CC BY
54том 13. № 1. 2021 http://intech-spb.com/i-methods/
Организация структуры хранения топографических данных
Копылова Наталья Сергеевна
к.геогр.н., доцент Санкт-Петербургского горного университета, г. Санкт-Петербург, Россия, ans_natasha@mail.ru
Левадный Юрий Валерьевич
к.в.н., доцент, начальник кафедры Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, vka@mil.ru
Проведен анализ системы хранения картографических материалов в аналоговом и цифровом видах в различных фондах, агентствах, организациях и библиотеках. Отмечены недостатки развития системы хранения и распространения картографических материалов. Сделан вывод о необходимости структурирования картографической информации. К картографическим материалам относятся: цифровые карты и планы, 2D и 3D интерактивные карты и атласы, виртуальные коллекции карт и энциклопедии, базы данных, картографические сервисы; производными для реализации пользователю картографических произведений и данных являются: сайты, геопорталы, геотеки, информационно-поисковые и географические информационные системы. Отмечены недостатки и перспективы развития системы хранения и распространения материалов (данных), оказывающие влияние в целом на топографическую и картографическую обеспеченность территории. Недостатки связаны с низким качеством создания картографических материалов, преимущественно в цифровом виде, отсутствием порядка проведения предварительной экспертизы качества проведения картографических работ, а также работ по созданию географических информационных систем, отсутствием налаженного, чёткого порядка взаимодействия государственных и частных источников данных на общей, безвозмездной основе, слабым развитием системы топографического мониторинга. Сделан вывод о том, что на фоне растущего объёма пространственной информации об объектах местности, структурирование и хранение информации, в том числе в виде картографических материалов, является важным аспектом при эффективном использовании данных для принятия разного уровня решений. Организация чёткой структуры хранения топографических данных позволяет совершенствовать систему топографического и картографического обеспечения, и подходы к хранению картографических материалов в рамках перспективного развития отрасли геодезии, картографии и пространственных данных на период 2020-2030 гг.
АННОТАЦИЯ.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: картографическая информация; хранение данных; веб-технологии; унифицированная платформа; интеграционный подход; топология; топографическая и картографическая обеспеченность.
Введение
Растущий объем картографической информации о местности в аналоговом и цифровом видах порождают вопрос ее грамотного хранения.
Геопространственная информация, представленная пользователю средствами веб-технологий1, представляет собой картографические продукты и их производные [1]. При этом к картографическим продуктам относятся: цифровые карты и планы, 2D и 3D интерактивные карты и атласы, виртуальные коллекции карт и энциклопедий. Для хранения и реализации картографических материалов используются: сайты, геопорталы, геотеки, информационно-поисковые и географические информационные системы [2-4].
Поскольку геопространственная информация необходима при принятии решений по вопросам безопасности, обороноспособности, управления и планирования развитием территорий, то формирование лаконичной структуры хранения данных является одним из ключевых аспектов ее эффективного использования.
Совершенствование системы обеспечения органов управления геопространственной информацией является приоритетным направлением развития отрасли геодезии, картографии и пространственных данных на 2020-2030 гг., в целом.
Структура хранения топографических данных
В процессе сбора, обработки, хранения пространственной информации применяется интеграционный подход, который предполагает объединение данных, находящихся в различных источниках и видах на унифицированной платформе.
Топология хранения материалов (данных) [5-7] определяет иерархическую структуру отношений между видами картографических материалов [8-10] на одной платформе, представленных пользователю средствами различных технологий (рис. 1).
По данным, представленным на рис. 1, основными платформами для хранения картографических материалов являются государственные фонды, службы, агентства, ведомства, организации, которые в виду своей специфики содержат разную картографическую информацию2.
Согласно действующему законодательству, ключевая задача по обеспечению картографическими данными в гражданских целях возложена на Федеральную службу государственной регистрации, кадастра и картографии (РОСРЕЕСТР) и Федеральное агентство геодезии и картографии, ОАО «Роскартография».
При Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр) создано подведомственное учреждение — Федеральное государственное бюджетное учреждение (ФГБУ) «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных», к компетенциям которого, в том числе отно-
1Карпик А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территории: монография. Новосибирск: СГГА, 2004. 260 с.
2Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А. П. Карпинского. URL: https://vsegei.ru/ru/; Президентская библиотека им. Б. Н. Ельцина. URL: https://www.prlib.ru; Российская национальная библиотека. URL: http://nlr.ru/ ; Русское географическое общество. URL: https://www.rgo.ru/ru; Российская академия наук. URL: http://www.rasl.ru/ ; Российская государственная библиотека. URL: https://www.rsl.ru// ; Управление навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации. URL: https://structure.mil.ru/structure/forces/hydrographic/ about.htm ; Федеральная служба государственной регистрации кадастра и картографии. URL: https://rosreestr.ru/site/ ; Федеральное агентство геодезии и картографии (Акционерное общество «Роскартография»). URL: https://www.roscartography.ru/ ; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Российская книжная палата». URL: http://www.bookchamber.ru/; 2 ГИС. URL: https://2gis.ru/ ; Map Quest. URL: https://www.mapquest.com/ ; Yahoo! Maps. URL: https://search.yahoo.com/; OpenStreetMap. URL: https://www.openstreetmap.org/ ; Яндекс. Карты. URL: https://yandex.ru/maps/; Google Maps. URL: https://www.google.ru/maps/; Bing Maps. URL: https://www.bing.com/maps/; Google Earth. URL: https://earth.google.com/ ; Maps.me. URL: https://maps.me/ (дата обращения: 22.02.2021).
Рис. 1. Иерархическая структура хранения материалов (данных)
сится ведение Федерального фонда пространственных данных (ФФПД). ФФПД содержит следующие картографические материалы (данные): цифровые и аналоговые топографические карты (ЦТК), цифровые ортофотопланы (ЦОФП), материалы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), пункты государственных сетей, ключи перехода (пересчета) систем координат (от Государственной системы координат к местным системам координат (МСК), карты, атласы, нормативно-технические документы, печатные издания, интерактивные карты для поиска картографической и топографо-геодезической информации. Кроме того, ФГБУ «Федеральный научно-технический центр геодезии, картографии и инфраструктуры пространственных данных» занимается разработкой и ведением геопорталов публичная кадастровая карта и Национальный атлас России.
Автоматизированная система поиска пространственных данных позволяет осуществлять поиск по метаданным цифровых открытых карт и планов, содержащихся в ФФПД3. Пример поиска, в том числе топографических данных (материалов), средствами автоматизированной информационной системы представлен на рис. 2.
3Федеральный фонд пространственных данных.Ц^Ь: https://order.cgkipd.ru/ (дата обращения: 21.02.2021).
Рис. 2. Поиск материалов (данных)
Федеральный фонд пространственных данных содержит геодезические, картографические, топографические, гидрографические, аэрокосмосъемочные, гравиметрические материалы о территории Российской Федерации — в общей сложности более 86 млн. единиц материалов и данных4.
АО «Роскартография» проводит научно-исследовательские работы и успешно их реализует средствами цифровых технологий в ходе получения, обработки, использования геопространственной данных для создания на их основе картографических материалов (данных), которые позволяют принимать цифровые решения, повышающие эффективность и качество инфраструктурных проектов для реализации государственных и частных бизнес-задач 5.
Обеспеченность топографическими материалами (данными) для решения задач специального назначения возложена на Топографическую службу Вооружённых сил Российской Федерации (ТС ВС России), в состав которой входит Топографическая служба штаба Воздушно-десантных войск (ТС ВДВ России), Топогеодезическая служба Главного штаба Воздушно-космических сил (ТС ВКС России), Гидрографическая служба Управления навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации (УНиО МО России), 47 экспедиционный топогеодезический отряд, Федеральное бюджетное учреждение «945 Главный центр Космической геодезии, навигации и картографии Министерства обороны Российской Федерации», Федеральное бюджетное учреждение «946 Главный центр геопространственной информации».
Задачи Топографической службы Вооружённых Сил Российской Федерации в части топогеодезического обеспечения объединений (соединений, частей) военных округов решаются Центрами геопространственной информации и навигации (ЦГИН), сформированными в 2012 г. на базе окружных топогеодезических отрядов, картографических частей и складов
4Федеральный фонд пространственных данных.URL: https://cgkipd-ru.turb0pages.0rg/cgkipd.ru/s/fsdf/ (дата обращения: 21.02.2021). 5АО «Роскартография».URL: https://www.roscartography.ru/ (дата обращения: 21.02.2021).
топографических карт. Эти центры расположены в военных округах: Западном — 544 ЦГИН, Южном — 543 ЦГИН, Центральном — 545 ЦГИН, Восточном — 546 ЦГИН. Основные компетенции Топографической службы военного округа в отношении вопросов геодезии, картографии и пространственных данных связаны с организацией специальных работ по созданию и обновлению цифровых (электронных) топографических и специальных карт в интересах развития военной инфраструктуры, организационно-методическим руководством и контролем топографической подготовки в органах военного управления и войсках.
Организацию и общее руководство топогеодезическим и навигационным обеспечением воздушно-десантных войск (ВДВ) осуществляет топографическая служба штаба ВДВ. В отношении вопроса картографического обеспечения служба занимается обеспечением соединений и воинских частей ВДВ топографическими картами, в том числе электронными совместно работая с базой пространственных данных Министерства обороны Российской Федерации, формированием отдела хранения топографических карт в целях материально-технического обеспечения военных округов. В целом, основными задачами ТС ВДВ являются: создание запасов и своевременное доведение до штабов и войск топографических и специальных карт, цифровой информации о местности, астрономо-геодезических данных, фотодокументов и другой необходимой топогеодезической информации.
Топогеодезическая служба Главного штаба Воздушно-космических сил (ВКС) выполняет задачи, связанные с формированием топогеодезической информации, исходных астрономо-геодезических, гравиметрических и навигационных данных, средств ТГНО и обеспечения ими подчиненных объединений, соединений, воинских частей и организаций, их учёт и контроль за использованием; специальной подготовкой личного состава топогео-дезических (топографических) служб.
Гидрографическая служба Управления навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации (УНиО Минобороны России), выполняет работы по созданию навигационных морских, геофизических и других специальных карт (в том числе электронных), руководств и пособий для плавания в Мировом океане.
47 экспедиционный топогеодезический отряд предназначен для решения задач Топографической службы Вооружённых Сил Российской Федерации в части обеспечения родов войск (сил) астрономо-геодезическими, гравиметрическими и навигационными данными, как при заблаговременной подготовке территорий, так и в ходе военных действий. Основные функции отряда сводятся к организации и выполнению топогеодезических и картографических работ в целях заблаговременной подготовки территорий в топогеодезиче-ском отношении.
Федеральное бюджетное учреждение «945 Главный центр Космической геодезии, навигации и картографии Министерства обороны Российской Федерации» предназначено для картографического обеспечения штабов и войск (сил), включая оперативную подготовку специальных материалов по заказу и в интересах ВС РФ.
Федеральное бюджетное учреждение «946 Главный центр геопространственной информации» решает задачи обеспечения ВС РФ специальной геопространственной информацией в целях ее применения в автоматизированных системах управления.
Структура создания и хранения топографических данных служб специального назначения в Российской Федерации представлена на рис. 3.
Топографическая служба Вооружённых сил Российской Федерации (ТС ВС России), 1701 г.
ФБУ «945 Главный центр космический геодезии. навигации н каотогоабии»
ФБУ
••946 Главный центр геопространственной информации»
47
жспедииионный топогеодезический отрял
Топографическая служба штаба Воздушно-десантных войск (ВДВ)
Топогеодезическая служба Главного штаба Воздушно-космических сил iBKO
Топографичес кий отдел ВТУ ГШ
Гидрографическая служба Управление навигаиии и океанографии Министерства обороны Российской Федерации (УНиО Минобороны России). 1777 г.
Центры геопространственной информации и навигации (ЦГИН)
545 544 546
» _* ' '_* | '_
Топографические службы штабов, объединений и соединений
—I-1-1-
Топографические части
543
I
Военные округа
1 1 1 1
Центральный Западный Восточный Южный
Рис. 3. Структура создания и хранения топографических данных
Как показывают данные, приведённые на рис. 3, Топографическая служба Вооружённых сил Российской Федерации — это многоуровневая система, состоящая из служб, частей, предприятий и пр., предназначенных для выполнения геодезических, топографических и картографических работ и обеспечения войск (сил) топографическими картами, геодезическими данными и другими сведениями о местности на театрах военных действий6.
Исходными данными для формирования структуры топографических данных явились открытые данные, а соподчинение элементов представленной системы нормативно обосновано7.
Многоуровневость системы создания и хранения топографических данных (карт) связана с особенностями исторического развития Топографической службы. Так, в XVIII в.— в виде Военно-топографического депо Главного (Генерального) штаба русской армии, в XIX в.— Корпуса военных топографов, в XX в.— Военно-топографического управления, по настоящее время — Топографической службы Вооружённых сил Российской Федерации (ТС ВС России)8.
Согласно представленным сведениям о различных платформах, и хранящихся на них материалах и данных, важно иметь логическую и тематическую согласованность источников картографической информации.
■Краткий топографо-геодезический словарь / Б. С. Кузьмин, Ф. Я. Герасимов, В. М. Молоканов и др. Изд. 3 е, перераб. и доп. Москва: Недра, 1979. 310 с.
военно-топографическое управление Генерального штаба Вооруженных Сил Российской Федерации. URL: https:// structure.mil.ru/structure/ministry of_defence/details.htm?id=97150/o40eg0rganization (дата обращения: 22.02.2021).
8Военно-топографический отдел Главного штаба // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. 1890-1907. Т. 82.URL: https://runivers.ru/lib/ book3182/ (дата обращения: 22.02.2021).
Интеграция картографических материалов предполагает учитывать следующие обстоятельства:
1. Картографические материалы, поступающие на хранение могут иметь низкое качество, обусловленное: отсутствием актуальных нормативных документов и методических рекомендаций, устанавливающих требования к ним; отсутствием требований к географическим информационным системам, используемых в органах государственной власти РФ и органах местного самоуправления, и требований к разработчикам программных средств географических информационных систем; недостаточной обеспеченностью квалифицированными кадрами, занимающихся вопросами создания, обработки и передачи картографической информации.
2. Несовершенством порядка оценки качества картографических материалов, а также работ по созданию географических информационных систем.
3. Отсутствием порядка взаимодействия между производителями картографической продукции на безвозмездной основе.
4. Слабое развитие системы топографического мониторинга.
Учет указанных особенностей при организации хранения и использования картографической информации является основным драйвером для совершенствования системы картографического обеспечения [11].
Результаты
Таким образом, в рамках проведённой работы проанализированы виды картографических материалов (данных), созданные средствами различных программных средств и технологий, которые представлены на различных платформах.
Представлена иерархическая, древовидная топологическая структура хранения материалов (данных), включая топографические данные.
Отдельное внимание обращено на систему хранения топографических данных средствами служб общего и специального назначения. Обоснована многоуроневость данной системы, связанная с историческими аспектами развития Топографической службы Вооружённых сил Российской Федерации.
Отмечены недостатки при создании и распространении материалов (данных), ослабевающих в целом качество системы хранения материалов (данных).
Выделены перспективы развития отрасли геодезии, картографии и пространственных данных, которые благотворным образом повлияют на качество системы создания и хранения материалов (данных).
Заключение
Растущий объём пространственной информации об объектах местности и представление этой информации в аналоговом и цифровом видах средствами различных технологий придаёт актуальность вопросам: появления новых видов картографических продуктов (данных) и производных, их реализующих; формирования грамотной топологической структуры хранения материалов (данных) для пользователя.
Топология хранения материалов (данных) определена иерархической, древовидной структурой, что делает эту структуру чёткой, лаконичной, последовательной, понятной для разработчика и пользователя.
Появление новых видов картографических продуктов предполагает совершенствование нормативной правовой основы для их создания (в том числе технических средств), распространения, использования при решении вопросов государственного и частного характера.
Повышение качества создаваемого, распространяемого картографического материала (данных) и процедуры использования в рамках межведомственного и личного взаимодействия, безусловно, придаёт важный вектор в развитии всей отрасли геодезии, картографии и пространственных данных на период 2020-2030 гг.
Литература
1. Карпик А. П., Лисицкий Д. В. Электронное геопространство — сущность и концептуальные основы // Геодезия и картография. 2009. № 5. С. 41-44.
2. Kopylova N. S. Methods for displaying data using web technologies for the Arctic region and the continental shelf // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 913. Pp. 1333-1321. D0I:10.1088/1757-899X/913/4/042026.
3. Климова И. В. Инструктивные карты безопасных методов и приемов труда для отдельных видов работ, проводимых в нефтешахте // Записки Горного Института. 2017. Т. 225. С. 354-359.
4. Киселев В. А. Методика создания карт районирования на основе теории принятия решений // Маркшейдерский вестник. 2011. № 2. С. 42-46.
5. Беляев В. В. Компьютерная анимация в изучении теории вероятностей и математической статистики // Сборник научных трудов III Всероссийской научной конференции «Современные образовательные технологии в подготовке специалистов для минерально-сырьевого комплекса». 2020. С. 241-247.
6. Жуковский В. Е., Побединский Г. Г. Особенности создания фундаментальных картографических произведений // Геодезия и картография. 2015. Спецвыпуск. С. 34-44. DOI: 10.22389/0016-7126-2015-34-44.
7. Иванова И. В., Пашкин П. В. Концептуальная модель поэтапного анализа тепловых режимов электронных модулей автоматизированных систем управления металлургического производства // Записки Горного института. 2014. Т. 208. С. 232-235.
8. The Digitization of the World From Edge to Core. 2018. URL: https://www.seagate.com/ ru/ru/our-story/data-age-2025/ (дата обращения 18.11.2020).
9. Shafat Khan, KhalidMohiuddin. Evaluating the parameters of ArcGIS and QGIS for GIS Ap-plications // International Journal of Advanced Research in Science and Engineering. 2018. № 7. С.582-594.
10. Иванов В. Г., Бородин Н. Д. Основы формирования единого геоинформационного пространства специального назначения с использованием Web-технологий // САПР и графика. 2016. № 3. С. 1820.
11. Лисицкий Д. В., Дышлюк С. С. Многоцелевой картографический ресурс — новое направление в картографии // Геодезия и картография. 2015. № 11. С. 16-19. DOI: 10.22389/0016-7126-2015-905-11-16-19.
THE ORGANIZATION OF THE STORAGE STRUCTURE OF TOPOGRAPHIC DATA
NATALYA S. KOPYLOVA
PhD in Geography, Associate Professor, Mining University, Saint Petersburg, Russia, ans_natasha@mail.ru
YURI V. LEVADNY
PhD in Military, Associate Professor, Head of the Department of Cartography, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky, Saint Petersburg, Russia, vka@mil.ru
ABSTRACT
The analysis of the system of storage of cartographic materials in analog and digital forms in various funds, agencies, organizations and libraries is carried out. The shortcomings of the development of the system of storage and distribution of cartographic materials are noted. The conclusion is made about the necessity of structuring the cartographic information. A hierarchical, topological structure for storing cartographic materials, including topographic data, has been developed. Cartographic materials include: digital maps and plans, 2D and 3D interactive maps and atlases, virtual map collections and encyclopedias, databases, map services; derivatives for the sale to the user of cartographic works and data are: sites, geoportals, geotecs, information retrieval and geographic information systems. The disadvantages and prospects for the development of the storage and distribution of materials (data) are noted, which generally affect the topographic and cartographic provision of the territory. The disadvantages are associated with the low quality of the creation of cartographic materials, mainly in digital form; the lack of a procedure for conducting a preliminary examination of the quality of cartographic work, as well as work on the creation of geographic information systems; the lack of an established, clear procedure for the interaction of public and private data sources on a general, free basis; poor development of the topographic monitoring system. It is concluded that against the background of the growing volume of spatial information about terrain feature, structuring and storing information, including in the form of map materials, is an important aspect in the effective use of data for making different levels of decisions. The organization of clear structure of storage of topographic data allows to enhance the system of topographic and cartographic provision, and approaches to storage of cartographic materials in the framework of upcoming development in areas of geodesy, cartography and spatial data for the period between 2020 and 2030.
Keywords: spatial information; topographic data; data storage; web technologies; unified platform; integrated method; topology; topographic and cartographic supply.
REFERENCES
1. Karpik A. P., Lisickij D. V. Electronic geospace - essence and conceptual bases. Geodesy and cartography. 2009. No. 5. Pp. 41-44.
2. Kopylova N. S. Methods for displaying data using web technologies for the Arctic region and the continental shelf. IOPConference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 913. Pp. 1333-1321. DOI:10.1088/1757-899X/913/4/042026.
3. Klimov I. V. Instructive cards of safe methods and work receptions for separate types of the works which are carried out in petro-mine. Journal of Mining institute. 2017. Vol. 225. Pp. 354-359.
4. Kiselyov V. A. A technique of creation of zoning maps on the basis of the decision-making theory. Mine surveying bulletin. 2011. No. 2. Pp. 42-46.
5. Belyaev V. V. Computer animation in studying of probability theory and mathematical statistics. Sborniknauchnyh trudov III Vse-rossijskoj nauchnoj konferencii "Sovremennye obrazovatel'nye tehnologii vpodgotovke specialistov dlya mineral'no-syr'evogo kom-pleksa" [Proc. of the III All-Russia scientific conference "Modern educational technologies in training of specialists for a mineral and raw complex"]. 2020. Pp. 241-247.
6. Zhukovsky V. Е., Pobedinsky G. G. Feature of creation of fundamental cartographical works. Geodesy and cartography. 2015. Special issue. P. 3444. DOI: 10.22389/0016-7126-2015-34-44
7. Ivanov I. V., Pashkin P V. Conceptual model of the stage-by-stage analysis of thermal modes of electronic modules of automated control systems of metallurgical production. Journal of Mining institute. 2014. Vol. 208. Pp. 232-235.
8. The Digitization of the World From Edge to Core. 2018. URL: https://www.seagate.com/ru/ru/our-story/data-age-2025/ (дата обращения 18.11.2020).
9. Shafat Khan, Khalid Mohiuddin. Evaluating the parameters of ArcGIS and QGIS for GIS Ap-plications. International Journal of Advanced Research in Science and Engineering. 2018. No. 7. Pp. 582-594.
10. Ivanov V. G., Borodin N. D. Bases of formation of uniform geoinformation space of a special purpose with use of Web technologies. SAPR and graphics. 2016. No. 3. P. 1820.
11. Lissitsky D. V., Dyshlyuk S. S. The Multi-purpose cartographical resource the new direction in cartography. Geodesy and cartography. 2015. No. 11. Pp. 16-19. DOI: 10.22389/0016-7126-2015-905-11-16-19
