Принципы построения системного - Самара

Принципы построения системного территориального
кадастра Самарской области
Информационный бюллетень ГИС – ассоциации, № 3(45) 2004 г, с 56-57 , № 4(46) 2004 г, с
60-61
Авторы:
Хасаев Г.Р., Министр экономики, инвестиций и торговли Администрации Самарской
области
Мильченко В.И., Селиверстов Ю.М. (ОАО «Волгоинформсеть»)
Сергеев В.В., Чернов А.В. (ЗАО "Самара-Информспутник")
Цель и задачи системного территориального кадастра
С 2002 года по заказу Министерства экономического развития, инвестиций и торговли
Самарской области проводятся работы по созданию Системного территориального кадастра
(СТК) Самарской области.
Подрядчиками работ являются ОАО «Волгоинформсеть», ЗАО «СамараИнформспутник» и Поволжский кадастровый центр «Земля». Основной задачей СТК
является комплексное информационно-пространственное описание территории Самарской
области, отражающее состояние, распределение, использование и воспроизводство
социального и экономического потенциалов области. Достижение указанной цели
невозможно без решения проблемы интеграции информационных ресурсов, обеспечения
информационного
взаимодействия
автоматизированных
систем,
содержащих
Государственные информационные ресурсы на единой платформе в единой среде по единым
правилам.
Попытка интеграции территориальных информационных ресурсов вокруг
экономического блока задач управления и прогноза развития территорией является
достаточно нетипичной. Однако на наш взгляд выстраивание вертикали от учетных
кадастровых систем к отраслевым аналитическим и, в конечном итоге, системам
моделирования и прогноза социально-экономического развития, представляется наиболее
предпочтительной, и ее необходимость очевидна, особенно в связи с недавней реформой
Правительства Российской Федерации.
Каковы предпосылки создания СТК, и почему экономисты обратили свое внимание в
сторону пространственных данных? Ведь для макроэкономического анализа и прогноза
развития территории Субъекта Федерации, как правило, используются агрегированные
показатели максимум в разрезе муниципальных образований, где ГИС-технологии
используются ограниченно, в основном как визуализатор довольно простых тематических
карт? Во-первых, тому виной противоречивость и недостаточность традиционно
используемых данных Государственной статистической отчетности. Во-вторых, значительно
расширился круг задач, требующий детального рассмотрения территории вплоть до
отдельных населенных пунктов, элементов инфраструктуры и объектов недвижимости, в
условиях практически отсутствующей статистики «среднего» уровня муниципальных
образований (задачи размещения объектов, транспортной логистики). В третьих, работа с
«первичными» данными кадастров всегда привлекательна, а их интеграция на единой
картографической основе дает возможность получить новое качество знаний по многим
направлениям (здравоохранение и соцзащита, инженерная и транспортная инфраструктура,
экология и пр.).
"Концепция создания СТК Самарской области", утвержденная постановлением
Губернатора Самарской области №155 от 5 мая 2002, предусматривает три этапа создания
СТК, реализация каждого из которых предваряется техническим проектированием. На
первом этапе создаются основные базовые элементы ядра системы, на втором отлаживается
взаимодействие "по-горизонтали" с информационными ресурсами федеральных органов
власти, на третьем - с муниципальными информационными ресурсами.
К настоящему времени закончен первый этап работ. Разработан системный проект
СТК, реализованы основные базовые элементы ядра (Центрального хранилища данных и
системы обмена данными), а также некоторые учетно-аналитические приложения.
Архитектура ядра Системного территориального кадастра
Архитектура СТК представлена на рис 1. Данные СТК подразделяются на базу
метаданных и центральное хранилище данных (ЦХД).
База метаданных хранится в файлах метаданных формата XML и, параллельно, в
виде таблиц центрального хранилища данных. Система управления метаданными
представляет собой специализированное CASE-средство со следующими возможностями:
-
прямое и обратное проектирование в структуру таблиц и полей ЦХД, а также
графических слоев ГИС;
-
Web-интерфейс управления метаданными;
-
ведение полной истории изменения метаданных, экспорт структуры в формат
UML;
-
хранение сведений о месторасположении данных, правах и путях доступа к ним;
-
наличие инструментальной среды, позволяющей на основе метаданных в
кратчайшие сроки развернуть Web- приложение учетного уровня с возможностью
ввода, редактирования, просмотра и поиска данных, а также встраивания
собственных программных модулей.
В Центральном хранилище данных, реализованном на основе СУБД Oracle 9i,
хранятся пространственные и семантические данные основных реестровых объектов
системы. Используется единая система идентификации объектов ЦХД, а также ведения их
истории и аудита. В качестве обменного формата с внешними информационными системами
используется формат данных XML с поддержкой описания пространственных контуров и
взаимосвязей (аналог GML). В качестве базовой ГИС используется ГИС "Ингео" с
возможностью подключения семейства продуктов ArcGIS для выполнения сложного
пространственного анализа.
При проектировании СТК было принято решение об использовании комбинированной
базы данных. Часть информации хранится непосредственно в центральном хранилище и
периодически обновляется по «регулярному интерфейсу». Объекты и атрибуты, которые
используются эпизодически, не хранятся в центральной базе данных, а вычисляются путем
«точечных запросов» к внешним информационным системам (ВИС). Однако несмотря на
отсутствие актуальных значений атрибутов этих объектов, СТК хранит в базе метаданных их
состав, структуру, местоположение и др., а также имеет в центральном хранилище
«шаблоны» в виде информационных объектов (таблиц и атрибутов) для импорта в них
результатов «точечных запросов». Такая архитектура гораздо сложнее полностью
централизованной базы данных, однако снимает множество организационных проблем, ибо
практически невозможно договориться о переносе всех или хотя бы базовых данных
отраслевых реестров (например, реестра населения или земельных участков), даже если их
владельцы обязаны предоставлять информацию по отдельным запросам органов власти.
Импорт-экспорт данных по "регулярному интерфейсу" соответствует периодически
получаемым данным из внешних информационных систем на основе установленного
регламента обмена (например, кадастровое деление со статистической информацией,
привязанной к кадастровым кварталам). Выполнение же удаленных "точечных запросов"
реализует безбумажную технологию документооборота типа "запрос-ответ" по отдельным
информационным объектам (конкретному объекту недвижимости, землепользователю,
налогоплательщику и др.).
Система управления импортом-экспортом данных из ВИС обладает следующими
особенностями
1) Поддержка различных СУБД, используемых в ВИС, через механизм ADO и
различных ГИС через собственные драйверы с унифицированным интерфейсом. На
сегодня реализована поддержка ГИС "Ингео", ведется работа над
соответствующими драйверами для ArcGIS и MapInfo.
2) Автоматическая генерация XML-схем обменного формата на основе метаданных
системы с возможностью легкой модификации состава и структуры передаваемых
данных без переписывания исходного кода программ.
3) Возможность просмотра, ручного ввода и корректировки файлов обменного
формата, с использованием универсального Windows-приложения. Это позволяет
устанавливать единые регламент и формат получения данных независимо от
наличия или отсутствия информационных систем внутри организаций – доноров. В
отсутствии внешней автоматизированной системы данные вводятся вручную
непосредственно в обменном формате с помощью указанного приложения. Наличие
таких маленьких приложений ("программ-сателлитов"), требующих минимальных
программно-аппаратных ресурсов является обязательным условием развертывания
большой информационной системы. В них возможно встроить скрипты генерации
заданных форм Excel для поддержки бумажного документооборота на основе
электронного.
4) Наличие универсального агента по сбору данных из внешних информационных
систем с модулями пред- и постобработки (агрегация данных, преобразование
между системами координат и пр.). При этом на внешние информационные
системы не накладывается никаких дополнительных требований, кроме
минимальной открытости (для семантики – наличие ADO-драйвера доступа к
данным) и наличия внутренних локальных идентификаторов
5) Поддержка четырехэтапной процедуры загрузки данных из обменного формата:
- загрузка в архив из обменного формата XML;
- проверка формата и разбор данных в промежуточные структуры (буфер загрузки);
- согласование данных с возможностью ручного досогласования с помощью
стандартного Интранет-приложения;
- публикация (загрузка) успешно распознанных и согласованных данных в
информационные блоки объектов ЦХД.
Под согласованием здесь понимается установление соответствия между объектами
ЦХД и ВИС на основе определяемых администратором системы метрик и правил
согласования. Результаты согласования помещаются в таблицу переклассификации (словарь
согласования), устанавливающую соответствие глобальных идентификаторов ЦХД и
локальных идентификаторов ВИС.
Не вдаваясь в технические подробности, можно сказать, что такая многоэтапная
процедура с использованием промежуточных буферов загрузки является, на наш взгляд,
единственно возможной для корректного пообъектного импорта данных в ЦХД.
6) Реализована возможность создания и импорта файла "инкремента" данных,
измененных за заданный период (что уменьшает объем передаваемой информации и
особенно актуально для пространственных данных). Реализованы две основные
схемы создания инкремента – при наличии в ВИС системы аудита и без такой
поддержки на основе экспорта полной копии данных и "вычитания"
соответствующего XML-файла за предыдущий период.
7) Экспорт данных из центрального хранилища производится на основе информации о
подписке и системы ведения истории и аудита (экспорт изменений по подписке).
Полномасштабная реализация системы построения распределенных "точечных"
запросов к ВИС объективно является очень сложной технической задачей. Системным
проектом СТК предполагается ее поэтапная реализация с постепенным наращиванием
функциональности. В настоящее время ведется работа по реализации заранее определенных
параметризированных запросов к заданной удаленной ВИС. В дальнейшем планируется
расширения для реализации запросов к нескольким ВИС, автоматическое разбиение на
подзапросы и слияние результатов, а также реализация интерактивно формируемых
пользователем "нестандартных" запросов.
Геоинформационное обеспечение СТК
В рамках СТК на основе различных источников создается единая цифровая модель
местности со множеством тематических представлений, внутри которой выделяют три
уровня по степени наличия пространственной составляющей.
1)
Уровень цифровой картографической основы.
2)
Уровень независимых тематических слоев и карт, имеющих собственное
графическое описание, границы которых должны быть согласованы с границами
базовых пространственных объектов.
3)
Уровень дополнительных функциональных признаков. На этом уровне не
образуется новых объектов с «самостоятельной» координатной привязкой, а
соответствующие тематические карты строятся после применения процедуры
геокодирования.
Реализуется трехэтапная схема создания и развития цифровой картографической
основы, исходя из минимума затрат
На первом этапе создана цифровая картографическая основа масштаба 1:100000 с
возможностью генерализации до более мелких масштабов на основе топографических карт
соответствующего масштаба и других источников, к ней привязаны различные тематические
слои месторождений, автодорог, инженерных коммуникаций, границ административнотерриториального деления и др.
На втором этапе будет реализовано более детальное описание наиболее важных
объектов территории (земельные участки, сельхозугодья, коммуникации и др.) на основе
цифровых кадастровых планов на межселенную территорию области масштаба 1:10000 и на
населенные пункты масштаба 1:2000, с привлечением данных дистанционного
зондирования. Указанные кадастровые планы создаются в ходе работ по инвентаризации
земель сельских населенных пунктов и межселенных территорий, дополнительным
результатом которых является наличие ортофотопланов всей территории Самарской области
масштаба не мельче 1:10000.
На третьем этапе в картографическую основу включаются цифровые опорные планы
городов и крупных населенных пунктов масштаба не мельче, чем 1:2000, как правило, в
местной системе координат. Они составляют «уточненное» описание территории внутри
черты населенного пункта с адресной привязкой к единым справочникам наименований улиц
и дежурятся соответствующими муниципальными службами.
Прикладные программные комплексы
Прикладные программные комплексы ведения тематических реестров работают
в Интранет-архитектуре на основе инструментальной системы "Инмета" разработки ЦСИ
"Интегро" г. Уфа. Выбор инструментальной среды "Инмета" обусловлен, во-первых,
легкостью ее модификации под требования заказчика и малыми затратами на создание
учетной части прикладных комплексов (ввод и редактирование, поиск, выдача отчетов и др.),
во-вторых, наличием разработанной структуры метаданных по основным реестрам
(недвижимость, юридические и физические лица, территориальные зоны и др.), в-третьих,
открытостью архитектуры и возможностью легкой перенастройки интерфейса под
изменившуюся структуру данных без переписывания исходного кода. "Инмета" имеет
встроенную связь с ГИС "Ингео". Нами ведутся работы по подключению других ГИС, а
также связи On-Line связи "Инмета" с другими реестровыми системами.
С начала 2003 года разработаны или находятся в разработке прикладные
геоинформационные программные комплексы по направлениям: "Ресурсы недр и
недропользование", "Административно-территориальное деление", "Показатели территорий
Самарской области", "Ветхое и аварийное жилье и обеспечение жильем нуждающихся",
"Население и трудовые ресурсы", "Земельные ресурсы" и др. На примере одного
административного района отлажено взаимодействие с АС Государственного земельного
кадастра и информационными ресурсами градостроительного кадастра по описанной выше
схеме импорта-экспорта.
Отдельно хотелось бы остановиться на приложении "Показатели территории
Самарской области", реализуемой с использованием OLAP-технологий. На основе кадастров
предметных областей строится единое Хранилище знаний о территории в виде системы
агрегированных показателей. Основными осями хранилища, реализованного по схеме
"звезда", являются опорные территории, виды показателей, временные интервалы и
источники получения данных. Опорные территории образуют иерархическую структуру,
имеют
пространственную
привязку к
соответствующим объектам цифровой
картографической основы и содержат объекты административно-территориального деления
(районы, волости, населенные пункты), кадастрового деления и др. Параметры также
образуют иерархические группы - например, группа сведений из земельного кадастра,
включает в себя параметры, объединенные в подгруппы "стоимость земель по назначению",
"площади земель по формам собственности" и др. Значения показателей территорий
формируются как на основе внешних источников информации, так и в результате
аналитических расчетов, в том числе с привлечением пространственных данных из ГИС.
Указанное хранилище является своеобразным "мостом" между кадастровой информацией и
системами моделирования развития территории, из которых в настоящее время следует
выделить ТАИС – территориальную автоматизированную систему, работающую по
принципу "баланса балансов" и автоматизированную информационную систему топливноэнергетического баланса (АИС ТЭБ).
Основой выполнения пространственного анализа в прикладных подсистемах является
язык пространственно-семантических (ПС) запросов. К сожалению, большинство ГИС либо
поддерживают достаточно упрощенный язык запросов, либо не поддерживают его вовсе,
предоставляя программный интерфейс получения пространственно-семантических данных.
Используя только внутренние ресурсы ГИС, трудно реализовать совместный
пространственно-семантический анализ с подключением внешних данных реестровых
подсистем.
В рамках СТК была предложена и в настоящее время разрабатывается идея
универсализации операций построения и выполнения ПС-запросов к гетерогенным
источникам с помощью единого языка запросов, обладающего следующими основными
свойствами
поддержка иерархических (рекурсивных) ПС-запросов;
простота добавления (включения) новой ГИС и смены ГИС без изменения
(перетрансляций) программных модулей и переписывания средств построения отчетов;
возможность использования собственных внешних функций в запросах;
возможность в одном запросе использовать несколько различных источников
пространственных и семантических данных.
Программой работ на 2004 год предусмотрено также расширение языка запросов,
направленное на реализацию "нечетких правил отбора" (например "недалеко от
железнодорожной станции"), например, для задачи выбора резервных площадок под
инвестиционное строительство.
Дополнительно к системе запросов реализуется система отображения результатов
анализа в виде тематических карт над ГИС "Ингео", также существенно расширяющая
стандартные возможности в части использования различных источников данных,
подключения собственных внешних модулей отбора объектов, вычисления значений
атрибутов, автоматической классификации на группы и даже отображения (раскраски) в
зависимости от попадания в тот или иной класс.
Еще одной задачей развития ГИС-инструментария СТК, имеющей самостоятельное
значение, является создаваемая инструментальная система обработки и распознавания
растровых изображений. Из ее существующих возможностей можно выделить внутреннее
сжатие изображений с быстрым доступом к отдельным фрагментам ("quick-view"),
встроенная система поиска изображения по эталону, система управления сценариями
обработки на языке VbScript с возможностью распараллеливания вычислений и др.
В заключении необходимо заметить, что Системный территориальный кадастр будет
являться составной частью более общей системы мониторинга и управления территорией
(СМиУТ) (рис. 2). Основными функциональными модулями СМиУТ являются прикладные
программные комплексы (ППК), имеющие тематическую ориентацию и предназначенные
для получения результатов в определенной предметной области, в условиях множества
ситуаций при соответствующих ограничениях. Открытая и расширяемая архитектура ППК
обеспечивает процесс информационной поддержки управленческих решений базирующихся,
в свою очередь, на принципах проектного управления.