CC BY
55
УДК 528.926:004
Эрик Тайле
Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg
(State Survey and Geospatial Basic Information Brandenburg), Potsdam, Germany
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОИНФОРМАЦИИ В AFIS-ALKIS-ATKIS ДЛЯ СОВРЕМЕННОЙ ГЕОИНФРАСТРУКТУРЫ ГЕРМАНИИ
Erik Theile
NATIONAL GEOINFORMATION IN AFIS-ALKIS-ATKIS FOR A MODERN SPATIAL DATA INFRASTRUCTURE IN GERMANY
By developing the AFIS-ALKIS-ATKIS application schema Germany realize a modern concept for integration all cadastral, topographical, mapping an geodetic reference points geo base data, witch are modelled by consideration the international GIS-standardization in the field of geoinformation. The fundamental modelling principle is the separation of information technology elements in a technical application (base schema) from the technical elements in a AAA technical schema. This might be possible to apply the base schema also to other technical application schemas and to realize a standardized methodology for describing spatial information within a distributed geodata community. So a main precondition could be stated for setting up a spatial data infrastructure.
Введение - исходное положение, мотивация и цели
Геодезические и кадастровые управления в Германии имеют задачу поставлять пространственные базовые геоданные управлениям, хозяйственными и частными заказчиками. Всё больше потребителей требуют поставки таких данных в цифровом виде. Вся концепция ААА - это мера, которая направлена в будущее, которая учитывает желания и требования ГИС-пользователей. После её введения возможно хозяйственное использование и дальнейшая обработка всех базовых геоданных по единым цифровым структурам.
В ходе всеобщего моделирования государственной геоинформации в Германии приступили к реализации новой AFIS-ALKIS-ATKIS (ААА) -концепции, которая предусматривает объединение ранее обособленных информационных систем в единую ГИС. Таким образом, новая модель включает AFIS, ALKIS и ATKIS и образует так называемую отраслевую или специальную тематическую AFIS-ALKIS-ATKIS-схему или коротко ААА-спецсхему.
ААА - схема применения
Общая схема применения (application schema) дает формальное описание для всех релевантных содержаний и взаимосвязей одной специальности. Она содержит виды объектов, соотношения между видами объектов, атрибуты видов объектов, функции видов объектов, а также условия и ограничения.
Схема AFIS-ALKIS-ATKIS-применения была развита с целью создания основы для всех отраслевых (специальных или тематических)
геоинформационных систем. При этом ААА служит базовой системой, а также играет роль "интеграционного элемента". Совместная схема ААА -применения описывает содержание и соотношения объектов на основе международных ГИС-норм в формате UML в соответствии с ISO 19103 и 19109. Схема ААА - применения состоит из следующих компонентов:
- Основная базовая схема;
- Отраслевая специальная схема;
- Каталоги видов объектов;
- Интерфейс NAS.
Введение ААА - схемы применения имеет для государственного управления геодезии и картографии конкретную ценность. Универсальный взгляд на объекты, всеобщий каталог объектов с настраиваемым содержанием, а также единый интерфейс NAS имеют немалые преимущества для внутренних и внешних пользователей геоданных.
Основываясь на этом, определяются специальные содержания - виды объектов, которые наследственно передают свойства базовой схемы.
AFIS-ALKIS-ATKIS-базовая схема
Базовая схема содержит всеобщие элементы для описания географической информации на основе международных ГИС-стандартов ISO и OGC и таким образом служит основой для специальных схем.
Базовая схема при этом представляет базовые классы как основу для моделирования AFIS-, ALKIS- и ATKIS-объектов и для обмена геоданных. Во-первых, базовая схема определяет совместные свойства всех объектов:
- Идентификаторы;
- Интервал жизни объектов;
- Принадлежность к видам модели;
- Повод возникновения или изменения,
- Связи с другими внешними данными.
Х
каталог
видов
объектов
Х
спецсхема —тч.------
«Application Schema» специальная отраслевая схема AFIS-ALKIS-ATKIS
AFIS ALKIS ATKIS
каталог каталог каталог
видов видов видов
объектов объектов объектов
Автоматизированный вывод всех каталогов
«Application Schema» базовая / основная схема AFIS-ALKIS-ATKIS
Рис. 2. Компоненты AFIS-ALKIS-ATKIS схема применения
Во-вторых, базовая схема определяет классы для моделирования объектов (с или без пространственной основы):
- Элементарные объекты с пространственным отношением
- REO - Raumbezogene Elementarobjekte;
- Элементарные объекты без пространственного отношения
- NREO - Nichtraumbezogene Elementarobjekte;
- Составные (агрегатированные) объекты
- ZUSO - Zusammengesetzte Objekte;
- Объекты в виде большого массива пунктов для модели рельефа (DGM)
PMO - Punktmengenobjekte.
Базовая схема универсально построена, так что и другие ГИС-применения могут использовать эту схему как основу. На её основе создают специальные схемы, как например ААА-спецсхема.
В различных документах описывают языком UML содержание базовой схемы:
- AAA базовые классы;
- ААА каталог;
- ААА Spatial Schema
- ААА совместная геометрия;
- ААА независимая геометрия;
- ААА картографические презентационные объекты
- ААА объекты множества точек
- ААА управление проектами
- ААА профили пользователей
- AAA операции.
"ААА базовые классы" определят основные элементы для построения видов объектов, основы для описания объектов дают в каталоге объектов.
Центральной частью являются документы для описания геометрии, составные части которых берутся из ISO-норм. Поэтому ISO-спецификации также входят в состав UML-модели данных. Различают объекты, которые имеют с другими объектами единую геометрию (например, здания или участки) и объекты, которые имеют независимую геометрию (например, опорные точки).
"AAA объекты множества точек" существуют для изображения регулярной решетки модели рельефа (Coverages). Презентационные картографические объекты моделируются в качестве общих и их можно таким образом использовать для презентации географических данных в любой спецсхеме и их не надо заново моделировать.
В документе "управление проектами" дается рамка для моделирования процессов, с которой можно описать любые процессы.
Документы "ААА профили пользователей" и "ААА-операции" служат для управления и моделирования операций в базовой схеме. Они содержат лишь пустые классы, которыми нужно наполнить спецсхемы.
Определения базовой схемы передают на ААА-спецсхемы способом передачи по наследству. Таким образом, все установления базовой схемы и стандарты ISO и OGC действуют и для определения специальных видов объектов в ААА-спецсхемы.
Специальная тематическая схема AFIS-ALKIS-ATKIS
AAA-спецсхема одна существовать не может и образует вместе с базовой схемой неразрывное единство. Обе компоненты образуют ААА-примененную схему. Таким образом, AAA-примененная схема логически подразделена на
базовую и специальную схемы.
Эта схема полностью описана в формате UML. Преимущества этой
стандартизированной документации
следующие:
- Чистая специальная спецификация, которая в прошлом для различных систем существовала недостаточно;
«Application Schema» специальная схема AFIS-ALKIS-ATKIS
«Application Schema» ААА базовая схема
- Знание о специальных и информационно-технологических компонентах можно сделать общедоступным;
- Концептуальное описание систем, независимо от выбора какого-либо программного обеспечения, облегчает одновременно внедрение и составление требований к разработке;
- Дальнейшее развитие ГИС-индустрии не имеет влияния на принятую модель данных;
- Модель можно расширить таким образом, что можно описывать все технологические процессы, осуществляемые государственным управлением геодезии и картографии;
- Более легкое обеспечение качества для продукции, т.к. возможны стандартизированные проверки модели данных.
19109 общие правила для модели данных
NAS (схема XML)
каталог объектов (Ш^, RTF)
GML3.0/WFS/FE
19918 Level 1
каталог объектов
(XML)
ААА специальная схема (ОМЬ)
19107 - 19111 пространственные отношения 19112 - 19115 метаданные
19110
каталог
видов
объектов
19103 язык и формат моделирования
Рис. 3. ААА - специальная схема и ISO-стандарты
ААА - спецсхема представляет пока только компонент для введения геоданных - для сбора, накопления и передачи геоданных AFIS, ALKIS и ATKIS, без функциональности регистрации, обработки, а также приёма геоданных из других систем.
Нужно подчеркнуть, что содержание и количество базовых геоданных во всех Федеральных Землях находятся в зависимости от денежных средств и персонала. ААА-спецсхема из-за этого определяет так называемое "единое наличие геоданных" (идентичная основная часть) на всю страну.
ААА-специальная схема описывает разделение классов, групп и видов объектов и включает всю государственную геоинформацию из области кадастра, геодезии и картографии. Только таким образом можно обеспечивать единые геоданные. С другой стороны это приводит к тому, что документация GeoInfoDok очень обширна, что часто критикуется.
Использование базовой схемы как основы для любых спецсхем
Из-за последовательно претворенной в системе нейтральности можно использовать базовую схему для многих тематических и специальных применений в качестве географической основы. ААА-преимененная схема, по сути дела, только один пример использования базовой модели. Другие специальные применения могут использовать как основу базовую схему или полную примененную схему, включая AAA-виды объектов.
Также возможны постепенные решения. Так, можно производить любые профили из ААА-схемы применения (например, использование GML-профиля, базовой схемы или отдельных ALKIS видов объектов).
Для документации различных возможностей было разработано руководство для моделирования специальной информации на основе GeoInfoDok с конкретными образцами, которые предоставляют многие области хозяйства.
Преимущества, которые получаются из такого подхода следующие:
- Использование испытанных подходов моделирования в области модели данных и программных интерфейсах;
- Использование существующих и имеющихся в распоряжении программных средств для вывода каталогов объектов и соответственных интерфейсов, а также для изготовления индивидуальных профилей из обширных баз данных;
- Использование имеющихся в распоряжении программных средств для GML-профиля NAS и элементов базовой схемы;
- Единые названия моделирования объектов
- Возможность интеграции в инфраструктуру геоданных в связи с использованием стандартов;
- Избежание двойной работы, например, при производстве GML-профиля для интерфейса.
Таким образом, базовая схема служит основой специфичной специальной схемы для AFIS, ALKIS и ATKIS, а также и для других спецсхем.
«Application Schema» AAA базовая схема
«Application Schema» спецсхема AFIS-ALKIS-ATKIS
«Application Schema» спецсхема А
Application Schema спецсхема В
Рис. 4. Привязка специальных тематических схем к базовой схеме ААА
Базовая схема регулирует использование основных, в ISO 19100 серии определенных, базовых структур, особенно геодезических основ. В дальнейшем базовая система регулирует построение и передача идентификаторов объектов. Эти правила также действительны и для специальных объектов.
Также важна концепция вида модели, которая описывает, какой модели или каким моделям соответствует один объект.
AFIS-ALKIS-ATKIS определяет вид модели, например вид модели „DLKM“ для кадастра, „Basis-DLM“ для ATKIS и т.д. Объект, который относится к ALKIS, а также к ATKIS соответствует обоим видам объектов.
Каждая схема применения должна определить как минимум один вид модели, к которому относятся все объекты этой модели.
NAS
Важным компонентом новой системы информации является новый центральный единый нормированный интерфейс NAS - (Normbasierte Austauschschnittstelle). NAS базируется на международных XML-стандартах, разработанных через World Wide Web Consortium (W3C), особенно XML. Для описания видов объектов используют Geography Markup Language (GML), версия 3.0. от OGC (Open Geospatial Consortium) и Web Feature Service (WFS), которые облегчают пользование геоданных и за рубежом.
Интерфейс NAS ААА-системы применения состоит из двух важных компонентов. Это с одной стороны специальное содержание, которое выводят из ААА-спецсхемы и с другой стороны синтаксис для кодирования данных с использованием XML-схемы. NAS из-за этого действителен только относительно ААА-спецсхемы.
NAS поддерживает единое описание видов объектов, операций и продуктов издания.
NAS применяют для обмена геоданными, которые были моделированы в совместной AFIS-ALKIS-ATKIS - схемы применения. Это может быть
информация, которая соответствует накопленным структурам данных, включая дополнительные данных (презентационные и геометрические картографические объекты), а также информацию из выведенных данных.
Невозможно передать данные, у которых отсутствует отношение к объектам (например, чисто графически структурированные данные, т.е. картографические объекты типа километровой сетки) или данные, которые определились в других системах (например, DXF-данные).
Соответственно интерфейс NAS используют там, где заказчики требуют оригинальные геоданные, данные, поддающиеся использованию и данные, которые можно актуализировать дифференцированно.
GeoInfoDok определяет NAS как коммуникационное средство AFIS-ALKIS-ATKIS-информации между двумя компонентами, например между компонентом введения геоданных AFIS, ALKIS и ATKIS и компонентом для презентации и предоставления геоданных.
Все операции и издательские продукты моделируются по одним и тем же принципами, прямо в XML схеме. Для кодирования операции используют стандарты OpenGIS - Web Feature Service и Filter Encoding. Отображение модели в NAS описывают правилами NAS Encoding Rules, которые управляют автоматически с помощью NAS-генератора схемы (Rose Script).
Управляющие параметры - это дополнительные правила для отображения UML модели данных в XML данные схемы. ААА-примененная схема написана в UML и в форме приведенных каталогов видов объектов. Также NAS, как XML схема, имеется в свободном распоряжении.
Построение и содержание GeoInfoDok
«Документация моделирования государственной геоинформации» -GeoInfoDok даёт описание всех проектов AFIS, ALKIS и ATKIS со своими установленными всеобщими свойствами. Актуальная версия (3.700 страниц!), а также исторические версии документации доступны в Интернете на сайте www.adv-online.de. Отношения между AFIS, ALKIS и ATKIS задаются в совместной референц-модели.
GeoInfoDok состоит из главного документа - концепция применения ААА - и последующими документами, как например каталоги объектов, описание интерфейса NAS и координатных референцных систем.
Для того чтобы другие могли использовать свои специальные тематические данные в сочетании с государственными, они могут создавать свою ГИС на основе базовой или ААА-спецсхемы со своей NAS. Для этого было также разработана документация для моделирования специальной информации на базисе GeoInfoDok.
Основное наличие геоданных, каталоги объектов
Заказчики ГИС-индустрия выставляют требования относительно содержания и структуры базовых геоданных, а также с позиций экономики установление единой совокупности геоданных (идентичная основная часть) на всю страну.
Исходя из целостного взгляда на эти требования, государственные геодезические управления должны в этот состав включать все основные данные ЛБ^, ALKIS и ATKIS и при этом образовать так называемое "основное наличие геоданных", то есть ядро, основной состав геоданных.
Этот состав, который включает самые основные элементы, ведут все Федеральные земли по одинаковым правилами, включает также метаданные. Его устанавливают между собой с точки зрения заказчиков, применения и возможности сбора данных и помечают в каталогах. Расширение его всегда возможно, если все управления согласны.
Значение базовой схемы для построения геоинфраструктуры
Целью геоинфраструктуры не является создание единой и полной модели геоданных для всех специальных применений. Из-за различных взглядов на реальный мир это никогда не удается. Наоборот, нужно добиваться того, чтобы все различные специальные системы были описаны едиными правилами. Таким образом, стандартизируют не специальное содержание, а методику формального описания. Это не исключает единое главное моделирование многих областей, если существуют одинаковые взгляды на предметы.
С помощью этого концептуального принципа можно делать выводы автоматическим путем, так что с помощью семантических трансформаций будет возможен обмен информации (интероперабельность) между различными специальными системами. Это всегда имеет значение, когда изображают не только растровые данные через службу WMS (WebMappingService), а хотят вывести "настоящую" геоинформации из объектов. Базовая схема предоставляет именно те установки структурирования, которые для этого нужны.
Из-за принципа нейтральности и последовательного тесного приближения к международным стандартам геоинформации, базовую схему можно использовать для любых спецсхем и можно на ее основе образовать базу построения геоинфраструктуры Германии.
© Эрик Тайле, 2008
