Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных




Скачать 120.2 Kb.
НазваниеМетод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных
Дата публикации08.04.2014
Размер120.2 Kb.
ТипАнализ
litcey.ru > Информатика > Анализ

МЕТОД ИНТЕГРАЦИИ РАЗНОРОДНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПЦИИ МЕТАДАННЫХ


В данной статье описан подход к решению задачи интеграции и совместного использования разнородных пространственно-временных данных (ПВД) в системах информационного обеспечения органов управления. Суть подхода заключается в разработке универсальной (для определенного круга задач и используемых информационных ресурсов) модели представления ПВД и соответствующих методов их автоматического учета, оперативного поиска, обработки и доведения до потребителей. Предложенные модели и методы базируются на концепции метаданных, современных технологиях проектирования и разработки геоинформационных систем и баз пространственных данных, теории формальных грамматик.
^ 1. Место и роль пространственно-временных данных в системе информационного обеспечения органов управления объектами

Анализ современных взглядов на организацию и ведение боевых действий показал, что одним из важнейших условий достижения победы является своевременное обеспечение органов управления войсками и оружием полной и точной информацией о противнике и условиях ведения вооруженной борьбы. Для достижения этой цели в передовых в военном отношении странах создаются и применяются межвидовые системы информационного обеспечения, интегрирующие в едином автоматизированном процессе функции разведки, оценки обстановки, принятия решения, планирования, боевого управления и поражения целей.

Наглядным подтверждением этому является комплекс работ, ведущихся в настоящее время в США по созданию и интеграции в рамках единого информационного пространства вооруженных сил США целого ряда автоматизированных систем управления и связи (АСУС) различного назначения и принадлежности. Оперативно-стратегический уровень этой структуры образуют глобальные системы оперативного управления (Global Command Control System, GCCS) видов ВС США: армией - GCCS-Army, ВМС -GCCS-Maritime и ВВС - IC2S [11]. Каждая из них взаимодействует с АСУС оперативно-тактического уровня. Так GCCS-Army будет взаимодействовать с АСУ армейского корпуса ATCCS, главными компонентами которой являются: АСУ корпуса MCS, АСУ полевой артиллерии AFATDS, АСУ войсковой ПВО FAADS С3I, АСУ разведки и РЭБ ASAS и др.

В нашей стране тоже ведутся исследования и работы, направленные на создание единого информационного пространства ВС РФ. Одним из важнейших компонентов этого пространства должна стать интегрированная межвидовая система информационного обеспечения (ИМС ИО) ВС РФ. Основным назначением данной системы является своевременное обеспечение органов управления войсками и оружием актуальной, полной и точной информацией о противнике, своих силах и средствах, оперативном оборудовании местности, физико-географических и метеорологических условиях ведения вооруженной борьбы.

Как показала практика, в ряду организационных, технологических и технических проблем, которые встают перед разработчиками ИМС ИО, ключевое место занимает задача интеграции и совместного использования разнородных пространственных и атрибутивных данных, хранящихся и обрабатываемых в различных по назначению и способам реализации автоматизированных системах. Сложность и трудоемкость этой задачи обусловлена следующими особенностями используемой в ИМС ИО информации:

- значительная часть (до 80 и более процентов) информации имеет пространственную и временную привязку;

- для представления однотипных данных, особенно пространственных, в разных системах используются разные и несовместимые между собой форматы представления;

- объемы информации, которую необходимо обработать, сохранить и предоставить потребителю, в настоящее время достигают размеров в десятки и сотни терабайт и продолжают возрастать.
^ 2. Современные технологии представления и интеграции разнородных пространственно-временных данных

Данные, имеющие пространственную и временную привязку, будем назвать пространственно-временными данными (ПВД). Для хранения, обработки и распределения таких данных применяются геоинформационные системы (ГИС) и базы пространственных данных (БПД). В настоящее время наибольшую популярность и известность получили такие системы как линейка продуктов фирмы ESRI под общим названием ArcGIS, пакет ERDAS IMAGINE фирмы Leica Geosystems, ГИС MapInfo, ГИС «Панорама», ГИС «Интеграция», ГИС «ГеоГраф».

Основу любой ГИС составляет реализованная в ней модель представления ПВД. Модель ПВД – это система правил цифрового моделирования реальных объектов путем описания типов и свойств элементарных пространственных объектов, их наборов и межобъектных отношений. Каждая из перечисленных выше систем имеет собственную реализацию модели или формата представления пространственных данных. Наиболее известными и широко применяемыми являются следующие форматы:

- MID/MIF – обменный формат ГИС MapInfo;

- SXF и RSW – форматы ГИС «Интеграция»;

- SHP и Е00 – форматы, применяемые в ArcGIS.

Кроме того, практически в каждой прикладной ГИС или специализированном БПД дополнительно используются собственные форматы для представления и хранения разрабатываемых в них документов и материалов.

Наличие большого числа различных видов и форматов ПВД обусловлено как объективными обстоятельствами (природой пространственных данных и разнообразием источников их формирования и способов получения), так и субъективным фактором, состоящим в предпочтении разработчиков конкретных систем в отношении математической основы и информационно-логических моделей, используемых для представления и обработки ПВД.

Для обеспечения интеграции и совместного использования разнородных ПВД, поступающих от различных источников и систем, применяются обменные форматы и конверторы. Как показывает практика, конвертирование (преобразование) ПВД из одного формата в другой, во-первых, не всегда имеет единственное решение и поэтому предполагает обязательное участие в этом процессе человека, а во-вторых, эта операция требует значительных вычислительных и временных ресурсов. Все это отрицательно влияет на точность и оперативность подготовки и доведения необходимой потребителю информации. Выходом из создавшегося положения является разработка некоторой универсальной (для определенного круга задач и используемых информационных ресурсов) модели представления ПВД и соответствующих методов их автоматического учета, оперативного поиска, обработки и доведения до потребителей. Примером реализации таких моделей является академический профиль пространственных метаданных GeoMETA v3.0:2007 [12].

Научно-практическое направление, связанное с разработкой геоинформационных систем и технологий, получило название геоинформатика. Геоинформатика – это область, объединяющая науку о принципах и методах цифрового моделирования объектов реального мира в форме пространственных данных, технологию создания и использования ГИС, производство геоинформационной продукции и оказание геоинформационных услуг.

В данной области в настоящее время активно работают государственные учреждения, научно-исследовательские институты, предприятия промышленности и многочисленные коллективы разработчиков. Важную роль в процессе объединения усилий международного сообщества потребителей и разработчиков геоинформации играет технический комитет ISO/TC 211. Под его руководством разработаны методология, технические регламенты и базовые инструменты для проектирования, разработки и эксплуатации систем сбора, хранения, обработки и распространения ПВД. Основные положения этих материалов изложены в таких стандартах как ISO 19115:2003 «Geographic information Metadata» (Географическая информация. Метаданные) [4], ISO 19118 Geographic information – Encoding («Географическая информация – Кодирование») [5] и ISO 19139:2007 Geographic information Metadata – XML schema implementation» («Географическая информация. Метаданные. Спецификация реализации») [6].

Стандарт ISO 19115:2003 описывает состав и содержание метаданных, а также взаимоотношения между элементами метаданных. Набор метаданных ISO 19115 содержит более 400 элементов и атрибутов, сгруппированных в 95 классов, при этом 22 элемента составляют ядро, включающее 7 обязательных, 4 условных и 11 необязательных элементов. Стандарт 19115 представляет собой концептуальную UML-модель метаданных. Правила и методы превращения логических UML абстракций в кодированные описания в виде XML-схем описаны в стандарте ISO 19118. Детальному же описанию методов кодирования и специфических приемов их применения для UML-моделей метаданных посвящена техническая спецификация ISO 19139.

В нашей стране на базе ISO 19115:2003 разработан ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация. Метаданные» [2], который является адаптированным для нашей страны отечественным профилем ISO 19115:2003. По аналогии с ISO 19115 ГОСТ Р 52573-2006 разработан с применением унифицированного языка моделирования – UML (Unified Modeling Language). Все типы метаданных в стандарте ГОСТ Р 52573-2006 представлены в виде совокупности UML–пакетов. Пакет состоит из одной или более сущностей, связанных отношениями обобщения или агрегирования. Каждая сущность представляет собой совокупность элементов (атрибутов), характеризующих тот или иной аспект метаданных. Основные пакеты метаданных, связанные между собой отношением зависимости1, представлены на рисунке 1.



Рис. 1. Пакеты метаданных ГОСТ Р 52537-2006
^ 3. Метод интеграции разнородных пространственно-временных данных

С целью разработки онтологии унифицированного профиля метаданных ПВД для ИМС ИО ВС РФ был выполнен анализ состава и особенностей решаемых в ИМС ИО прикладных задач, источников и форматов используемых при этом исходных данных, требований к содержанию и форме выходных документов. По результатам этого анализа были определены состав и содержание набора метаданных разрабатываемого профиля. UML- диаграмма пакетов данного профиля представлена на рисунке 2. В отличие от базового набора метаданных, определенного в ГОСТ 52573-2006, в этот профиль были добавлены два новых пакета, исключены три пакета и внесены изменения в два пакета.



Рис. 2. UML-диаграмма пакетов унифицированного профиля метаданных для использования в ИМС ИО
Проведенный анализ показал, что основными типами используемых и разрабатываемых в ИМС ИО пространственно-временных данных являются цифровые векторные и растровые карты, растровые геокодированные изображения, цифровые данные о рельефе местности (векторные и растровые), тематические слои полной и типовой векторизации, тематические трехмерные модели местности и объектов, фоноцелевая информация, слои данных об оперативной обстановке, слои данных о метеообстановке, электронные фотосхемы, слои с результатами решения специальных расчетно-аналитических задач. Для обеспечения возможности автоматизированного или автоматического построения описаний этих достаточно разнородных ПВД в состав набора метаданных предлагается включить следующие сущности (UML-классы): информационный объект, категория информационного объекта, тип элемента метаданных, шаблон представления информационного объекта, ссылка на классификатор и некоторые другие. Все эти сущности собраны в пакет «Информация специального назначения», диаграмма классов которого представлена на рисунке 3.



Рис. 3. UML-диаграмма пакета «Информация специального назначения»
В связи с тем, что задачи информационного обеспечения пользователей ИМС ИО всегда связаны с конкретными объектами контроля, управления и воздействия, в состав набора метаданных разработанного профиля ПВД для ИМС ИО ВС РФ предложено ввести еще один пакет – «Информация об объектовом составе». Этот пакет содержит классы, предназначенные для описания объектового состава конкретных экземпляров ПВД. Примерами таких объектов являются: военные базы, аэродромы, командные пункты управления силами и средствами, узлы связи, транспортные системы и узлы, склады и другие объекты контроля и поражения. Основной класс данного пакета метаданных «Объект контроля» и его взаимосвязи с другими пакетами разработанного профиля представлен на рисунке 4.


Рис. 4. Пакет метаданных «Информация об объектовом составе» и его взаимосвязи

Примером информационного объекта может служить, к примеру, электронная фотосхема (ЭФС), которая характеризуется определенным набором элементов метаданных (название, масштаб, автор, время исполнения, гриф секретности и т.д.) и включает несколько прикрепленных файлов. В этих файлах содержатся слои, из которых собственно и состоит ЭФС. Например, она может включать слой с растровым геокодированным изображением, тематические слои полной и тематической векторизации, цифровую картографическую основу в виде электронной топокарты и векторную координатную сетку.

При этом ЭФС может описывать один или несколько объектов контроля, которые имеют свой собственный набор элементов метаданных (наименование объекта контроля, состояние, код объекта, принадлежность, координатная и временная привязка т.д.). Данный пример показывает, что, с одной стороны, ЭФС является информационным объектом, а с другой стороны, каждый из присутствующих на ней объектов управления и воздействия также можно рассматривать в качестве информационного объекта.

Важно отметить, что представленная на рисунке 3 диаграмма классов, содержит все необходимые элементы для описания используемых в ИМС ИО пространственно-временных данных. В связи с этим она была положена в основу программной реализации метода формирования метаданных ПВД для ИМС ИО. Данный метод обеспечивает преобразование концептуальной UML-модели профиля в конкретную XML-схему и XML-описания в строгом соответствии с требованиями стандартов ISO 19118 и ISO 19139.

Полученная в результате этого совокупность XML-описаний представляет собой описание профиля метаданных ПВД для ИМС ИО на некотором формальном языке , который в соответствии с теорией формальных грамматик [13, 14, 15] задается грамматикой , т.е.

,

,

где

множество нетерминальных символов;

множество терминальных символов, таких что ;

множество правил вывода (продукций) вида :

;

начальный символ (аксиома грамматики).

Очевидно, что для ПВД, представленных в других форматах, также возможно построить грамматики, порождающие соответствующий им язык. В ходе проведенных исследований были проанализированы следующие форматы представления метаданных пространственных данных:

- формат паспорта карты ГИС «Интеграция»;

- профиль метаданных ESRI;

- модель пространственных данных ГИС MapInfo.

По результатам проведенного анализа сделаны следующие выводы.

1) Для формата паспорта карты ГИС «Интеграция» правила вывода порождающей грамматики имеют следующий вид:

,

.

2) Для форматов профиля метаданных ESRI и MapInfo правила вывода порождающей грамматики имеют следующий вид:

,

.

Последнее правило означает, что множество терминальных символов разбито на пары, и всегда можно выделить терминальный символ, открывающий правило вывода, а также закрывающий правило вывода. При этом открывающий терминальный символ не может являться закрывающим и наоборот. С учетом выше изложенного задача преобразования метаданных ПВД, представленных в форматах, отличных от унифицированного профиля, в формат унифицированного профиля состоит в разработке:

1) трансляционной грамматики вида:

,

где

;

;

;

;

.

2) преобразователя с магазинной памятью (МП-преобразователя), который производит синтаксический анализ входных данных и осуществляет их перевод с исходного языка на язык вида:

,

где

– множество состояний МП-преобразователя

– входной алфавит;

– выходной алфавит;

– магазинный алфавит;

– начальное состояние;

– начальный символ в магазинной памяти;

– множество заключительных состояний;

– отображение вида:.

Описанный выше метод решения задачи интеграции и совместного использования разнородных пространственных данных в ИМС ИО на основе унифицированного профиля метаданных реализован и опробирован на ПВД, представленных в форматах ГИС «Интеграция». Полученные результаты подтвердили правлильность основополагающих технических решений и в то же время позволили выявить ряд узких мест и наметить направления дальнейших изысканий по доработке профиля и совершенствованию средств его формирования.

Список литературы

1. ГОСТ Р 52438-2005 «Географические информационные системы. Термины и определения».

2. ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация. Метаданные».

3. ГОСТ Р 51353-99. Метаданные электронных карт. Состав и содержание.

4. International Standart ISO 19115 Geographic information – Metadata. – ISO, 2003. – 140 p.

5. International Standart ISO 19118 Geographic information – Encoding. – ISO, 2005. – 104 p.

6. International Standart ISO/TS 19139:2007 Geographic Information Metadata. XML- schema implementation. – ISO, 2007. – 111 p.

7. W3C Web Services Architecture, Web Services Description Language (WSDL) 1.1. http://www.w3.org/TR/ws-arch/, http://www.w3.org/TR/wsdl .

8. http://www.isotc211.org/

9. XSL Transformations (XSLT) Version 2.0: W3C Recommendation - http://www.w3.org/TR/2007/REC-xslt20-20070123.

10. ESRI Profile of the Content Standard for Digital Geospatial Metadata - An ESRI Technical Paper, March 2003.

11. Масной В., Судаков Ю. Автоматизированные системы управления сухопутными войсками США. //Зарубежное военное обозрение.-2003.-№ 9,10.

12. http://eearth.ras.ru

13. Алферова З.В. Теория алгоритмов. – М.: «Статистика», 1973. – 165 с.

14. Пентус А.Е., Пентус М.Р. Теория формальных языков: учебное пособие. – М.: изд-во ЦПИ при механико-математическом ф-те МГУ, 2004. – 80 с.

15. Ахо А., Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. Т. 1: Синтаксический анализ. – М.: Мир, 1978. – 612 с.

1 Отношение зависимости описывает ситуацию, при которой изменения в независимом элементе модели требуют изменений в зависимом элементе.


Похожие:

Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconАдминистрирование разнородных баз данных
Теперь организации могут стандартизировать администрирование баз данных, применяя для этой цели одно решение
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconЗадачи исследования 5 Объект исследования 6 Метод сбора данных 6...
Общие тенденции, перспективы и факторы развития российского рынка автомобильных грузовых перевозок 21
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных icon6 Геоинформационные системы
Такую роль выполняют географические информационные системы (геоинформационные системы, гис), интегрирующие разнородную информацию...
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconГенерация тестовых данных для тестирования арифметических операций центральных процессоров
Для ее решения предлагается использовать метод, позволяющий строить тестовые данные систематически на основе формального описания...
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconКонтрольные вопросы
Определения метаданных, первичного и внешнего ключей рбд. Нормализация данных. Нормальные формы
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconВопросы к экзамену по дисциплине «информационные технологии управления»
Определения метаданных, первичного и внешнего ключей рбд. Нормализация данных. Нормальные формы
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconВопросы к зачёту по дисциплине «информационные технологии управления»...
Определения метаданных, первичного и внешнего ключей рбд. Нормализация данных. Нормальные формы
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconВопросы к зачёту по дисциплине «информационные технологии в управлении»...
Определения метаданных, первичного и внешнего ключей рбд. Нормализация данных. Нормальные формы
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconВопросы к зачёту по дисциплине «информационные технологии управлениия»...
Определения метаданных, первичного и внешнего ключей рбд. Нормализация данных. Нормальные формы
Метод интеграции разнородных пространственных данных на основе концепции метаданных iconМоделирование и проектирование корпоративных данных
Серверная система управления моделями и интернет-портал делают это решение самым эффективным инструментом для совместного использования,...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница