Стандарты и ESRI

Владимир Андрианов, DATA+

Возможность применения того или иного программного продукта в рамках Инфраструктуры пространственных данных (ИПД) определяется, в первую очередь, поддержкой в нем общепринятых стандартов представления информации и взаимодействия с другими системами. Позиция ESRI в отношении стандартов является прагматической: в своих продуктах компания реализует те стандарты, которые утверждены или полностью готовы к утверждению, уже получили какое-то признание, применение и востребованы пользователями. При этом ESRI не просто использует готовые стандарты, но также активно участвует в их разработке и в деятельности организаций по стандартизации. Эта деятельность не особо заметна пользователям, однако благодаря ей стандарты реализуются в ПО ESRI как бы естественным образом.

В целом, стандарты можно разделить на две группы: стандарты де-юре и стандарты де-факто. Первые создаются специальными уполномоченными организациями (ISO, OGC), вторые возникают в результате массового использования каких-либо удачных спецификаций или решений, созданных отдельными фирмами. Так, большинство доступных в ArcGIS форматов данных являются стандартами де-факто. Это многие графические форматы (TIFF, GeoTIFF, GIF, JPEG, PNG и др.), а разработанный ESRI формат шейп-файла сам стал таким стандартом и используется в продуктах многих других производителей ПО ГИС. Сейчас спецификация шейп-файла используется не только для обмена геоданными между пользователями, но и даже в продуктах многих поставщиков ПО — конкурентов ESRI. Как ни странно, это заимствование оказывается взаимовыгодным: с одной стороны, менее мощные производители ПО ГИС пользуются наработками мирового лидера и получают возможность взаимодействия с его продуктами, с другой – пользователям других продуктов легче переходить на технологию ESRI, благодаря общим форматам данных.

В данной статье мы рассмотрим реализацию стандартов де-юре. Это стандарты ISO (Международной организации по стандартизации), и спецификации OGC (Open Geospatial Consortium), нацеленные на обеспечение возможности взаимодействия ПО разных производителей. Выполнение этой задачи необходимо для работы ИПД, в которой всегда используются продукты разных производителей. Хотя следует заметить, что само семейство продуктов ESRI является достаточным для создания ИПД – и потому что в нем присутствуют все необходимые компоненты ИПД, и потому что в них широко используются стандарты.

Реализация стандартов в продуктах ESRI

Большинство стандартов и спецификаций определяют не устройство того или иного компонента ИПД, а правила взаимодействия этих компонентов и состав передаваемых данных. Соответственно, в продуктах ESRI они реализуются в виде стандартных интерфейсов, например, посредством коннекторов в ArcIMS.

Поскольку в любом взаимодействии есть две стороны – поставщик и потребитель данных – реализацию стандартов нужно также рассматривать с двух сторон. Так, например, спецификация WMS может реализовываться и в серверных продуктах – для публикации веб-карт, и в клиентских приложениях – для просмотра этих карт.

Спецификации OGC и ISO, реализованные в продуктах ESRI

* – проведение теста на соответствие спецификации; такие тесты существуют не для всех спецификаций; положительный результат теста не гарантирует взаимосовместимость с другими продуктами, хотя значительно повышает ее вероятность

не реализованы:

Coordinate Transformation Services (CT)
возможность реализации имеется, но нет потребности, что будет актуально с появлением механизма связывания веб-служб (service chaining)

GO-1 Application Objects (AOS)      GO-1
интерфейс прикладных программ (API), не вписывающийся в архитектуру ИПД на основе веб-служб

OGC Web Services Common Specification
OWS – шаблон для разработки других спецификаций веб-служб, не предназначенный для прямой реализации в ПО

Простые объекты

О спецификациях с общим названием «Simple Features» (SF) нужно поговорить отдельно. Дело в том, что эта спецификация задает требования к организации систем на разных уровнях, и возможности ее реализации существенно зависят от конфигурации программных средств. Спецификация SF определяет:

• схему базы данных;
• модель двухмерной геометрии для точечных, линейных и полигональных объектов;
• модель доступа к данным;
• использование общепризнанных форматов данных для передачи геометрии объектов и пространственной привязки объектов.

Все модели данных ArcGIS, так или иначе, основываются на простых пространственных объектах. То есть, если вам нужен стандартный доступ к данным БГД под ArcGIS – нет проблем. Но нужно иметь в виду, что при этом не будут задействованы механизмы БГД более высокого уровня – домены, правила, сложная топология, поведение объектов и др. Из этого следует, что при проектировании БГД необходимо учитывать, какие клиентские приложения будут использовать данные этой БГД. Если это клиенты семейства ArcGIS и другие программные продукты ESRI, то можно задействовать все механизмы БГД. Если же это клиенты, понимающие только простые пространственные объекты (SF), то нужно задействовать только те механизмы БГД, которые представлены в спецификации SF. При организации хранилища данных в открытой ИПД нужно, конечно, ориентироваться на тот объем возможностей ArcSDE и БГД, который предусмотрен стандартом.

Полнота реализации спецификации доступа к простым пространственным объектам в ArcSDE зависит от того, какая несущая СУБД используется:

• в ArcSDE for DB2 и ArcSDE for Informix реализованы только типы и функции OGC SFS;
• в ArcSDE for SQL Server реализованы OGC Binary Schema и SDE compressed Binary Schema;
• в ArcSDE for Oracle реализованы все возможности предыдущих двух пунктов, а также задействованы возможности Oracle Spatial.

«Кусочный» характер реализации обусловлен двумя причинами: конкуренцией между спецификациями SFS, SQL/MM (ISO/IEC 13249-3) и ISO 19107, и различными возможностями базовых СУБД. Понятно, что это состояние – временное. С одной стороны, разработчики этих стандартов – OGC, ISO TC 211 и ISO/IEC JTC 1/SC 32 ⁽[1]⁾ – сейчас занимаются гармонизацией (т.е. согласованием) своих SF-стандартов, чтобы они не противоречили друг другу. Обычно в результате гармонизации одна спецификация становится профилем (частным случаем или расширением) другой. В данном случае наиболее общей является SQL/MM, наименее общей – SFS.

Понятно, что пока процесс гармонизации не закончился, нет смысла вкладывать средства в коммерческую реализацию той или иной из гармонизируемых спецификаций, – каждая может в результате измениться. По мнению ESRI, SQL/MM – лидер, на которого имеет смысл ориентироваться. Поскольку ESRI тоже участвует в процессе гармонизации, можно надеяться, что результат будет реализован в продуктах компании одним из первых.

Также надо отметить, что не стоит зацикливаться на простых объектах. ArcSDE и база геоданных – более развитая архитектура, позволяющая реализовать многие возможности, не предусмотренные спецификациями простых объектов. В корпоративной ИПД, где обычно используется одна линейка продуктов, семейство ArcGIS может и покрыть все стандартные потребности, и добавить много чего еще.

Из сказанного вытекает, что проектирование ГИС на основе стандартов – уравнение со многими переменными. Как минимум, это выбранная система стандартов или спецификаций; затем — перечень клиентских приложений (или стандартных интерфейсов), которые должны поддерживаться; также — тип несущей СУБД; наконец, перечень функциональных возможностей, которые должны поддерживаться в системе (от простых объектов до полного спектра функций БГД).

Участие ESRI в организациях по стандартизации

По этому пункту большинство пользователей продуктов ESRI пребывают в полном неведении. ESRI – чисто коммерческая компаний, которой вроде бы нечего делать в некоммерческих и государственных организациях, каковыми являются организации по стандартизации. На самом деле это не так. Пример с шейп-файлами показывает, что использование общих стандартов выгодно даже конкурирующим производителям. Кроме того, для ESRI, как мирового лидера в производстве ПО ГИС, участие в организациях по стандартизации – еще один рычаг укрепления своего лидерства. И, конечно, важно учитывать потребности пользователей во взаимодействии ПО ESRI с ПО других разработчиков. Именно поэтому ESRI прямо или косвенно участвует в разработке стандартов и реализует стандарты в своих продуктах. Вот список организаций по стандартизации и обеспечению взаимосовместимости, в которых ESRI так или иначе участвует:

• ISO – International Organization for Standardization
• OGC – Open GIS Consortium
• ANSI/INCITS – American National Standards Institute / International Committee for Information Technology Standards
• OASIS – Organization for the Advancement of Structured Information Standards
• IHO – International Hydrographic Organization
• WS-I – Web Services Interoperability Organization
• OMA – Open Mobile Alliance (ранее LIF)
• WLIA – Wireless Location Industry Association
• FGDC – Federal Geographic Data Committee
• GSDI – Global Spatial Data Infrastructure
• CEN – Committee for European Normalization
• DGIWG – Digital Geographic Information Working Group
• EPSG – European Petroleum Survey Group
• ACSM – American Congress on Surveying and Mapping
• ASPRS – American Society of Photogrammetry and Remote Sensing

Список внушительный, но для нас наиболее значимо участие в двух организациях – ISO и OGC.

В ISO, ESRI играла роль лидера проекта в разработке двух стандартов – ISO 19115 Metadata и ISO 19139 Metadata – XML Schema implementation. В качестве редактора ESRI участвовала в разработке ISO 19115-2 Metadata – Imagery extension и ISO 19125 Simple Feature Access. Нетрудно заметить, что это два важнейших направления стандартизации в ИПД: метаданные необходимы для обмена сведениями о ресурсах всех участников ИПД, а спецификация доступа к простым объектам позволяет обращаться к информации в хранилищах геоданных по стандартному протоколу. Соответственно, серверные продукты ESRI – реальные кандидаты на роль фундамента ИПД любого масштаба.

ESRI принимает участие и в других разработках ISO, среди которых можно отметить гармонизацию ISO 19125 Simple Feature Access (проект ТК 211) и ISO/IEC 13249-3 SQL Multimedia and Application Packages, Part 3: Spatial (SQL/MM) – проекта другого Технического комитета, более общего и шире признанного в IT-индустрии. Переходное состояние данного стандарта – причина того, что ESRI не стала реализовывать географическое расширение SQL в своем сервере пространственных данных ArcSDE, как это сделано, например, Oracle Spatial. В то же время, представление простых объектов в БГД соответствует стандарту и доступно через API ArcSDE или несущей СУБД.

Существенно большее значение ESRI придает участию в Консорциуме открытых ГИС (OGC), являясь одним из 13 его главных членов. Здесь ESRI активно действует в Техническом комитете, Комитете планирования и Совете директоров. ESRI участвует во всех трех программах OGC: программе стандартизации, программе обеспечения взаимосовместимости ПО и программе популяризации и внедрения. Также ESRI председательствует в рабочих группах по: метаданным, спецификации доступа к простым объектам посредством GML, услугам, связанным с местоположением (LBS). ESRI также спонсирует инициативу Open Location Services.

Стандарты в области геоинформатики развиваются очень быстро. Причем, это развитие нельзя назвать полностью поступательным и не имеющим недостатков. Даже в таких серьезных организациях, как OGC и ISO, не удается реализовать идеальную модель стандартизации. Но в любом случае, использование ПО мирового лидера дает вам возможность максимально приблизиться к мировому уровню стандартизации и возможностей взаимодействия, среди первых получать от этого выгоду и иметь прекрасную перспективу развития в этом направлении.