных тестовых примерах (пилотных проектах), предваряющих полномасштабную реализацию соответствующих национальных программ, и разработку технологий, стандартизированных технологических регламентов и нормативно-правовых основ БПД. Исходя из требования взаимной совместимости и согласованности данных, разумно предусмотреть очередность создания элементов (слоев данных) БПД при сохранении в отдельных случаях параллельности и синхронности работ. Так, разработке слоя водосборных бассейнов должно предшествовать создание слоя гидрографической сети, при этом для согласования слоев желательно использовать цифровую модель рельефа (ЦМР), хотя гипотетически границы водосборов могут быть экстрагированы из ЦМР автоматически (в виде линий водоразделов) при ее разрешении, удовлетворяющем требованиям к слою водосборных бассейнов. В свою очередь, фрагменты границ бассейнов могут дублировать административные границы, поскольку последние чаще всего представляют собой ссылки на реальные или абстрактные линейные объекты или границы полигонов.
Рис. 21. Этапы создания набора данных TOPO10NL в Нидерландах
Процесс формирования каждого из слоев проходит несколько этапов от идеи до законченного, качественного продукта, доступного и пригодного для коллективного использования. В качестве иллюстрации рассмотрим создание базы данных топографических объектов в объеме содержания топографической карты масштаба 1:10 000 в Нидерландах [7]. Задача прежде всего состояла в трансформировании векторного продукта TOP10vector цифровой карты того же масштаба с представлением в объектно-ориентированном виде и в форме бесшовного набора данных, основанного на международных стандартах, с необходимыми атрибутами и идентификацией каждого объекта, встроенным механизмом актуализации на основе концепции описания жизненного цикла объектов, формированием базы метаданных и с учетом других требований, соответствующих современному пониманию БПД. Рис. 21 иллюстрирует этапы этой шестилетней работы, причем четыре года ушли на предварительные исследования, включая создание концепции, предплановые разработки, изучение рынка, создание прототипа в рамках пилотного проекта, проектирование структуры СУБД (Oracle). Это обеспечило базу для наиболее трудоемкого, ответственного и сложного этапа работы конвертирования данных, их верификации и окончательного оформления как качественного и востребованного рынком продукта с возможностью доступа через Интернет.
Несмотря на тщательность подготовки, БПД нередко содержат ошибки, источником которых могут быть погрешности исходных данных и ошибки производителей данных. При этом важно нормативно закрепить точностные характеристики данных в заявленном продукте, а также другие показатели качества (например, гарантированную степень актуальности, непротиворечивость и полноту), зафиксировав их в сопроводительной документации и метаданных, и обязать распространителей БПД объявить о них. Устранение ошибок и уточнение данных один из главных мотивов создания версий продуктов БПД (помимо актуализации, перехода к иным моделям или форматам данных, заполнения пропусков при доукомплектовании данных и т. п.). Примером может служить программа повышения точности позиционирования объектов топографического слоя ИПД Великобритании PAI (Positional Accuracy Improvement Programme), которая предусматривает значительное уточнение (с 8 до 1,7 м) координатных описаний 85% объектов негородских территорий в объеме содержания топографической карты масштаба 1:2500 (рис. 22). На рисунке зеленым цветом обозначены территории с полностью уточненными данными, сиреневым планы на 2004 2005 гг., фиолетовым на 2005 2006 гг., не окрашены территории вне программы PAI (http://www.iggi.gov.uk/resources/NIMSA%20_annual_report_2004.pdf).
Механизм обновления. Требования к периодичности актуализации, инструктивно закрепленные применительно к традиционным или цифровым картам, как показывает опыт, не могут в полной мере обеспечить точность и актуальность БПД. В отличие от традиционного «периодического» обновления (актуализации) предложены механизмы перманентного, условно непрерывного обновления. Так, в рамках ИПД Великобритании механизм «непрерывного обновления» касается не менее 95% всех значимых объектов, соответствующих элементам содержания топографических карт, и предполагает обновление с периодичностью не реже 6 мес.
Общее состояние работ
Согласно данным Ассоциации GSDI (Глобальная инфраструктура пространственных данных), работы над ИПД развернуты в 120 странах, уровень готовности БПД колеблется от разработки состава базовых пространственных данных до полного покрытия ими всей национальной территории с развитыми механизмами обновления и программами расширения состава и повышения качества продуктов БПД.
Рис. 23. Фрагмент слоя топографических данных OS MasterMap
Проиллюстрируем это утверждение на примере Европы, где в условиях достаточно развитых структур и значительного опыта работ в области сбора и обработки пространственных данных наблюдается значительный контраст в уровнях реализации этой составляющей ИПД. Результаты сравнительного анализа отдельных элементов БПД в составе европейских национальных ИПД, основанного на обобщении материалов анкетирования 82 организаций-производителей пространственных данных из 33 европейских стран и выполненного Экспертной группой по качеству данных Еврогеографики в 2003 2004 гг., свидетельствуют о следующем [8].
Наборы данных, соответствующие избранным объектам топографических карт (как правило, масштабов 1:1000 1:50 000), существуют в 23 странах. Их список, необязательно полностью включаемый в состав БПД каждой из национальных ИПД, содержит: автомобильные и железные дороги, административные границы, водоемы, водотоки, береговую линию, географические названия, горизонтали рельефа суши, единицы административно-территориального деления, здания, реперы нивелирных сетей, районы новостроек, земельные участки, транспортные развязки (узлы), адреса.
Подготовка земельного кадастра, как правило в виде данных о земельных участках, завершена также в 23 странах. Для 68% наборов данных существует система перманентного обновления.
Цифровые модели рельефа с разрешением 20 50 м имеют 26 стран.
Слои ортоизображений создают 27 стран, причем в большинстве случаев ортоизображения покрывают всю территорию страны и имеют разрешение лучше 0,5 м. Основной источник их формирования аэросъемка.
Большинство БПД проанализированных типов производится национальными топографо-картографическими (в ряде стран и земельно-кадастровыми) службами и только 8% иными организациями. В рамках программы EuroSpec разрабатывается единая спецификация, направленная на унификацию подходов к созданию, составу, моделям и форматам данных, процедурам их модификации и обновления.
Базовые пространственные данные Великобритании
В отличие от многих национальных ИПД британская система DNF основана на исключительно платном предоставлении информационных ресурсов пространственных данных. С этой точки зрения ее данные не являются БПД в общепринятом смысле этого слова, и в документах DNF такой термин не употребляется. Высокие цены на пространственные данные гарантируют их качество и кратчайшие сроки создания и обновления. Перед DNF не стоят задачи обеспечения свободного доступа к национальным информационным ресурсам и снижения цен на пространственные данные, как у большинства ИПД. Однако ИПД Великобритании один из немногих примеров существования БПД в столь совершенном и полностью завершенном виде.
Рис. 24. Отсутствие линейных объектов, разграничивающих соседние приусадебные участки с объектами недвижимости, в цифровом продукте Land-Line
БПД Великобритании составная часть системы MasterMap, разработанной и поддерживаемой Артиллерийской съемкой Великобритании совместно с другими организациями-разработчиками. MasterMap представляет собой «единый портал» для доступа к метаданным и данным многослойной БД Великобритании (Англия, Уэльс и Шотландия). Первая версия MasterMap вышла в ноябре 2001 г. и в настоящее время содержит четыре базовых слоя.
Слой топографических данных OS MasterMap Topography Layer содержит набор слоев: автомобильные дороги разных категорий (до уровня непроезжих дорог и троп), земельные участки и строения (без детальной кадастровой информации), гидрографическая сеть и объекты водного хозяйства, высоты, сеть железных дорог, исторические памятники, инженерные коммуникации, административные границы разных уровней (в том числе избирательных округов). В совокупности это данные более чем о 443 млн пространственных объектов, каждый из которых идентифицирован номером TOID (рис. 23). Перечень объектов и их атрибутов инструктивно закреплен в спецификации TOPO-96 и определен в каталоге пространственных объектов RWO (OS MasterMap real-world object catalogue, http://www.emapsite.com/downloads/
sample_data/OS_MasterMap_Plot_(eXMap)_colour.zip).
Детальность данных соответствует детальности топографических карт масштабов 1:1250, 1:2500 и 1:10 000 для городских, незаселенных и горных малозаселенных территорий соответственно и допускает увеличение при визуализации до масштаба 1:500. Данные распространяются в форматах программных продуктов САПР и ГИС, поддерживающих соответственно векторную топологическую и нетопологическую модели данных. В число линейных объектов входят так называемые подчиненные границы, используемые для членения земельных участков и иных объектов с немаркированными границами (заборы, ограждения). Рис. 24 и 25 иллюстрируют различие в представлении таких объектов в топографическом слое и традиционном, не поддерживающем векторную топологическую модель данных, но удобном для картографической визуализации средствами САПР (AutoCAD версии 12 и выше), слое границ полигональных объектов в линейке продуктов Land-Line (рис. 26).
Период актуализации топографических данных общий для всех слоев БПД и составляет шесть недель. С такой частотой онлайновая служба информирует пользователей о зафиксированных изменениях в виде COU-сообщений. Для продуктов БПД существуют две технологии актуализации: условно непрерывное обновление, гарантирующее внесение изменений в текущую версию продукта не позднее 6 мес с момента события, и периодическое обновление раз в 5 10 лет с использованием, как правило, регламентных аэротопографических работ.
Первое проводится для фиксированного перечня объектов (объекты категории А, например жилые дома), второе для объектов, малозначимых для большинства пользователей (категории В и С, например, сельскохозяйственные угодья и частные гаражи соответственно).
Слой топографических объектов по составу согласован с содержанием иных слоев данных и производных продуктов. К их числу относится цифровая карта BaseMap номинального масштаба 1:1250, предназначенная в основном для картографических приложений. Ее распространением помимо Артиллерийской съемки Великобритании занимается компания eMapSite в форматах ГИС и САПР.
Рис. 25. Представление линейных объектов, разграничивающих соседние приусадебные участки с объектами недвижимости, в OS MasterMap Topography Layer
Адресный слой. Слой OS MasterMap Address Layer содержит координаты 26 млн объектов недвижимости юридических и физических лиц, связанных с почтовыми кодами Королевской почты Великобритании PAF, позиционированных с использованием приемников GPS и аэросъемочных материалов с субметровой точностью и обновляемых по данным PAF ежемесячно. Данные слоя согласованы и совместимы со всеми иными БПД. Поддерживается связь между адресами и объектами топографического слоя (для адресуемых строений) с учетом постоянной изменчивости атрибутов последних, а также исчезновения и появления новых объектов.
Параллельно существует адресный слой ADDRESS-POINT. В конце марта 2006 г. вышла обновленная, уточненная и функционально усовершенствованная версия адресного слоя OS MasterMap Address Layer 2, содержащая 27 млн адресов и распространяемая в форматах GML и CSV.
Слой интегральной транспортной сети. Слой ITN (Integrated Transport Network) представляет собой автотранспортную инфраструктуру страны. Идентификаторами TOID снабжены все отрезки сети и ее узлы (перекрестки). Слой содержит собственно автодорожную сеть (6 433 340 объектов по состоянию на 24 октября 2005 г.) и маршрутные данные RRI (Road Routing Information) c 1 410 146 объектами, которые обеспечивают решение широкого круга транспортных задач, включая выбор маршрута движения (запрещающие знаки, знаки одностороннего движения, развязки и т. п.). Информация, содержащаяся в слое ITN, существенно отличается от информации о транспортной сети в составе слоя топографических данных, поскольку последний не содержит осевых линий автодорог и других сведений, необходимых для решения навигационных задач.
Слой изображений представляет собой бесшовную мозаику из отдельных безоблачных ортотрансформированных аэроснимков (разрешение 25 см, 24-битное цветное представление) на территорию страны (рис. 27).
Ортотрансформирование снимков проводилось с использованием цифровых моделей рельефа и координат пунктов геодезических сетей с учетом характеристик съемочной аппаратуры и параметров съемки по технологиям цифровой обработки изображений с геометрической и радиометрической коррекцией. Фрагменты слоя могут обновляться, устаревшие снимки архивируются и хранятся как материал для ретроспективного анализа территории. Метаданные о них содержатся в базе данных, доступны в сети Интернет и продаются блочно.
Рис. 26. Образец картографической продукции, производной от Land-Line
Помимо четырех перечисленных слоев, условно относимых к БПД, созданы и используются десятки других векторных и растровых цифровых продуктов на территорию страны. Их перечни, справочные сведения и образцы продукции в разнообразных форматах можно найти на сайтах Артиллерийской съемки Великобритании (http://ordnancesurvey.co.uk/
oswebsite/products) и компании eMapSite (http://www.emapsite.com/
downloads.samples.asp). Это, например, ЦМР Великобритании NEXTMap высокоточный продукт с шагом сетки 5 м и точностью представления высот 1 м, созданный на основе цифровой аэросъемки компанией Intermap Technologies Corp. (http://www.intermap.com) одним из лидеров производства ЦМР на основе дистанционных съемок со штаб-квартирой в Денвере (Колорадо, США) и филиалами в Оттаве, Калгари (Канада), Мюнхене (Германия) и Джакарте (Индонезия). Продукт NEXTMap, включающий как ЦМР, так и ортоизображения, охватывает не только территорию Великобритании, но и Индонезию, Ямайку, Пуэрто-Рико, Соломоновы острова и Вануату, покрывает 16% территории США (штаты Техас, Оклахома, Аризона, Нью-Мексико и Калифорния), планируется к реализации в ФРГ в рамках программы «Цифровая Германия». Съемка, выполняемая радиолокаторами с синтезированной апертурой по технологии IFSAR (InterFerometric Synthetic Aperture Radar), позволяет при наличии двух снимков (интерференционной пары) получить так называемую интерферограмму, обработка которой дает высокоточную модель рельефа со среднеквадратическими погрешностями отметок высот от сантиметров до метров.
Выводы
Состав БПД. Число наборов (слоев) данных в составе национальных БПД не превышает 11, составляя в среднем семь-восемь. Отсутствие какого-либо набора данных в составе БПД не означает, что такого рода продукт не создается и не поддерживается: он может не входить в число официально объявленных базовыми и формируется вне БПД.
Помимо «стандартного» набора БПД национальные ИПД могут содержать достаточно специфические слои, например границы особо охраняемых природных объектов. Ранжирование мотивов отнесения пространственных данных к базовым примерно следующее: 1) всеобщая востребованность; 2) наличие данных, на основе которых можно в обозримое время и с минимальными затратами наладить производство БПД и поддержку их актуальности; 3) наличие производственных структур и отлаженных технологий производства.
В отличие от иных пространственных данных для БПД должны быть соблюдены следующие условия:
определен уровень пространственного разрешения или масштаб в соответствии с требованиями к позиционной точности;
гарантированы повышенная точность и качество в целом;
разработан механизм перманентного обновления, замещающий традиционное периодическое обновление цифровых или бумажных карт;
сведена к минимуму атрибутика элементов базового набора в части описания пространственных объектов (базовых пространственных объектов);
обеспечено покрытие территории без пробелов;
установлено строгое соответствие стандартам как в части содержания, так и технологий производства;
обеспечена доступность как физически (каталоги (базы метаданных) доступны в сети Интернет), так и «экономически» (предоставляются бесплатно или по ценам, покрывающим издержки тиражирования, копирования и распространения, но не производства).
Рассматривая состав БПД в долгосрочной перспективе развития ИПД в целом (10 20 лет), можно отметить тенденцию к расширению их перечня, созданию БПД «второго эшелона», ориентированных на стратегические национальные (и международные, как это происходит в странах Европейского Союза в рамках общеевропейской инициативы INSPIRE) интересы и приоритеты, например, в области охраны окружающей среды, национальной безопасности или защиты от стихийных бедствий. Так, циркуляром А-16 Бюджетного комитета США, принятым в 2002 г. и определяющим перспективы работ над ИПД США, помимо базовых выделено еще 26 групп данных: климат, социально-демографическая статистика, биологические ресурсы и т. п. Ряд пространственных данных лишился при этом статуса базовых, например ЦМР суши (считается полностью готовой), а в разряд БПД вошла ЦМР океанского дна. Возможен вариант, когда набор БПД после формирования поэтапно замещается одноименным более детальным продуктом (версией) с более высоким пространственным разрешением (ортоизображения) или с более мелким шагом сетки ЦМР.
Структура данных одноименных слоев в разных БПД различна, различен и их объем. Так, базы данных географических названий США и Канады содержат 2 млн и 330 тыс. записей соответственно. Аналогичная база данных Великобритании, несравнимой по площади с Канадой, включает примерно 250 тыс. наименований географических объектов.
Готовность БПД. Для всех БПД характерен почти полный пространственный охват территории (90 100%), высокие детальность и уровень завершенности в целом. Достаточно полно укомплектованы БПД стран Европейского Союза в его современных границах, значительно хуже в остальной Европе.
Оценивая степень готовности наборов данных БПД, следует иметь в виду, что генеральная совокупность описываемых объектов в конкретный отрезок времени может представлять собой счетное множество (именованные объекты в базе данных географических названий, адреса, пункты геодезической сети) либо численно неопределенное множество (топографические объекты). В первом случае стопроцентная готовность означает исчерпывающее описание (остается следить лишь за появлением новых и исчезновением существующих объектов), во втором случае разработчики должны решить, что будет порогом отсечения (например, «все объекты, обычно отображаемые на топографических картах и планах масштаба 1:2500 и мельче») или «эталоном» («с детальностью топографической карты масштаба 1:10 000»). Впрочем, ограничения на детальность, масштаб или пространственное разрешение применимы в обоих случаях.
Не исключена ситуация, когда долгосрочные планы формирования БПД могут включать серии одноименных, но разнодетальных продуктов. Так, в США и Канаде некоторые слои данных обслуживают схожие национальные программы мелкомасштабного картографирования: «Национальная карта» в США и «Национальный атлас Канады», которые в терминологии картографии привязаны к масштабам 1:1 000 000 и 1:700 000 соответственно.
Создание каждого из слоев БПД длительный процесс. При наличии высокачественного, но морально устаревшего исходного продукта цифровой топографической карты Нидерландов TOP10vector масштаба 1:10 000 разработчикам нового продукта TOPO10NL, удовлетворяющего современным требованиям (объектно-ориентированный вид, бесшовный набор данных, соблюдение международных стандартов, дополненные атрибуты, идентификация каждого объекта, встроенный механизм актуализации на основе концепции описания жизненного цикла объектов, формирование базы метаданных), пришлось потратить около шести лет.
Актуализация БПД. Механизм периодической или непрерывной актуализации неотъемлемый элемент процедуры создания базовых пространственных данных. Опыт показывает, что создатель того или иного продукта БПД ответственен и за его актуализацию (более того, он в этом заинтересован). С точки зрения механизма и режима актуализации можно выделить три категории БПД:
1. Практически не обновляемые и не нуждающиеся в обновлении: цифровые модели рельефа, некоторые изменения в версиях которых могут быть связаны лишь с уточнением модели, например устранением грубых погрешностей.
2. Обновляемые нерегулярно, по мере необходимости или с «традиционной» периодичностью (1 10 лет и более): ортоизображения, гидрографическая сеть.
3. Обновляемые постоянно и непрерывно (большая часть БПД).
Диапазон частоты обновления данных чрезвычайно широк: от одного дня до десяти и более лет. Ежедневно обновляются данные о геодезической основе США. С периодичностью от месяца до полугода обновляются интегральные данные о топографических объектах и кадастровые данные. Следует различать периодичность фиксации изменений в новой версии продукта и оперативного информирования пользователей БПД об изменениях в текущей версии продукта (может быть установлен режим непрерывного информирования) в пользовательских разделах Web-сервисов.
Стандарты. Анализ показывает, что создание каждого конкретного слоя БПД предваряет или сопровождает разработка стандартов и нормативных документов (спецификаций, технических условий). Например, созданию слоя гидрографии в составе ИПД Канады предшествовал объемный и подробный документ National Scale Frameworks HYDROLOGY. Version 5.0. A practical guide to the datasets; слой гидрографии в составе БПД США, который включает в себя и водосборные бассейны, регламентируется двумя стандартами на уровне национальных: стандартом на собственно гидрографическую сеть National
Hydrography Framework Geospatial Data Content Standard и стандартом Federal Standards for De-lineation of Hydrologic Unit Boun-daries. Новая серия стандартов на БПД США готовится в рамках проекта «Project 1574-D Information Technology Geographic Information Framework Data Content Standard» Техническим комитетом L1 «Географические информационные системы» межнационального комитета по стандартам в области информационных технологий INCITS (InterNational Committee for Information Technology Standards) применительно ко всем семи наборам БПД США, включая ортоизображения, данные земельного кадастра, геодезические сети, ЦМР, гидрографическую и транспортную сети, административные границы.
Соблюдение стандартов гарантирует единообразие процессов создания и актуализации слоев БПД в части содержания, технологий, точности и других оценок качества, а также процедуры контроля качества, независимость продукта от производителя. В идеале каждый нормативный документ должен быть встроен в некоторую закрепленную систему нормативной документации, учитывая необходимость согласования отдельных слоев БПД как по содержанию, так и по технологии создания и актуализации. Разработка стандарта или иного документа длительный, но необходимый этап жизненного цикла цифрового продукта. Разумеется, стандартизация должна пронизывать все компоненты ИПД.
Анализ структуры стандартов, используемых в рамках европейских программ ИПД, показывает, что большинство из них национальные разработки. Однако существенная и все возрастающая роль принадлежит международным стандартам. К числу стандартов, требующих детального изучения и внедрения в национальную практику, относятся стандарты серии 19100 технического комитета ISO/TC 211 «Географическая информация/Геоматика» (43 стандарта в разной степени готовности), спецификации консорциума OGC (Open Geospatial Consortium, Inc.), включая абстрактные спецификации и технические требования (соответственно 16 и 21 документ в разной степени готовности), а также Европейского комитета по стандартизации CEN (17 стандартов технического комитета CEN/TC 287 «Географическая информация») [9].
Метаданные и механизмы доступа к данным. Метаданные неотъемлемая составная часть пространственных данных. На метаданные существует стандарт ISO 19115 (2003), в стадии подготовки новый «имплементационный» стандарт ISO 19139. Общие рекомендации, обобщающие международный опыт использования метаданных для поиска пространственных данных, содержатся в Руководстве по созданию Глобальной инфраструктуры пространственных данных Ассоциации GSDI (см. «Пространственные данные» № 2 4 за 2005 г. и № 1 за 2006 г.).
Метаданные, подготовленные владельцами в соответствии с тем или иным стандартом и размещенные в сети серверов, должны быть доступны. Для доступа обычно используется стандартный сетевой протокол ISO 23950, более известный как стандарт Z39.50 ANSI/NISO, разработанный первоначально для доступа к базам данных серверов удаленных электронных (цифровых) каталогов библиотек, или его профиль Z39.50/GEO, положенный в основу работы порталов «Geospatial One-Stop» ИПД США, «GeoConnetctions» Канадской ИПД и многих других. Метаинформационные ресурсы серверов объединяют службы каталогов, предоставляющих пользователю интерфейс для поиска данных. Обычно он строится на спецификации консорциума OGC OpenGIS Catalog Service Interface Specification. Служба распределенных каталогов ведет реестр серверов, поддерживает его актуальность, контролирует качество метаданных и выполняет другие операции, направляя запросы пользователя к метаданным серверов непосредственно или через шлюзы.
К числу услуг, предоставляемых серверами Web-клиентам, входят средства Web-картографирования в составе поисковых инструментов порталов. Они основаны на спецификации интерфейсов WMS (OpenGIS Web Map Service Implementation Specification) и WFS (OpenGIS Web Feature Service Implementation Specification) консорциума OGC и на аналогичных стандартах ISO (ISO 19128 «Web Map Server Interface», ISO 19136 «Geography Markup Langauge (GML)» и др.) и предназначены для картографической визуализации результатов поиска данных в режиме реального времени, ответа на запросы при обращении к элементам Web-карт и сохранения данных о полученных картах.
Наконец, вопрос доступности БПД для организаций и граждан на порталах и геопорталах национальных ИПД как информационно-телекоммуникационных систем. Одна из первоочередных задач здесь обустройство картографических и геоинформационных Web-сервисов, в частности на основе интерфейсов OGC Web Map Server. Единственный магистральный путь развития Web-сервисов, включая публикацию геоинформационных ресурсов, их поиск, создание приложений и сервисов, каталогизацию данных, организацию доступа к пространственным данным, картографическую визуализацию в Web, удаленную обработку данных и др., их реализация на основе спецификаций OGC.
В таблице приводятся данные о состоянии базовых пространственных данных в составе национальных ИПД и их характеристики. В качестве примечаний следует отметить следующее.
1. Рассматриваемые национальные ИПД: Национальная инфраструктура пространственных данных США NSDI (National Spatial Data Infrastructure); Канадская инфраструктура геопространственных данных CGDI (Canadian Geospatial Data Infrastructure); Инфраструктура пространственных данных Австралии ASDI (Australian Spatial Data Infrastructure); Инфраструктура пространственных данных ФРГ GDI-DEў (Geodateninfrastruktur Deutschland); Инфраструктура пространственных данных Великобритании DNF (Digital National Framework); Инфраструктура пространственных данных Швеции NSDI (National Spatial Data Infrastructure).
2. ИПД регионального и локального уровней, даже если их создание предусмотрено национальными программами, не рассматриваются.
3. Полная синхронность и актуальность приводимых данных не гарантируется, поскольку источники (сайты и обзоры последних лет) не вполне точно позиционированы во времени и разноречивы.
4. Условные обозначения:
+ слой входит в число официально объявленных БПД национального уровня независимо от степени готовности и очередности создания;
слой не входит в число официально объявленных БПД национального уровня, но формируется отдельным продуктом;
слой не входит в число официально объявленных БПД национального уровня или не существует в виде отдельного продукта; для ИПД Великобритании такое деление весьма условно;
Н/д нет данных;
Н непрерывная актуализация;
П периодическая актуализация;
А аэросъемка;
К космическая съемка;
Ц цветное изображение;
М монохромное изображение.
RSS
Реклама
