Информационное и программное обеспечение управления метаданными на базе регионального центра Уральского федерального округа
Важнейшим документом, на основе которого разрабатывается как система «Банк пространственных данных Уральского региона» в целом, так и система управления метаданными, является Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, определяющая процедуры, правила и требования к программно-аппаратным средствам ведения баз пространственных данных (БПД) и метаданных
Управление метаданными на базе регионального Центра пространственных данных Уральского федерального округа (УрФО) осуществляется с использованием информационного и программного обеспечений.
В.С. Рыбалко
И.Д. Пестов
Информационное обеспечениее представляет собой совокупность отечественных и международных стандартов, а также концептуальных и регламентирующих документов по созданию инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации (ИПД РФ), определяющих состав и порядок формирования метаданных в системах управления пространственной информацией.
Программное обеспечение (ИС «Сервер метаданных») состоит из трех независимых компонент: для автономных рабочих мест организаций, локальной сети ФГУП «Уралгеоинформ» и сети Интернет. Компоненты предназначены для сбора метаданных в общей базе банка пространственных данных, интегрированной с информационными системами «Геопортал Уральского региона», «Архив» и «Хранилище пространственной информации» под управлением СУБД Oracle 11g. Состав и структура метаданных полностью соответствуют ГОСТ Р 52573–2006 «Географическая информация. Метаданные», который введен в действие 1 января 2007 г. и является российским профилем международного стандарта ISO 19115:2003.
С.В. Серебряков
Ж.Л. Черкасова
Компоненты ИС «Сервер метаданных» реализованы с помощью среды Visual Studio 2008 (язык C#), СУБД Oracle 11g, пакета FrameWork 3.5, библиотеки NHibernate.
Метаданные — это структурированные данные, представляющие собой характеристики описываемых сущностей с целью их идентификации, поиска, оценки, управления [1].
В соответствии с Концепцией создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации [2] к стратегическим целям создания системы управления [3] метаданными относятся:
— изменение подхода к созданию и использованию информационных ресурсов (как внутри системы государственного управления, так и путем вовлечения внешних государственных информационных ресурсов в общественный оборот);
— разработка информационной технологии обеспечения потребителей картографическими материалами и иными пространственными данными, в том числе создание технологии поддержания их в актуальном состоянии;
— разработка информационной технологии подготовки, манипулирования, хранения и обмена метаданными с привлечением производителей информации, различных министерств и ведомств; границы поиска геоинформации должны быть максимально стандартизированы и расширены, а форматы востребованы и открыты;
— выявление потребностей Интернет-пользователей пространственных данных и оценка стоимости услуг (в целях дальнейшего расширения сервисов системы без лишних затрат на обследование рынка и реализацию пробных сервисов);
— использование возможностей сети Интернет для рекламы;
— широкое информирование о своей деятельности и продукции в целях увеличения числа потребителей.
Приказом Роскартографии № 75-пр от 16 октября 2006 г. «Об организации ведения федерального картографо-геодезического фонда» ФГУП «Уралгеоинформ» поручено в качестве организации-фондодержателя осуществлять ведение федерального картографо-геодезического фонда (ФКГФ), хранение и предоставление в пользование материалов и данных ФКГФ по территории Уральского федерального округа.
Являясь разработчиком первого прототипа региональной инфраструктуры пространственных данных (ИПД) в России, предприятие осуществляет подготовку, хранение и предоставление пользователям пространственной информации с целью обмена ею и исключения дублирования работ по созданию пространственных данных на одной и той же территории, обеспечивая доступ к ним заинтересованным гражданам и организациям.
В настоящее время в Центре пространственных данных ведутся работы по созданию геопортала Уральского региона. Его прототип разработан на основе современных технологий, имеет модульную структуру, обладает достаточной гибкостью и масштабируемостью, позволяет публиковать без дополнительной доработки данные таких программных продуктов, как ГИС «Панорама», ArcGIS, ГИС «ИнГео», MapInfo, а также поддерживает протоколы WXS.
Одной из важнейших подсистем геопортала является распределенная система управления метаданными. Тактические цели создания системы:
— обеспечение оперативного информационного взаимодействия потенциальных пользователей системы посредством сервисов обмена метаданными на основе организации «единой точки входа»;
— формирование каталоговых сервисов по ведению и наполнению баз метаописаний на уровне субъектов Российской Федерации, предоставление сервера метаданных для эффективного управления ресурсами;
— обеспечение унификации представления метаинформации о геоинформационных ресурсах на основе единых стандартов;
— обеспечение персонификации рабочего интерфейса пользователя в соответствии с его индивидуальными потребностями и сохранение пользовательских настроек на основе механизмов управления компонентами пользовательского интерфейса и ведения личного профиля пользователя;
— обеспечение возможности сторонним организациям формировать метаданные с помощью автономного рабочего места и публиковать их через предоставленный Web-интерфейс;
— предоставление возможности онлайновой и офлайновой регистрации данных и метаописаний. В случае подготовки метаданных с использованием офлайнового программного обеспечения (СУБД Microsoft Access) импорт каталогов в формате XML на сервер метаданных (СУБД Oracle) должен происходить с верификацией валидности данных на стороне сервера;
— соблюдение открытости в части мировых стандартов для обмена и обновления информации.
Информационное обеспечение системы управления метаданными
В состав информационного обеспечения системы управления метаданными входят: концептуальные документы и стандарты, база метаданных, словари-справочники данных, тезаурусы, обменный XML-формат.
Концептуальные документы и стандарты. Информационное обеспечение системы управления метаданными содержит совокупность отечественных и международных стандартов, а также концептуальных и регламентирующих документов по ИПД РФ, определяющих состав метаданных и порядок создания систем управления ими.
Важнейшим документом, на основе которого разрабатывается как система «Банк пространственных данных Уральского региона» в целом, так и система управления метаданными, является концепция [2], определяющая процедуры, правила и требования к программно-аппаратным средствам ведения баз пространственных данных (БПД) и метаданных.
Разработка выполнена в строгом соответствии со следующими международными и российскими стандартами:
— ГОСТ Р 52573–2006 «Географическая информация. Метаданные» [4];
— ISO 19115:2003 Geographic information — Metadata («Географическая информация — Метаданные») [5];
— ISO 19139:2007 Geographic information — Metadata — XML schema implementation («Географическая информация — Метаданные — Реализация XML-схемы метаданных) [6];
— ISO 19128:2005 Geographic information — Web map server interface («Географическая информация — Интерфейс картографического Web-сервера») [7];
— Dublin Core Metadata Element Set, Version 1.1 («Дублинское ядро», используемое для организации Web-поиска в среде Интернет) [8].
Структура базы метаданных и состав словарей-справочников полностью соответствуют ГОСТ Р 52573 (и ISO 19115 как более общему документу) с некоторыми дополнениями со стороны разработчиков ФГУП «Уралгеоинформ». ER-схема базы метаданных (схема в методологии IDEF1X «сущность-связь») приведена на рис. 1; она является отображением объектных UML-схем в области реляционных отношений.
Рис. 1. Схема базы метаданных в методологии «сущность-связь» (ER-схема)
Схема содержит множество сложным образом взаимоувязанных таблиц. Наиболее трудным моментом при создании как самой схемы, так и интерфейса взаимодействия с базой метаданных стала реализация объектовых связей «многие ко многим» и обязательных полей.
Несогласованность ГОСТ Р 52573 c ISO 19115, недостатки отечественного профиля стандарта и пути их преодоления детально рассмотрены в [9]. При реализации системы управления метаданными специалисты предприятия обнаружили еще один недостаток: добиться обязательности всех требуемых в стандарте полей оказалось практически невозможно из-за отсутствия их в реальных наборах метаданных, поэтому в статусе обязательных были оставлены несколько полей, а остальные переведены в статус рекомендованных к заполнению.
Отличие реализованной структуры базы метаданных от ГОСТ Р 52573 заключается в том, что некоторые поля (например, система координат, графические форматы данных), обозначенные в стандарте как текстовые, заменены на поля с выбором значений из справочников, разработанных на предприятии, что не противоречит методологии дополнения метаданных, изложенной в ISO 19115, и отразилось на составе словарей-справочников базы метаданных.
Словари-справочники базы метаданных. В составе базы метаданных имеются основные и дополнительные словари. К основным относятся словари, обозначенные в ГОСТ Р 52573:
— Стандарт кодировки;
— Способ представления данных;
— Состояние данных;
— Предметная область;
— Ограничения;
— Категории информации по уровню доступа и использования;
— Документ о подтверждении соответствия;
— Периодичность обновления данных и метаданных;
— Наименование носителя;
— Форма представления данных;
— Функции ответственного субъекта.
К дополнительным относятся словари, введенные ФГУП «Урал-геоинформ»:
— Единицы измерения;
— Графический формат файла;
— Стандартная система координат;
— Вид проекции;
— Наименование эллипсоида;
— Система высот;
— Субъект Федерации;
— Информация об организациях.
Информация об ответственном субъекте организована в виде справочника, хотя в стандарте она представлена совокупностью внутренних таблиц схемы. Если следовать ГОСТ Р 52573, то сведения об ответственных субъектах будут многократно дублироваться, поэтому и было принято решение вынести их на уровень справочников. При заполнении соответствующих полей нужно будет только выбрать из справочника субъект, ответственный за обновление, использование, распространение и т. п. информации.
Занесение информации в справочники осуществляется администратором данных.
Обменный XML-формат. Структура обменного формата XML разработана на основе UML-схем ГОСТ Р 52573 и правил преобразования UML-схем метаданных в XML-схемы, описанных в ISO 19139. Наличие этого формата позволяет организациям, не связанным с общей базой метаданных, обмениваться метаданными как с ней, так и между собой.
Программное обеспечение системы управления метаданными
Архитектура распределенной системы управления метаданными — ИС «Сервер метаданных» (рис. 2) — разработана в соответствии с перечисленными выше стандартами. Она содержит три уровня иерархии (снизу вверх): хранения метаданных, приложений работы с метаданными и удаленных пользователей.
Рис. 2. Архитектура распределенной системы управления метаданными ФГУП «Уралгеоинформ»
На уровне хранения метаданных:
— база метаданных ГОСТ Р 52573 под управлением СУБД Oracle 11g;
— Web-сервер;
— база метаданных Dublin Core Metadata (DC) для организации Web-поиска в сети Интернет под управлением СУБД Oracle 11g;
— изолированная база данных специализированной системы хранения картографической информации ИС «Архив», из которой метаданные передаются на геопортал посредством XML-файла.
На уровне приложений работы с метаданными:
— многопользовательская Win-dows-версия ИС «Мастер метаданных»;
— Web-версия ИС «Мастер метаданных» в составе геопортала УрФО;
— информационная система «Архив».
На уровне удаленных пользователей:
— Web-версия ИС «Сервер метаданных»;
— автономное рабочее место (локальная Windows-версия на основе СУБД Access).
Сбор метаданных в единую базу регионального центра предполагается осуществлять по трем каналам:
1. Наиболее простая возможность подготовки метаданных предоставляется организациям с помощью автономного рабочего места ИС «Сервер метаданных». Пользователь осуществляет ввод и редактирование метаданных на своем компьютере в удобном для себя темпе, не зависит от состояния линий связи и их пропускной способности. После окончания ввода набора данных пользователь осуществляет их экспорт в XML-файл, который пересылает в «Уралгеоинформ», где он после верификации валидности импортируется в единую базу данных.
2. Если организация имеет доступ к геопорталу Уральского региона, то существует возможность заносить информацию через Web-интерфейс ИС «Сервер метаданных». При этом метаданные сначала помещаются на промежуточное хранение, а после дополнительной экспертной проверки заносятся в единую базу.
3. В локальной сети ФГУП «Уралгеоинформ» основным средством ввода и редактирования метаданных является сетевая Windows-версия ИС «Сервер метаданных». С ее помощью осуществляется массовое занесение имеющейся информации в единую базу данных с целью дальнейшего интегрирования с геопорталом Уральского региона.
Обмен метаданными между организациями может осуществляться с использованием XML-файлов, а с помощью инструмента конвертирования XML-формата — между организациями и сервером метаданных.
Системное программное обеспечение и среда разработки. Компоненты ИС «Сервер метаданных» реализованы c помощью передовых программных технологий:
— сервер сетевой: MS Windows Server 2003/2008;
— сервер баз данных: СУБД Oracle 11g;
— сервер приложений: IIS 6.0/7.0;
— среда разработки приложений: Visual Studio 2008 (язык C#);
— пакет .NET Framework 3.5;
— пакет ASP.NET 3.5, расширение MVC Framework;
— библиотека NHibernate 2.1;
— Silverlight 2.0;
— клиентская платформа ExtJS.
Windows-интерфейс взаимодействия пользователя с базой метаданных можно условно разделить на набор сервисных функций, создание и редактирование метаданных («Мастер метаданных») и просмотр и редактирование словарей-справочников метаданных.
Набор сервисных функций включает в себя:
— подключение пользователя к базе метаданных;
— экспорт из базы метаданных в XML-формат;
— импорт из XML-формата в базу метаданных;
— импорт метаданных из XML-файла системы «Архив» в базу метаданных;
— выгрузку списка метаданных в XML-формат;
— поиск метаданных в базе;
— просмотр метаданных в формате HTML.
Функции сосредоточены на нескольких начальных формах (заставка, авторизация пользователя, главное меню) и форме «Просмотр списка метаданных», которая служит для выбора конкретного экземпляра метаданных (рис. 3).
Рис. 3. Форма просмотра списка метаданных
Предусмотрены функции экспорта, импорта и выгрузки списка метаданных.
Условия отбора метаданных располагаются в верхней части формы «Просмотр списка метаданных» и состоят из полей:
— «Предприятие» (субъект, ответственный за метаданные);
— «Название» (наименование набора данных);
— «Период создания» (период создания метаданных);
— «Перечень объектов учета материалов и данных федерального картографо-геодезического фонда» (объекты ФКГФ).
Все фильтры могут быть применены одновременно. В этом случае связкой между условиями отбора является логическое «и».
Функции обработки списка метаданных:
— «Редактировать» — при нажатии этой кнопки выводится информация для просмотра и редактирования единицы метаданных, которая была выбрана в списке (главная форма ИС «Мастер метаданных»);
— «Посмотреть в HTML» — просмотр метаданных в формате HTML;
— «Удалить» — удаление выбранных метаданных;
— «Сохранить список» — сохранение выбранного списка метаданных в формате XML;
— «Экспорт» — экспорт выбранных единиц метаданных в файл *.XML.
Отобранные экземпляры метаданных визуализируются в табличной форме и могут быть упорядочены по значению данных в любом из столбцов таблицы.
Существует функция просмотра метаданных в виде HTML-отчета. Пример фрагмента отчета приведен на рис. 4.
Рис. 4. Пример фрагмента HTML-отчета о метаданных
Создание и редактирование метаданных («Мастер метаданных»). В левой части главной экранной формы «Мастер метаданных» (рис. 5) располагается фрейм, в котором отображаются иерархические связи между формами для заполнения метаданных в виде дерева. Особенностью ИС «Мастер метаданных» является интерфейс взаимодействия с пользователем в идеологии мастеров, т. е. последовательное продвижение при задании информации. Но можно перемещаться и по древовидному представлению информации, чтобы быстро перейти к нужной форме и отредактировать информацию.
Рис. 5. Главная форма «Мастер метаданных»
Для более эффективного восприятия метаданные скомпонованы по разделам и размещены в формах с соответствующими наименованиями. Головными разделами формы «Мастер метаданных» являются «Информация о метаданных» и «Информация о наборе данных». Разделы «Информация о качестве данных в наборе данных», «Информация о классификаторе набора данных» и «Информация о распространении набора данных», хотя и являются подчиненными разделу «Информация о наборе данных», но располагаются на одном с ним уровне, чтобы минимизировать количество вложений в дереве.
Все поля в форме «Мастер метаданных» по необходимости заполнения разделены на три типа:
— обязательные (идентифицируют набор метаданных и должны быть заполнены; для удобства пользователей выделены красными звездочками). К ним относятся:
— «Наименование объекта ссылки» (форма «Описание набора данных»);
— «Форма представления данных» (форма «Описание набора данных»);
— «Наименование юридического лица» (форма «Информация о субъекте, ответственном за метаданные»);
— «Функции, выполняемые ответственным субъектом» (форма «Информация о субъекте, ответственном за метаданные»);
— рекомендованные к заполнению (ГОСТ Р 52573 требует их наличия, но заполнение данных полей не всегда целесообразно или затруднительно для описываемых источников информации). На формах цвет выделения рекомендованных полей — зеленый;
— пользовательские (ГОСТ Р 52573 не требует их обязательного заполнения).
Общими для интерфейса формы «Мастер метаданных» являются такие контрольные элементы, как:
— календарь, позволяющий выбрать необходимую дату;
— элементы множественности, позволяющие ввести несколько текстовых значений в одно поле или выбрать их из соответствующего справочника;
— кнопки навигации по формам, позволяющие перемещаться по формам;
— группа элементов управления созданием и удалением страниц, которая позволяет создать новые, подобные предыдущей, страницы или удалить текущую страницу;
— выбор значений из тезауруса — позволяет выбрать значение из справочника в атрибут с признаком множественности, например, ключевые слова.
Особым образом организована работа с семейством форм «Ответственный субъект». Ввод в форме запрещен, можно только выбрать позицию из списка, содержащегося в поле «Наименование юридического лица». Значения всех остальных полей формы выбираются и заносятся автоматически. Если выбор не будет сделан, то в качестве наименования юридического лица останется заносимое по умолчанию значение «Информация отсутствует».
По окончанию работы открывается форма «Итоговая страница», которая предоставляет пользователю страницы с рекомендованными к заполнению полями, что служит дополнительной функцией контроля вводимой информации. Пользователь сам принимает решение о сохранении метаданных или продолжении их заполнения.
Просмотр и редактирование справочников. Важной информационной составляющей базы метаданных являются справочники. Как отмечалось выше, используются основные (соответствуют ГОСТ Р 52573) и дополнительные (введены ФГУП «Уралгеоинформ») справочники. В виде справочника реализован и объект «Ответственные субъекты». Незарегистрированному пользователю разрешается просматривать словари, для редактирования необходимы специальные права доступа.
Список основных словарей появляется после раскрытия формы «Словари» (рис. 6).
Рис. 6. Форма «Словари», закладка «Основные»
Web-интерфейс взаимодействия с единой базой данных (Web-версия ИС «Сервер метаданных») предназначен для работы пользователей с метаданными в составе геопортала Уральского региона. На главной странице геопортала имеется закладка «Метаданные», по которой осуществляется переход на первую страницу Web-версии ИС «Сервер метаданных». Форма «Просмотр списка метаданных» представлена на рис. 7.
Эта страница во многом подобна форме «Просмотр списка метаданных» Windows-версии (рис. 3), но принципиально отличается тем, что на ней нет поисковых полей. Поиск в Web-версии происходит на специальной странице.
После выбора набора метаданных и нажатия кнопки «Изменить» происходит переход на страницу «Мастер метаданных» (рис. 8). Она подобна форме Windows-версии (рис. 5), но, естественно, имеет свои особенности, связанные с возможностями и правилами построения Web-интерфейса.
Рис. 8. Главная страница Web-версии ИС «Сервер метаданных»
Как отмечалось, главным отличием Web-версии от Windows-версии является механизм поиска метаданных, основанный на идеологии «Дублинского ядра». Поисковая страница приведена на рис. 9.
Идеология «Дублинского ядра» [8] была взята за основу реализации поиска метаданных в сети Интернет в связи с тем, что она:
— является общепризнанным международным подходом к описанию и поиску метаинформации в среде Интернет, что существенно облегчает задачу использования известных поисковых ресурсов;
— проста по своей сути и, соответственно, не является трудоемкой в реализации;
— позволяет вести поиск по любому из 15 своих атрибутов, как индивидуально, так и в составе запроса, с возможностью объединения атрибутов условиями «содержит», «не содержит» и логическими «и» и «или».
Рис. 9. Форма поиска метаданных в Web-версии ИС «Мастер метаданных»
Выводы
По итогам рассмотрения целей создания системы управления метаданными ФГУП «Уралгеоинформ», ее архитектуры, состава базы данных и основных форм интерфейса можно сделать следующие выводы:
1. ИС «Сервер метаданных» существует в трех версиях, две из которых являются офлайновыми. Офлайновые версии — это «коробочные» варианты для серверной (СУБД Oracle) или локальной (СУБД Access) версий «Мастера метаданных» в среде Windows, с помощью которых потребители могут создавать собственные базы метаданных и обмениваться ими через XML-формат. Онлайновая версия (Web-версия) позволяет пользователям перемещать свои метаданные на геопортал Уральского региона во время Интернет-сессии с ним.
2. Все версии системы имеют дружественный, полнофункциональный интерфейс, реализованный в идеологии мастеров Windows, что позволяет осуществлять эффективный ввод метаданных.
3. Созданная база метаданных системы соответствует по содержанию и структуре ГОСТ Р 52573 и ISO 19115.
4. В настоящее время база метаданных содержит всю информацию о картографическом фонде ФГУП «Уралгеоинформ» и призвана объединить сведения всех производителей и ведомственных фондодержателей картографической продукции.
5. В перспективе предполагается интегрировать данную систему с отраслевой базой метаданных для осуществления сбора и обмена информацией между организациями.
RSS
Реклама
