Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кубанский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра геоинформатики

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ИНФРАСТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ.

СОЗДАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Краснодар 2013

Содержание

Введение

1. Понятие инфраструктуры пространственных данных (ИПД)

1.1 История ИПД

1.2 Основные составляющие ИПД

1.3 Назначение ИПД

1.4 Геопортал ИПД

1.5 Перспективы развития

2. Опыт создания ИПД в различных странах

2.1 ИПД США

2.1.1 Создание и развитие Национального Клирингового Центра Геопространственных данных

2.1.2 Деятельность в области стандартизации данных

2.1.3 Национальная Цифровая Основа Геопространственных Данных

2.1.4 Сотрудничество в целях получения данных

2.2 ИПД Германии

2.2.1 Структуры управления созданием ИПД Германии

2.2.2 Функциональная архитектура GDI-DE

2.3 ИПД Испании

2.3.1 Функционирование ИПД Испании

2.4 ИПД Финляндии

2.4.1 Компоненты ИПД. Базовые пространственные данные

2.4.2 Нормативно-правовая база и стандарты

2.4.3 Управление метаданными

2.4.4 Геопорталы и геосервисы

3. ИПД Российской Федерации

3.1 Состояние ИПД Российской Федерации

3.2 Концепция российской инфраструктуры пространственных данных

Заключение

Список использованных источников

Введение

В последние десятилетия в сфере картографии и высокоточного позиционирования произошли революционные изменения, наложившие отпечаток не только на технологи картографирования, но и на целый ряд направлений современной геоматики. Доступность и широкое использование пространственных данных (геоданных) общего назначения в России и во многих странах в настоящее время сдерживается рядом обстоятельств.

Осознание в середине 90-х г. прошлого века необходимости преодоления перечисленных проблем путем интеграции и гармонизации пространственных данных привело к появлению идеи создания Инфраструктуры Пространственных Данных (ИПД) и началу новой эпохи в геоинформатике.

1. Понятие инфраструктуры пространственных данных (ИПД)

1.1 История ИПД

Период развития геоинформатики с начала 60-х до середины 90-х г. прошлого века в информационной сфере принято считать началом эпохи географических информационных систем (ГИС). Это время прихода цифровых технологий в традиционную картографию, накопления большого объема цифровых пространственных данных, создания многочисленных ГИС различного назначения [4]. Однако широкое использование этих данных на практике сдерживалось рядом проблем:

- рассредоточение пространственной информации по различным организациям;

- слабая доступность для внешних пользователей;

- отсутствие действенных механизмов поиска и сбора необходимой информации;

- отсутствие согласованных национальных и международных стандартов представления пространственной информации, что приводило к их несовместимости;

- корпоративное и прочее ограничение на использование данных (секретность).

Указанные проблемы приводят к существенным затратам времени на поиск необходимой информации, которая является зачастую основой для принятия важных решений, к дублированию работ по созданию пространственных данных. Осознание в середине 90-х г. прошлого века необходимости преодоления перечисленных проблем путем интеграции и гармонизации пространственных данных привело к появлению идеи создания Инфраструктуры Пространственных Данных (ИПД) и началу новой эпохи в геоинформатике.

Термин «Инфраструктура пространственных данных» впервые был предложен Национальным исследовательским Обществом США в 1993 г. Ключевое слово «инфраструктура» весьма удачно передает суть идеи о том, что совокупность геопространственных данных может быть и должна стать инфраструктурой, такой же доступной для каждого, как например, транспортная инфраструктура. В этом контексте ИПД можно определить как территориально распределенную систему сбора, обработки, хранения и предоставления потребителям пространственных данных.

Цели создания инфраструктуры пространственных данных сводятся к содействию экономическому развитию, более эффективному управлению на разных уровнях и к защите окружающей среды за счет свободного доступа органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и граждан к пространственным данным и их эффективное использование.

Любую ИПД образует совокупность следующих компонентов:

1) информационные ресурсы, включающие базовые пространственные данные и метаданные;

а) Базовые пространственные данные описывают в цифровом виде базовые пространственные объекты и состоят из координатного описания, наименования объекта, его адреса и других сведений.

б) Базовые пространственные объекты - пространственные объекты, относящиеся к специально выбранным типам, отличающиеся устойчивостью пространственного положения во времени и более точным координатным описанием по сравнению с другими пространственными объектами.

в) Метаданные -- это «данные о пространственных данных». Метаданные предназначены для поиска, оценки качества, пригодности и возможности обработки пространственных данных.

2) стандарты: стандарты на модели пространственных данных, геодезическое обеспечение, системы пространственно-временных координат, форматы представления в базах пространственных данных, обменные форматы, метаданные, точность и качество данных, цифровые карты, иные карты и методы картографирования, классификаторы отдельных типов тематических данных, вплоть до стандартов на понятийно-терминологический аппарат.

3) технологии и технические средства подразумевают под собой методы и средства хранения, актуализации и предоставления базовых пространственных данных и метаданных с использованием систем управления базами данных, геоинформационных систем и средств телекоммуникаций. Технологии и технические средства связаны с созданием Геопортала, как средства доступа, поиска и обмена информационными ресурсами.

4) организационная структура -- совокупность органов власти, комиссий и уполномоченных организаций, отвечающих за создание и развитие ИПД.

5) нормативно-правовая база -- совокупность законов, нормативных актов, технических регламентов, направленных на создание, использование и развитие ИПД.

Вышеперечисленные компоненты будут рассмотрены в текущей главе более подробно дале.

ИПД в зависимости от уровня ее создания может быть национальной или региональной, а также локальной, отраслевой или корпоративной. Однако, основное внимание сейчас уделяется государственным ИПД, а в больших по территории странах и региональным, которые создаются в качестве узлов общей национальной ИПД. Наличие национальной ИПД, помимо прямых выгод, придает государству дополнительный статус, свидетельствующий об успехах в географическом изучении страны.

Первым документом, регламентирующим ИПД стал указ Президента США Б. Клинтона от 11 апреля 1994 г. «Координация в области получения и доступа к данным: национальная инфраструктура пространственных данных», в котором отмечено «Географическая информация является важнейшим условием обеспечения экономического развития, совершенствования управления природными ресурсами и охраны окружающей среды [10].

Современная технология в настоящее время обеспечивает более эффективное получение, распространение и использование географических (геопространственных) данных и материалов картографирования…» [10]. В данном документе речь идет о Национальной инфраструктуре (National Spatial Data Infrastructure - NSDI), под которой понимается технология, стратегии, стандарты и интеллектуальные ресурсы, необходимые для производства, обработки, хранения, распространения и совершенствования использования геопространственных данных. Пространственные данные - информация, которая идентифицирует географическое местоположение и свойства естественных или искусственно созданных объектов и границ на земле. Эта информация может быть получена с помощью (помимо иных путей), дистанционного зондирования, картографирования и различных видов съемок. В дальнейшем подобные проекты были разработаны рядом национальных и международных организаций (Глобальная ИПД - GSDI, Канадская ИПД - CGDI, ИПД Австралии и Новой Зеландии - ASDI, Азиатско-Тихоокеанская ИПД - APSDI, панъевропейская программа EUROGI).

1.2 Основные составляющие ИПД

В Геоинформатика, 2005 дается определение ИПД «… ИПД это система базовых пространственных данных и метаданных, организационных структур, механизмов правового регулирования, методической базы, технологий и технических средств, обеспечивающая широкий доступ и эффективное использование пространственных данных гражданами, организациями и органами власти».

Так, по результатам многолетних практик разработок концепций и реализаций национальных ИПД выделяют основные составляющие:

1. Базовая пространственная информация;

2. Стандартизация пространственных данных;

3. Базы метаданных и механизмы обмена данными.

Кроме вышеперечисленных составляющих, в некоторых национальных ИПД выделяют четвертый компонент - институциональную основу. Это институции, органы, механизмы координации, службы, обеспечивающие ее проектирование и реализацию.

Рассмотрим подробнее основные составляющие ИПД. Так под базовой пространственной информацией (или данными) в ИПД принято понимать набор базовых, основных, наиболее необходимых слоев или групп слоев ГИС, соответствующий по своему содержанию цифровой картографической основе. К числу таких слоев принято относить геодезическую основу, рельеф, гидрографическую и транспортную сеть, административные границы. В зависимости от конкретных национальных условий и стратегии создания ИПД этот перечень может дополняться другими элементами; это могут быть цифровые ортоизображения, населенные пункты, землепользования и т.д. Состав базовой информации определяется, с одной стороны, исходя из потребностей в ней потенциальных пользователей - государственных и коммерческих организаций, а также частных граждан, и, с другой - сообразуясь с наличием готовых наборов цифровых данных. Так же немало важным фактором включения или не включения определенных слоев в базовый набор является вопрос национальной (государственной) безопасности. Некоторые элементы базовой пространственной информации могут не иметь самостоятельного значения, но быть важной составляющей всей базовой пространственной информации.

Для базового набора пространственной информации должен быть определен уровень пространственного разрешения, который определяет позиционную точность базовых данных. Атрибутивное описание элементов базового набора пространственных данных должна быть минимальной, без излишнего семантического описания. Данные должны покрывать все территорию без пробелов, быть топологически согласованными, при этом необходим продуманный механизм постоянного обновления данных базового набора пространственных данных.

Обычно задача обеспечения ИПД базовым набором пространственной информации возлагается на государственные специальные ведомства по картографии и геодезии, которые выполняют весь объем работ, связанный с созданием базового набора пространственных данных, своими силами, либо, с привлечением коммерческих организаций.

Все слои базового набора пространственной информации строго должны соответствовать стандартам (стандартам точности, качества, метаописания и пр.).

Базовая информация должна быть общедоступной, хотя возможны исключения, связанные с определенными пользователями и определенными типами данных (например, данными воздушного лазерного сканирования, данные геодезических измерений и т.п.).

Перечень слоев для каждой ИПД может быть различен. Он определяется на этапе проектирования ИПД, исходя из наличия уже готовых базовых слоев, а в случае их отсутствия - стоимости выполнения работ по созданию данных слоев базового набора пространственных данных.

Вариации состава слоев базового набора пространственных данных отражены в таблицах 1 и 2, на примере Австрало-Новозеландской ИПД и Азиатско-Тихоокеанской ИПД.

Таблица 1 - Базовый набор данных Австрало-Новозеландской ИПД

Слой	Набор данных
Геодезическая основа	Национальная база данных сети геодезических станций, основные геодезические параметры, включая геоцентрическую систему координат Австралии, модель геоида и т.п.
Рельеф	Цифровая модель рельефа суши и акваторий, границы исключительной экономической зоны и континентального шельфа
Транспортная сеть	Транспортные коммуникации (железные и автомобильные дороги) и объекты (морские и аэропорты)
Административное деление	Административно-территориальное деление на союзном, штатном и локальном уровнях, электоральные, статистические и почтовые округа, географические названия
Земельный кадастр	Землевладения, госземзапас, особо охраняемые объекты, адреса
Природная среда	Климат, единицы ландшафтного деления, (включая естественную растительность), гидрографическая сеть, наиболее употребительные аэро- и космические материалы

Таблица 2 - Базовый набор данных Азиатско-Тихоокеанской ИПД

Слой	Набор данных
Геодезическая основа	Геодезические параметры и референцные системы
Рельеф	Цифровая модель рельефа
Гидрографическая сеть	Природные и искусственные водотоки и водные объекты, границы водосборов, береговая линия
Транспортные коммуникации	Автомобильные и железные дороги, морские и авиапорты
Население	Крупные населенные пункты
Географические названия	Официально принятые наименования географических объектов
Растительность	Естественная растительность, лесные насаждения и сельскохозяйственные угодья
Природные катастрофы	Зоны возможных землетрясений, наводнений, проявлений вулканизма и опасных климатических процессов
Административные границы	Государственные границы и границы внутреннего административно-территориального деления, границы исключительных экономических зон акваторий
Использование земель	Распределение населения, сельского хозяйства, объектов обрабатывающей промышленности и особо охраняемых территорий

Стандартизация пространственных данных. Сбор и обмен пространственными данными в национальном, и тем более в межнациональном и глобальном масштабах, требует развитой и всеобъемлющей системы стандартов. Так объектом стандартизации служат все составляющие геоинформационных технологий: модели пространственных данных, форматы представления, качество данных. Система стандартизации иерархичная, основывается на стандартных общепринятых спецификациях в области компьютерных технологий, и включать базовые стандарты, спецификации моделей данных (растровой, векторной и т. п.) и данных по отдельным предметным областям пространственно-информационного моделирования. Они различаются также по назначению, форме и статусу. Наряду с государственными и отраслевыми стандартами, широкое распространение получили корпоративные промышленные стандарты, в том числе разрабатываемые частными фирмами и консорциумами производителей геоинформационных товаров и услуг.

Любой стандарт строится как часть более общей системы и тщательно согласовывается с иными стандартами, включенными в данную систему. К разработке стандарта привлекают широкий круг специалистов, сама процедура разработки - прозрачная, многоэтапная, открытая и контролируемая.

Базы метаданных и механизмы обмена данными. Метаданные - структурированные данные, представляющие собой характеристики описываемых сущностей для целей их идентификации, поиска, оценки, управления ими. Иными словами это данные о данных. Наиболее эффективным способом организации считаются базы метаданных, предназначенные для упорядочения и описания структурных элементов единиц хранения информации в цифровом и нецифровом виде в целях обеспечения поиска и обмена между ее держателями (производителями) и пользователями (потребителями). Механизм обмена пространственными данными в рамках ИПД требует стандартизации метаданных.

Рассмотрим стандарт CSDGM (Content Standards for Digital Geospatial Metadata), используемый в США, общий список характеристик метаданных стандарта насчитывает свыше 300 позиций и включает:

- метаданные;

- идентификационную информацию;

- информацию о качестве данных;

- информацию об организации пространственных данных;

- информацию о пространственной привязке;

- справочную метаинформацию;

- информацию об источниках;

- временную информацию;

- контактную информацию.

Механизм обмена данными включает не только стандарты на пространственные данные и сами национальные базы метаданных, но и доступ к данным через национальные информационные центры, включая поиск необходимых данных (на основе их метаописания), размещенных в некоторых каталогах, используя механизмы (машины) поиска в среде Интернет и люзы», выходя в искомые хранилища данных национальной сети серверов. Примером подобной организации доступа может служить система информационных центров обмена данными, в американской NSDI называемых клиринговыми. Поиск данных осуществляется путем доступа к метаинформационным ресурсам сети, создаваемым в соответствии со стандартом на пространственные метаданные CSDGM.

Каждый набор данных может быть описан и быть доступен через клиринговые центры, используя Интернет-вход FGDC. Для поиска данных через FGDC-шлюз служит интерфейс, позволяющий сформулировать запрос на поиск, включающий указание локализации искомых данных (по списку географических названий или по координатам сторон сферической трапеции, заключающей искомую территорию), временной диапазон, к которому относятся искомые данные, ключевые слова в шапке метадокументации на данные, источников данных.

1.3 Назначение ИПД

ИПД в зависимости от уровня ее создания может быть национальной или региональной, а также локальной, отраслевой или корпоративной. Однако, основное внимание сейчас уделяется государственным ИПД, а в больших по территории странах и региональным, которые создаются в качестве узлов общей национальной ИПД. Наличие национальной ИПД, помимо прямых выгод, придает государству дополнительный статус, свидетельствующий об успехах в географическом изучении страны.

Примерами таких ИПД и их действующих прототипов могут служить национальные ИПД США, Канады, Испании, Нидерландов, Австралии, Франции, Литвы [4].

Цели создания ИПД сводятся к содействию экономическому развитию, более эффективному управлению на разных уровнях и к защите окружающей среды за счет свободного доступа органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и граждан к пространственным данным и их эффективное использование.

ИПД должна способствовать расширению использования геопространственных данных общественностью и частным сектором в таких областях, как транспорт, социальное развитие, сельское хозяйство, действия в чрезвычайных ситуациях, природопользование и информационные технологии. Содействовать исключению ненужного дублирования усилий и обеспечения эффективного и экономически оправданного управления ресурсами федеральных, региональных, местных органов власти.

1.4 Геопортал ИПД

Для доступа к ИПД используются геопорталы. Геопортал ИПД - портал для доступа к распределенным геоинформационным ресурсам, поддерживающий функции поиска пространственных данных, геосервисов и приложений по метаданным, а также визуализации данных, их загрузки, трансформирования, удаленного вызова сервисов и другие функции в соответствии с назначением геопортала (рисунок 1).

Рисунок 1 - Технологическая схема геопортала

Как указывалось выше, сообразно уровням ИПД, геопорталы принято делить на национальные, региональные и локальные. Среди них особое место занимают национальные геопорталы; они играют ту же роль, какую играли и продолжают играть национальные атласы в бумажном или электронном исполнении, роль атрибута государственности, «фасада» нации, свидетельства успехов в географическом изучении страны, свода ее национальных информационных ресурсов в части пространственных данных.

Выделяют функциональные возможности геопорталов, объединенные в группы, согласно директиве INSPIRE: поисковые сервисы, сервисы визуализации, загрузки («скачивания») данных, трансформирования данных и вызова других сервисов. Перечень может быть расширен, например функциями поддержки стандартов и управления метаданными и др.

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, а также по правилам реализации.

Почти все геопорталы обеспечивают возможность простого (быстрого) поиска, обычно по географическому названию и/или ключевому слову из перечня тем, заданных пользователем или выбираемых им из выпадающего списка или тезауруса. Расширенный поиск, включающий возможности простого поиска, позволяет искать данные по их пространственно-временным характеристикам. Временной интервал (охват), в котором локализованы данные, может быть задан периодом времени или глубиной ретроспективы. Поиск по пространственному охвату (экстенту) реализован, помимо указания географического названия, путем задания числовых значений географических координат углов ограничивающего прямоугольника или по ограничивающей рамке в окне поиска по картографическому изображению.

Минимальный набор визуализационных функций включает собственно визуализацию данных (необязательно картографическую), навигацию по изображению, скроллинг, масштабирование, графическое наложение (оверлей) слоев изображения, отображение легенд.

Ядро системы управления метаданными служба каталогов, обычно обеспечивающая онлайновую регистрацию данных пользователя в виде их метаописаний. Возможен другой вариант, когда подготовка метаданных ведется с использованием оффлайновых программных средств с последующим их импортом службой каталогов, как правило, в формате языка XML. Просмотр метаданных предполагает вывод на экран списка найденных ресурсов, отсортированных по релевантности, датам, пространственному охвату и снабженных дополнительными характеристиками (например, платный/бесплатный), а также просмотр выбранного элемента списка с той или иной степенью полноты вплоть до выдачи полного текста метаданных ресурса. Геопортал может поддерживать подготовку и отображение пространственных метаданных в нескольких стандартах.

Обеспечение интероперабельности как важного условия успешного функционирования систем управления распределенными ресурсами пространственных данных и сервисов подразумевает тотальное использование стандартов и стандартизованных спецификаций. Для обеспечения эффективного функционирования геопортала, прежде всего его поисковых и визуализационных функций, важна поддержка стандартов ISO 19100 и спецификаций Open Geospatial Consortium, Inc. (OGC, США).

Сервисы загрузки данных, сервисы трансформирования данных в широком понимании этого слова, не ограничивая его полезными, но простыми функциями преобразования систем координат и трансформирования картографических проекций, и сервисы удаленного вызова других сервисов, которые, размещены на удаленных серверах независимых поставщиков услуг.

1.5 Перспективы развития

Наиболее активно развиваются государственные ИПД стран Европейского союза, где действует директива INSPIRE, определяющая правила, стандарты и сроки их формирования [3] Российская государственная ИПД (ИПД РФ или РИПД) находится в стадии формирования.

Одним из новых направлений развития ИПД является создание систем, ориентированных на использование в научной среде и в образовании. За рубежом такие системы часто создаются как подсистемы государственных ИПД. В России государственная ИПД пока отсутствует, поэтому для задач науки и образования целесообразно создание самостоятельных систем. Хотя разработки в этом направлении находятся на начальной стадии, можно проследить и некие общие тенденции. Так, при разработке ЕНИП РАН (Единое научное информационное пространство Российской академии наук) основное внимание уделяется универсальности и совместимости стандарта метаданных, применяемого в системе, а также использованию распределенных вычислений. Система имеет ведомственный тип (Российская академия наук) и национальный уровень [2].

Перспективным направлением внедрения ИПД в науки о Земле являются географические исследования локального уровня, связанные с накоплением больших объемов пространственных данных и других геоинформационных ресурсов на исследуемую территорию. В качестве примеров можно привести стационарные и полустационарные комплексные физико-географические исследования, исследования ООПТ (особо охраняемых природных территорий), эталонных географических участков экологического мониторинга. Эффективность таких исследований напрямую связана с их обеспеченностью базовыми пространственными данными и другими геоинформационными ресурсами, описывающими исследуемую территорию, что входит в задачи создания ИПД. Для обеспечения таких исследований актуально создание особых локальных ИПД, предназначенных для структурирования геоинформационных ресурсов, формируемых по мере выполнения работ. Локальная ИПД может формироваться на основе локальных ГИС, создаваемых в ходе этих исследований [5].

На кафедре картографии и геоинформатики Географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова разработана методика создания локальной ИПД для обеспечения географических исследований. Сформулированы требования к системе и ее компонентам, разработаны методы формирования компонентов инфраструктуры.

пространственный геопортал инфраструктура

2. Опыт создания ИПД в различных странах

За период, начиная с середины 90-х годов прошлого века и до настоящего времени, национальная инфраструктура пространственных данных была создана в более чем 120 странах. США, Австралия и большинство государств Европы прошли все этапы от разработки концепций национальной инфраструктуры пространственных данных до их реализации и завершили свои программы создания этой инфраструктуры. За это время определились проверенные практикой правила, процедуры и механизмы устройства национальной инфраструктуры пространственных данных как информационно-телекоммуникационной системы. Одна из главных целей такой инфраструктуры - обеспечение свободного доступа граждан, организаций, органов государственной власти и органов местного самоуправления к национальным ресурсам пространственных данных, что обеспечивается, в том числе и через глобальную сеть Интернет.

2.1 ИПД США

В США работы по созданию Национальной инфраструктуры пространственных данных начались довольно давно, десятилетия назад, и сейчас она может служить наглядным примером того, к чему имеет смысл стремиться.

К очередной публикации толкового словаря по геоинформатике А.В. Кошкаревым дано определение Национальной инфраструктуры пространственных данных США - NSDI:

NSDI - National Spatial Data Infrastructure - Национальная инфраструктура пространственных данных, одна из составных частей федеральной программы США по созданию Информационной супермагистрали (Information Superhighway). Разрабатывается Федеральным комитетом по географическим данным (FGDC) параллельно с другой информационной программой NDGDF.

В рамках концепции создания НИПД (NSDI) в США была осуществлена первая масштабная реализация портала пространственных данных на государственном уровне в форме государственного правительственного портала GOS (Geospatial One Stop Operational Portal). Для реализации действующего сейчас второго варианта этого портала (GOS 2, см. http://gos2.geodata.gov/wps/portal/gos) была привлечена компания ESRI, которая ранее уже создала и помогла запустить прототип такого решения (портал GOS 1). Предложенная ESRI технология обеспечивает существенное продвижение средств ГИС в среду Интернет. Этот разработанный ESRI сайт был впервые запущен в июле 2003 г. и быстро стал пользоваться огромной популярностью, повысив эффективность деятельности правительственных организаций и обеспечив поддержку процессов принятия управленческих решений.

Сайт является центральным местом для публикации и поиска метаданных о ресурсах разных агентств, через него доступны более 100 тыс. записей метаданных (рисунок 2).

Рисунок 2 - Вид государственного портала пространственных данных США

Опыт успешного внедрения этого решения был принят на вооружение правительствами ряда стран, также организовавших государственные порталы пространственных данных.

Исполнительные органы, осуществляющие руководство развитием координированной НИПД США:

1) Федеральный Комитет Географических Данных (ФКГД), созданный Офисом Управления и Бюджета (OУБ) согласно Циркуляру А-16 ("Координация топографических съемок, картографирования и иной деятельности в области пространственных данных") и возглавляемый руководителем Департамента внутренних дел или уполномоченным руководителя (Председатель), должен координировать развитие НИПД с позиций Федерального Правительства.

2) Каждое ведомство, являющееся членом Комитета, должно гарантировать, что его представитель, делегированный в ФКГД, проводит официальную политику своего ведомства и занимает в нем руководящую должность.

3) Исполнительные структуры департаментов и ведомств ("ведомства"), которые заинтересованы в развитии НИПД, могут присоединяться к ФКГД.

4) ФКГД должен изыскивать возможности для привлечения региональных, местных и племенных (общинных) органов управления к развитию и выполнению инициатив, по мере необходимости использовать опыт научно-образовательного и частного секторов, профессиональных общественных организаций и т.д. для оказания помощи в развитии и выполнении необходимых задач.

Для определения порядка создания, структуры, работы и взаимодействия ведомств, определения стандартов, внедрения и контроля действий над НИПД США, Распоряжением Президента США Б. Клинтона от 11 апреля 1994 г. «Координация в области получения и доступа к данным: национальная инфраструктура пространственных данных» были определены нижеперечисленные положения [11].

2.1.1 Создание и развитие Национального Клирингового Центра Геопространственных Данных

1) Создание и развитие Национального Клирингового Центра Геопространственных Данных. Председатель, при участии ФКГД и по согласованию с соответствующими региональными, местными и племенными (общинными) органами управления и иными заинтересованными структурами, должен предпринять необходимые шаги для организации компьютеризированного Национального Клирингового Центра Гепространственных Данных ("Клиринговый Центр") для НИПД. Клиринговый Центр должен быть совместим и согласован с Национальной Информационной Инфраструктурой, чтобы обеспечить общую интеграцию усилий в этой области.

2) Стандартизированное Документирование Данных. Каждое ведомство должно организовать документирование всех новых геопространственных данных, собираемых или производимых ими самостоятельно или при их участии, используя стандарты, которые разрабатываются ФКГД, а также обеспечить электронный доступ к этой стандартизированной документации для всей клиринговой сети; далее в течение одного года ведомства обязаны принять разработанную при участии ФКГД программу документирования геопространственных данных, ранее собранных или произведенных ими самостоятельно или при их участии, а также обеспечить электронный доступ к этой стандартизированной документации для всей клиринговой сети.

3) Общественный доступ к геопространственным данным. Каждое ведомство обязано принять разработанный при участии ФКГД план, который определяет процедуры, обеспечивающие общественный доступ к геопространственным данным в той степени, которые предусмотрены действующими законами, регламентирующими распоряжениями и правительственными исполнительными документами.

4) Взаимодействие ведомств с Клиринговым центром. Каждое ведомство должно разработать и принять порядок, согласно которому перед тем, как принять решение о финансировании из федерального бюджета сбора или производства новых геопространственных данных, ведомство обязано обратиться в Клиринговый центр и определить, существует ли уже информация данного вида, собранная или произведенная другими ведомствами, а также существуют ли возможности кооперации усилий по ее сбору или производству с другими ведомствами.

5) Финансирование. Департамент внутренних дел обеспечивает финансирование Клирингового центра в части его создания, разработки системы оценки данных, стандартов на геопространственные данные, осуществленияим своих обязанностей. Ведомства продолжат финансирование собственных программ по сбору и производству геопространственных данных; эти данные должны затем становиться составной частью баз данных Клирингового центра для того, чтобы обеспечить для последних более широкий доступ.

2.1.2 Деятельность в области стандартизации данных

1) Общая ответственность ФКГД. ФКГД разрабатывает стандарты для осуществления целей НИПД в сотрудничестве с региональными, местными и племенными (общинными) органами управления, частным и научно-образовательным секторами и, в случае необходимости, международным сообществом.

2) Стандарты, в отношении которых ведомства имеют определенные обязанности. Ведомства, ответственные за те категории данных, которые определены для них, разрабатывают с помощью ФКГД стандарты для этих категорий данных таким образом, чтобы гарантировать их совместимость с другими данными, производимыми всеми другими ведомствами.

3) Прочие стандарты. ФКГД периодически определяет необходимость и разрабатывает, действуя через входящие в Комитет ведомства и в соответствии с существующим законодательством, прочие стандарты, необходимые для достижения целей. ФКГД будет содействовать использованию таких стандартов и, как это установлено, направлять их на рассмотрение в Департамент Торговли для утверждения в качестве Федеральных стандартов в области информационной деятельности. Упоминающиеся стандарты должны применяться к геопространственным данным.

4) Соблюдение стандартов ведомствами. Федеральные ведомства, собирающие или производящие геопространственные данные собственными силами или посредством выделения грантов, осуществления делового струдничеств, заключения договоров со сторонними организациями и т.д., до того момента, как открыть финансирование подобной деятельности, должны иметь гарантии, что новые данные будут собраны таким способом, который отвечает всем необходимым стандартам, принятым при участии ФКГД.

2.1.3 Национальная Цифровая Основа Геопространственных Данных

При содействии региональных, местных и племенных (общинных) органов управления, ФКГД разрабатывает и представляет на рассмотрение в ОУБ план и программу мероприятий по завершению начального этапа создания Национальной цифровой основы геопространственных данных (Основа) и организации постоянной поддержки и обновления данных.

Основа должна включать геопространственные данные, которые являются важными (по определению ФКГД) для широкого круга пользователей, работающих с данными в любом географическом регионе или на уровне всей страны. Как минимум, план должен отразить то, каким образом исходные данные по транспортной сети, гидрографии и административным границам могут быть выполнены в качестве элементов основы для того, чтобы обеспечить проводящуюся каждые десять лет перепись.

2.1.4 Сотрудничество в целях получения данных

Председатель при участии ФКГД обязан разработать стратегию организации максимально возможной кооперации с региональными, местными и племенными (общинными) органами управления, с частным сектором и иными неправительственными организациями, которая позволит разделить затраты и повысить эффективность получения геопространственных данных.

2.2 ИПД Германии

Разработки концепции архитектуры инфраструктуры пространственных данных (GDI-DE) Германии начались в 2007 г.

Инфраструктура пространственных данных (рисунок 3) состоит из пространственных данных и метаданных, пространственных и сетевых служб, а также сетевых технологий и основана на национальных и международных стандартах и нормах. Помимо технической составляющей для создания ИПД необходимо наличие определенных организационных условий, например, заключение соглашений о совместном использовании и применении, обеспечении доступа к пространственным данным, метаданным, пространственным и сетевым сервисам, а также создание механизмов контроля и надзора.

ИПД Германии является частью системы «электронного правительства» Германии и полностью поддерживает выполнение целей современного управления.



Рисунок 3 - Компоненты и общие условия создания ИПД

Цель создания GDI-DE -- рост доступности и создание новых возможностей использования пространственных данных в различных сферах и на разных уровнях управления (федеральном, региональном, муниципальном). Особый акцент в концепции сделан на организационной структуре органов государственного управления Германии (рисунок 4).

Рисунок 4 - Иерархия ИПД в Германии

2.2.1 Структуры управления созданием ИПД Германии

Ученый совет по ИПД Германии (LG GDI-DE) был создан для принятия стратегических решений, в него входят представители правительственных организаций федерации, федеральных земель и муниципальных объединений. Представители федерации и федеральных земель голосуют от лица соответствующих министерств, что позволяет обеспечить участие всех отраслей управления при принятии общих решений по GDI-DE. Ученый совет представляет отчеты по ИПД Германии совету по IT-планированию, организации -- преемнику рабочей комиссии министров по «электронному правительству» федерации и федеральных земель.

Ученый совет управляет и осуществляет координацию развития и создания GDI-DE, а также определяет рабочую программу координационного совета GDI-DE; для Европейского союза (ЕС) ученый совет является контактным органом по вопросам осуществления Директивы INSPIRE в Германии.

Координационный совет GDI-DE осуществляет оперативную поддержку ученого совета: координирует выполнение его решений и поручений контактными органами на уровнях федеральном, региональном и муниципальных объединений (рисунок 5)

Рисунок 5 - Организационная структура и связи ИПД Германии

Сотрудничество между федеральными и региональными органами осуществляется на основе соглашения об управлении (VV GDI-DE) [GDI-DE-VV 2008], определяющего внутренний регламент ученых советов, их задачи и цели и гарантирующего предоставление необходимых ресурсов для оплаты труда персонала и погашения материальных расходов. Соглашение подписано представителями государственного управления всех федеральных земель и федерального правительства. Половина финансовых и материальных средств предоставляется из федерального и регионального бюджетов.

Координационный совет GDI-DE связан с различными рабочими группами и профессиональными объединениями. Совет содействует разработке технических принципов, обмену знаниями и согласованию специализированных аспектов с экспертами, представляющими федеральный уровень управления, федеральные земли, муниципалитеты, науку и экономику, например, при координации создания проектов моделей по принципу «немногие для всех». В проектных моделях задаются четкие, тематически ограниченные задачи (подробная информация о рабочих группах и проектах доступна на сайте www.gdi-de.org).

Интересы экономических агентов Германии в области ИПД представляет Комиссия по геоинформатике в экономике Федерального министерства экономики и технологий ФРГ. Комиссия состоит из представителей объединений практически всех отраслей промышленности Германии. Цель комиссии -- стимулировать развитие государственной геоинформатики, ориентированной на экономику, и тем самым добиваться увеличения эффективности использования предоставляемых данных. Применение геоинформационных данных в экономических моделях и процессах может создать или сохранить рабочие места и увеличить прибыльность бизнеса, что позволит Германии укрепить свое положение как страны размещения производства, в том числе на мировом рынке.

Оперативной координацией занимается канцелярия Комиссии по геоинформатике в экономике (GIW GSt.).

Доступность информации в цифровом виде - ключевая предпосылка эффективного осуществления руководства и взаимодействия в сферах общественного управления, науки и экономики. Использование пространственных данных сделает процесс принятия решений более результативным, так как позволяет наглядно выявлять и интерпретировать сложные взаимосвязи благодаря многочисленным возможностям оценки и конфигурации данных.

Беспрепятственный доступ к пространственным данным и службам через стандартизированные Интернет-интерфейсы необходим для облегчения их использования. Стандартизация позволяет добиться доверия пользователей и безопасности инвестиций.

Для обеспечения возможности ознакомления с доступными данными и сервисами необходимо создание каталогов метаданных. Метаданные позволяют пользователям получать информацию о качестве и происхождении данных и сервисов и оценивать их пригодность для каждого конкретного случая применения.

Кроме того, необходимы гармонизация технических и семантических требований к ИПД, требований к содержанию, четкое определение условий использования и создание прозрачной и соразмерной модели цен.

Правовые рамки создания европейской ИПД определены Директивой 2007/2/EG INSPIRE, а на национальном уровне - федеральным и региональным законодательством ФРГ (перевод текста Закона ФРГ (GeoZG) о доступе к цифровым пространственным данным от 10 февраля 2009 г.). Необходимые обязательные для выполнения организационные предпосылки определены в соглашении об управлении VV GDI-DE.

Сведения, вносимые в Национальную базу пространственных данных (ключевые данные), должны соответствовать следующим требованиям:

- необходимы для осуществления законодательно указанных задач на национальном и международном уровнях;

- важны для Германии с правительственной, экономической или научной точек зрения;

- являются специализированными или всеохватывающими (в разумных пределах);

- могут использоваться многократно.

Создание NGDB должно осуществляться поэтапно с учетом предписаний по времени осуществления INSPIRE при условии соблюдения требований к качеству данных. В обязанности ученого совета GDI-DE входит включение данных, соответствующих критериям отбора, в NGDB после согласования с их обладателями. Координационный совет GDI-DE оценивает содержание БД и ее развитие. Создание БД федеральных земель должно происходить одновременно с созданием NGDB для исключения повторных расходов.

Ученый совет GDI-DE утвердил концепцию «Национальная база пространственных данных ИПД Германии» (NGDB GDI-DE) для отбора данных NGDB в феврале 2010 г.

Среди целей создания архитектуры упомянуты:

- оперативная совместимость, обеспечивающая обмен совместимыми данными через стандартизированные интерфейсы;

- возможность расширения за счет новых компонентов;

- универсальность -- концепция ИПД может применяться вне зависимости от специализации органов на всех уровнях государственного управления, а также в науке и экономике;

- доступность согласно правовым условиям, возможностям пользователей и функционалу служб;

- эффективность -- обеспечение производительности предоставляемых сервисов, особенно по времени обработки запросов, согласно правовым условиям и возможностям пользователей;

- возможность тестирования -- проверка степени соответствия при помощи набора тестов GDI-DE;

- масштабируемость -- возможность расширения и распределения отдельных компонентов для обеспечения достаточной производительности и доступности, в том числе при росте нагрузок на ИПД по числу запросов;

- безопасность -- использование существующих архитектур безопасности для обеспечения надежности, постоянного использования и достоверности пространственных данных и сервисов.

В архитектуре ИПД Германии стандартам, форматам и решениям присваивается одна из трех ступеней обязательности для GDI-DE: основополагающие, факультативные и под наблюдением. В более широкой классификации, включающей в себя соответствие требованиям Директивы INSPIRE, предусмотрена еще одна категория - основополагающие для INSPIRE.

Основополагающие для GDI-DE. Решения являются основополагающими для ИПД Германии в тех случаях, когда они соответствуют техническому положению. Применение этих решений в ИПД Германии обязательно в том случае, если в этом есть необходимость. В тексте указаны те основополагающие решения, которые предварительно не рекомендованы к использованию в дальнейших версиях из-за развития технологий.

Факультативные для GDI-DE. Решения являются факультативными для ИПД Германии в тех случаях, когда уже есть унифицированные аналоги, проверенные на практике, но они не полностью основаны на общепризнанных научных и технических выводах и опыте. В тех сферах, где с использованием факультативных решений можно обеспечить частичную функциональную совместимость, им должно отдаваться предпочтение по сравнению со стандартами, не принятыми во внимание при создании концепции архитектуры.

Под наблюдением для GDI-DE. В настоящее время есть требования, которые не осуществимы ни при помощи установленных стандартов, ни при помощи оперативно применимых решений. Развитие соответствующих решений будет заранее обсуждаться в рамках создания ИПД Германии и находится под наблюдением.

Основополагающие для INSPIRE. Метаданные, пространственные данные и сервисы, которые создаются в рамках выполнения Директивы INSPIRE, должны соответствовать дополнительным условиям, приведенным в руководстве по осуществлению и инструкции по порядку исполнения INSPIRE.

Геоинформационные сервисы для обеспечения полной пригодности к эксплуатации (operating capability) должны выполнять функциональные требования (требования к интерфейсам сервисов), указанные в руководстве по осуществлению, а также требования к качеству данных, указанные в инструкции по порядку исполнения INSPIRE [17].

Геоинформационные данные должны предоставляться в форматах, указанных в директиве. Соответствующие требования являются основополагающими для.

2.2.2 Функциональная архитектура GDI-DE

Описанные выше принципы GDI-DE с функциональной точки зрения соответствуют основополагающей модели Publish-Find-Bind сервис-ориентированной архитектуры:

1. Поставщик пространственных данных, сервисов или других ресурсов публикует их посредством регистрации в каталоге или реестре.

2. Пользователь ищет данные или сервисы в каталоге или реестре.

3. На основе результатов поиска пользователь может запросить найденные данные или сервисы поставщика и задействовать их соответственно находящимся в его распоряжении функциональным возможностям и условиям использования.

Функциональные возможности, необходимые для работы модели Publish-Find-Bind, реализуются в форме Web-сервисов. Архитектура ИПД Германии (рисунок 6), основанная на описанной выше модели работы, является сервис-ориентированной архитектурой. Концепция такой архитектуры основана на принципе использования доступных распределенных совместимых ресурсов (данных и функциональных возможностей) через стандартизированные интерфейсы (сервисы).

Рисунок 6 - Архитектура ИПД Германии

Благодаря использованию стандартизированных интерфейсов разнородные источники данных, а также данные в коммерческих форматах могут предоставляться как совместимые без необходимости преобразования в другой формат. Это делает возможным прямые запросы сервисов приложениями и обеспечивает поставщикам данных необходимую безопасность инвестиций, поскольку технически возможна обработка подобных запросов.

Для инфраструктуры пространственных данных имеют значение как форматы предоставления пространственных данных и метаданных, так и форматы для других решений, например, предписания по визуализации и т. п.

2.3 ИПД Испании

В качестве примера реализованной национальной ИПД можно кратко рассмотреть испанскую ИПД (IDEE -- La Infraestructura de Datos Espaciales de Espana).

В Испании программа развития Инфраструктуры пространственных данных стартовала в 2002 году в связи с появлением общеевропейской инициативы INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in Europe). Планы по созданию IDEE с самого начала предусматривали трехуровневую архитектуру системы, которая отражает трехуровневую структуру власти:

- на уровне страны в целом,

- на уровне ее 17 автономных областей,

- на муниципальном уровне силами или при участии более 8100 муниципалитетов.

К особенностям реализации ИПД Испании можно отнести также ориентацию исключительно на международные стандарты и использование программных продуктов с открытым кодом; официальную политику бесплатного доступа к данным (только Валенсия продает данные).

Неотъемлемой частью ИПД любой страны является система геопорталов. В Испании Национальный геопортал заработал в штатном режиме с июля 2004 г. На центральной панели его главной страницы можно обнаружить пиктограммы всех действующих сервисов, а также линейку из 17 пиктограмм в виде флагов автономных областей для перехода на региональные геопорталы, два из которых (Мадрид и Кантабрия) находятся в стадии разработки: Андалусия (IDEAndalucia), Арагон (SITAR), Астурия (SITPA-IDEAS), Балеарские о-ва (IDEIВ), Валенсия (TerraSit), Галисия (IDEG), Канарские о-ва (IDECanarias), Кастилья-ла Манча (IDE-CLM), Кастилья и Леон (IDECyL), Каталония (IDEC), Ла-Риоха (IDERioha), Мурсия (IDERM), Наварра (IDENA), Страна Басков (GeoEuskadi), Эстремадура (IDEEX).

Наиболее показательными примерами являются геопорталы ИПД Каталонии, Андалусии и Наварры. В первых двух провинциях ИПД создавались при участии крупных картографических институтов, расположенных на территории этих автономных областей и выполняющих роль региональных картографических агентств: Картографического института Андалусии -- ICA и Картографического института Каталонии -- ICC. В Наварре ИПД создавалась при участии крупной компании TRACASA, исполняющей роль региональной кадастровой и топографо-картографической службы, с ежегодным оборотом, сравнимым с годовым бюджетом Картографического института Андалусии. Кроме того, Каталония и Андалусия при построении своих ИПД руководствовались помимо федерального еще и своим региональным законодательством.

Национальный геопортал реализован на семи языках (испанском, английском, французском, португальском, каталонском, баскском и галисийском), региональные геопорталы поддерживают от одного до четырех языков. Геопорталы обеспечивают визуализацию топографических данных, в картографической форме близкой к топографическим картам и планам с точностью и объектовым составом соответствующим масштабу 1:20000, 1:10000, 1:5000 и реже 1:1000, и ортоизображений, составленных из космических снимков с разрешением вплоть до метрового или аэрофотоснимков с разрешением 0,5 м и лучше, а также их гибридов. Состав наборов данных на геопорталах достаточно различен (поскольку они находятся на разных этапах развития). Объем тематических данных, за редким исключением, пока невелик. Пример геопортала, содержащего помимо традиционных слоев базовые тематические сюжеты -- геопортал Канарских островов IDECanarias и Каталонии [4]. Таким образом, ИПД Испании представляет собой полномасштабную систему, которая продолжает развиваться.