ДСТУ ISO 19101 Географічна інформація: Еталонна модель.

ГЕОГРАФІЧНА ІНФОРМАЦІЯ: ЕТАЛОННА МОДЕЛЬ - ПЕРШИЙ ОСНОВОПОЛОЖНИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ, ГАРМОНІЗОВАНИЙ З МІЖНАРОДНИМИ СТАНДАРТАМИ СЕРІЇ 180 19100



Ю. Карпінський, А. Лященко

Науково-дослідний інститут геодезії і картографії,

Київський національний університет будівництва і архітектури

Ключові слова: географічна інформація, міжнародні стандарти.


Постановка проблеми

Природно, що стандарти - це невід’ємна скла­дова сучасних інформаційних технологій загалом та геоінформаційних зокрема. Однією з основних особливостей стандартів в інформаційній сфері є їх практично глобальна дія, оскільки сучасні ін­формаційні технології є міжгалузевими та інтер­національними, і як наслідок - системи стандартів в інформаційній сфері є предметом міжнародної стандартизації. Вони не тільки забезпечують умо­ви сумісності програмних продуктів і можливості взаємодії інформаційних систем в різних галузях, але й містять цінний досвід провідних експертів з різних країн світу, яких залучає міжнародна організація зі стандартизації ISO (InternationalStandartOrganization) до роботи над стандартами.

Для виконання та координації робіт зі стан­дартизації у сфері географічної інформації в Україні створено Технічний комітет 103 - Геогра­фічна інформація / геоматика, ведення секретаріа­ту якого доручено Науково-дослідному інституту геодезії і картографії. До складу ТК 103 увійшло понад 30 представників усіх зацікавлених уста­нов, підприємств і відомств. Україна стала асо­ційованим членом ISO ТС 211, налагоджено опе­ративне отримання інформації від цього комітету.

Пріоритетним напрямом розвитку стандар­тизації географічної інформації є гармонізація національних нормативних документів з міжна­родними стандартами, зокрема впровадження у вітчизняну практику серії стандартів ISO 19100 “GeographicalInformation/Geomatics”.

У 2009 р. Технічний комітет ТК 103 закін­чив роботу над проектом національного стан­дарту ДСТУ ISO 19101:2009 - Географічна інформація. Еталонна модель (ISO 19101:2002, IDT), який затверджено наказом Державного комітету України з питань технічного регулю­вання та споживчої політики № 375 від

15 жовтня 2009 року. Він набрав чинності з 1 липня 2011 року. Як видно з позначення цього національного стандарту, він є ідентичним міжнародному стандарту ISO 19101:2002 – “Geographicalinformation” ReferenceModel, а в його перекладі та науково-технічному редагу­ванні, крім авторів цієї статті, брали участь: А. Москалюк, В. Нікітіна, М. Трюхан.

Зважаючи на встановлений в наказі Держспоживстандарту України майже півторарічний термін опублікування та надання чинності стан­дарту ДСТУ ISO 19101:2009, метою цієї публі­кації є ознайомлення геодезичної та геоінформаційної спільноти з основними положеннями стандарту та концепцією серії 180 19100 загалом.

Виклад основного матеріалу

В загальній методології відкритих інформа­ційних систем [2, 3] еталонна модель (ReferenceModel) - це структурована сукупність понять певної предметної області та їх взаємозв’язків, яка визначає структуру предметної сфери та описана достатньо загальними засобами. Інакше кажучи, еталонна модель є формою метазнань, що визна­чають принципову декомпозицію (архітектурну специфікацію) конкретної предметної сфери.

Мета ISO 19101 еталонної моделі - іденти­фікувати головні елементи географічної інфор­мації, які підлягають стандартизації, та комп­лексно описати взаємозв’язки між стандартами серії ISO 19100 для забезпечення їх сталого та несуперечливого розроблення і розвитку.

Серія стандартів географічної інформації ISO 19100 встановлює структурований набір стандартів для інформації, що стосується об’єк­тів або явищ, які безпосередньо чи опосередко­вано пов’язані з місцеположенням відносно Землі. Стандарт ISO 19101 визначає методи, засоби та сервіси керування географічною

Інформацією, зокрема визначення, збирання, аналіз, доступ, подання та передавання таких даних у цифровому/електронному вигляді між різними користувачами і системами.

В ISO 19101 визначаються архітектурна основа та принципи розроблення стандартів

серії ISO 19100 на основі поєднання детального опису понять географічної інформації з понят­тями інформаційних технологій. Мета стандар­тизації - сприяння взаємодії географічних інформаційних систем, включаючи взаємодію в розподілених обчислювальних середовищах.

Рис. 1. Інтеграція географічної інформації та інформаційних технологій [1]

Серію стандартів географічної інформа­ції ISO19100 можна поділити на п’ять основних груп (рис. 1), кожна з яких деталізує поняття інформаційних технологій в контексті стандар­тизації географічної інформації. Ці групи опи­сують такі основні об’єкти стандартизації:

ISO19100. Структура та еталонна модель охоплюють найзагальніші аспекти серії стандартів ISO 19100. Еталонна модель виз­начає усі компоненти та їх взаємодію. Вона встановлює відношення між різними аспектами серії стандартів ISO 19100 і забезпечує загальну основу для зв’язку географічних об’єктів або безпосередньо через їх координати, або посередковані  за допомогою геокодування з використанням пош­тових індексів, адрес і тому подібне.

Основними складовими еталонної моделі є: концептуальне моделювання, доменна еталонна модель, архітектурна еталонна модель та профілі. Ці розділи належать до основних груп серії стандартів географічної інформації ISO 19100.

Концептуальне моделювання критично важ­ливе для визначення серії стандартів географічної інформації ISO 19100. Воно застосовується для строгого опису географічної інформації, визна­чення сервісів перетворення та обміну географіч­ною інформацією, опису географічної інформації, геоінформаційних сервісів у профілях та функціо­нальних специфікаціях, які деталізують стандарти серії для специфічних цілей. Послідовне застосу­вання концептуального моделювання необхідне для забезпечення узгодженості стандартів серії ISO 19100 з еталонною моделлю та між собою. Підхід до концептуального моделювання в серії ISO 19100 ґрунтується на еталонній моделі відкритої розподіленої обробки (ODP за ІSO/ІЕС 10746-1 та на принципах, описаних у засобах моделювання концептуальних схем (СSМF) за ISO/ІЕС 14481.

Керівними для концептуального моделювання та розроблення концептуальних схем у серії стан­дартів ISO 19100 є загальні принципи концепту­ального моделювання за ISO/ІЕС 14481, зокрема:

- принцип 100 % стверджує, що в концеп­туальній схемі повинні бути описані усі (100%) відповідні структурні правила та правила пове­дінки, що стосуються предметної сфери. Отже, концептуальна схема визначає предметну сферу;

- принцип концептуалізації згідно з ІSO/ТR 9007 стверджує, що концептуальна схема повинна охоплювати тільки ті структурні аспекти та аспекти поведінки, які стосуються предметної сфери. Необхідно вилучити всі аспекти фізичного зовнішнього або внутрішнього відображення даних. Це вимагає створення концептуальної схеми, що не залежить від технологій фізичної реалізації та платформ;

- Гельсінський принцип стверджує, що будь-який обмін усними або письмовими фор­мулюваннями повинен ґрунтуватися на узго­джених семантичних та синтаксичних прави­лах. Усі твердження в концептуальній схемі повинні формулюватися та інтерпретуватися з використанням узгодженого набору правил. Мови концептуальних схем, подані в підроз­ділі 7.4, мають забезпечити основу семантичних та синтаксичних правил подання географічної інформації в концептуальних схемах, що роз­робляються як частина серії стандартів ISO19100. В ІSO/ТS 19103 та ІSO 19109 опи­сується використання мови концептуальних схем для створення прикладних схем для гео­графічних прикладних задач;

- принцип застосування синтаксису конк­ретної мови концептуальних схем стверджує, що для відображення інформації в концептуальній схемі необхідно користуватися формально визна­ченим синтаксисом мови концептуальних схем. У підрозділі 7.4 розглядаються мови концептуаль­них схем, які використовуються в серії стандартів ІSO 19100;

- принцип самоопису стверджує, що нор­мативні елементи, визначені в міжнародному стандарті, а у цьому випадку в серії ІSO 19100 та у профілях серії ІSO 19100, повинні бути здатними до самоопису.

Концептуальне моделювання - це процес створення абстрактного опису певної частини реального світу та/чи набору зв’язаних понять. Як приклад, частину реального світу, що моде­люється, може становити набір об’єктів, таких як водотоки, озера чи острови. Набором зв’язаних понять, що використовується для опису форми цих об’єктів, може бути набір геометричних конструкцій, таких як точки, лінії та поверхні. Абстрактний опис об’єктів реального світу нази­вається концептуальною моделлю. Концептуальні моделі можуть існувати тільки в пам’яті людей, які в усній і часто у нечіткій формі повідомляють про них іншим людям. їх можна також записати та зберігати для подальшого поширення. Мова концептуальних схем забезпечує семантичні та синтаксичні елементи, які застосовують для формалізованого опису концептуальної моделі у послідовності передавання змісту.

Опис концептуальної моделі з використанням мови концептуальних схем називається концеп­туальною схемою. Оскільки мова концептуальних схем забезпечує уніфіковані метод та формат опису інформації, то читати й редагувати отри­мувану в результаті концептуальну схему можуть як комп’ютерні системи, так і люди. Отже, зас­тосування мови концептуальних схем для розроб­лення концептуальних схем є фундаментальним питанням стандартизації географічної інформації. У серії стандартів географічної інформації ISO  19100 концептуальне моделювання має дві мети:

1) забезпечення точного визначення геогра­фічної інформації та геоінформаційних сервісів;

2) стандартизація визначень географічної ін­формації та геоінформаційних сервісів, що забез­печує інтероперабельність програмних систем у розподілених обчислювальних середовищах.

Для досягнення другої мети стандартизовані схеми стандартів серії ISO 19100 повинні стати основою отримання узгоджених схем взаємодії геоінформаційних сервісів та програмних сис­тем. Процес досягнення узгодженості схем називається інтеграцією моделей.

Доменна еталонна модель забезпечує високорівневі подання та опис структури й змісту гео­графічної інформації. Ця модель описує предмет­ну сферу стандартизації серії стандартів геогра­фічної інформації ISO 19100 та визначає головні аспекти географічної інформації, що підлягають стандартизації. Доменна еталонна модель охоп­лює як інформаційний, так і обчислювальний підходи, зосереджуючись здебільшого на тих стандартах серії ISO 19100, які стандартизують:

- структуру географічної інформації в моделях даних і у визначеннях операцій;

- адміністрування географічної інформації.

Загальна об’єктна модель визначає мета-модель для об’єктів та їх властивостей.

У доменній еталонній моделі використовують поняття структури системи словників інформа­ційних ресурсів (IRDS) з ISO/ІЕС 10027 (ДСТУ 3302-96), засобів моделювання концептуальних схем (СSМF) з ІSO/ІЕС 14481 та застосовується поняття уніфікованої мови моделювання (UML) за специфікаціями ІSO/ІЕС 19501-1.

Для забезпечення точнішого визначення та розуміння доменна еталонна модель описується з використанням графічних позначень ИМЬ. Вона призначена для розробників стандартів географічної інформації, які будуть користу­ватися або розширювати серію стандартів ISO 19100, а також для тих, хто бажає поглибити знання про цю серію стандартів.

Високорівневе подання домену географічної інформації містить такі основні концепти: набір даних, прикладна схема, набір метаданих, геоінформаційні сервіси.

Набір даних містить:

1) об’єкти, зокрема атрибути об’єктів, об’єктні взаємозв’язки та операції об’єктів (визначені математичні операції для обробки інформації про об’єкти);

2) просторові об’єкти, що можуть описувати просторові аспекти об’єктів або є комплекс­ними структурами даних, що зв’язують зна­чення атрибутів з індивідуальними положен­нями у визначеному просторі з використанням векторних моделей дискретних об’єктів та моделей географічних полів для відображення просторового розподілу значень;

3) описи положення просторових об’єктів у просторі та часі із застосуванням одиниць вимірювання у певній системі відліку.

Прикладна схема описує семантичну струк­туру набору даних. Прикладна схема визначає також типи просторових об’єктів та системи відліку, що забезпечують повний опис геогра­фічної інформації в наборі даних. Елементи якості даних та описові елементи якості даних також входять у прикладну схему.

Набір метаданих дає змогу користувачеві виконувати пошук, оцінення, порівняння та за­мовлення географічних даних. Метадані опи­сують адміністрування, організацію, вміст та якість географічної інформації в наборі даних. Набір метаданих може містити прикладну схему набору географічних даних або посилатися на неї. Крім того, він може містити або посилатися на каталог об’єктів, у який входять визначення понять, що використовуються в прикладній схемі. Структура набору метаданих стандартизована в схемі метаданих, що визначена в ISO 19115.

Геоінформаційні сервіси, реалізовані як ком­п’ютерні програми, працюють з географічною ін­формацією, що міститься в наборах даних. Ці сер­віси звертаються до інформації в наборі метаданих для коректного виконання пошукових опера­цій, а також для операцій маніпулювання, наприк­лад, перетворення та інтерполювання. Сервіси за­безпечують доступ до даних у мережевому сере­довищі, в якому набори даних зберігаються в сис­темах керування розподіленими базами даних.

Архітектурна еталонна модель (рис. 2) описує загальні типи сервісів, що забезпечу­ються комп’ютерними системами для роботи з географічною інформацією, та визначає інтер­фейси, необхідні для взаємодії сервісів.

Рис. 2. Архітектурна еталонна модель [1]: АРІ - інтерфейс прикладного програмування (Application Programing Interface); НТІ - інтерфейс між користувачем та технологією (Human Technology Interface); ІSІ - інтерфейс інформаційних сервісів (Communications Services Interface); СSІ - інтерфейс комунікаційних сервісів (CommunicationsServicesInterface); NNI - міжмережевий інтерфейс (Network to network Interface)

Архітектурна еталонна модель при визначенні вимог стандартизації ґрунтується на концепціях середовища відкритих систем (OSE), описаного в ISO/ІЕС ТК 14252, та еталонної моделі відкритої розподіленої обробки (ОDP), описаної в ISO/ІЕС 10746-1. Розширення структури загальної еталон­ної моделі середовища відкритих систем для географічної інформації має два ключові аспекти:

- виділення геоінформаційних сервісів із загальної сукупності сервісів інформаційних технологій визначає специфічні можливості щодо маніпулювання, перетворення, зберігання та обміну географічною інформацією;

- інтерфейси сервісів забезпечують доступ до геоінформаційних сервісів, а також обмін да­ними між сервісами та їх користувачами, прист­роями збереження інформації та мережами.

Архітектурна еталонна модель визначає загальні типи інтерфейсів, що використову­ються геоінформаційними сервісами та забез­печує метод встановлення вимог до стандар­тизації цих інтерфейсів. Мета методу - ске­рувати стандартизацію географічної інформації для реалізації інтероперабельності географічних інформаційних систем у розподілених обчис­лювальних середовищах.

Визначення інтерфейсів сервісів дає змогу різним користувачам у ході розв’язання прик­ладних задач з різними рівнями функціональності здійснювати доступ та використовувати геогра­фічну інформацію. Хоча для реалізації спеціалізо­ваних сервісів і надалі будуть розроблятися окремі продукти, проте інтерфейси до цих сер­вісів будуть стандартизовані. Розробники геогра­фічних інформаційних систем та програмного забезпечення будуть користуватися цими стан­дартизованими інтерфейсами для визначення та реалізації геоінформаційних сервісів.

В архітектурній еталонній моделі визначено шість типів сервісів.

Сервіси керування геоінформаційними моделями / геоінформацією як спеціалізований клас сервісів призначений для керування гео­графічною інформацією та її адміністрування, зокрема концептуальних схем і даних. Конкретні сервіси, які входять до цього класу, визначаються вISO 19119. Ці сервіси ґрунтуються на стан­дартах серії ISO 19100, які стандартизують структуру географічної інформації та процедури її адміністрування, зокрема стандарти ISO 19107, ISO 19108, ISO 19109, ISO 19110, ISO 19111, ISO 19112, ISO 19113, ISO 19114 та ISO 19115. Прикладами таких сервісів є сервіс запитів та оновлень для доступу та маніпулювання геогра­фічною інформацією, а також сервіси каталогів для керування каталогами об’єктів.

Геоінформаційні сервіси взаємодії з ко­ристувачем - клас сервісів, що надає можливості керування інтерфейсом між людьми та геогра­фічними інформаційними системами. Цей клас охоплює графічне відображення об’єктів, що описується в ISO 19117.

Геоінформаційні сервіси керування ін­формаційними процесами/завданнями - спе­ціалізований клас стосується процесів виконання завдань, пов’язаних з географічною інформацією, й охоплює оброблення замовлень на придбання та продаж географічної інформації та послуг. Ці сервіси детальніше описуються в ISO 19119.

Геоінформаційні комунікаційні сервіси - спеціалізований клас, що стосується передавання географічної інформації у комп’ютерних мере­жах. З вимогами до сервісів передавання та кодування можна ознайомитися в ISO 19118.

Геоінформаційні сервіси оброблення - спе­ціалізований клас стосується оброблення геогра­фічної інформації. В ISO 19116 наводиться прик­лад сервісу оброблення. Серед інших прикладів - сервіси для перетворення координат, перетворен­ня одиниць вимірювань та конвертації форматів.

Геоінформаційні сервіси системного ке­рування - спеціалізований клас, орієнтований на керування системою з боку користувача та керування процесами. Ці сервіси докладно описані в ISO19119.

Зазначено, що не кожен сервіс інформа­ційної технології повинен замінюватися або бути спеціалізованим з метою його викорис­тання для оброблення географічної інформації. Різні стандарти серії ISO19100 вказують на те, чи належить сервіс до сервісів загальних інформаційних технологій, чи він спеціалізо­ваний для географічної інформації.

Профілі та функціональні стандарти об’єднують у комплексі ISO 19100 різні стан­дарти, конкретизують інформацію в цих стан­дартах для задоволення конкретних потреб. Профілі та функціональні стандарти полег­шують розроблення географічних інформацій­них і прикладних систем, що будуть застосову­ватися для специфічних потреб.

Висновки

Завершена еталонна модель має забезпе­чувати розуміння її зв’язку з іншими стан­дартами еталонних моделей ISO, що описують ключові моменти інформаційної технології, на яких ґрунтується серія ISO19100. Прийняття ДСТУ ISO19101:2009 відкриває сучасний етап у розвитку національної системи стандартів в сфері географічної інформації, гармонізованої з

серією міжнародних стандартів ISO19100, основною метою яких є досягнення інтероперабельності - функціональної сумісності гео­графічних інформаційних систем, зокрема здат­ності до взаємодії у розподілених обчислю­вальних середовищах. Інтероперабельність за­безпечує вільне використання компонентів різних геоінформаційних систем без ризику для успішної роботи всієї системи.

Література

ДСТУ ISO19101:2009 - Географічна інформація. Еталонна модель. - Держспоживстандарт. - К., 2009.
/ІЕС 10746-1:1998 Інформаційні тех­нології. Відкрита система розподіленої оброб­ки. Еталонна модель: Огляд.
ISO/ІЕС 7498:1996, Information processing systems – Open Systems Interconnection-Basic Reference Model [ITU-T Rec. X.200(1994)].


Географічна інформація:

еталонна модель - перший основоположний національний стандарт, гармонізований з міжнародними стандартами серії ISO19100 Ю. Карпінський, А. Лященко

Викладено основні положення еталонної моделі відповідно до стандарту ДСТУ ISO 19101:2009, який ідентичний відповідному міжнародному стандарту та набуває чинності з липня 2011 року як національний в Україні.