Картографические Web-сервисы геопорталов: технологические решения и опыт реализации
Создание корпоративных и региональных геопорталов для доступа к огромным ведомственным и региональным геоинформационным ресурсам, пока независимым от федеральных структур, — актуальная и вполне реальная задача
А.В. Кошкарев (ИГ РАН) В.С. Тикунов (МГУ им. М.В. Ломоносова) С.А. Тимонин (Институт социально-политических исследований РАН)
Введение
А.В. Кошкарев (ИГ РАН)
С.А. Тимонин (Институт социально-политических исследований РАН)
В.С. Тикунов (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Развитие геоинформационных технологий, начавшееся в середине 60-х годов прошлого века, приобрело качественно новые формы, породив феномен, названный инфраструктурами пространственных данных (ИПД). Серединой 1990-х годов датируется и начало новой эпохи геоинформатики — эпохи ИПД, сменившей эпоху ГИС [1].
Согласно Концепции создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации (РИПД) под ИПД понимается «совокупность организационных структур, которые поддерживают функционирование и развитие информационного пространства страны, а также средств информационного взаимодействия, обеспечивающих доступ граждан и организаций к ее информационным ресурсам» [2]. В первом полуофициальном российском документе, определявшем цели создания и принципы организации и построения инфраструктуры пространственных данных в стране, — проекте Концепции формирования Российской инфраструктуры пространственных данных, подготовленном ГИС-Ассоциацией [3], ИПД определялась как «информационно-телекоммуникационная система, обеспечивающая онлайновый доступ пользователей к распределенным ресурсам пространственных данных, их распространение и обмен ими, используя Интернет или иную общедоступную глобальную сеть». ГОСТ Р 52438–2005 «Географические информационные системы. Бесплатное онлайн телевидение Термины и определения» дает следующее определение термина ИПД: «Информационно-телекоммуникационная система, обеспечивающая доступ граждан, хозяйствующих субъектов, органов государственной и муниципальной власти к распределенным ресурсам пространственных данных, а также распространение и обмен данными в общедоступной глобальной информационной сети в целях повышения эффективности их производства и использования» [4].
ИПД принято классифицировать по уровню, который они занимают в вертикали управления, деля их на межнациональные, национальные, региональные и локальные (обычно муниципальные). Вне этой вертикали существуют корпоративные, ведомственные, отраслевые и специализированные тематические ИПД. В архитектуре ИПД выделают четыре главных компоненты: организационно-техническое обеспечение («институциональная основа»), базовые пространственные данные (БПД), стандарты, которые обеспечивают требование интероперабельности данных и сервисов в сетевой среде, геопорталы, предназначенные для поиска данных и других геоинформационных ресурсов по их метаданным, их визуализации, трансформирования и т. п.
Рассмотрим, как должны быть организованы геопорталы и устроены их сервисы (геосервисы), остановившись подробно на функциях ведения пространственных метаданных (геометаданных), поиска пространственных данных и их картографической визуализации (геовизу-ализации) средствами Web-картографирования. При этом будем опираться на разработки, выполненные в 2007–2009 гг., среди которых результаты анализа обширного зарубежного опыта «геопорталостроительства» [1, 5–9], планируемые к использованию в работах по совершенствованию содержания и расширению функций геопортала «ГеоМЕТА» [10], проектирование и реализация прототипа геопортала «Демография» в рамках исследования принципов и методов картографирования демографических и миграционных процессов в России и ее регионах [11, 12].
Основные функции геопорталов
Слово «геопортал» образовано путем слияния морфемы «гео» со словом «портал». Под порталом (от английского portal — главный вход, ворота), информационным порталом, Интернет-порталом или Web-порталом в терминологии интернетики понимается исходная точка выполнения тематического поиска в распределенной сети, сервер, предоставляющий прямой доступ пользователям к некоторому множеству серверов, включая установленные на них информационные ресурсы, а также Web-приложения, которые реализуют Web-сервисы, соответствующие назначению портала. В терминологии ГИС и ИПД геопортал можно определить как средство доступа к распределенным сетевым ресурсам пространственных данных и геосервисов, которые могут быть найдены на геопортале, как исходной точке входа в сеть серверов [5]. По территориальному охвату и предметной области геопорталы классифицируются аналогично схеме классификации ИПД; по балансу основных функций среди них выделяют поисковые, визуализационные и гибридные визуализационно-поисковые.
Фундамент геопорталов составляют его функциональные возможности. За основу их перечня может быть взята IV глава Директивы INSPIRE [13, 14], где сетевые сервисы (или Web-службы) для наборов пространственных данных и связанных с ними услуг объединены в пять групп:
— поисковые сервисы, позволяющие искать наборы пространственных данных и геосервисы на основе соответствующих метаданных и отображать содержание метаданных;
— сервисы визуализации, предоставляющие, как минимум, возможности просмотра данных, навигации по изображениям, их скроллинга, масштабирования и графического оверлея данных, а также отображения легенд карт и соответствующей информации, содержащейся в метаданных;
— сервисы для скачивания информации, позволяющие копировать наборы пространственных данных или их фрагменты и, по возможности, обеспечивающие прямой доступ к данным;
— сервисы преобразования данных, дающие возможность трансформировать наборы пространственных данных с целью обеспечения их интероперабельности;
— сервисы для вызова других (удаленных) сервисов.
Все перечисленные сервисы должны учитывать требования пользователей и обеспечивать простоту эксплуатации, доступ через сеть Интернет или другие телекоммуникационные средства. Однако это минимальный набор функций, который в существующих реализациях обычно расширен и дополнен сервисами онлайновой регистрации данных в службах каталогов метаданных, проводки электронных платежей и т. д.
Рассмотрим наиболее важные для нас функции геопорталов — поисковые и картографической визуализации данных — на основе анализа нескольких зарубежных национальных геопорталов.
В упоминавшейся Директиве INSPIRE определен минимальный набор критериев поиска. Среди них поиск:
— по ключевым словам;
— по классификаторам пространственных данных и услуг;
— по качеству и достоверности пространственных данных;
— по степени соответствия поисковому запросу;
— по пространственному охвату;
— по условиям, устанавливающим правила доступа и использования пространственных данных и геосервисов;
— по названиям административных органов, ответственных за создание, управление, обслуживание и распространение наборов пространственных данных и работу геосервисов.
В качестве важных критериев поиска следует также отметить временной охват и возможность поиска данных с использованием инструментария Web-карты, которая, в отличие от специализированных клиентских приложений, называемых «геобраузерами» (типа браузера Google Earth), встроена в браузер общего назначения.
Для иллюстрации функций поиска можно обратиться к геопорталу GeoPortal.Bund ИПД ФРГ GDI-DE ( http://geoportal.bkg.bund.de ). Посетителям геопортала на стартовой странице (рис. 1) предлагается воспользоваться услугами двух сервисов, составляющих основу функциональных возможностей геопорталов, т. е. визуализационного и поискового (Geodatensuche) c разделением на возможности простого поиска (Einfache Suche), расширенного поиска (Erweiterte Suche), а также обратившись за помощью к сотрудникам геопортала (Assistent).
Функции поиска основаны на метаописании наборов данных. Метаданные могут готовиться на рабочих местах поставщиков данных, публиковаться или регистрироваться непосредственно на геопортале — это функция системы или подсистемы управления метаданными, включающей базу метаданных. Именно с их помощью пользователю доступен поиск данных, удовлетворяющих его требованиям. Достаточно сформулировать запрос на поиск данных в терминах языка описания метаданных (элементов их содержания), и поисковая машина обработает его и выдаст из баз метаданных сведения о тех информационных продуктах, которые удовлетворяют запросу. После этого потенциальный потребитель сможет их оценить более точно, загрузить непосредственно с геопортала или связаться с поставщиком по контактным адресам и получить желаемое на тех или иных условиях, что тоже предусмотрено в метаописании продукта.
Данные должны быть описаны строго в соответствии с определенными нормами и правилами, зафиксированными в национальных и международных стандартах. В такой стандартизации одинаково заинтересованы как производители, так и пользователи. Первый из известных стандартов на содержание метаданных — стандарт, разработанный Федеральным агентством по географическим данным США (FGDC) еще в 1992 г. — Content Standard for Digital Geospatial Metadata. Другой стандарт на метаданные, который используется повсеместно, постепенно вытесняя более ранние национальные стандарты, — международный стандарт ISO 19115: Geographic Information — Metadata. В 2005 г. в России был создан одноименный национальный профиль в виде стандарта ГОСТ Р 52573–2006 «Географическая информация. Метаданные». Стандарт был утвержден в середине 2006 г. и вступил в силу с 1 января 2007 г. Он известен в нескольких реализациях, включая академический профиль «ГеоМЕТА» [10]. На основе ГОСТ Р 52573–2006 созданы подсистема управления метаданными в составе Банка пространственных данных Уральского федерального округа [15] и картографический портал ФГУП «Госгисцентр» ( http://www.ggc.ru ).
Картографическая визуализация данных, которая должна поддерживаться средствами Web-картографирования геопортала, определяется выбором способа картографического изображения, функциями управления им, легендой, а также функциями манипулирования изображением и проектированием легенды. Обычно используются 12 традиционных способов картографического изображения, однако, как будет показано ниже, далеко не все из них реализованы в средствах ГИС и, тем более, в инструментарии Web-картографирования.
Говоря о функциях управления изображением, будем понимать под ним окно, разделенное на несколько частей (рис. 2). Главная из них — собственно картографическое изображение, ограниченное рамкой того или иного вида. Рядом, как правило, размещают легенду и/или перечень слоев (наборов) данных. Иногда легенда может вызываться в отдельном окне, а иногда, в случаях «безлегендных» карт или ортофотоизображений, вообще отсутствовать. В верхней части изображения обычно располагают линейку инструментов, на свободном пространстве — дополнительные элементы: окна текущих значений координат и масштаба (или окно задания масштаба), окно с дополнительной идентификационной информацией и т. д. По умолчанию в окне появляется наиболее востребованный аудиторией сюжет (чаще всего набор базовых пространственных данных).
Рис. 2. Типичный интерфейс пользователя и дизайн картографического изображения (визуализатор MapViewer в составе геопортала Geospatial One-Stop ИПД США NSDI)
Среди функций управления изображением следует выделить следующие:
— масштабирование, достигаемое использованием «лупы», введением точного значения масштаба или его выбором из фиксированного списка, а также очерчиванием интересующего участка прямоугольной рамкой или переходом к наперед заданному изображению из выпадающего списка (штату США, субъекту РФ и т. п.);
— перемещение изображения в пределах рамки (скроллинг, прокрутка);
— центрирование изображения относительно выбранной точки;
— выделение фрагмента изображения;
— получение информации об объекте;
— изменение размеров окна картографического изображения;
— компоновка финального картографического изображения, сохранение в растровом формате и печать.
О наличии тех или иных возможностей управления изображениями можно судить по результатам анализа пяти национальных геопорталов зарубежных ИПД (таблица).
Таблица. Функции визуализации геопорталов [5]
Анализируя графический облик Web-карт, можно прийти к выводу, что они по своему дизайну мало чем отличаются от традиционных. Программное средство Web-картографирования должно поддерживать все или почти все способы картографического изображения из числа 12 известных. Рис. 3 иллюстрирует возможности применения тех или иных способов, а также их сочетаний.
Рис. 3. Реализация традиционных способов картографического изображения на геопорталах: а — горизонтали в сочетании со светотеневой отмывкой рельефа; б — картограмма; в — качественный фон в сочетании с линейными знаками и значками; г — качественный фон и горизонтали; д — масштабные значки на фоне географической основы; е — значки и количественный фон
Приведем два примера, показывающих, как организована визуализация статистических данных на геопорталах и сайтах с функциями Web-картографирования.
Первый пример — хорошо проработанный с картографической точки зрения интерактивный Региональный статистический атлас ФРГ (Interaktiver Atlas zur Regionalstatistik), размещенный на сайте Статистической службы Германии ( http://www.destatis.de/onlineatlas ). Помимо красочного оформления карт и возможности смены цветовой шкалы, в атласе доступен выбор числа классов, а также способа классификации данных (метод равных классов или равных интервалов) вплоть до самостоятельного введения пограничных значений классов. Имеются возможности масштабирования и навигации по карте, получения дополнительной информации, построения вспомогательных графиков. В качестве базовых картографических слоев выступают границы федеральных земель и их административные центры, гидрографическая сеть и отмывка рельефа (рис. 4).
Рис. 4. Карта плотности населения Германии в 2005 г.
Второй пример — Национальный атлас США ( http://nationalatlas.gov ), являющийся составной частью ИПД США NSDI. Посетителям сайта предлагается несколько возможностей работы с картографической информацией: создать собственную карту для печати и обозрения, распечатать подготовленные карты, просмотреть динамические геоизображения, а также загрузить данные для использования в «настольных» ГИС-приложениях. В разделе «Население» содержатся карты плотности населения, половозрастной структуры, а также этнических групп (доля той или иной национальности в общей численности населения в пределах единицы картографирования) за три переписных года: 1980, 1990 и 2000. Имеются возможности масштабирования, просмотра дополнительной информации при нажатии на интересующий объект, перехода в режим просмотра легенды к карте, а также поиска (в основном по административно-территориальным единицам, городам). К тематическому слою можно добавить элементы картографической основы (гидрографическая и транспортная сети, границы и населенные пункты, их географические названия). Используется один способ картографического изображения — картограмма (рис. 5). Кроме того, имеется возможность бесплатной загрузки данных по всем разделам, представленным в атласе, для их дальнейшего использования.
Рис. 5. Карта из Национального атласа США
Нетрудно заметить, что язык картографической графики в приведенных примерах достаточно беден, это общее свойство и недостаток практически всех систем Web-картографирования на геопорталах. Прежде всего, это касается способов картодиаграмм, локализованных диаграмм и структурных значков, выражаемых графически диаграммными фигурами со сложной структурой.
Приведенные примеры выбраны нами из необозримого множества сайтов, порталов и геопорталов с функциями Web-картографирования отнюдь не случайно. Далее речь пойдет о реализации подобных Web-сервисов применительно к задаче статистического картографирования, а именно к методике картографирования населения, т.е. к проектированию и составлению карт демографических и миграционных особенностей населения России на основе геопортальных технологических решений.
Демографические характеристики населения как предмет информационного моделирования
Предметная область информационного моделирования — география населения — предполагает комплексное картографическое отображение его демографических характеристик, основанное на разработанной авторами классификации демографических карт, соответствующей общенаучным принципам классификации (рис. 6).
Рис. 6. Классификация демографических карт
Вначале были выделены две крупные группы карт: общих демографических характеристик, комплексно описывающих демографические процессы в стране (регионе), и демографических компонентов, за счет которых происходит формирование населения (численность и структура), а также изменение его характеристик во времени и пространстве. Карты общих демографических характеристик в свою очередь тоже делятся на две группы — карты численности населения и его структуры, а также динамики населения. Демографический рост или убыль населения происходят за счет процессов его естественного и механического движения. Группы карт, отражающие эти явления, формируют блок карт демографических компонентов. Воспроизводство населения обусловлено соотношением показателей рождаемости и смертности, а также здоровья населения. Механическое движение населения происходит за счет разнообразных по направлению, причинам, целям, временному интервалу миграционных потоков. Эти обстоятельства позволяют предложить деление карт демографических компонентов на карты естественного движения (с разделением на карты рождаемости, смертности и здоровья) и карты миграции населения. Комплексирование и синтез исходных аналитических (чаще всего массовых статистических) данных позволяет строить оценочные и типологические карты, а также карты районирования, которые исключительно важны при комплексном изучении демографических процессов с целью принятия научно обоснованных управленческих решений в сфере регулирования демографических и миграционных процессов.
Список литературы
1. Кошкарев А.В. Геопорталы и карты эпохи инфраструктур пространственных данных // Мат-лы Международ. конф. «ИнтерКарто-ИнтерГИС-15». — Пермь, Гент, 2009. — Т. 1. — С. 242–246. 2. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации. — http://www.businesspravo.ru/Docum/DocumShow_DocumID_114943.html . 3. Проект Концепции формирования Российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД). — http://www.elrussia.ru/37263 . 4. ГОСТ Р 52438–2005 «Географические информационные системы. Термины и определения». — М.: Стандартинформ, 2006. — 11 с. 5. Кошкарев А.В. Геопортал как инструмент управления пространственными данными и геосервисами // Пространственные данные. — 2008. — № 2. — http://gisa.ru/45968.html . 6. Кошкарев А.В. Функции геопорталов в инфраструктуре пространственных данных // Мат-лы Международ. конф. «ИнтерКарто-ИнтерГИС-14». — Саратов, Урумчи, 2008. — С. 214–222. 7. Кошкарев А.В. Основные черты и особенности создания и функционирования инфраструктуры пространственных данных Испании // Пространственные данные. — 2008. — № 3. — С. 6–14. 8. Кошкарев А.В. Эффективное управление пространственными метаданными и геосервисами в инфраструктурах пространственных данных // Пространственные данные. — 2008. — № 1. — http://gisa.ru/44539.html . 9. Кошкарев А.В. Геопорталы Испании // Пространственные данные. — 2008. — № 4. — http://gisa.ru/49181.html . 10. Бездушный А.Н., Вершинин А.В., Динь Ле Дат и др. Пространственные метаданные в системе «ГеоМЕТА» // Пространственные данные. — 2008. — № 2. — С. http://gisa.ru/45988.html . 11. Рязанцев С.В., Тикунов В.С., Тимонин С.А. Методика оценки напряженности на российских региональных рынках труда с учетом международной трудовой миграции // Сегодня и завтра российской экономики: Научно-аналитич. сб. — 2009. — № 24. — С. 3–20. 12. Ryazantsev S.V., Tikunov V.S., Timonin S.A. GIS and cartographic modeling for suistainable development (demographic aspect) // Proccedings of the 15th International Conference InterCarto-InterGIS. — Perm, Ghent, 2009. — Part II. — P. 194–199. 13. Directive 2007/2/EC of the European Parliament and of the Council of 14 March 2007 establishing an Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE) // Official Journal of the European Union. — 25 April 2007. — L 108. — Vol. 50. 14. Кошкарев А.В. Директива INSPIRE и национальные инициативы по ее реализации // Пространственные данные. — 2009. — № 2. — http://gisa.ru/54638.html . 15. Анисимова О.Л., Пестов И.Д., Серебряков С.В. и др. Информационное и программное обеспечение управления метаданными на базе регионального центра Уральского федерального округа // Пространственные данные. — 2009. — № 2. — http://gisa.ru/54644.html . 16. Тикунов В.С. Моделирование в картографии. — М.: Изд-во МГУ, 1997. — 405 с.
RSS
Реклама
