Актуальность темы
В настоящее время особенно острыми являются вопросы оперативного предоставления актуальной пространственной информации потребителям (органам государственной власти, местного самоуправления, организациям и гражданам) и создания условий для межведомственного и межуровневого информационного обмена.
Однако большой объем данных, накопленный в результате производственной деятельности предприятиями Роскартографии, а также разнообразие форматов, систем координат и технологий затрудняют, а иногда и вовсе препятствуют процессам обмена информацией. Новые требования рынка, предъявляемые к информации о местности, и развитие информационных технологий обуславливают необходимость поиска новых решений.
Выход из сложившейся ситуации видится в создании условий, обеспечивающих доступ потребителей к пространственным данным в электронном виде и их эффективное использование. За рубежом подобного рода системы получили название «инфраструктуры пространственных данных». Для Российской Федерации эта задача сформулирована в «Концепции создания и развития российской инфраструктуры пространственных данных» (РИПД), в которой РИПД определена как территориально распределенная система сбора, обработки, хранения и предоставления потребителям пространственных данных.
Таким образом, создание и развитие РИПД является приоритетной' задачей для Российской Федерации на ближайшие годы, решение которой возможно только при создании инфраструктур пространственных данных (ИПД) на территории каждого региона РФ по новым единым правилам и стандартам.
Изначально цифровая геоинформация в основном подготавливалась для использования в виде цифровых топографических карт (ЦТК), со всей сложившейся сложной системой классификации, системой символизации, компоновки условных знаков и с полным дублированием атрибутов в подписях. И как следствие, созданные карты перегружены цифровыми объектами, часто не имеющими никакого отношения к пространственным данным, а присутствующими на ней только для оформления и печати (подписи, рамки, легенда и т. п.). Кроме того, пространственные данные созданных ЦТК не обеспечивают единого покрытия территории РФ. Для обеспечения покрытия без разрывов на стыках номенклатурных листов необходимы их сводка и сшивка, что в условиях создания РИПД и переходу к использованию наборов базовых пространственных данных является недопустимым.
Данные в таком виде не пригодны не только для обмена, но и для хранения в объектных базах данных (получивших в последнее время широкое распространение) и последующего создания на их основе новых пространственных данных. Соответственно кроме разработки программных компонент для каждого регионального узла РИПД необходим пересмотр существующих технологических процессов по производству и актуализации пространственных данных. Также необходим переход на новые модели данных, форматы обмена и т. д.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы является разработка концепции регионального узла РИПД, а также технологии обработки пространственных данных для решения производственных задач в узле РИПД, с использованием новой модели представления пространственных объектов.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
— выполнить анализ информационных технологий по проектированию.
ИПД;
— описать требования, предъявляемые к региональному узлу РИПД и используемым в нем моделям геоданных;
— разработать архитектуру регионального узла РИПД и новую модель пространственных данных, обеспечивающую эффективность его функционирования;
— разработать состав объектных метаданных и уровни их организации;
— разработать критерии оценки эффективности функционирования РИПД и выполнить тестирование разработанных компонентов РИПД.
Объект и предмет исследования. Объектом исследований является технология организации пространственных данных в условиях работы регионального узла РИПД, а предметом исследований являются модели геоданных и принципы работы с ними.
Методы исследования. Теоретические и практические исследования выполнялись на основе последних достижений в областях геоинформатики и цифровых методов составления топографических карт. При выполнении исследований были использованы цифровые модели, геоинформационные системы, СУБД Oracle, производственные материалы ФГУП «Уралгеоинформ». Для разработки моделей предметной области применялся метод объектно-ориентированного моделирования с использованием нотации UML. Для проектирования баз данных использовались реляционные методы, в том числе теория нормальных форм.
Научная новизна работы заключается в:
— разработке концепции и построении архитектуры регионального узла РИПД, комплексно охватывающей вопросы унификации, мониторинга и предоставления пользователям базовых пространственных данных;
— разработке структуры основной базы данных регионального узла РИПД, не зависящей от принятого каталога, и позволяющей управлять различными версиями пространственного объекта, его метрикой, семантикой, поддерживать различные уровни метаданных;
— разработке модели и структуры пространственных данных, объединяющей достоинства цепочно-узловой и объектной моделей, специально ориентированной под перевод данных с цифровых топографических карт в форматы пространственной базы данных;
— разработке новой схемы мониторинга пространственной информации.
Практическое значение работы. Работа выполнена в рамках государственного контракта по созданию «Банка геопространственных данных на территорию УрФО».
Предложенная в работе концепция легла в основу архитектуры Банка, а разработанные технологии используются в процессах создания, мониторинга и обработки геоданных в Банке геопространственных данных УрФО.
Теоретическое значение диссертации заключается в выработке нового подхода к обработке геопространственной информации, в условиях функционирования узла РИПД, в разработке новых моделей данных, в предложенных алгоритмах обработки метрической, семантической и метаинформации, а также в последовательном изложении всех этапов разработки информационной системы.
Использование результатов выполненных исследований на современном этапе формирования РИПД обеспечивает максимальное использование ранее накопленных в виде ЦТК геопространственных данных, позволяет сократить объём и периодичность составления топографических карт и повысить оперативность обработки актуальной пространственной информации в геоинформатике.
Выводы по главе 4.
На основе изложенного можно сделать следующие выводы:
— Предложенная схема регионального1 узла-является достаточно эффективной и на современном этапе развития науки техники вполне реализуема. Эффективность реализованных программных средств составляет 56% (расчеты приведены в приложении 3).
— При использовании разработанной схемы регионального узла РИПД полностью изменяется идеология работы с пространственными данными: технологии обработки становятся более открытыми, геоинформация более доступной, значительно сокращается время и цикл актуализации, а также снижаются затраты на производство новой картографической продукции.
— В результате диссертационного исследования были разработаны прототипы всех подсистем регионального узла РИПД, однако полная реализация требует значительных затрат как материальных так и временных. При этом необходимо отметить, что полное развертывание и использование средств узла в работе министерств и ведомств требует переработки нормативной базы в области геодезии и картографии.
Заключение
.
Представленная диссертационная работа содержит следующие результаты научных исследований и разработок автора, сконцентрированных на общей технологии построения регионального узла РИПД и на внутренних моделях организации пространственных данных в нем:
1. Описаны требования, предъявляемые к региональному узлу РИПД и используемым в нем моделям геоданных.
2. Сформулирована концепция построения регионального узла РИПД: разработана архитектура узла, определен перечень подсистем и описаны пути их создания, изложена концепция работы с пространственными данными в условиях функционирования РИПД.
3. Для сбора информации и формирования метаданных в составе регионального узла РИПД создана специальная подсистема «Архив»;
4. На основе выполненного анализа существующих моделей пространственных данных, определены подходящие формы организации1 пространственных данных для использования в узле РИПД. Результаты анализа применены при разработке новой модели пространственных данных, основывающейся объектномпринципе описания информации о местности. Данная модель была реализована во второй подсистеме регионального узла — «Хранилище пространственных объектов».
5. При создании подсистемы «Хранилище пространственных объектов» разработана модель пространственного объекта, которая соответствует всем основным требованиям к идентификации, геометрии, составу атрибутивной информации и метаданным, а также к установлению связей между объектами. Разработан состав объектных метаданных, уровни организации метаданных, продуманы механизмы их ведения. Разработаны алгоритмы обработки пространственных объектов в подсистеме Хранилище.
6. Информационная модель пространственных данных регионального узла РИПД, построенная на основе ISO 19 110 и модели пространственного объекта подсистемы «Хранилище», является достаточно универсальной, чтобы описать пространственные данные различных предметных областей вне зависимости от принятого каталог.
7. Также в процессе работы разработан состав двух типов объектов пространственных объектов (Устройство территории и Транспортная инфраструктура) для включения каталог базовых пространственных данных.
8. Для публикации базовых пространственных данных в составе регионального узла РИГТД разработан и внедрен геопортал с необходимым количеством геосервисов.
Использование разработанной технологии организации пространственных данных позволяет сократить сроки мониторинга пространственной информации и снизить трудозатраты на подготовку готовой картографической продукции. Результаты диссертационной работы используются региональном узле РИПД, функционирующем на базе ФГУП «Уралгеоинформ» и активно внедряются на предприятиях Службы государственной регистрации, кадастра и картографии. Эффективность разработанных решений для регионального узла РИПД составляет 56%.
Таким образом, поставленная цель диссертационной работы достигнута, а предусматриваемые ею задачи реализованы.
