Интеграционный подход создания региональной инфраструктуры пространственных данных

УДК 004.5+528.9

О Г.М. Ружников, Р.К. Федоров, А.Е. Хмельное, А.С. Гаченко, Е.С. Фереферов

ИНТЕГРАЦИОННЫЙ ПОДХОД СОЗДАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ1

Изложен опыт формирования региональной инфраструктуры пространственных данных (ИПД), её компонент, как системообразующей основы создания информационного пространства региона, сервисов обработки, поиска, хранения, передачи информации в задачах территориального управления. Это обусловлено адекватностью ИПД характеру решаемых территориальных задач.

Ключевые слова: региональная инфраструктура пространственных данных, сервисы обработки, поиска, хранения, передачи данных, инструментальные системы.

О G.M. Ruzhnikov, R.K. Fedorov, А.Е. Hmelnov, A.S. Gachenko, E.S. Fereferov

THE INTEGRATION APPROACH OF ESTABLISHING A REGIONAL SPATIAL DATA INFRASTRUCTURE

The experience of formation of regional spatial data infrastructure (SDI), its components, as a system basis for the creation of information space of the region, processing service, search, storage, transmission of information in the problems of territorial administration is outlined. This is due to the SDI adequacy of the nature of territorial problems.

Keywords: regional spatial data infrastructure, processing service, search, storage, data transmission, instrumental system.

Введение

Для перехода экономики регионов России к принципиально новой модели устойчивого развития, а также для создания предпосылок перехода к информационному обществу необходимо существенно модернизировать систему управления территориальным развитием за счет масштабного внедрения последних достижений в сфере формирования региональной инфраструктуры пространственных данных (ИПД), её компонент, как системообразующей основы создания информационного пространства

1 Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ, проекты 14-07-00166_а, 14-47-04125-р, 13-07-12080-офи_м, 13-05-41105-рго_а, 14-07-31339-мола

региона, сервисов обработки, поиска, хранения, передачи информации в задачах управления.

Региональный уровень ИПД

В настоящее время региональные органы государственной власти и местного самоуправления (ОГВМС), хозяйствующие субъекты создают и используют большие объёмы тематических и пространственных данных (ПД) в основном в интересах самих ведомств и территорий, которые, как правило, несопоставимы и нескоординированы между собой, что исключает их совместное и комплексное использование. Это определило актуальность создания региональной инфраструктуры пространственных данных (ИПД) с целью эффективной организации и управления их пространственными ресурсами [1, 2, 3, 7]. Развитие современных ГИС-, Web-, OLAP-технологий и Internet изменили технологии массового сбора, хранения, обработки, использования пространственных и тематических данных. В свою очередь, внедрение Internet ускорило процесс интеграции физически разделенных, но тематически согласованных БД, сделало их более доступными. Создание и внедрение информационно-аналитических систем стало одним из актуальных направлений повышения эффективности управления социально-экономическим развитием региона, решения проблем его безопасности и т.д. Это обусловлено адекватностью ИПД и систем обработки ПД характеру решаемых региональных задач, возможностью использования ПД и единой цифровой модели территории, как системообразующего фактора для принятия решений, их фиксации, отображения последствий.

Цели создания региональной ИПД:

• создание единого информационного пространства региона как части информационного пространства РФ, а также информационных систем, обеспечивающих совместимость, полноту и достоверность всех видов пространственных и тематических данных, предоставляемых потребителям;

• повышение эффективности создания, использования регионального, а также муниципальных фондов ПД в управлении развитием территорий области и формирования их инвестиционной привлекательности;

• открытость региональных и муниципальных ресурсов пространственных и тематических данных ИПД для ОГВМС, населения, бизнеса, науки, образования и т.д.

В регионах России в зависимости от полноты формирования пространственных информационных ресурсов, широты внедрения ГИС в территориальном управлении и развитости телекоммуникационной инфраструктуры, актуален интеграционный подход создания ИПД, как среды доступа, обмена, создания, обработки, хранения новых наборов пространственных данных и работы с ГИС [2]. Это позволит ИПД региона стать составной частью «электронного правительства», использующего при принятии

управленческих решений развитые сервисы обработки пространственных данных.

Рис. 1. Схема функционирования ИПД региона

Интеграционный подход формирования ИПД региона позволяет получить не только инфраструктурные, но и конкретные пользовательские результаты, не нарушая режима работы существующих ГИС и основан на:

- учёте требований ИПД РФ, информационной совместимости элементов и отдельных подсистем ИПД на основе стандартизации и унификации программно-технического и нормативно-правого обеспечения;

- использовании современных принципов организации и создания распределенных информационных систем на основе сервис-ориентированной архитектуры, современных информационно-телекоммуникационных технологий;

- свободном доступе и использовании ОГВМС, бизнесом и населением пространственных данных и метаданных через сервисы по спецификациям OGC (WMS, WCS, WFS, CSW, KML и др.);

- использовании в ИПД региона не только Web-сервисов, SaaS-сервисов, сервисов поиска и получения ПД, но и сервисов их корректного создания, анализа и обработки (картографических Web-приложений, а также Web-приложений, обладающих функциональностью ГИС и т.д.);

- создании геопорталов ОГВМС и региональных ресурсных центров -центров обработки, хранения пространственных и тематических данных

(ЦОД);

- преемственности существующих пространственных и тематических информационных ресурсов ОГВМС региона;

- включении территорий ОМСУ в зоны охвата сетей Интернет региональных телекоммуникационных инфраструктур, что позволит ускорить формирование ИПД муниципального уровня и ГИС ТП, также МГИС.

Структура региональной ИПД иерархическая, должна включать муниципальный уровень и являясь частью общей структуры ИПД РФ должна содержать компоненты: региональные фонды пространственных, тематических данных и метаданных; организационно-правовое и нормативное обеспечение, технологии и технические средства [4] (таблица 1).

Таблица 1

Компоненты региональной ИПД

Компоненты ИПД Содержание

Фонд пространственных, тематических данных и метаданных региона Фонды пространственных, тематических данных и метаданных ОМСУ. Реестры регионального и муниципальных фондов: БПО; высот; административных границ; населённых пунктов; ортофотокарт и планов; топографических карт и планов; геодезических сетей; метаданных.

Нормативно-правовое обеспечение. Нормативные акты, регламенты формирования ИПД региона, создания, предоставления и использования БПД и метаданных.

Технологии, программно-аппаратные и телекоммуникационные системы. Технологии создания, обработки, хранения, предоставления базовых и тематических пространственных данных и метаданных. Программное обеспечение поддержки функционирования ИПД СУБД, ГИС, конвертеры, геопорталы, сервисы и т.д. Региональная телекоммуникационная инфраструктура.

Организационная структура Региональные ОГВМС, ответственные за создание и ведение ИПД . Межведомственный совет по созданию и ведению ИПД . Региональные и муниципальные операторы ИПД.

К пространственным данным области относятся цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах.

Рис. 2. Типы базовых пространственных данных и их компоненты

БПД обеспечивают поддержку на территории региона единого координатного пространства РФ.

К БПД региональной ИПД относятся сведения о [3]:

- параметрах используемой местной системы координат;

- пунктах сетей сгущения Государственной геодезической сети;

- границах между субъектами РФ и единицами административно-территориального деления региона;

- местоположении и наименованиях населенных пунктов;

- границах кадастрового деления и земельных участках;

- характеристиках и местоположении, наименовании БПО;

- зонах с особыми условиями использования территории;

- территориях, покрытых лесом;

- водных объектах, причалах, портах;

- местоположении автомобильных дорог регионального, межмуниципального и муниципального значения;

- местоположении железнодорожных путей и станций;

- рельефе территории;

- данных ДЗЗ в отношении территории региона;

- региональной картографической основе и/или географически привязанных и геометрически корректных ортофотоизображениях области.

Тематические пространственные данные используются службами органов местного самоуправления (архитектура, муниципальное имущество и хозяйство и т.д.) для выполнения их функциональных задач. Тематические пространственные данные могут создавать ОМСУ и субъекты хозяйственной, научной, учебной и иной деятельности.

Для управления процессами поиска, создания, хранения, обновления, обработки и использования ПД, формируются пространственные метаданные (данные о свойствах наборов пространственных данных и связанных с ними геосервисах), которые используются при каталогизации, учете, статистической обработке и анализе имеющихся ресурсов. Базы пространственных метаданных, размещенные в сети серверов и геопорталов, должны обеспечивать:

• планирование, быстрый поиск и восстановление данных;

• поддержку обмена данными в ИПД региона через каталог геопортала;

• снижение затрат на создание новых пространственных данных и геоинформационных ресурсов за счет исключения дублирования;

• оценку ПД (качество, порядок получения доступа, контактная информация владельца и т.д.);

• подключение новых пользователей.

Стандартизация пространственных метаданных обеспечивает однородность представления метаинформации, облегчает ее распространение и предоставление универсального доступа. При изменении и публикации метаданных, БПД в Геопортале должны соблюдаться требования стандартов ГОСТ Р и ISO [7].

Муниципальный уровень ИПД

Значимость ИПД муниципального уровня определяется большим объёмом первичных пространственных и тематических данных, создаваемых в ОМСУ. Это относится к данным и цифровым картам, которые объединяют информацию о городской инфраструктуре, градостроительной деятельности, ЖКХ, реестры, планировочную документацию и т.д. [5, 6]. Так единая цифровая картографическая основа (ЕЦКО) ОМСУ включает картографическую информацию в цифровом виде о местной системе координат, общей системе классификации объектов местности: топографическую основу; дежурный топографический план; градостроительную документацию (генеральный план, схема зонирования, проекты планировки территории, проекты межевания); аэрокосмические снимки территории города; адресный план города; схему существующего землепользования; схему расположения социально-культурных объектов; прочие картографические и тематические материалы.

Специфика ИПД муниципального уровня:

- большой объем разноформатных первичных пространственных данных в подразделениях ОМСУ (поставщики/пользователи данных);

- обработка и хранение ПД, как открытых, так и ограниченного использования;

- использование местной системы координат;

- интеграция с разноплатформенными муниципальными системами обработки пространственных данных (ГИС);

- связь с региональной ИПД.

ИПД муниципального уровня больше всего соответствует требованиям локальной ИПД (ЛИПД): территориальность; обеспеченность базами пространственных и тематических данных; информационный обмен на внешнем (сайт) и внутреннем (ЛВС ОМСУ) уровнях; географическая привязка; интеграция с ГИС-пакетами. Особенностью ЛИПД, является также то, что она формируется по инициативе ОМСУ с учётом существующих ГИС и баз пространственных данных.

Внешний уровень муниципальной ИПД должен соответствовать национальным стандартам и обеспечивать информационный обмен по сети

Интернет с ИПД региона и пользователями, которые могут искать, просматривать и получать доступ к БПД, публиковать метаданные (рис. 3).

региона

алы ЛИПД корпораций

Г \

Муниципальные

ГИС и БД

У_"_/

__

Фондодержатели ПД ОМСУ,

изыскательские, геодезические, кадастровые организации

Рис. 3. Структура муниципальной ИПД

Внутренний уровень ЛИПД должен поддерживать актуализацию первичных пространственных и тематических данных ОМСУ, функционирование муниципальных ГИС, а также информационный обмен между подразделениями ОМСУ в ЛВС для решения задач управления территорией. Его структура только при необходимости соответствует национальным стандартам БПД. Пользователями внутреннего сегмента являются подразделения ОМСУ, использующие в работе данные дежурного цифрового топографического плана (ДЦТП) и территориального планирования, кадастровыми данные, данные адресного плана и т.д. Локализация данного уровня обусловлена режимными требованиями по работе с данными ДЦТП Функции внутреннего уровня поиск, просмотр, доступ и получение копий базовых пространственных данных, публикация метаданных о своих ресурсах. Отсутствие требований поддержки национальных стандартов БПД и регламентов их формирования позволяет использовать в ЛИПД ранее созданные ГИС и АИС. Взаимодействие между двумя уровнями ЛИПД может осуществляться путем использования общих БД, метаданных и другими способами.

Разделение муниципальной ИПД на два уровня решает вопросы регламентации доступа и конфиденциальности данных.

Блок БПД внешнего уровня должен содержать сведения о:

• пунктах местных (условных) систем координат МО;

• пунктах государственных геодезических сетей;

• муниципальной картографической основе:

- границы МО (получаемые от администрации Иркутской области) и единиц административно-территориального деления МО;

- топографический (опорный) план (объекты капитального строительства; проезды, улицы, дороги (автомобильные/железные), благоустройство, объекты водного и лесного фондов и т.д.);

- адресный план;

- объекты градостроительного регулирования (территории объектов культурного наследия и общего пользования; особо охраняемые природные территории, терриальные зоны, «красные линии», и т.д.),

- географически привязанных и геометрически корректных ортофотои-зображениях территории МО.

Блок БПД внутреннего уровня локальной ИПД должен включать наборы ПД, которые носят открытый или закрытый характер таких служб ОМСУ, как архитектура, муниципальное имущество и коммунальное хозяйство и т.д. Регламентирование создания, актуализации, хранения и доступа к ПД внутреннего уровня осуществляется в соответствии с действующими федеральными, региональными, местными и нормативно-правовыми документами. Особенность ведения метаданных муниципального уровня состоит в том, что для дежурного цифрового топографического плана (ДЦТП) населённого пункта необходимо вести метаданные для каждого объекта или его части (для протяжённых объектов) отдельно. Для этого необходимо дополнительно вести сведения о дате создания и изменения координатных описаний объекта, а также исполнителе и операторе ИПД в виде дополнительных служебных полей в семантическое описание пространственных объектов.

Функциональности муниципальных геопорталов (внешний уровень) и геопортала ИПД региона практически идентичны.

Заключение

Предложены методические основы инфраструктурного подхода формирования пространственных ресурсов региона, основанного на системных знаниях о региональных пространственных данных, комплексно охватывающего вопросы: создания компонент ИПД регионального, муниципального уровней, геоинформационных и информационно-аналитических систем; преемственности и унификации созданных пространственных информационных ресурсов ОГВМС; использования Web-сервисов геообработки, а также современного технологического, аппаратного и телекоммуникационного обеспечения.

Литература

1. Бычков И.В., Ружников Г.М., Хмельнов А.Е. и др. Интеграция информационно-аналитических ресурсов и обработка пространственных данных в задачах управления территориальным развитием. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. - 369 с.

2. Ружников Г.М., Бычков И.В., Плюснин В.М., Хмельнов А.Е., Фе-

доров Р.К., Гаченко А.С. Создание инфраструктуры пространственных данных для управления регионом // География и природные ресурсы. -2013,-№2.-С. 145-150.

3. ГОСТ Р. 53339-2009, Данные пространственные базовые. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2006. - 53 с.

4. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации: [Электронный ресурс]. - Режим

доступа: http ://www/gisa/ru/file/file780.doc.

5. Осокин С.А. Локальные инфраструктуры пространственных данных [Электронный ресурс]. / С.А. Осокин // ArcReview. - №3 (46). - 2008. -Режим доступа: http://www.dataplus.ru.

6. Бычков А.Е. Хмельнов А.Е., Ружников, Г.М. Локальная инфраструктура пространственных данных Иркутского научного центра СО РАН //14 Всероссийская Объединенная конференция «Интернет и современное общество»: Материалы конф. СПб., 2011. - С. 33-35.

7. Кошкарёв А.В. Инфраструктура распределённой среды хранения, поиска и преобразования пространственных данных: [Электронный ресурс] / А.В. Кошкарёв, В.М. Ряховский, В.А. Серебряков. - Режим доступа: http ://seminar2010 ,fegi.ru/tezis/cat_view/7.

References

1. Bychkov I., Ruzhnikov G., Hmelnov A. The integration of information and analytical resources and processing of spatial data management tasks in territorial development. - Novosibirsk: Publishing House of SB RAS, 2012. -369 p.

2. Ruzhnikov G., Bychkov I., Plyusnin V., Hmelnov A., Fedorov R., Gachenko A. Creating a spatial data infrastructure for the management of region // Geography and natural resources. - 2013. - № 2. - P. 145-150.

3. GOST R 53339-2009, spatial data base. General requirements. - M .: Standartinform, 2006. - 53 p.

4. The concept of creation and development of spatial data infrastructure of the Russian Federation: [electronic resource]. - Mode of access: http: //www/gisa/ ru/file/file780. doc.

5. Osokin S. Local Spatial Data Infrastructure [electronic resource]. // ArcReview. - №3 (46). - 2008. - Access: http://www.dataplus.ru.

6. Bychkov I., Ruzhnikov G., Hmelnov A., Gachenko A. Local Spatial Data Infrastructure of the Irkutsk Scientific Center of SB RAS //14 All-Russian Joint Conference "Internet and Modern Society": Materials Conf. St. Petersburg, 2011. - P. 33-35.

7. Koshkarov A., Ryakhovskiy V., Serebryakov V. The infrastructure of a distributed storage environment, search and conversion of spatial data: [electronic resource], http://seminar2010.fegi.ru/tezis/cat_view/7.

Ружников Геннадий Михайлович, доктор технических наук, зав. отделения ИДСТУ СО РАН, e-mail: rugnikov@icc.ru.

Федоров Роман Константинович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИДСТУ СО РАН, e-mail: fedorov@icc.ru.

Хмельное Алексей Евгеньевич, кандидат технических наук, зам. директора ИДСТУ СО РАН, e-mail: hmelnov@icc.ru.

Гаченко Андрей Сергеевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИДСТУ СО РАН, e-mail: gachenko@icc.ru.

Фереферов Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, учёный секретарь ИДСТУ СО РАН, e-mail: fereferov@icc.ru.

Ruzhnikov Gennady Mikhailovich, DSc of Institute for System Dynamics and Control Theory of SB RAS, e-mail: rugnikov@icc.ru.

Fedorov Roman Konstantinovich, PhD of Institute for System Dynamics and Control Theory of SB RAS, e-mail: fedorov@icc.ru.

Hmelnov Alexey Evgenievich, PhD of Institute for System Dynamics and Control Theory of SB RAS, e-mail: hmelnov@icc.ru.

Gachenko Audrey Sergeevich, PhD of Institute for System Dynamics and Control Theory of SB RAS, e-mail: gachenko@icc.ru.

Fereferov Evgeniy Sergeevich, PhD of Institute for System Dynamics and Control Theory of SB RAS, e-mail: fereferov@icc.ru.