Осокин C.А., DATA+, E-mail: osokin@dataplus.ru
Cartographyand Spatial Data Infrastructure
Инфраструктура пространственных данных (ИПД) и картография – две сферы человеческой деятельности, в современных условиях развивающиеся в тесной взаимосвязи. Картография как наука и ремесло возникла существенно раньше, но во второй половине ХХ века она пережила коренное перерождение, в значительной мере перейдя на компьютерные ГИС-технологии. Сегодня геоинформационная картография – это, прежде всего, работа с цифровыми базами картографических (пространственных) данных, создание компьютерных и электронных карт для изучения окружающей нас географической реальности, разработка и внедрение новых компьютерных методов составления карт и их использования. Существенное место в современной картографии занимают сетевые технологии – например, для создания полноценной веб-карты требуется особый подход к созданию легенды, оформлению, дизайну, проектированию и составлению карты.
По мере развития картографии на новом этапе постепенно накопился действительно большой объем картографических данных: многие гигабайты пространственных объектов и данных ДЗЗ заполнили тысячи серверов. По сути, сформировалось новое картографическое информационное пространство, которое, в свою очередь, стало основой нового географического информационного пространства, так как именно карта является основным и специфическим средством языка географии. Необходимость быстрого ориентирования в большом количестве новой информации объективно породила необходимость создания Инфраструктуры пространственных данных – системы базовых пространственных данных, метаданных, стандартов и регламентов, географических информационных узлов, сетевых картографических и геоинформационных сервисов для обеспечения доступности и обмена географическими информационными ресурсами, среди которых одно из основных мест по-прежнему занимает карта. В то же время, ИПД немыслима без концептуального картографического подхода к формированию, например, базовых пространственных данных и учета требований картографов, как основных пользователей системы. Поэтому сегодня словосочетания «ИПД для картографии» и «картография для ИПД» имеют равнозначно объективный смысл и вполне отражают суть взаимоотношения этих понятий.
Возможности ИПД
Базовая возможность ИПД, вокруг которой она, собственно, изначально и строится – это предоставление широкого доступа к базовым пространственным данным, представляющим собой ядро системы. Трудно переоценить роль базовой карты как основы для создания любой тематической карты. До недавнего времени основным источником базовых данных являлись бумажные топографические карты, и чаще всего именно с них начиналась подготовка географической основы любой карты. Базовые данные в ИПД представляют собой некий цифровой аналог топографических карт, содержат набор слоев, максимально описывающих местность. Именно предоставление базовых пространственных данных в качестве географической основы любой карты является одним из основных путей использования ИПД в картографии.
Помимо этого, инфраструктура пространственных данных предоставляет возможность поиска геоинформационных ресурсов, хранящихся в различных источниках. Поиск осуществляется по каталогам метаданных, входящим в геоинформационные узлы ИПД – геопорталы. Каталоги метаданных обычно представляются в виде веб-сайтов, содержащих интерфейс для взаимодействия с базами геометаданных – специализированных стандартных (ISO) текстовых описаний пространственных данных и других геоинформационных ресурсов, содержащих особые описательные характеристики, такие как пространственный охват данных, их проекция, ключевые слова, тематика, автор, публикатор, время создания, информация о доступности, URL-ссылки. Метаданные создаются параллельно с самими геоинформационными ресурсами, затем отделяются от них и отправляются (публикуются) автором на сервер геопортала, в базу геометаданных. При поиске ресурса пользователь в интерфейсе каталога метаданных указывает нужные ему параметры, например интересующую область на карте. Затем происходит обработка запроса, и пользователю предоставляется список описаний ресурсов, удовлетворяющих его требованиям. Анализируя полученные описания, пользователь может выбрать нужный ему ресурс и получить информацию о способе доступа к нему. Такой способ организации поиска в целом повторяет принцип действия общедоступных поисковых машин в интернете, но разработан специально для геоинформационных ресурсов. Механизм позволяет, с одной стороны, собрать в одном месте описания хранящихся в различных местах ресурсов, а, с другой стороны, избавиться от необходимости обзора непосредственно самих ресурсов во время поиска. Так как ресурсы бывают достаточно тяжеловесны, а текстовые метаданные занимают мало места и быстро анализируются, то это позволяет существенно ускорить поиск.
Какой интерес эта возможность ИПД представляет для картографии? Самый непосредственный. В картографии всегда существенное место занимало картографическое источниковедение. Подбор картографических и географических источников для создания новой карты – анализ их надежности, включающей в себя позиционную точность, качественную достоверность, современность, качество исполнения и другие аспекты, зачастую занимает больше времени, чем собственно составление карты. Обилие информации и отсутствие стандартного описания существенно замедляют этот процесс. Появление специализированного механизма поиска геоинформационных ресурсов определенного типа – базовых карт, баз данных, картографических сервисов – при условии существования развитой инфраструктуры пространственных данных существенно упрощает и ускоряет подбор источников для составления карты, тем более что все перечисленные критерии подбора картографического источника включены в состав стандартных геометаданных.
Еще одной важнейшей функцией ИПД является предоставление найденных ресурсов пользователям. Здесь существует несколько вариантов: от передачи пользователю контактной информации поставщика данных до предоставления в открытом доступе онлайн ГИС-сервиса, в автоматизированном режиме передающего нужную информацию.
Рассмотрим более подробно, какие виды ГИС-сервисов на сегодняшний день существуют в рамках ИПД и насколько они актуальны для картографа.
Картографические сервисы – первая и самая распространенная группа ГИС-сервисов. Суть их работы заключается в передаче пользователю через сеть готового картографического изображения на нужную территорию. Существует ряд широко используемых стандартов картографических сервисов, среди которых WMS (Web Map Service), ESRI Map Service и другие. На картографических сервисах основана работа практически всех картографических сайтов в интернете, таких как GoogleMaps, YandexMaps, Rambler на карте, ArcGIS Online, Microsoft Virtual Earth и многих других. Существенным преимуществом использования картографического сервиса 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. Существенным моментом является то, что картографические сервисы можно использовать не только из mesh-up веб-сайтов, но и из настольного программного обеспечения ГИС-оператора. Зная URL-ссылку и имея нужную функциональность ГИС-пакета, картограф может использовать такой сервис в качестве одного из слоев создаваемой карты – базового слоя для оцифровки или полноценного слоя карты. Картографические сервисы можно комбинировать, совмещать друг с другом или с локальными данными пользователя. Учитывая, что большинство современных ГИС-пакетов поддерживают возможность обращения к картографическим сервисам, а подключение к интернету есть практически на любом компьютере, картографические сервисы являются весьма ценным источником информации для составления карт.
Вторая группа ГИС-сервисов, работающих в интернете, – это сервисы, предоставляющие доступ к данным. Основные задачи их функционирования заключаются в обеспечении возможности удаленного подключения напрямую к серверным базам географических данных, а также в реализации распределенного хранения геоданных. Фактически, ГИС-сервисы данных предоставляют пользователю возможность напрямую работать с данными с сервера, либо создать у себя локальную копию или реплику серверной базы на основе картографических параметров, таких как определенный географический охват или нужный набор слоев. Существует ряд международных стандартов ГИС-сервисов данных, такие как WCS (Web Coverage Service), WFS (Web Feature Service), ArcGIS Geodata Service и другие. Эти стандарты также поддерживаются большинством ГИС-пакетов и позволяют получать из удаленного источника не просто картографические изображения, как в случае с картографическими сервисами, а пространственные объекты и покрытия с геометрией и атрибутами, с соблюдением топологии и связей, существующих между различными слоями и типами пространственных объектов в базе геоданных на сервере. Польза от использования этой группы сервисов при составлении карты очевидна – картограф может не просто скачивать большой объем данных, часть которых ему, возможно, и не нужна, а работать с нужным ему участком серверной базы данных прямо со своего рабочего места.
Сейчас электронная карта – это не всегда просто многослойное картографическое изображение, связанное с базой географических данных. Часто она является частью геоинформационной системы, предоставляющей возможность добавления на электронную карту дополнительной функциональности, основанной на интерактивном общении человека с картой. К примеру, вы можете указать на карте точку, ГИС воспринимает эту информацию, проводит анализ базы данных относительно этой точки по определенному алгоритму и выдает конечный результат в графическом виде поверх карты, например, рассчитанную площадь водосбора или линию водотока.
В этой связи актуальна третья группа ГИС-сервисов, предоставляемых ИПД, – функциональные сервисы. Они позволяют картографу добавлять аналитические функции на свою карту, используя ГИС, работающую на удаленном сервере. Стандарты функциональных ГИС-сервисов разработаны в меньшей степени, и в большинстве случаев такие ГИС-сервисы представляют собой не стандартизованные авторские разработки. Однако в некоторых серверных ГИС-платформах уже существуют стандартизованные форматы функциональных ГИС-сервисов. Например, серверный блок программного обеспечения ArcGIS позволяет публиковать функциональные сервисы геообработки на основе соответствующих моделей. Использование этих сервисов возможно из настольных программных компонентов ArcGIS, веб-приложений и бесплатных ГИС-клиентов. Существование функциональных ГИС-сервисов позволяет картографу добавлять на свою электронную карту ГИС-функции, не устанавливая их на своем компьютере.
Кроме среды получения ГИС-ресурсов, ИПД для картографа – это еще и возможность предоставления собственных ресурсов широкому кругу пользователей. Обратившись к одному из геопорталов в системе ИПД, картограф может получить возможность пополнения каталога метаданных геопортала описаниями своих произведений. При этом специфические географические описательные параметры позволят картографу максимально точно представить свою карту именно с географической точки зрения. Не представляет проблемы и вопрос конфиденциальности ресурсов, ведь картографу не обязательно выкладывать в общий доступ саму карту, он вполне может ограничиться только ее описанием и информацией о способе доступа к карте. Современные геопорталы предоставляют широкий набор возможностей для публикации метаданных без привлечения специальных средств – например, для создания нового документа метаданных в каталоге метаданных геопортала часто достаточно воспользоваться онлайн-формой, в которой можно заполнить все необходимые описательные поля.
Потребности ИПД
В современных условиях не только картография нуждается в ИПД, но и ИПД не может развиваться без методов, предоставляемых картографией. К примеру, для нормальной работы картографических сервисов необходим особый подход к составлению карты. Играют роль многочисленные аспекты, такие как тип картографического сервиса, масштаб его использования, характер данных, представленных на карте. Структура других групп ГИС-сервисов в рамках ИПД также по большей части определяется требованиями, предъявляемыми к ней картографией, так как используются они в основном при составлении карт.
Именно при содействии картографов формируется большинство используемых в ИПД стандартов, среди которых стандарты метаданных, стандарты ГИС-сервисов и структуры геопорталов. Именно картография является и источником наполнения ИПД новыми ресурсами. Ведь все, что содержится на геопорталах кроме базовых пространственных данных, – это информация, опубликованная пользователями, связанными с картографией. В настоящее время формируется национальная инфраструктура пространственных данных Российской Федерации (РИПД), в задачи которой входит обеспечение картографической информацией широкого круга государственных и частных пользователей. И при формировании всех элементов системы необходим грамотный картографический подход.
Примеры использования ИПД
Рассмотрим несколько примеров использования инфраструктуры пространственных данных различных уровней для составления карт.
Допустим, мы составляем карту Австралии, и в качестве базового слоя нам требуется космический снимок на всю территорию континента с административными границами и крупнейшими населенными пунктами. Такой ресурс вполне можно найти на международном геопортале http://www.geographynetwork.com. Обращаемся на этот сайт. На поисковой карте указываем в качестве интересующей области Австралийский континент, в качестве типа содержания выбираем Live Data and Maps (чтобы мы могли добавить снимок на карту как сервис, без скачивания всех данных), в качестве темы содержания выбираем Imagery and Base Maps и запускаем поиск. Первым в списке найденных результатов находится картографический ГИС-сервис NAU Student. Просмотрев подробную информацию о ресурсе, узнаем адрес этого ГИС-сервера (http://www.geographynetwork.com) и название картографического сервиса (ESRI_Satellite), который может быть добавлен в настольный ГИС-клиент. Ресурс найден.
Или, например, составляется карта России и требуется слой административного деления. Такой ресурс можно получить на геопортале ДАТА+ (http://maps.dataplus.ru). С его главной страницы перемещаемся в раздел расширенного поиска, в строке поиска указываем ключевое слово «Россия», на поисковой карте перемещаемся к территории России, в качестве категории данных указываем Administrative and Political Boundaries, в качестве типа – ArcGIS Server Image Service, запускаем поиск. В списке результатов присутствует слой «Административное деление» из ЦММ России 1:1млн. Переходим в подробное описание ресурса, в разделе Дополнительная информация находятся инструкции по получению доступа к ресурсу: адрес ГИС-сервера http://maps.dataplus.ru/arcgis/services, сервис Russia_administrative. Базовая карта найдена.
Это лишь немногие примеры использования ИПД в картографических целях. Во многих странах уже развиты и функционируют национальные инфраструктуры пространственных данных, основным назначением которых является предоставление обществу пространственных данных на свою территорию и их обновление. В большинстве стран Европы уже созданы национальные ИПД, действует директива о европейской инфраструктуре пространственной информации INSPIRE. Одними из первых в мире были созданы ИПД США и Канады, свои системы есть у Индии, у других стран на всех континентах. В большинстве случаев для доступа к картографическим ресурсам существенных ограничений нет, многие данные вообще бесплатны. В России работы по созданию национальной ИПД ведутся уже в течение нескольких лет. Окончательно оформленной системы пока не существует, но при этом самостоятельно развиваются различные отраслевые и локальные системы.
Взаимодействие картографии и ИПД – это объективный процесс, обусловленный самим характером рабочих процессов и задачами создания ИПД. Только повсеместное развитие и внедрение инфраструктурных ГИС-технологий позволит перевести картографию на новый уровень.
Ссылки по теме
- Аляутдинов А.Р., Лурье И.К., Осокин С.А. Проектирование и использование локальной инфраструктуры пространственных данных. // XIV Всероссийский форум «Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития», CD, /all_site/38332.html. М., ГИС-ассоциация, 2007
- Андрианов В.Ю. Инфраструктура пространственных данных // ArcReview, №2 (37), 2006
- Инициатива INSPIRE. Комплексная инфраструктура пространственных данных Евросоюза. // ArcReview, №4 (47), 2008
- Кошкарев А.В. Эффективное управление пространственными метаданными и геосервисами в инфраструктурах пространственных данных. // Пространственные Данные, №1, 2008
- Геопортал ДАТА+ http://maps.dataplus.ru
- Директива 2007/2/ЕС Европейского парламента и Совета Европы от 14 марта 2007 г. по созданию инфраструктуры пространственной информации ЕС (INSPIRE). // Пространственные Данные, № 1, 200
- Европейский геопортал Inspire http://www.inspire-geoportal.eu/
- Европейский геопортал Inspire (Италия) http://eu-geoportal.jrc.it/
- Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации («Роскартография») http://roskart.gov.ru/Texts/ripd.pdf
- Международный геопортал Geography Network http://www.geographynetwork.com
- Национальный геопортал Испании IDEE http://www.idee.es/
- Национальный геопортал США http://geodata.gov
- Национальный геопортал Канады http://geodiscover.cgdi.ca/gdp/
- Национальный геопортал Норвегии http://www.geonorge.no/Portal/
- Национальный геопортал Индии http://gisserver.nic.in/nsdiportal/
- Национальный геопортал Германии http://geoportal.bkg.bund.de/DE/Home/homepage__node.html
- Национальный портал ИПД Финляндии http://www.maanmittauslaitos.fi/paikkatiedot/default.asp?id=866
- Портал Геомета http://eearth.ras.ru
- Портал Электронная Земля http://eearth.viniti.ru
