Технологии

Технология построения инфраструктуры пространственных данных

Инфраструктура пространственных данных (ИПД) – система базовых пространственных данных, метаданных, стандартов и регламентов, информационных узлов, геосервисов для доступа и обмена географическими информационными ресурсами.

Технология построения инфраструктуры пространственных данных на основе программных продуктов КБ «Панорама» соответствует международным стандартам ISO 19100, нормативным документам европейской инициативы INSPIRE, ГОСТам Российской Федерации и базируется на собственных разработках компании, соответствующих передовым мировым требованиям к созданию распределенных хранилищ и предоставлению широкого доступа к пространственным данным федерального, регионального и муниципального уровня. Элементы ИПД можно условно разделить на несколько взаимосвязанных подсистем программных продуктов и информационных ресурсов, постоянно обновляемых в процессе актуализации пространственных данных:

  • подсистема сбора и накопления пространственных данных;
  • подсистема ведения банков пространственных данных;
  • подсистема публикация пространственных данных.

Реализация элементов ИПД выполнена специалистами компании в ходе выполнения проектов различных по уровню сложности и объему пространственных данных. Например:

В общем случае подсистема сбора и накопления пространственных данных обеспечивает выполнение технологических операций по контролю качества цифровой информации о местности, преобразованию ее к формам хранения, формированию базы пространственных данных и базы метаданных пространственной информации. Программный продукт Профессиональная ГИС «Панорама» обеспечивает выполнение всех технологических операций на данном этапе, а программа «ГИС Сервер 2011» обеспечивает формирование распределенного хранилища данных и разграничение доступа к пространственной информации. Кроме того программа ГИС «Карта 2011» обеспечивает ввод базовых метаданных цифровой карты. Метаданные содержат описательные характеристики, такие как пространственный охват данных, их проекция, ключевые слова, тематика, автор, публикатор, время создания, информация о доступности, URL-ссылки и пр. Для полного ввода метаданных используется специальное приложение, обеспечивающее заполнение метаданных по полному перечню соответствующему международным стандартам и ГОСТ Р 52573-2006.

При построении банка пространственных данных учитываются охват территории и степень детализации данных. Например, для задач территориального управления на уровне Российской федерации необходимы пространственные данные, соответствующие картам мелкого и среднего масштаба. Для анализа на уровне субъекта Российской федерации необходимы пространственные данные, соответствующие картам среднего и крупного масштаба. Решение для задач муниципального уровня требует пространственных данных, соответствующих картам крупного масштаба и крупномасштабным планам. Процедура извлечения из цифровых карт необходимого координатного и атрибутивного описания пространственных объектов обеспечивается средствами приложения «Атлас карт». Размещение полученных информации в банке пространственных данных, компоновка пространственных объектов в наборы пространственных данных и подготовка каталогов метаданных обеспечивается средствами ведения банка пространственных данных.

С позиции инфраструктуры пространственных данных собственно структура банка пространственных данных не важна, это может файловое хранилище в формате ГИС, СУБД, поддерживающие пространственные связи или их комбинация. Важным является обеспечение функций поиска необходимых данных и их предоставление пользователю по единым согласованным протоколам. В рассматриваемой технологии данные функции реализуются программными средствами публикации пространственных данных. Существует несколько вариантов публикации:

  • предоставление пользователю контактной информации о поставщике данных,
  • размещение готовых наборов пространственных данных на геопорталах,
  • предоставление в открытом доступе пространственных данных на основе геосервиса, в автоматизированном режиме передающего нужную информацию.

Инфраструктура пространственных данных предоставляет возможность поиска геоинформационных ресурсов – источников данных по каталогам метаданных, являющихся неотъемлемой частью пространственных данных и формирования выборок пространственных данных по их характеристикам. Для этой цели применяются WEB-порталы метаданных, содержащие интерфейс для взаимодействия с банками пространственных данных. Поскольку метаданные создаются параллельно с самими пространственными данными, и публикуются держателями информации на геопортале, пользователь получает инструмент поиска пространственных данных по их описаниям.

Для построения WEB-порталов и публикации подготовленных наборов пространственных данных используется программные средства GIS WebServer. Приложение дает возможность выполнять просмотр, сортировку и фильтрацию таблиц баз данных, обеспечивает функции интерактивной работы с картой. Поддерживается техника авторизованного доступа к данным. Для извлечения пространственных данных, хранящихся в СУБД и представления их в наглядном графическом виде, применяется приложение «Мониторинг картографических данных в базе» (DbMonitor). Программа DbMonitor может обрабатывать базы данных различных типов (Oracle, MS SQL Server, FireBird и другие). Поддерживаются типы данных OpenGIS Spatial (стандарта Open GIS Consortium). Программа осуществляет мониторинг содержимого базы данных и в автоматическом режиме выполняет обновление всей карты целиком, либо только объектов, информация о которых в базе данных претерпела изменения. Процесс обновления является двусторонним и при выполнении изменений в графическом изображении карты, сведения о пространственных данных в базе будут автоматически обновлены. В процессе работы осуществляется протоколирование процесса мониторинга и ведение журнала транзакций.

Для обеспечения функций предоставления данных по запросам пользователей предназначены различные геосервисы. Существует несколько разновидностей геосервисов, наиболее распространенные из них, это картографические сервисы и сервисы, предоставляющие доступ к данным.

Картографические сервисы обеспечивают передачу пользователю по каналам связи готового картографического изображения на нужную территорию. Международным стандартом картографических сервисов, являются WMS (Web Map Service) и WMTS (Web Map Tile Service). На картографических сервисах основана работа практически всех картографических сайтов в интернете, таких как GoogleMaps или YandexMaps. Приложения КБ «Панорама» обеспечивают доступ к пространственным данным на основе WMS сервиса. Для подготовки так называемых тайлов (используются в геосервисе WMTS) применяется специальное приложение ImageryGreator, обеспечивающие в режиме службы постоянное обновление фрагментов изображений – тайлов, характеризующих текущее состояние банка пространственных данных.

Существенным преимуществом использования геосервиса является то, что конечному пользователю не нужно думать о данных, положенных на карту, их оформлении и обновлении. Вместо этого можно просто подключиться к сервису и использовать его в качестве, например, подложки для цифрования. Благодаря картографическим геосервисам появился новый тип приложений meshup – программные средства обеспечивающие комбинирование контентов с различных источников, эдакий гибрид WEB слоев пространственных данных. Это могут быть не только WEB-сайты, но и настольное программное обеспечение ГИС. При нужной функциональности ГИС-пакета, любой пользователь может применить такой сервис в качестве одного из слоев электронной карты. Достаточно знать URL-ссылку и выбрать нужный слой среди доступных на информационном ресурсе. Поскольку картографические сервисы можно комбинировать, совмещать друг с другом и с локальными данными создается мощный инструмент обработки данных, без закачивания на компьютер пользователя значительных объемов информации. При этом обеспечивается корректность и сохранность пространственных данных.

Однако картографические сервисы позволяют выполнить лишь визуальную обработку данных, для решения задач пространственного анализа необходимы другие механизмы. Возможность удаленного подключения напрямую к базам пространственных данных обеспечивают геосервисы, предоставляющие доступ к данным. Международными стандартами геосервисов, предоставляющих данные являются WFS (Web Feature Service) и WCS (Web Coverage Service). Эти стандарты позволяют получать из удаленного источника не просто картографические изображения, а пространственные объекты и матрицы. При этом сведения о пространственных объектах содержат координатное описание и атрибуты, с соблюдением топологии и связей, существующих между различными слоями и типами пространственных объектов в банке пространственных данных на сервере информационного ресурса. Для унифицированного обмена пространственными данными любого назначения между различными информационными системами разработан стандарт GML - OpenGIS Geography Markup Language (GML) Encoding Standard. Данный стандарт принят в качестве международного стандарта - ISO 19136:2007, Geographic Information – Geography Markup Language (GML). Данный формат обмена используется в геосервисах , предоставляющих доступ к данным.

В КБ «Панорама» разработана спецификация содержащая описание порядка применения стандарта GML и других международных стандартов для организации обмена пространственными данными, содержащимися в цифровых топографических картах. На основе данной спецификации функционирует WFS геосервис, предоставляющий пользователем сведения их банка пространственных данных.

Нормативно-правовая база

Технология построения инфраструктуры пространственных данных средствами КБ «Панорама» соответствует всем актуальным нормативно-правовым документам, включая:

1) Международные стандарты ISO 19100:
ISO 19107:2003, Geographic information – Spatial schema // Географическая информация. Пространственная схема
ISO 19109:2005, Geographic information – Rules for application schema // Географическая информация. Правила для схемы приложений
ISO 19115:2003, Geographic information – Metadata // Географическая информация. Метаданные
ISO 19115-2:2009, Geographic information – Metadata -- Part 2: Extensions for imagery and gridded data // Географическая информация. Метаданные. Часть 2. Расширения для данных отображения и данных с географической привязкой.
ISO 19119:2005, Geographic information – Services // Географическая информация. Сервисы.
ISO 19119:2005/Amd.1:2008, Geographic information – Services -- Amendment 1: Extensions of the service metadata model // Географическая информация. Сервисы. Изменение 1. Расширения модели метаданных для сервисов.
ISO 19128:2005, Geographic information – Web map server interface // Географическая информация. Интерфейс сервера отображения сети
ISO 19136:2007, Geographic Information – Geography Markup Language (GML) // Географическая информация. Географический маркировочный язык (GML)
ISO 19137:2007, Geographic information – Core profile of the spatial schema // Географическая информация. Основной профиль пространственной схемы
ISO/TS 19139, Geographic information – Metadata – XML schema implementation W3C XML, Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Third Edition), W3C Recommendation (4 February 2004)
ISO 19142:2010, Geographic information -- Web Feature Service // Географическая информация. Служба характеристик сети

2) Нормативные документы европейской инициативы INSPIRE:
INSPIRE Metadata Implementing Rules: Technical Guidelines based on EN ISO 19115 and EN ISO 19119
INSPIRE D2.5: Generic Conceptual Model
INSPIRE D2.7: Guidelines for the encoding of spatial data6
INSPIRE D2.8.I.1 INSPIRE Specification on Coordinate Reference Systems – Guidelines

3) ГОСТы Российской Федерации:
ГОСТ Р 52571-2006, Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования.
ГОСТ Р 52572-2006, Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования.
ГОСТ Р 52573-2006, Географическая информация Метаданные.
ГОСТ Р 52439-2005, Каталог объектов местности. Требования к составу.
ГОСТ Р 53339-2009, Данные пространственные базовые. Общие требования.
ГОСТ Р 52155-2003, Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные. Общие технические требования