CC BY
189
7. ANZLIC, ANZLIC Metadata Guidelines, 2001. URL: http://www.anzlic.org.au/infrastructure_metadata.html.
8. UK GEMINI (Geo-spatial Metadata Interoperability Initiative), Gigateway Discovery Metadata Specification. URL: http://www.gigateway.org.uk/metadata/standards.html.
9. Emerging Diseases in a Changing European Environment. URL: http://ergodd.zoo.ox.ac.uk/eden/index.php?p=289. ESRI Profile of the Content Standard for Digital Geospatial Metadata.
10. ESRI Profile of the Content Standard for Digital Geospatial Metadata. URL:
http://support.esri.com/index.cfm?fa=knowledgebase.whitepapers.viewPaper&PID=43&MetaID=239.
11. FGDC Metadata. URL: http://www.fgdc.gov/metadata/metadata.html.
12. Нестеренко А. К., Данилина А. А., Сысоев Т. М., Бездушный А. Н., Серебряков В. А. Автоматизация процессов интеграции распределенных информационных ресурсов // Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции: Труды VIII всероссийской научной конференции. - Ярославль: Ярославский гос. ун-т им. П. Г. Демидова, 2006. С. 279-290.
13. Бездушный А. Н., Кулагин М. В., Серебряков В. А., Бездушный А. А., Нестеренко А. К., Сысоев Т. М. Предложения по наборам метаданных для научных информационных ресурсов // Вычислительные технологии, 2005. Т. 10. Вып. 7. С. 29-48.
14. Вершинин А. В. Реализация распределенной информационно-аналитической системы по наукам о Земле на основе технологий ГИС и ГРИД // 49-я научная конференция МФТИ. - М.: МФТИ, 2006.
15. Рундквист Д. В., Ряховский В. М. Арбузова Е. Е., Пустовой А. А. Создание интегрированной аналитической геоинформационной системы в области наук о Земле //Системы и средства информатики. Спец. вып. Геоинформационные технологии. - М.: ИПИ РАН, 2004. С. 56-60.
16. Ряховский В. М., Шульга Н. Ю. Принципы работы и архитектура интернет-портала «Геология» // Мониторинг. Наука и Технологии, 2009. С. 78-88.
17. Ряховский В. М. Юбко А. В. Швычко П. А. Огиенко С. А. Теоретические предпосылки создания интегральной аналитической геоинформационной системы в области наук о Земле на основе технологий GRID // Наука и просвещение. - Москва, 2009. С. 355-365.
18. Вершинин А. В., Серебряков В. А., Ряховский В. М., Дьяконов И. А., Динь ле Дат, Шкотин А. В., Шульга Н. Ю. Создание среды интеграции распределенных источников пространственных данных и приложений // Открытое образование, 2008. № 4. С. 9-16.
УДК 910(075.8)+ 004.75 ВАК 25.00.35, 0513.11
ИНФРАСТРУКТУРА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СРЕДЫ ХРАНЕНИЯ, ПОИСКА И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ
А. В. Кошкарев, к. г. н., с. н. с., ведущий научный сотрудник Тел.: (499) 238-03-60, e-mail: akoshkarev@yandex.ru Институт географии РАН www.igras.ru
В. М. Ряховский, д. г.-м. н., профессор, зав. отделом Тел.: (495) 692-30-36, e-mail: rwm@sgm.ru Государственный геологический музей РАН www.sgm.ru
В. А. Серебряков, д. ф.-м. н., профессор, зав. отделом, Тел.: (499) 135-52-80, e-mail: serebr@ccas.ru, Вычислительный центр/Межведомственный компьютерный центр РАН
www.ccas.ru
The solving of the problem of creation of the academic spatial data infrastructure of distributed information resources and supplying free access to these data for the Internet users is offered. The architecture and basic components are considered (metadata standards, geoportals and so on) and technological decisions that can be used for its implementation are proposed.
Дается обоснование решения задачи создания академической инфраструктуры пространственных данных, нацеленной на объединение распределенных информационных ресурсов и обеспечение свободного доступа к ним пользователей в среде Интернет. Рассматривается ее архитектура и основные компоненты (стандарты, метаданные, геопорталы), предлагаются технологические решения, которые могут быть использованы при ее реализации.
Ключевые слова: геоинформационная система, геоинформатика, инфраструктура пространственных данных, Интернет, пространственные метаданные, геопортал.
Key words: geographical information system, geoinformatics, spatial data infrastructure, Internet, spatial metadata, geoportal.
Введение. О создании академической инфраструктуры пространственных данных как задаче научно-образовательного сообщества
Предлагаемый проект «Стратегии создания академической инфраструктуры пространственных данных» (далее «Стратегии») - результат ранее выполненных исследований и разработок в области информационных и телекоммуникационных технологий и их использования в решении фундаментальных и практических задач в науках о Земле, в частности в геологии, географии и геоэкологии. Среди них проекты Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы», проект «Электронная Земля: научные информационные ресурсы и информационно-коммуникационные технологии» в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Разработка фундаментальных основ создания научной распределенной информационно-вычислительной среды на основе технологий GRID» (2004-2008 гг.), НИР и НИОКР по заказу Минэкономразвития РФ в рамках Федеральной целевой программы «Электронная Россия» (2004-2006 гг.). Был также использован опыт выполнения ряда проектов по программам отделений РАН (Отделение наук о Земле, Отделение математики) и Президиума РАН, а также выполняемый в настоящее время проект «Создание пилотного сегмента распределенной среды пространственных данных и вычислительных приложений с возможностью доступа через систему порталов» программы Президиума РАН «Научные основы эффективного природопользования, развития минерально-сырьевых ресурсов, освоения новых источников природного и техногенного сырья» (2009-2011 гг.) и другие проекты, в том числе выполняемые в региональных отделениях РАН. Их детальный обзор можно найти в работе [1]
Цель «Стратегии» - сформулировать цели и задачи создания академической инфраструктуры пространственных данных (ИПД) как информационно-телекоммуникационной системы, сформулировать принципы, положенные в ее основу, определить ее архитектуру, организацию, структуру и функции, предложить технологические решения, наметить пути, методы и этапы ее реализации.
Под инфраструктурой пространственных данных (ИПД) понимается «информационно-телекоммуникационная система поддержки метаданных, наборов пространственных данных и геоинформационных услуг, обеспечивающая доступ пользователей к распределенным ресурсам пространственных данных, их распространение и обмен ими, используя Интернет или иную общедоступную глобальную сеть, в целях повышения эффективности их производства и использования» [2]. Академическая ИПД (АИПД) - система управления распределенными ресурсами пространственных данных и сервисов в интересах учреждений, организаций, коллективов и сотрудников Российской академии наук, научно-образовательного сообщества в целом, а также органов государственного управления и гражданского общества.
Ее создание позволит сохранить уникальные научные ресурсы территориально разобщенных учреждений РАН, имея в виду прежде всего распределенные ресурсы пространственных данных, устранить дублирование их сбора, сделать их доступными для научно-образовательного сообщества через систему геопорталов в сети Интернет, наладить межрегиональный, международный и междисциплинарный обмен ими.
Академическая ИПД - один из элементов национальной информационной и телекоммуникационной инфраструктуры, задача формирования которой поставлена в «Стратегии развития информационного общества в России», утвержденной Президентом Российской Федерации В. Путиным 7 февраля 2008 г., № Пр-212. Она рассматривается также как составная часть будущей архитектуры Российской ИПД согласно «Концепции создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации», одобренной распоряжением Правительства РФ от 21 августа 2006 г. № 1177-р. Проектирование и создание АИПД может стать одним из ее пилотных проектов.
Инфраструктура пространственных данных как новый этап развития геоинформатики
Считается, что около 80% данных, образующих национальные (в том числе государственные) информационные ресурсы, снабжены или без существенных затрат могут быть снабжены координатным описанием, фактически или потенциально представляя из себя пространственные данные.
Благодаря новым методам сбора пространственных данных неуклонно растет их объем, повышается оперативность их получения, завершается переход на качественно новые, цифровые технологии их сбора, обработки, распространения и использования. Для получения исходных данных используются системы дистанционного зондирования Земли из космоса, цифровые системы наземного и воздушного лазерного сканирования, другие цифровые и электронные геодезические приборы, цифровые аэросъемочные камеры, глобальные навигационные спутниковые системы GPS/ГЛОНАСС. Новая цифровая и электронная среда существования пространственных данных создает условия для использования современных средств ГИС, совершенствуются программные средства ГИС, используется и разрабатывается как коммерческое, так и свободно распространяемое программное обеспечение.
В процессе развития информационных и телекоммуникационных технологий еще в начале 90-х годов XX века созданы все необходимые предпосылки и условия для перехода к новому этапу развития геоинформатики, новым формам и механизмам организации и управления пространственными данными, накопленными за почти 30-летний период освоения, внедрения и широкого использования геоинформационных технологий, создания геоинформационных систем различного территориального охвата, назначения и тематики. Осознание необходимости в таком механизме привело к первым экспериментам создания инфраструктур пространственных данных в начале 90-х гг. XX века. Своему появлению в середине 90-х гг. ИПД обязаны прежде всего широкому развитию глобальной сети Интернет. В 90-х годах в США, Канаде, Австралии
и некоторых европейских странах были разработаны долгосрочные программы создания национальных инфраструктур пространственных данных как информационно-телекоммуникационных систем, объединяющих национальные ресурсы пространственных данных (геоинформационные ресурсы). Это означало переход к новому этапу развития геоинформатики как науки, технологии и производства.
За 15-летний период с начала работ по проектированию и созданию ИПД вполне определились проверенные на практике правила, процедуры и механизмы ИПД как информационно-телекоммуникационной системы. Это касается всех ее компонентов: организационной основы, базовых пространственных данных (БПД), стандартов и геопорталов для обеспечения доступа к распределенным ресурсам пространственных данных. Определен состав БПД, включающий геодезическую основу, топографические объекты, гидрографическую сеть, населенные пункты, политико-административные границы, транспортную сеть, данные земельного кадастра, цифровые модели рельефа и ортофотопланы, базы данных географических названий и адресные реестры, отработаны механизмы их перманентной актуализации. Процесс создания ИПД регламентирован системой стандартов; среди них национальные стандарты, согласованные по содержанию с международными, включая стандарты ИСО Технического комитета ISO TC/211 «Географическая информация/геоматика», Технического комитета CEN/TC 287 «Географичес-кая информация» Европейского комитета по стандартизации и спецификации консорциума OGC, Inc.
Через систему национальных, региональных и локальных геопорталов сети Интернет ИПД связывают и объединяют территориально удаленных производителей и потребителей пространственных данных, обеспечивая доступ к ним со стороны государственных структур, биз-
неса, научно-образовательного сообщества и граждан. Объемы доступных информационных продуктов огромны: каждая национальная ИПД насчитывает многие десятки или даже сотни тысяч информационных единиц. Часть национальных геоинформационных ресурсов бесплатна.
В наиболее технологически развитых странах ИПД становятся или уже стали элементом национальных электронных правительств, а на региональном и местном уровнях - электронных администраций. Примером может служить портал ИПД США Geo-Spatial One-Stop, реализующий принцип «одного окна» и обеспечивающий поиск нужных данных с выходом в сеть национальных центров информационного обмена, объединяющих информационные ресурсы 250 серверов, представляющих, в свою очередь, геопорталы ведомств, организаций и регионов. Значительная часть из них поддерживает средства веб-картографирования. Поиск десятков тысяч наборов пространственных данных по запросам пользователей ведется на основе пространственных метаданных как неотъемлемой части данных.
В некоторых ИПД, где заложен принцип вертикальной иерархической организации национальной ИПД, развивается сеть региональных и локальных ИПД. Кроме того, существуют ведомственные, отраслевые и корпоративные ИПД, объединяющие информационные ресурсы министерств, ведомств, крупных предприятий, органов территориального управления и научно-образовательных сообществ. В рамках идеологии ИПД выполняются международные проекты для решения трансграничных проблем, известны инициативы объединения национальных ИПД и их компонентов в общие межнациональные системы.
Европейским союзом разработана стратегия и принципы реализации программы Европейской инфраструктуры пространственной информации INSPIRE (Директива INSPIRE), рассчитанной на период 2007-2019 гг. Для обмена опытом и координации национальных инициатив создана Ассоциация глобальной ИПД GSDI. К новым тенденциям технологического развития ИПД принадлежат эксперименты по проектированию ИПД второго поколения, основанных на концепции «Семантического веба» (Semantic web консорциума W3C) и развития вседоступных (юбиквитных) публичных сервисов на основе технологий мобильных веб-ГИС.
Национальные ИПД создаются или уже созданы и эксплуатируются в десятках стран. Общий обзор состояния работ в области проектирования, создания и использования механизмов и ресурсов национальных ИПД в целом, покомпонентно и по странам можно найти в учебнике «Геоинформатика» [3] и работе [4], включая «классические»: ИПД США NSDI, Канадскую ИПД CGDI, ИПД Австралии ASDI, ИПД Великобритании DNF. Журнал «Пространственные данные» регулярно публикует обстоятельные аналитические обзоры по отдельным странам, включая ИПД Испании IDEE с ее региональными ИПД [5], ИПД Франции IFDG [6], ИПД Нидерландов [7], ИПД ФРГ GDI-DE [8], ИПД Финляндии [9]. Анализ успешных примеров создания и развития зарубежных ИПД свидетельствует, что многие из них основываются на технологических решениях, разрабатываемых или предлагаемых ведущими университетами как средоточием западной фундаментальной науки. Многолетний и многогранный международный опыт представляет, несомненно, большой интерес с точки зрения его воспроизведения или адаптации к российским условиям.
Цели и задачи создания академической инфраструктуры пространственных данных
В 2006 г. Правительством РФ одобрена «Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации» (ИПД РФ) как элемент нормативно-правовой базы для развертывания аналогичных отечественных работ [10]. Российские ИПД иных типов, включая академическую ИПД, могут рассматриваться не только как самостоятельные системы, но и потенциальные узлы будущей ИПД РФ, которая создает общую основу интеграции национальных геоинформационных ресурсов. Одна из важных задач науки - разработать высокотехнологичный и эффективный механизм свободного оборота пространственных данных в рамках академического сообщества и за ее пределами в качестве вклада в общее дело, что в конечном итоге должно привести к формированию информационного общества, на что нацелена «Стратегия развития информационного общества в России».
К настоящему времени в учреждениях РАН накоплен большой опыт использования геоинформационных технологий, реализованы многочисленные геоинформационные проекты, созданы базы и банки пространственных данных. Академические ресурсы пространственных данных составляют значительную часть национальных информационных ресурсов. Основным производителем пространственных данных являются учреждения геологического, геофизического, географического и экологического (природоохранного) профиля. В то же время данные
рассредоточены, их использование ограничено зачастую рамками того проекта, где они созданы, затруднен или невозможен поиск существующих данных и доступ к ним, не налажен обмен ими. Причина этого - отсутствие эффективной системы управления пространственными данными. Ее создание позволило бы интегрировать данные и знания о территории, строить и использовать модели природных и социально-экономических явлений и процессов, их взаимодействия в системе «общество - природная среда», использовать методы пространственного анализа, обеспечивать территориальное планирование и управление.
С этих позиций может быть сформулирована общая цель создания АИПД - объединение распределенных ресурсов пространственных данных и результатов научных исследований, информации и знаний о Земле, ее природе, населении, хозяйстве и социокультурных аспектах территориальной организации общества, обеспечение свободного доступа к ним пользователей в среде Интернет и их многократного использования. С более общих позиций ее создание нацелено на углубление знаний о природной среды, естественных ресурсах, экологических условиях, территориальной организации общества и их возможных изменениях, повышение эффективности научной деятельности, рост инновационного потенциала науки, возможность внедрения ее результатов в практику и образовательные программы. Предметная область АИПД -науки о Земле, ее технологические основы - информационно-коммуникационные технологии, в частности геоинформационные технологии, основная целевая аудитория - научно-образовательное сообщество.
Среди основных задач, направленных на реализацию этих целей, следует назвать: 1) разработку и организационное оформление плана мероприятий по реализации «Стратегии» на уровне Президиума РАН; 2) инвентаризацию существующих академических геоинформационных ресурсов; 3) выполнение пилотных проектов для отработки типовых технологических решений (прототипы узлов сети АИПД и их геопорталов); 4) подготовку спецификаций данных и сервисов; 5) создание системы управления метаданными: 6) разработку проприетарного программного обеспечения и освоение готового; 7) наполнение базы метаданных по базовым темам; 8) выполнение экспериментальных и пилотных проектов по предметным областям (геоэкология, геология, геофизика, тектоника и т. п.) и проблемам; 9) тиражирование опыта среди участников консорциума разработчиков и пользователей АИПД и за ее пределами; 10) создание главного узла АИПД и ее региональных узлов на базе учреждений РАН, включая ее региональные отделения и центры.
Предполагается, что принципы, положенные в основу АИПД, используемые в ней технологии, модели и форматы данных, программное обеспечение обеспечат ее интеграцию с иными системами, оперирующими пространственными данными, в частности Российской ИПД. Возможность взаимодействия с зарубежными системами обеспечивается использованием международных стандартов и спецификаций, адаптированных к российским условиям, гармонизацией отечественной нормативно-правовой базы и стандартов с международными. Предполагается более активное участие российских ученых и специалистов в работе Технического комитета по стандартизации ТК 394 «Географическая информация/геоматика» Ростехрегулирования РФ, Технического комитета ISO/TC 211 «Geographic information/geomatics» Международной организации по стандартизации ИСО, в Ассоциации глобальной ИПД ASDI, европейской ассоциации Eurogeographics, международных конференциях и совещаниях.
Основные элементы АИПД
В число типовых компонентов ИПД входят, как правило, наборы пространственных данных (в том числе базовых), геопорталы для поиска данных по их метаданным и стандарты.
Данные
Основу академических ресурсов пространственных данных составляют базовые наборы тематических данных; среди них:
• геология;
• рельеф (геоморфология);
• почвы;
• флора и фауна, биологическое разнообразие и биогеографическое районирование;
• климат;
• водные объекты суши;
• мировой океан;
• особо охраняемые территории;
•объекты культурного наследия;
• воздействие на окружающую среду;
• зоны природных рисков;
• объекты народного хозяйства;
• население и его демографические характеристики;
• здравоохранение и безопасность среды обитания (медико-географические характеристики);
• земельные ресурсы;
• водные ресурсы;
• биологические ресурсы;
• энергетические ресурсы;
• минерально-сырьевые ресурсы.
Вместе с базовыми пространственными данными, создание и актуализация которых обычно предусматривается в национальных программах реализации национальных ИПД на государственном уровне, базовые тематические данные образуют ядро национальных ресурсов пространственных данных. Информационные ресурсы АИПД в целом не ограничены ни тематически (оставаясь в пределах предмета изучения наук о Земле), ни по пространственному охвату (от данных глобального уровня до локальных участков) в пределах земных недр, ландшафтной (географической) оболочки планеты (ее территорий и акваторий) и воздушного пространства.
Однако данные по Российской Федерации считаются приоритетными, их научно-обоснованный перечень с детализацией содержания на уровне поднаборов данных и слоев данных и спецификации по каждому из наборов образуют первоочередную задачу. Первый этап этой работы - инвентаризация информационных ресурсов РАН и ведущих вузов как ядра научно-образовательных ресурсов, разработка организационной структуры системы управления тематическими данными с назначением ведущих организаций РАН, ее региональных отделений и научных центров, головных образовательных учреждений по каждому из наборов тематических данных. Уточнение состава тематических данных должно быть согласовано с процессом создания онтологий (и веб-онтологий) предметных областей, соответствующих каждому из наборов данных. В качестве временного их заместителя могут использоваться классификаторы и тезаурусы предметных областей.
В отдаленной перспективе наличие полного набора тематических данных на территорию Российской Федерации и полнофункциональных средств их картографической визуализации на геопорталах способны дать целостное картографическое представление о природе, хозяйстве, населении и культуре территории РФ, идентичное по содержанию Национальному атласу России, рассматриваемому в качестве одного из фундаментальных продуктов веб-картографирования с детальностью, соответствующей масштабам 1:1 000 000 - 1:4 000 000 и с перманентным обновлением базовых тематических данных.
Геопорталы
Каждая ИПД и каждый узел ее распределенной сети (в том числе научно-образовательной ИПД с сетью ее узлов) должен иметь свой геопортал, который по своей сути и функциональному назначению является единой точкой доступа к распределенным геоинформационным ресурсам, среди которых выделяют информационные ресурсы, ресурсы доступных сервисов (геосервисов) и ресурсы приложений (в том числе вычислительных и информационно-аналитических). При иерархическом устройстве ИПД (Канада, Швейцария, Испания, в будущем - Россия) каждому из административных уровней соответствует, по крайней мере, один геопортал. В Испании, например, помимо национального геопортала, развиваются геопорталы провинций и автономий (два десятка), а на местном уровне - муниципалитетов (более трехсот) [11].
Вне вертикальной линейки существуют иные типы геопорталов: корпоративные, ведомственные (отраслевые), тематические, научные, образовательные и др.
Геопортал - это сайт или портал с функциями управления пространственными данными и метаданными. Обычно это портал, определяемый как исходная точка выполнения тематического поиска в распределенной сети и сервер, предоставляющий прямой доступ пользователям к некоторому множеству серверов, включая установленные на них информационные ресурсы, а также веб-приложения, которые реализуют веб-сервисы, соответствующие назначению портала. С точки зрения ГИС и ИПД это означает доступ к распределенным сетевым ресурсам пространственных данных и сервисов (геосервисов), которые могут быть найдены на геопортале
как исходной точке входа в сеть серверов. Таким образом, геопортал - это веб-портал, используемый для поиска и доступа к пространственным данным и сервисами, связанным с этими данными.
В процессе своего создания и развития функциональность геопортала может и должна изменяться и расширяться. Для типового портала ИПД должен быть определен минимальный набор функций. Например, минимальный набор функций в Директиве INSPIRE включает поиск наборов данных, их визуализацию (геовизуализацию), загрузку и трансформирование, а также вызов других (удаленных и территориально распределенных) сервисов. Любой геопортал должен поддерживать, по крайней мере, две главные функции: поиска данных по метаданным и визуализации данных, под которой обычно понимается картографическая визуализация.
Поиск пространственных данных по метаданным образует ядро группы функций поиска. Геопортал должен обеспечивать поиск пространственных данных по ключевым словам, классификаторам данных и геоинформационных услуг (геосервисов), названиям уполномоченных органов, критериям качества и достоверности данных, географическому положению, в соответствии с условиями доступа и использования данных, поиск организаций и персон (поставщиков данных, разработчиков программных средств, других действующих лиц ИПД и т. п.), внешних веб-сервисов, программного обеспечения ГИС и т. п.
Сервисы веб-картографирования должны поддерживать все традиционные способы картографического изображения, возможности интерактивного проектирования их содержания и оформления, изменение и проектирование системы условных знаков легенд, включать функции сохранения пользовательских карт и их печати. Минимальный набор визуализационных функций, определенный, например, Директивой INSPIRE, включает собственно визуализацию данных (необязательно картографическую), навигацию по изображению, скроллинг, масштабирование, графическое наложение (оверлей) слоев изображения, отображение легенд. Должен быть обеспечен просмотр содержания метаданных визуализируемого набора данных. Теоретически визуализационные возможности геопорталов почти не ограничены и приближаются к функциональности «офлайновых» картографических визуализаторов в настольных ГИС.
На геопортале должен поддерживаться минимальный набор из числа спецификаций консорциума Open Geospatial Consortium (OGC), включая Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) и Web Coverage Service (WCS), а также, по мере расширения набора сервисов, спецификации WMC (Web Map Context), CSW(Catalogue Service Web), GAZ (Gazetteer Service) и WCTS (Web Coordinates Transformation Service).
Стандарты
Стандарты - одна из ключевых составляющих инфраструктуры пространственных данных. Они задают язык и правила взаимодействия участников, обеспечивая интероперабельность данных и сервисов. Как показывает международный опыт, основу стандартов ИПД составляют стандарты Международной организации по стандартизации ИСО (ISO) и спецификации (де-факто стандарты) консорциума открытых ГИС (Open Geospatial Consortium, Inc., OGC), а в российских условиях - национальные стандарты и другие регулирующие документы Ростехрегу-лирования РФ.
Разработкой стандартов ИСО в области геоинформатики занят Технический комитет ИСО 211 «Географическая информация/Геоматика» (ISO/TC 211 «Geographic information/Geomatics»). Его стандарты объединены в общую серию ISO 19100. По состоянию на ноябрь 2009 г. ТК 211 разработал 32 международных стандарта, 5 поправок, 7 технических спецификаций и 3 технических отчета. Более 20 стандартов находятся на разных стадиях подготовки, общий список документов насчитывает 73 наименования [http://www.isotc2ii.org].
В основе политики стандартизации консорциума OGC, Inc. [http://www.opengeospatial.org], объединяющего основных производителей программных средств ГИС, лежит эталонная модель ORM (OGC Reference Model). Консорциум в своих нормативных разработках ориентируется на семейство языков структурирования и представления информации на основе расширяемого языка разметки XML, развиваемого консорциумом W3C (World Wide Web Consortium). Значительная часть спецификаций OGC впоследствии становится стандартами ИСО серии 19100.
Ряд национальных стандартов, имеющих прямое отношение к геоинформатике и проблематике ИПД, подготовлен Техническим комитетом по стандартизации ТК 394 «Географическая информация/геоматика» Ростехрегулирования РФ. В соответствии с научно-технической политикой Ростехрегулирования РФ по гармонизации российских стандартов с международными в период 2000-2008 гг. комитетом были разработаны российские национальные профили стан-
дартов ИСО (например, ГОСТ Р ИСО 19113-2003 «Географическая информация. Принципы оценки качества» и ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация. Метаданные», о нем подробней ниже), национальные стандарты, подготовленные с учетом стандартов ИСО (например, ГОСТ Р 52572 «Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования») и оригинальные стандарты (например, ГОСТ Р 53339-2009 «Данные пространственные базовые. Общие требования»).
Известны примеры, когда при отсутствии национальных стандартов по предметам стандартизации, необходимость использования которых диктуется задачами ИПД, непосредственно используются аутентичные переводы стандартов ИСО на русский язык.
В перспективных планах ТК 394 создание Системы стандартов пространственных данных (ССПД), образующих базу технического регулирования отрасли геодезии и картографии Рос-реестра РФ.
Основные компоненты архитектуры
АИПД включает центральный узел академической ИПД и ее периферийные (в том числе региональные) узлы. Центральный узел АИПД проектируется и конструируется как один из узлов интегрированной сети Российской ИПД.
Основными компонентами архитектуры являются (рис. 1):
Служба метаданных, которая включает в себя:
• Регистр (базу) метаданных:
• Службу поиска в этом регистре. Кроме того, поиск может осуществляться по другим регистрам.
• Пользовательские интерфейсы поиска метаданных.
• Программный интерфейс поиска метаданных.
• Средства пополнения регистра как через формы, так и пакетной загрузкой.
• Средства работы с прикладными схемами:
• Регистр (базу) прикладных схем.
• Службу поиска в этом регистре. Кроме того, поиск может осуществляться по другим регистрам.
• Пользовательские интерфейсы поиска прикладных схем.
• Программный интерфейс поиска прикладных схем.
• Средства пополнения регистра как через формы, так и пакетной загрузкой.
• Средства работы с собственно данными:
• Хранилище данных.
• Хранилище базовых данных
• Обслуживание запросов (WFS, WCS, WMS) к данным.
• Преобразование данных в стандартизованное представление и обратно в представление, требуемое данным приложением, в соответствии со стандартизованной структурой.
• Средстваработы с сервисами:
• Регистр (базу) сервисов (UDDI).
• Службу поиска в этом регистре. Кроме того, поиск может осуществляться по другим регистрам.
• Пользовательские интерфейсы поиска сервисов.
• Программный интерфейс поиска прикладных схем.
• Средства пополнения регистра как через формы, так и пакетной загрузкой.
• Геосервер для визуализации.
• Fusion Centre.
Внутренняя база пространственных данных. В нее загружаются данные из внешних источников с преобразованием в стандартизованный формат. Эти данные могут быть загружены в приложение.
• Газеттир.
Реестр (база данных) наименований объектов в наборе пространственных данных с указанием относительных координат этих объектов. Позволяет выдать участок карты с объектом, найденным по его наименованию или другим свойствам.
Поиск данных осуществляется по следующей схеме:
• Пользователь делает запрос на метаданные.
• Находит данные по метаданным.
• В метаданных также хранится указание на прикладную схему.
• Данные.
• На основании прикладной схемы преобразуются к стандартному формату (ОЫЬ) и передаются пользователю для просмотра.
Если запрос делается из приложения, оно уже должно знать ссылку на данные и прикладную схему и на основании этих ссылок данные опять-таки в стандартном формате возвращаются приложению. Если необходимо, данные преобразовываются в формат приложения.
Рис. 1. Основные компоненты архитектуры
Пространственные метаданные
Информационной основой для поиска данных, оценки их пригодности для конкретной задачи и доставки потребителю являются метаданные.
Публикация метаданных позволяет производителям и хранителям пространственных данных сообщать потенциальным потребителям о том, какими ресурсами они располагают и где они хранятся. Соответственно потребители получают возможность вести поиск данных, которые им нужны для решения своих задач. Причем, метаданные важны не только для внешней публикации, но и для ведения каталогов собственных информационных ресурсов организаций.
Основные функции метаданных:
• поддержка поиска: информация, необходимая для определения наборов данных, имеющихся на какую-то определенную географическую область;
• назначение и пригодность: информация, необходимая для оценки того, удовлетворяет ли набор данных определенным потребностям;
• доступ к данным: информация, необходимая для приобретения (получения) выбранного набора данных;
• применение данных: информация, необходимая для обработки и использования набора данных.
В 2003 г. ИСО утвердила международный стандарт ISO 19115:2003 «Geographical Information - Metadata» [12]. Этот стандарт определяет более 220 элементов метаданных, объединенных в так называемые пакеты. Эти элементы поддерживают все четыре функции метаданных, упомянутые выше. Описание структуры метаданных дано на языке UML, который является де-факто стандартом для моделирования в информационных системах.
Поскольку в процессе разработки стандартов ISO учитывается опыт многих стран, международные стандарты вбирают в себя многие наработки национальных стандартов. Это относится и к стандарту ISO 19115. В его основе лежит первый из национальных стандартов на содержание пространственных метаданных Федерального комитета по географическим данным США FGDC (Federal Geographic Data Committee, http://www.fgdc.gov) - стандарт на содержание цифровых пространственных данных CSDGM (Content Standard for Digital Geospatial Metadata), первая версия которого была подготовлена в 1994 г., вторая - в 1998 г., ныне известная как стандарт FGDC-STD-001-1998 [13]. При этом ISO 19115 имеет также и свои собственные преимущества, включающие поддержку многоязычных метаданных, использование современных средств документирования (включая словарь данных), поддержку национальных и те-
матических профилей стандарта, опору на другие международные стандарты (например, для представления дат, времени, координат и др.).
Согласно ISO 19115 каждый пакет содержит информацию об определенном аспекте описываемого набора пространственных данных (кроме первого пакета, который относится к самим метаданным):
• характеристики набора метаданных;
• идентификация;
• ограничения на доступ и использование;
•качество данных (согласно ISO 19113);
• информация об обновлениях;
•организация пространственных данных в наборе;
• система координат;
• содержание;
• применимый набор условных знаков;
• возможность приобретения;
• пользовательские расширения метаданных;
• схема приложения;
• пространственно-временная протяженность;
• ответственная сторона и правила цитирования.
С учетом того, что в России принят национальный стандарт ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация. Метаданные» [14], который является национальным российским профилем ISO 19115, он должен быть использован в АИПД.
Был разработан простой, но в то же время достаточно полный профиль метаданных для пространственных данных и сервисов, ориентированный на максимальную совместимость, адаптируемость и расширяемость как для российских, так и для зарубежных поставщиков и потребителей пространственных данных, что и привело к онтологическому подходу формирования метаданных (рис. 2).
_
СсЫЛНа на «ЫС8ИН& И нифорыэции об
ответственной стороне Ci|®t«n en<j Responsive Peiy Infofmatwri
l
L _
Информация о качестве Da La Quality Ыоттл1юп
Информация а распространении Dislributiofi tntofmalnn
Информация огрэн ичен ияя Corstramt Information
г-i
Информация □ классификаторе Portrayal Catalogue In'crmaUor
— )
Информация о метаданных Metadata Entity Se! Information
1
Информация Q ЖкХтТранствнннй-врем-ан ныя характеристиках Extent Information
-Т-
Идентификационная информация о данных □aid idmtificaNjn Inform ¡»ton
1
Информация О ►.порДИН-iT "ОЙ основа Reference System In'ormaHon
Идентификационная информация Identification Infarmatiofi
--J
Ид-еНТНфИЙЗиЦПиНЭЯ
информация о сервиса* Service Irffintificfilron Information:
Jsk.
Информация об об^оегчнии Maintenance information
Информация о расширении
метаданных Met3№la extension informatiori
Информация о содержании Content information
Рис. 2. Пакеты метаданных пространственных данных и сервисов. Фон точками - новые пакеты (унаследованы от ISO 19119:2005); фон диагональю - модифицированные пакеты ГОСТ Р 52573
Единое научное информационное пространство
В мире имеется большое количество информационных систем для работы с научными данными, наукоемкой информацией. Практически каждое научное учреждение представляет в электронной форме данные о публикациях сотрудников, о проводившихся или ведущихся научных исследованиях и проектах, о результатах исследований. Многие из учреждений имеют собственные информационные системы для наукоемкой информации, которые в каком-то виде ее хранят и предоставляют.
Однако при создании их описаний недостаточное внимание уделяется вопросам интеропе-рабельности - слабо применяются соглашения по стандартизации электронного представления информационных ресурсов и соответствующие средства, призванные поддержать интеграцию информационных ресурсов, повышение полноты и точности поиска и т. п. Кроме того, такие проекты ставили целью создание централизованных систем, что в силу огромного динамизма научных исследований очень быстро приводило к невозможности обеспечить приемлемую полноту и актуальность данных, представляемых такими замкнутыми системами. Тем не менее необходимость обеспечения активных научных коммуникаций и эффективного использования научной информации делает актуальной задачу интеграции разнородных научных данных. В качестве первого шага необходимо обеспечить такую интеграцию на некотором «верхнем уровне», общем для всех отраслей фундаментальной науки.
Инициатива по организации Единого научного информационного пространства (ЕНИП) РАН [15] была призвана помочь научным коллективам сделать ряд шагов в направлении интеграции разнородных научных информационных и программных ресурсов отдельных научных учреждений, предоставлении пользователям более эффективных средств интеграции и поиска информации, научной коммуникации, сотрудничества и совместной работы. Под единым пространством понимается не формирование централизованной системы, не навязывание всем одних и тех же решений, а стремление последовательностью практических шагов, совместными усилиями научных коллективов:
• сформулировать взаимосогласованный набор соглашений, правил и открытых стандартов;
• приготовить совокупность макетов и типовых решений для реализации адаптеров прикладных систем, инфраструктурных служб, поддерживающих разные уровни интероперабель-ности распределенных гетерогенных данных и приложений;
• создать ряд информационных систем общего назначения, следующих этим соглашениям, использующих эти реализации, допускающих модульную организацию, наращивание функциональных возможностей;
• применить эти результаты для решения соответствующих задач научных учреждений.
Разработанные на базе ЕНИП программные средства включают:
• средства интеграции существующих данных;
• автоматизированные интерактивные средства структуризации и пакетной загрузки данных;
• пользовательские и административные интерфейсы ввода новых и управления уже находящимися в системе данными;
• систему (возможно распределенную) хранения данных;
• систему безопасности, обеспечивающую аутентификацию пользователей и авторизацию доступа к ресурсам системы;
• спецификации по разработке дополнительных модулей, обеспечивающих решение специфических задач конкретной научной организации.
Реальные потребности институтов и их сотрудников зачастую бывают очень специфичными и относятся к узкой предметной области. Для удовлетворения таких нужд разработаны прикладные подсистемы, расширяющие функциональность типовых решений в конкретных случаях: подсистема «Редакционно-издательский отдел», подсистема «Электронная библиотека», подсистема «Справочники и классификаторы», подсистема «Глоссарии» и другие.
Архитектура и реализация геопортала «ГеоМЕТА»
В результате анализа различных стандартов и профилей пространственных метаданных в качестве основы для разработки схемы метаданных были взяты стандарты ISO 19115 и полностью ГОСТ Р 52573 для описания пространственных данных с учетом его разночтений с оригиналом ISO 19115, что позволило разработать академический профиль пространственных мета-
данных «ГеоМЕТА» [16] с использованием языка формальных онтологий OWL для пространственных данных и сервисов [17, 18].
Портал (геопортал) «ГеоМЕТА» реализован как вариант академического геопортала http://www.geometa.ru и представляет собой платформу для создания распределенной среды интеграции неоднородных источников пространственных данных и сервисов и предоставления к этой среде единой точки входа (веб-портала), которая позволит ученым, занятым в сфере наук о Земле:
• легко находить специализированные данные и приложения;
• производить вычислительные эксперименты;
• визуализировать результаты деятельности.
Благодаря тому, что геопортал «ГеоМЕТА» построен на базе ИС «НИ РАН», являющейся базовым инфраструктурным компонентом ЕНИП, он может интегрироваться в ЕНИП с предоставлением расширения схемы пространственными метаданными и метаданными сервисов.
К геоинформационным функциям системы относятся:
• каталогизация, сбор, поиск пространственных метаданных;
• предоставление доступа к распределенным пространственным данным по стандартизованным протоколам;
• визуализация карт, редактирование элементов.
Интерфейс системы представлен веб-порталом, поэтому основным методом доступа пользователя к информации является обычный доступ к веб-страницам портала через любой распространенный браузер. Ядро системы предоставляет следующие возможности:
• управление статическим содержанием;
• хранение объектов системы (представленных RD^-тройками) в РСУБД;
• индексирование и полнотекстовый поиск;
• обеспечение безопасности системы.
Сервисы
Минимальный набор сервисов геопортала (по Директиве INSPIRE):
• поисковые сервисы, позволяющие искать наборы пространственных данных и геосервисы на основе соответствующих метаданных и отображать содержание метаданных;
• сервисы визуализации, предоставляющие как минимум возможности просмотра данных, навигации по изображениям, их скроллинга, масштабирования и графического оверлея данных, а также отображения легенд карт и соответствующей информации, содержащейся в метаданных;
• сервисы для «скачивания» информации, позволяющие копировать наборы пространственных данных или их фрагменты и, по возможности, обеспечивающие прямой доступ к данным;
• сервисы преобразования данных, дающие возможность трансформировать наборы пространственных данных с целью обеспечения интероперабельности;
• возможности геокодирования для связи географического названия, пространственного кода и т. д. с соответствующим пространственным представлением (Gazetteer Service);
• сервисы для вызова других (удаленных) сервисов.
Заключение
Обстоятельный анализ сегодняшней ситуации в сфере российской геоинформатики позволяет предложить меры и инициативы, которые позволили бы обозначить и наметить пути решения одной из главных ее задач: интеграции пространственных данных, коллективов ученых, занятых их производством или заинтересованных в их использовании, сервисов и приложений, обслуживающих процесс их использования в фундаментальных и прикладных областях, связанных с решением задач в области наук о Земле. Предложены средства решения задачи в рамках стратегии академической инфраструктуры пространственных данных
Литература
1. Кошкарев А. В., Антипов А. Н., Батуев А. Р., Ермошин В. В., Каракин В. П. Геопорталы в составе инфраструктур пространственных данных: российские академические ресурсы и геосервисы // География и природные ресурсы, 2008. № 1. С. 21-31.
2. ГОСТ Р 52438-2005. Географические информационные системы. Термины и определения. URL: http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=129507.
3. Капралов Е. Г., Кошкарев А. В., Тикунов В. С. и др. Геоинформатика: Учебник для студентов высших учебных заведений / Под ред. В. С. Тикунова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Академия, 2010. Кн. 1. - 400 с. Кн. 2. - 432 с.
4. Кошкарев А. В. Анализ международного опыта состава и механизмов актуализации БПД национальных ИПД // Пространственные данные, 2006. № 1. С. 19-29. URL: http://www.gisa.ru/28048.html; № 2. С. 6-23 (окончание). URL: http://www.gisa.ru/29164.html.
5. Кошкарев А. В. Основные черты и особенности создания и функционирования инфраструктуры пространственных данных Испании // Пространственные данные, 2008. № 3. С. 6-13. URL: http://www.gisa.ru/47182.html.
6. Кошкарев А. В. Инфраструктура пространственных данных Франции // Пространственные данные, 2007. № 1. С. 22-27. URL: http://www.gisa.ru/36706.html.
7. Кошкарев А. В. Инфраструктура пространственных данных Нидерландов // Пространственные данные, 2009. № 1. С. 6-16. URL: http://www.gisa.ru/51981.html.
8. Кошкарев А. В. Директива INSPIRE и национальные инициативы по ее реализации // Пространственные данные, 2009. № 2. С. 6-11. URL: http://www.gisa.ru/54638.html.
9. Кошкарев А. В. Инфраструктура пространственных данных Финляндии // Пространственные данные, 2008. № 1. С. 7-17. URL: http://www.gisa.ru/44536.html.
10. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1157-р от 21 августа 2006 г. URL: http://www.gisa.ru/file/file780.doc.
11. Кошкарев А. В. Геопорталы Испании // Пространственные данные, 2008, № 4. С. 6-16. URL: http://www.gisa.ru/49181.html.
12. ISO 19115:2003 - Geographic information. Metadata. URL: http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=26020&commid=54904.
13. FGDC: Standard for Digital Geospatial Metadata, 1998. URL: http://www.fgdc.gov/standards/projects/FGDC-standards-projects/metadata/base-metadata/v2_0698.pdf.
14. ГОСТ Р 52573-2006. Географическая информация. Метаданные. - М.: Стандартинформ, 2006. -
59 с.
15. Бездушный А. А., Бездушный А. Н., Серебряков В. А, Филиппов В. И. Интеграция метаданных Единого Научного Информационного Пространства РАН. - М: Вычислительный центр РАН, 2006. -238 с.
16. Бездушный А. Н., Вершинин А. В., Дьяконов И. А., Динь Ле Дат, Серебряков В. А. Пространственные метаданные в системе «ГеоМЕТА» // Пространственные данные, 2008. № 2. С. 16-25, 68 (начало); №3. С. 26-29 (окончание).
17. Динь Ле Дат, Серебряков В. А. Разработка и реализация формальных онтологий геопространственных данных и сервисов // Радиотехника, 2008. Вып. 2. С. 85-89.
18. Вершинин А. В., Серебряков В. А., Ряховский В. М., Дьяконов И. А., Динь ле Дат, Шкотин А. В., Шульга Н. Ю. Создание среды интеграции распределенных источников пространственных данных и приложений // Открытое образование, 2008. № 4. С. 9-16.
УДК 004.9+550.3
ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ДЛЯ ВУЛКАНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА КАМЧАТКЕ
Е. И. Гордеев, академик РАН, директор Тел.: (4152) 29-84-08, e-mail: gordeev@kscnet.ru Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН http://www.kscnet.ru/ivs В. Н. Чебров, к. т. н., директор Тел.: (4152) 29-78-95, e-mail: chebr@emsd.ru Камчатский филиал Геофизической службы РАН http://www.emsd.ru С. Л. Сенюков, зав. лабораторией Тел.: (4152) 43-18-36, e-mail: ssl@emsd.ru Камчатский филиал Геофизической службы РАН http://www.emsd.ru О. А. Гирина, к. г.-м. н., ведущий научный сотрудник Тел.: (4152) 29-78-90, e-mail: girina@kscnet.ru Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН http://www.kscnet.ru/ivs
