Концепция развития окружной инфраструктуры сбора, хранения и распространения геоданных

Введение

Основной задачей региональных, городских и муниципальных органов и подведомственных им организаций является эффективное управление на основе предоставления и совершенствования услуг, обеспечивающих здоровье, безопасность и благосостояние граждан, что служит необходимым условием устойчивого развития территории. Более чем 30-летний мировой опыт использования технологий географических информационных систем (ГИС) региональными и муниципальными правительствами наглядно показывает, что достоверная географически привязанная информация является критически важным элементом в осуществлении функций управления, планирования и прогнозирования. В идеале, ГИС предоставляет мощные инструменты управления информацией, позволяя объединить данные всех департаментов в единую среду совместного пользования для рационального планирования и принятия обоснованных решений.

По данным аналитической компании Daratech (г.Кембридж, шт. Массачусетс, США), на правительственные структуры приходится около трети мирового рынка ГИС. Причем, на долю региональных и местных правительств - около двух третей общих продаж продуктов, данных и услуг, и только одна треть – на федеральные структуры. В США ГИС используют 97 % городов и округов с числом жителей не менее 100 тысяч, и 88 % - с населением от 50 до 100 тысяч (Гохман В. Корпоративные муниципальные ГИС. ArcReview, № 3, 2006). В России, по данным компании Data+ (г. Москва), наибольших успехов во внедрении ГИС для управления территориями добились Таганрог и Калининград, существенные усилия для создания региональных и муниципальных ГИС прилагаются в Москве, Санкт-Петербурге, Калуге, Челябинске и т.д.

Целью настоящей концепции является, на основании мирового и отечественного опыта:

- проанализировать существующее положения дел в сфере распространения и использования геопространственных данных в учреждениях округа,

- сформулировать направления развития для создания окружной ГИС с целью:

- предоставления геопространственной информации населению округа,

- обмена информацией между учреждениями округа посредством удаленного доступа к базам данных,

- более рационального расходования бюджетных средств на приобретение и обработку геопространственных данных.

1. Анализ существующего положения и ближайших перспектив

В ХМАО-Югре также имеет место применение ГИС в различных сферах деятельности. Наибольших, признанных российским ГИС-сообществом, успехов в создании и поддержке интегрированных решений на базе ГИС достигли крупные нефтедобывающие компании – Сургутнефтегаз, Роснефть, ТНК-ВР и т.д. ГИС активно применяются в образовательных и научных учреждениях округа - ЮГУ, СГУ, ЮНИИИТ, НПЦ Мониторинг, НАЦ им. Шпильмана, НижневартовскНИПИнефть и т.д.

Но, управление территориями, даже в крупных городах, даже с помощью специализированных ГИС, ведется многими службами разрозненно. Одни отвечают за участки земли, другие – за здания, третьи – за коммуникации, четвертые – за планирование, пятые – за экологию и т.д. При этом практический опыт показывает невозможность простого совмещения в одной электронной карте слоев с данными нескольких служб, в основном, из-за координатной несогласованности ресурсов. Парадокс – ведь современные геодезические и дистанционные технологии позволяют измерять координаты с сантиметровой точностью. Основная причина – различие методик измерений и сбора данных из картографических источников различной точности и давности. Кроме того, существует проблема дублирования информации в различных службах, приводящая к нерациональному использованию бюджетных средств.

В настоящее время потребность в геопространственных данных для обеспечения деятельности учреждений округа растет, сделав необходимым расширение области применения (и самого понятия) геопространственных данных на сферы геологических изысканий и моделирования месторождений, мониторинга природных и техногенных процессов, проектирования и строительства инженерных сооружений, моделирования социально-экономических систем.

В качестве источника геопространственных данных в округе используются дистанционное зондирование (космоснимки, аэрофотосъемка, лазерная съемка); наземные методы (геодезия и маркшейдерия); методы изучения недр (скважинное опробование, геофизика); а также бумажные (электронные) карты (отчеты).

Особое место в современных ГИС занимают данные дистанционного зондирования Земли из космоса. Их основные преимущества – точность, актуальность и технологичность; недостатки – высокая стоимость и необходимость специализированной обработки. Именно возможность свободного использования данных ДЗЗ для решения текущих задач привело к качественному скачку в ГИС. Но, тем не менее, данные ДЗЗ не покрывают всего спектра информации, необходимой для управления территориями, и также могут быть несовместимы с данными, полученными из других источников.

Эта проблема не является новой, и, тем более, уникальной для ХМАО-Югры. Мировой опыт показывает, что способом решения этой задачи является разработка и поддержание инфраструктуры пространственных данных (ИПД). В 2005 году ГИС-Ассоциацией по контракту с Минэкономразвития был разработан проект концепции Российской инфраструктуры пространственных данных (РИПД), который был одобрен распоряжением Правительства РФ от 21.08.2006 № 1157-р.

Согласно этой концепции, помимо организационных и законодательных мер, для того, чтобы картографические слои разных организаций и департаментов стыковались между собой, необходимо:

- разработка стандартов (методик) создания (преобразования) слоев, предоставляемых для совместного доступа – посредством последовательного согласования и увязки в рамках действующих правовых и технических норм и используемых информационных систем;

- создание и поддержка корпоративного хранилища базовых (общераспространенных) пространственных данных – посредством использования различных способов передачи прав, аренды, лизинга и т.д.

- разработка и поддержка каталогов (метаданных) геоданных и веб-служб – посредством создания специализированного центра геопространственных данных.

В 2005 году, на основании решения совещания Департамента науки, инвестиций и технологии от 01.12.2004, на базе Югорского центра трансфера технологий такой центр был учрежден - Югорский центр геопространственных данных (ЮЦГД).

Изначально центр создавался как учреждение коллективного пользования (многофункциональный центр). Именно на реализацию коллективного доступа к данным был ориентирован временный регламент работы ЮЦГД, согласно которому было произведено разделение данных на:

- геоданные централизованного хранения;

- геоданные, хранящиеся у организации-владельца, метаописания которых переданы в ЮЦГД;

и разделение пользователей на группы в зависимости от степени участия в работе центра (участник, орган управления окружного уровня, вкладчик геоданных, держатель геоданных - вкладчик метаданных, пользователь геоданных или услуг Центра).

1. Направления развития центра в рамках создания окружной инфраструктуры пространственных данных.

ХМАО-Югра характеризуется некоторыми особенностями пространственного представления в отличие от других регионов страны. Прежде всего:

- неравномерное сочетание урбанизированного и неурбанизированного (природного, неосвоенного) ландшафта. Это характеризуется различной номенклатурой используемых слоев геоданных, различной степенью их наполнения – осваиваемые территории снимаются больше, и различной потребностью в данных;

- бурное социально-экономическое развитие округа – как за счет модернизации существующих производств (развития населенных пунктов), так и за счет освоения новых участков ландшафта (развития инфраструктуры – дорог, линий электропередач, освоения недр), что приводит к необходимости постоянного обновления базовых пространственных данных.

Совокупность геопространственных данных можно классифицировать по нескольким категориям:

- по масштабу: мелкомасштабные (округ – 1: 1000000, 1: 500000), среднемасштабные (район, зона освоения Приполярного Урала – 1: 200000, 1 : 100000, 1 :50000), крупномасштабные (город, месторождение – 1: 25000, 1 : 10000, 1 : 5000);

- по периодичности обновления: временные (данные текущего мониторинга явлений или процессов), условно-постоянные (обновляемые периодически – раз в квартал, год), постоянные (обновление необходимо в особых случаях);

- по формату представления: растровые, векторные, специализированные (TIN, CAD, скважины, каротаж и т.д.).

Учитывая это разнообразие, ЮЦГД, используя положения концепции Российской инфраструктуры пространственных данных и учитывая специфику округа, должен позиционироваться как многофункциональный инфраструктурный центр, обеспечивающий деятельность учреждений округа по следующим направлениям:

1) развитие технологии получения и первичной обработки геопространственных данных,

2) модификация существующей информационной технологии хранения, каталогизации и актуализации геопространственных данных,

3) развитие системы комплексирования геопространственных данных для создания электронных карт под заказ,

4) создание и поддержка сервера общераспространенных геопространственных данных,

5) создание и поддержка специализированных порталов геоданных по отраслям,

6) создание и поддержка специализированных служб для решения текущих задач,

7) создание и поддержка специализированных рабочих мест коллективного пользования для решения сложных задач, например, моделирования месторождений полезных ископаемых.

Необходимо существенно расширить состав участников ЮЦГД, в том числе за счет ввода представителей заинтересованных департаментов и организаций в Правление Центра. Необходимо добиться существенного сокращения расходов на геопространственную информацию для участников центра при безусловном сохранении совместимости, актуальности и достаточной точности информации. Необходимо соблюдение прав собственности на информацию. Особым образом необходимо регулировать права собственности на геопространственную информацию, полученную за счет средств бюджета округа. Необходимо выделение бюджетных средств на развитие центра и поддержку актуальности базовых (общераспространных) геопространственных данных.

1. Перечень мероприятий, необходимых для реализации проекта

3.1. Для развития технологии получения и первичной обработки геопространственных данных:

3.1.1. Развитие существующей технологии получения данных дистанционного зондирования Земли в Центре ДЗЗ ЮНИИ ИТ, в том числе с учетом получения информации с КА “Ресурс-ДК”. Необходимо изучение и тиражирование опыта, полученного в существующих проектах ЮНИИ ИТ – по мониторингу пожаров и трубопроводов. Нужна реконструкция существующих программ поиска спутниковых снимков, создание хранилища спутниковых снимков, получаемых в Центре ДЗЗ как специализированной части каталога геоданных.

3.1.2. В условиях отсутствия отечественной группировки спутников для дистанционного зондирования Земли из космоса необходимо финансирование технических и организационных мероприятий (техническая модернизация; покупка лицензий на информацию; централизованная подписка на интернет-сервисы, предоставляющие архивные снимки или принимающие заказы на будущую съемку) с целью организации приема и обработки космических снимков высокого разрешения с зарубежных (в том числе - радиолокационных) космических аппаратов в Центре ДЗЗ ЮНИИ ИТ для решения задач космического мониторинга газовых факелов, развития производственной инфраструктуры и разработки месторождений общераспространенных полезных ископаемых.

3.2. Для модификации существующей информационной технологии хранения, каталогизации и актуализации геопространственных данных:

3.2.1. Разработать структуру и создать хранилище базовых пространственных данных условно-постоянного и постоянного характера.

Основа классификации данных - масштабно-региональный принцип. На первом этапе предлагается создать отдельные информационные разделы для следующих регионов:

ХМАО-Югра,

Ханты-Мансийский район,

район освоения Приполярного Урала,

город Ханты-Мансийск.

Для каждого региона должен быть сформирован достаточный минимум базовых пространственных данных – государственная геодезическая сеть, цифровая модель рельефа, слои административного деления, гидрографии, инфраструктуры, адресных данных и т.д. – в зависимости от масштаба региона; мозаика спутниковых снимков необходимого разрешения и покрытия. Согласно концепции РИПД:

- базовые пространственные данные - координатные описания базовых пространственных объектов в заданной системе координат, которые следует использовать для определения координат любых близлежащих пространственных объектов и явлений. Один из главных критериев отнесения данных к базовым - всеобщая потребность в них;

- базовые пространственные объекты - пространственные объекты, относящиеся к специально выбранным типам, отличающиеся устойчивостью пространственного положения во времени (сохранность и устойчивость в плане и по высоте в течение длительного времени) и более точным координатным описанием по сравнению с другими пространственными объектами.

Нужно провести ревизию данных и ходатайствовать перед Правительством округа о выделении средств на приобретение (съемку, геообработку, преобразование, комплексирование) недостающих базовых данных.

3.2.2. Разработать регламент актуализации базовых данных условно-постоянного характера за счет средств бюджета округа, в том числе – за счет заказов на актуализацию переданных для совместного доступа данных, а также за счет специально закупаемых и обрабатываемых спутниковых снимков.

3.2.3. Разработать постоянно поддерживаемый каталог метаданных пространственной информации, хранящейся в базах данных учреждений округа. Реализовать программу поиска информации по метаданным, а также параллельные программы поиска по специализированным (отраслевым) признакам.

3.2.4. Заключить долговременные соглашения с поставщиками информации постоянного, условно-постоянного и специализированного характера как федерального, так и регионального подчинения для обеспечения возможности централизованной актуализации юридически значимых данных, например, геологических карт или дорожных атласов. В том числе - возможность использования портальных решений от поставщиков информации (ФГУП Уралгеоинформ).

3.2.5. Разработать регламент регистрации в постоянно поддерживаемом каталоге метаданных наличия в организациях округа временных и специализированых (отраслевых) данных. Особое внимание - выявлению фактов дублирования информации.

3.2.6. Создать службу извещения пользователей ЮЦГД об изменениях в составе каталога. Реконструировать сайт ЮЦГД.

3.3. Для развития системы комплексирования геопространственных данных для создания электронных карт (документов) под заказ:

3.3.1. Разработать регламент использования (передачи) прав на геопространственные данные при работе над совместными проектами.

3.3.2. Разработать регламент использования (передачи) прав на геопространственные данные при создании специализированных порталов геоданных по отраслям.

3.3.3. Разработать регламент предоставления пользователям (населению или учреждениям округа) электронных карт, в том числе посредством установки бесплатных ГИС-вьюеров и использования сервиса Google Earth.

3.4. Сервер общераспространенных геопространственных данных рассматривается как базовая часть проекта, позволяющая создать распределенную систему использования геопространственных данных в учреждениях округа.

Сервер будет использовать базу общераспространенных геоданных. Для создания сервера будет использована технология ArcGIS Server Enterprise с расширениями, позволяющая:

- управлять, хранить и обеспечивать многопользовательский доступ к большим объемам пространственных данных,

- публиковать 2D и 3D карты, модели и сами геоданные,

- разработывать приложений для геоданных в среде Интернет и Интранет,

- обрабатывать и редактировать данные на сервере.

Расширения позволяют организовать на сервере улучшенную обработку растровых и 3D данных, преобразование форматов, работу с сетевыми представлениями и динамическими процессами.

На базе сервера будут создаваться клиентские места, предоставляющие пользователям необходимый набор данных и функций геообработки. Таким образом, пользователи будут иметь постоянный доступ к актуальной геопространственной информации, а также возможность использования этой информации для работы над собственными геопространственными проектами.

3.5. Специализированных порталы геоданных по отраслям будут создаваться на базе сервера общераспространенных геопространственных данных в процессе деятельности ЮЦГД.

3.6. Специализированные службы для решения текущих задач будут создаваться на базе сервера общераспространенных геопространственных данных и специализированных порталов в процессе деятельности ЮЦГД.

3.7. Специализированные рабочие места коллективного пользования будут создаваться на базе сервера общераспространенных геопространственных данных и специализированных порталов в процессе деятельности ЮЦГД.

В качестве примера специализации рассмотрим использование ЮЦГД для решения горно-геологических задач. Выделяются три уровня:

1) внутренний уровень - процесс моделирования и оценки залежей полезных ископаемых (ресурсов, запасов) является авторским, требующим многоэтапных исследований, коллектива исполнителей, ограничения прав на доступ к моделям – поэтому собственно моделирующие программные комплексы (и модели месторождений или явлений) не могут быть объектом дистанционного доступа. С ними должны работать с помощью специализированных рабочих мест, оснащенных соответствующим оборудованием;

2) специализированный сервер - форматы исходных и способы представления результирующих материалов по различным месторождениям во многом подобны, все они основаны на географической координатной привязке – следовательно, возможна организация системы распределенного доступа к параметрам (результатам) моделей по запросам пользователей;

3) службы или сервисы - часть задач геологии и технологии может быть решена посредством организации “легких” приложений собственной разработки, позволяющих вводить исходных данные и получать результаты посредством удаленного доступа.

Подобную трех или двух уровневую специализацию на базе сервера общераспространенных геоданных возможно организовать и для других отраслей социально-экономической деятельности ХМАО-Югры – дорожной, строительной, природопользования, торговли и т.д.

Реализация проекта потребует организации постоянно действующей группы сотрудников в составе ЮЦГД. Проект концепции РИПД рекомендует не менее 9 человек, в том числе:

— один специалист, ответственный за поддержание геодезических сетей и систем географических координат;

— четыре специалиста для ведения баз данных (приемка результатов измерений, актуализация координатных описаний объектов, публикация карт в сети Интернет и выдача данных, ведение реестра географических наименований и адресных реестров и планов);

— два специалиста для регистрации работ и ведения баз метаданных (регистрация работ, приемка и публикация метаданных);

— один специалист, бухгалтер-кадровик;

— один специалист, руководитель организации. Учитывая специфику округа и наличие проблемы прав на информацию, мы считаем необходимым добавление еще двух специалистов: геолога и юриста.

С другой стороны, проект, особенно на начальной стадии, должен быть ориентирован на привлечение сторонних специалистов для активного участия в выполнении работ на базе центра.

Необходимо дополнительное обучение специалистов центра и, в последствии, создание на базе центра учебных курсов для обучения пользователей.

Таким образом, в результате реализации проекта будет создана многоуровневая и многоотраслевая окружная инфраструктура пространственных данных. По нашему мнению, реализация проекта приведет к синергетическому эффекту в процессах управления, планирования и прогнозирования развития территорий. Повысится информационная культура населения округа.

Для предотвращения отставания от других стран и регионов России, печальные последствия которого очевидны – ценовой аспект (увеличение затрат на создание и поддержку ГИС), недостаточная осведомленность о современных возможностях ГИС технологий и увеличивающийся дефицит квалифицированных кадров – данный проект должен быть реализован в ближайшее время.

1. Оценка экономической эффективности проекта.

1. Устранение дублирования бюджетного финансирования работ по созданию пространственных данных. Объективных оценок общих масштабов дублирования бюджетного финансирования работ по созданию пространственных данных не проводилось. Однако даже единичные, известные факты предполагают значительную экономию при решении этой проблемы. Например, по фактам, приводимым ГИС-ассоциацией, на 2005 год было произведено трехкратное цифровое картографирование территории полуострова Ямал, и двукратное картографирования Ханты-Мансийского автономного округа, а также ряд других примеров.

2. Более эффективное бюджетное финансирование, направляемое на обновление картографических материалов, за счет использования для актуализации данных результатов измерений, выполненных за счет хозяйствующих субъектов и физических лиц. Отказ от площадных методов обновления. Актуализироваться будут только те объекты, которые претерпели какое-либо изменение, а не весь объектовый состав, как это принято в реализуемых сегодня технологиях.

3. Повышение эффективности информационного обмена за счет сокращения затрат на поиск необходимых данных. В настоящее время поиск необходимых для округа пространственных данных крайне затруднен. Их хранение организовано в сотнях различных организаций, разбросанных по всей стране (Федеральный картографо-геодезический фонд, Росгеолфонд, фонды инженерных изысканий в ТИСИЗах, фондовые материалы субъектов хозяйствования). Зачастую при необходимости получения данных, организация-исполнитель даже не пытается выяснить, какие данные доступны на рынке, поэтому оценить затраты на поиск материалов крайне трудно. Предлагаемый подход, связанный с созданием доступных метаданных, создаст новый качественный уровень решения этих проблем и даст стимул развитию информационного рынка, где результаты измерений перестанут быть товаром одноразового использования и будут созданы предпосылки для создания вторичного рынка пространственных данных.

4. Повышение эффективности информационного обмена за счет сокращения затрат по конвертированию пространственных данных, связанной с приведением их к единой координатно-объектной основе. Согласно экспертным оценкам затраты на конвертирование пространственных данных в случае использования различной картографической основы могут составлять до 80% от общей стоимости.

5. Повышение эффективности прикладных информационных технологий за счет высокоскоростного доступа к базовым пространственным данным на сервере общераспространенных геоданных или специализированных порталах данных. На клиентских местах будут обрабатываться только специализированные и временные данные, присущие данной организации. Уменьшится стоимость проектов и время, необходимое для проектирования базы данных.

Предполагаются следующие источники дохода для ЮЦГД, в случае успешной реализации проекта:

- федеральный бюджет – при оказании услуг по актуализации федеральной инфраструктуры пространственных данных,

- окружной бюджет – для поддержания актуального состояния базовых пространственных данных, критичных для развития округа в целом,

- бюджеты муниципальных образований - для создания и поддержания актуального состояния необходимых им базовых пространственных данных,

- заказы учреждений округа – для формирования специализированных порталов и служб,

- услуги сторонним организациям – по формированию электронных карт под заказ или организации специализированных клиентских мест,

- услуги сторонним организациям – по выполнению НИИОКР на базе оборудования и данных центра.