CC BY
16
УДК 004.942:528.91(438) А.А. Жарновский ВМУ, Ольштын, Польша
О ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ МОДЕРНИЗАЦИИ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
В настоящее время информационные технологии определяют темпы развития любой отрасли народного хозяйства. Примером этого могут быть е-бизнес, е-банки, системы е-расчетов, е-администрация, интернет-магазины, системы дистанционного обучения и другие. Заметим также, что при этом методы обработки данных и документов, в сравнении с ранее используемой традиционной технологией, претерпевают значительную трансформацию, которая на логическом уровне пользователя может быть и не столь заметна.
Все вышесказанное касается и разрабатываемого в Польше геопортала, целью создания которого является сбор геоинформации, а также других прямо или косвенно связанных с геоинформацией данных из государственных и частных источников, и реализация услуг пользователям на основе всех накопленных данных. В течение ближайших 2-3 лет намечено выполнить интеграцию всех открытых реестров и стандартизацию геоинформации, которая нужна для функционирования е-администрации.
Ниже представлены результаты исследований технологий и продуктов, которые могут использоваться в разрабатываемом геопортале.
1. Геоинформационная технология (ГТ) является методологической основой ГИС. Ее главными компонентами являются: база семантических данных, объектно-графическая основа и правила идентификации объектов в виде системы кодирования. Анализ различных систем реализующих ГТ, показывает, что она не является идеальной и как всякие технологии имеет свои достоинства и недостатки.
Одним из существенных особенностей геоинформационной технологии является использование разработанной более 30 лет назад геореляционная модель данных, которая „объединяет" в целое разнородные по сути, методам организации, способам получения и доступа компоненты. Цена такого способа реализации ГТ - трудоемкий и дорогостоящий процесс векторизации образной геоинформации и сложная система кодирования объектов местности. Кроме того, геореляционная модель не имеет эффективного встроенного механизма метаданных, которые необходимы для оценки возможностей трансфера данных и их использования в технологических процессах.
Существующие ГИС в смысле методов получения данных, содержания баз данных и механизмов формирования отчетов не в полной мере учитывают особенности различных классов пользователей. Такую классифакацию можно выполнить на основе анализа запросов к объектно-графической основе и семантическим данным [Levin и др. 2004].
К первой группе можно отнести таких пользователей, для которых основная работа с ГИС связана с объектно-графической основой, а запросы к
семантическим данным занимают не более 10% общего времени работы с системой. К этой группе относятся геодезисты, топографы, картографы, проектировщики инженерных сооружений и другие специалисты, для которых карта является основным рабочим средством в технологических и проектных процессах. В целом, это группа пользователй достаточно малочисленная, стабильная по количеству и нет никаких весомых оснований для ее значительного расширения в будущем.
Вторая группа пользователей - это пользователи, для которых запросы к семантическим и картографическим данным делятся приблизительно поровну. Это специалисты различных кадастровых служб, землеустроители и т.п. Эта группа пользователей количественно несколько больше, по сравнению с первой группой, но тоже является стабильной и не будет в будущем расширяться.
Третья группа пользователй - это массовые пользователи, для которых характерно:
- Географическая подготовка на уровне средней школы,
- Использование объектно-графической основы в основнном как инструмента поиска семантической информации,
- Потребность в простейших картографических измерениях,
- Слабой подготовкой в области компьютерных и информационных технологий.
К ним относятся администраторы всех уровней, нотариусы, работники банков, судов, милиции, коммунальных служб, владельцы недвижимости, фермеры и т.п. Эта категория пользователей будет постоянно и динамично увеличиваться, если предлагаемые им системы будут учитывать специфику их требований, при достаточно низкой стоимости технических и программных средств, эксплуатационных затрат и трудоемкости.
Важную роль в ГТ выполняет объектно-графическая основа, в качестве которой в настоящее время используются цифровые планы и карты, цифровые ортофотопланы. В последние годы проводятся исследования по использованию в качестве объектно-графической основы растровых планов и карт. Это связано с поиском путей снижения затрат времени и средств на создание и обновление образной геоинформации.
Обратим внимание еще на одну особенность ГИС. При создании объектно-графической основы в виде цифровой карты в долговременной памяти записываются в том или ином формате пространственные данные IG об объектах, а семантические данные IO об этих же объектах храняться в базе данных (реляционной или объектной). Поэтому информация, которую пользователь может прочитать с топографической карты, на основе которой создана объектно-графическая основа ГИС, увеличивается для пользователя ГИС на величину IO. Печатная копия объектно-графической основы в свою очередь содержит только начальную информацию IG , а семантические данные из базы данных не могут быть прочитаны с распечатки (hard copy) карты.
2. ГИС-алфавит и алгоритм генерирования его символов. Организация диалога между пользователем и информационной системой всегда являются проблемой при разработке и внедрению систем, которая приобретает особое значение в ГИС при использовании цифровых карт для поиска, селекции и визуализации пространственных данных.
Во многих научных работах, которые связаны с определением места картографии в науках о Земле, указывается на взаимосвязь картографического и естественного языков. Чтение карты объединяет в себе чтение текстовых данных и поиск информации в процессе перехода от картографической модели к передаче сообщения в языковой (словесно-цифровой) форме. Заметим, что все свойства карты, которые использует человек для чтения с нее информации о местности, являются недостаточно формализованы и во многих случаях попросту бесполезны при "чтении" карты с использованием компьютера. Если смотреть на процесс чтения карты, как соединение символов картографического алфавита в слова и предложения, то можно сформулировать вопрос: какие должны быть символы картографического алфавита, которые в равной степени могли бы быть эффективно использоваться как компьютером, так и человеком для чтения информации с карты?
Решением проблемы могло бы быть запись семантической информации на растровой карте с помощью символов ГИС-алфавита, что гарантирует для пользователей возможность чтения всей информации, имеющейся в ГИС с распечатки объектно-графической основы. Символы ГИС-алфавита могут быть разработаны на основе теории генерирования символов е-алфавита [Жарновский 2004]. Символ е-алфавита - это создаваемый с использованием определенных математических правил графический символ на растровом образе, главным свойством которого является отображение любого слова естественного языка без информационных потерь.
Любое слово естественного языка может быть записано как символ е-алфавита, если будет определен соответствующий исходный алфавит (V). Размер растрового образа С для записи символа устанавливается на одной оси (например, Х) равным количеству исходного слова, а на другой - равным размерности исходного алфавита. Всем пикселям растрового образа С предварительно приписывается определенный цвет с у = С/., например, белый.
Определение. Любая буква (а) слова (аа) в естественном языке (а) е (V) может быть отображена на растровом образе С (/=0,1, ... Д,7=0,1, ..., К) как пиксель с индексами: / = г, 7 = Я , где г - порядковый номер буквы в алфвите (V), Я - порядковый номер буквы в слове, К - размерность алфавита, N -количество букв в слове.
Правило генерирования символа е-алфавита S может быть сформулировано следующим образом: для каждой буквы трансформируемого слова (аа) в естественном языке с исходным алфавитом (V) следует в соответствии с определением вычислить индексы /, 7 соответствующего пикселя растрового образа и приписать ему цвет, отличный от ср.
Пусть ср = 0, сг,= 1. Определим алфавит (размерность которого К = 30):
Рис. 1. Символ е-алфавита для слова геоматика
(V)={a, б, в, г, д, е, ж, з, и, й, к, л, м, н, о, п, р, с, т, ф, х, ц, ч, ш, щ, ь, ъ, э, ю, я},
Таким образом, генерирование символа е-алфавита S из слова геоматика (количество букв в слове 9) выполняется следующим образом: S => г=>С^ =1 => е => C6t2= 1 о C15t3=\ => м =>C13i4= 1 => а =>С15=\ ...
Соответственно, символ е-алфавита на растровом образе будет записан в виде, представленном на рис. 1. Для удобства чтения символа на карте пиксели соединены линиями.
В соответствии с классификацией объектов топографической базы данных, принятой в Польше, в нее входят 42 сетевые структуры, 130 топографических объектов, 150 объектов местности, 28 элементов ландшафта. Для записи информации об объектах топографической базы данных на растровом образе разработаны
соответствующие символы ГИС-алфавита. Для генерирования символов автором разработана система „TTG" (Трансформация Текст-Графика), которые используется также и для чтения семантических данных с растровой карты.
При принятой в Польше трехуровневой иерархии объектов местности разработан 351 символ ГИС-алфавита, из анализа которых следует:
- Каждый символ ГИС-алфавита имеет свой индивидуальный вид, что позволяет их однозначную идентификацию человеком и компьютером,
- Важным этапом генерирования символов ГИС-алфавита является выбор исходного алфавита и ключевых слов для определения принадлежности объекта к определенному классу,
- Трехуровневая иерархическая система организации символов ГИС-алфавита позволяет их достаточно эластичное использование в качестве источника семантических данных.
3. Модифицированная геоинформационная технология. На основе использования имеющихся продуктов ГТ, современных информационных технологий и методов генерирования символов ГИС-алфавита может быть разработан новый продукт образной геоинформации, названный „семантической" картой. Разработка технологии производства семантических карт связана с решением следующих проблем:
- Перехода от векторной к растровой объектно-графической основе ГИС,
- Разработки новой функциональной модели использования объектно-графической основы для различных классов пользователей,
Модернизации ГТ в части замены системы кодирования объектов на символы ГИС-алфавита,
- Разработки рациональных методов считывания информации об объектах местности при использовании семантических карт.
При этом на этих картах могут быть записаны любые дополнительные данные, например, кадастровые. Кроме того, условные знаки, используемые в традиционной технологии, могут быть частично или полностью заменяться на символы ГИС-алфавита, как показано на рис. 2. Семантическая карта может поставляться пользователям на бумажном носителе, пластике или е-бумаге. В последнем случае считываемая с карты информация может быть непосредственно использоваться в аппликациях пользователя.
Рис. 2. Фрагмент топографической и семантической карты
Выводы и предложения. На основе выполненных исследований можно отметить, что использование разработанных ранее технологий, в том числе и геоинформационной, в новых системах и технологиях требует критической оценки с точки зрения возможностей их непосредственного использования.
Геоинформационная технология без ее коренной модернизации не может быть эффективно использоваться в системах ориентированных на массового пользователя в том числе и в геопорталах.
Одним из методов модернизации ГТ является создание и использование нового геоинформационного продукта - семантической карты.
Исследования выполнены в рамках научно-исследовательского проекта N520 022 31/2971 "Разработка символов ГИС-алфавита и их применение в растровых картах и цифровых ортофотокартах", финансированного Министерством Науки и Высшего образования Польши.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Levin E., Jannson T., Guienko G., Jarnovski A., Geo-information reality - mass user oriented modeling of environment, SPIE Defense and Security „Formerly Aero Sense", Vol 5434 - „Multisensor, Multisource Information Fusion: Architectures, Algorithms, and Applications": 319-326, 2004
2. Zarnowski A., Model tekstowy danych graficznych, alfabet elektroniczny oraz ich zastosowanie w geoinformacji obrazowej i SIP, Rozprawy i Monografie, Nr. 87, Wydawnictwo UWM, Olsztyn, 2004.
© А.А. Жарновский, 2007
