Podstawy metodyczne i technologiczne infrastruktur geoinformacyjnych Cz. 5: Rozwijane i planowane technologie geoinformacyjne Warsztaty naukowe w ramach XIII Konferencji PTIP „Systemy informacji przestrzennej” Warszawa, 8.10.2003 Janusz Michalak Uniwersytet Warszawski

(Critical Infrastructure Collaborative Environment) Program CICE: Schemat struktury poziomej przepływu geoinformacji w infrastrukturze CICE Czy jest to nowa wizja GSDI? [Źródło: archiwum OGC]

Schemat struktury przepływu geoinformacji (archiwalnej i bieżącej) w CICE [Źródło: archiwum OGC]

CICE (Critical Infrastructure Collaborative Environment) – Środowisko Współdziałania Infrastruktury Zagrożeń (?) W ostatnim okresie (2 lat) prace w OGC koncentrują się głównie nad rozwinięciem serwisów webowych o nowe usługi związane z sytuacjami zagrożeń publicznych Na podstawie doświadczeń zebranych w projektach GFST (Geospatial Fusion Services Testbed) i GFSPP (Geospatial Fusion Services Pilot Project) powstało szereg roboczych specyfikacji implementacyjnych dla różnych typów internetowych usług geoinformacyjnych Najważniejsze z nich to: WNS (Web Notification Service) – webowa usługa zawiadamiania WCS (web Coverage Server/Service) – webowy serwer/usługa pokryć ciąg dalszy 

WFS (Web Feature Server/Service) – webowy serwer/usługa wyróżnień WRS (Web Registry Server) – webowy serwer rejestrów (usług i danych) WGCS (Web GeoCoder Service) – webowa usługa geokodowania WGPS (Web GeoParser Service) – webowa usługa wyszukiwania w tekstach pośrednich odniesień geograficznych (np. nazwy geograficzne, adresy i kody pocztowe) LOF (Location Organizer Folder) – folder organizujący dane związane z położeniem WTS (Web Terrain Server) – webowy serwer obrazów terenu WCTS (Web Coordinate Transformation Service) – webowa usługa przeliczania współrzędnych WGTS (Web GazeTteer Service) – webowa usługa zamiany nazw geograficznych na współrzędne WPOS (Web Pricing & Ordering Service) – webowa usługa opłat i zamówień SMS (Style Management Service) – usługa zarządzania stylami (zobrazowania geoinformacji) [Źródło: archiwum OGC]

Obserwowaną obecnie tendencję w rozwoju technologii geoinformacyjnych można określić jako "interoperacyjność zorientowaną na usługi" (service-oriented interoperability) Opis realizacji usług i ich wzajemne powiązania [Źródło: archiwum OGC]

Powiązanie usługi powiadamiania z innymi usługami OpenGIS – Diagram sekwencji języka UML (diagram sekwencji w języku UML) [Źródło: archiwum OGC]

Podsystem powiadamiania o zagrożeniach Program CICE: Podsystem powiadamiania o zagrożeniach [Źródło: archiwum OGC]

Program CICE: Podsystem ochrony dostępu do danych i usług w infrastrukturze [Źródło: archiwum OGC]

8-warstwowy model interoperacyjności w zakresie geoinformacji określony w nowych specyfikacjach OGC [Źródło: archiwum OGC]

Program CICE: Podsystem bezprzewodowego przesyłania danych i realizacji usług [Źródło: archiwum OGC]

Schemat struktury usług w zakresie pomiarów i obserwacji [Źródło: archiwum OGC]

Schemat struktury powiązania LOF (folder organizujący dane związane z położeniem) z innymi usługami OpenGIS [Źródło: archiwum OGC]

Określanie parametrów widoku ziemi w ramach usługi WTS - webowy serwer widoków powierzchni ziemi [Źródło: archiwum OGC]

Diagram sekwencji UML przedstawiający „łańcuchowanie” usług OpenGIS na przykładzie webowych usług rejestru, map i wyróżnień [Źródło: archiwum OGC]

Prototypowe serwery słowników nazw geograficznych (WGTS – Web GazeTteer Server) Serwer firmy IonicSoftware: wynik wyszukiwania nazwy Warszawa

Operacyjny serwer nazw geograficznych GNS prowadzony przez NIMA

Wynik wyszukiwania w serwerze GNS nazwy Warszawa warianty językowe

Nazwy geograficzne w serwerze GNS są zapisane w Unicode (litery narodowe z całego świata), są wieloczłonowe i dotyczą różnych typów wyróżnień – także dworców kolejowych

Systemy programowe OpenSource dla geoinformacji OpenSource jest tłumaczone na język polski jako "Wolne Oprogramowanie" W założeniach inicjatywy INSPIRE podkreśla się potrzebę stosowania oprogramowania o statusie OpenSource [Źródło: INSPIRE Architecture and Standards Position Paper - Appendix C. Open source initiatives] Wolne Oprogramowanie jest udostępniane na warunkach pozwalających użytkownikowi na jego swobodne studiowanie, rozpowszechnianie i modyfikację. Licencje na korzystanie z Wolnego Oprogramowania nie zawierają restrykcji, których celem byłaby maksymalizacja zysku właściciela praw autorskich przy jednoczesnym skrajnym ograniczeniu praw użytkownika [Źródło: Ruchu na rzecz Wolnego Oprogramowania) - http://www.rwo.pl/owo ] Dwa przykłady systemów programowych OpenSource dla geoinformacji: OpenMap firmy BBN (USA) Deegree Uniwersytet w Bonn i firma Lat-Lon (Niemcy)

OpenMap - oprogramowanie aplikacyjne w języku Java z licencją OpenSource (bezpłatne) przeznaczone do budowy skomplikowanych przeglądarek geoinformacji w różnych formach i standardach Niebieska plama w logo OpenMap to Antarktyda [Źródło: http://www.openmap.org]

Zastosowania pakietu OpenMap: Przegladarka map opracowania z zastosowaniem elementów pakietu OpenMap [Źródło: http://www.openmap.org]

Zastosowania pakietu OpenMap: Nest w ramach projektu MARE (Uniwersytet Sztokholmski) [Źródło: http://www.openmap.org]

Zastosowania pakietu OpenMap: [Źródło: http://www.openmap.org] Zastosowania pakietu OpenMap: Przeglądarka OpenMap może po przeliczeniu pokazywać dane w różnych układach odwzorowania : Mapa Ziemi w odwzorowaniu azymutalnym

Zastosowania pakietu OpenMap: zdięcie satelitarne [Źródło: http://www.openmap.org] Zastosowania pakietu OpenMap: zdięcie satelitarne

Projekt badawczy na Wydziale Geografii Uniwersytetu w Bonn Biblioteka klas w języku Java i szereg aplikacji opartych na tej bibliotece zgodnych ze specyfikacjami OpenGIS. (licencja OpenSource) Między innymi: Serwer map zgodny ze specyfikacją  WMS 1.1.1 Serwer wyróżnień (features) zgodny z WFS 1.0.0 Serwer pokryć (coverages) zgodny z WCS 0.7 Serwer katalogowy zgodny z WRS 0.0.2 Serwer słownika geograficznego (gazetteer) zgodny z Gazetteer 0.8 Serwer przeliczania współrzędnych   deegree spełnia także inne standardy OGC: Stateless Catalog 0.06  Styled Layer Descriptor 0.7.2  Geography Markup Language 2.1  Filter Encoding 1.0.0 Web Terrain Service 0.3.2 [Na podstawie: http://www.deegree.org]

Certyfikat zgodności oprogramowania Deegree ze specyfikacjami implementacyjnymi OpenGIS [Źródło: http://www.opengis.org]

Schemat przedstawiający wzajemne powiązania modółów oprogamowania Deegree

Zastosowania pakietu Deegree [Źródło: http://www.deegree.org]

Harmonizacja i konwersja do XML modeli standardu ISO 19100 Modele pojęciowe w standardach ISO 19100 to ponad 300 oddzielnych diagramów klas w języku UML Z tego względu opracowanie modelu syntetycznego napotyka na wiele trudności niejednolita metodyka opracowywania poszczególnych fragmentów wiele nieuniknionych błędów lub wewnętrznych sprzeczności 4 podstawowe metody konwersji do XML „ręczna” – przy dużych modelach bardzo pracochłonna przy pomocy skryptów programu Rational Rose (NIMA – dla standardu ISO 19115 - Metadane) z zastosowaniem języka XMI i programu HyperModel jak wyżej, ale z programem SchapeChange (Java) dedykowanego dla GML 3.0 i modeli aplikacyjnych

Program narzędziowy ShapeChange firmy Interactive Instruments pozwala transformować aplikacyjny model UML zapisany w XMI do aplikacynego schematu języka GML 3.0 Export to XMI UML modelling tool (Rational Rose) GML 3.0 [Na podstawie: dokumentacji programu ShapeChange]

Webowy interfejs programu narzędziowego ShapaChange [Na podstawie: dokumentacji programu ShapeChange]

Konwersja modelu pojeciowego zapisanego w UML do schematu XML za pośrednictwem języka XMI z zastosowaniem programu HyperModel [Źródło: (D. Carlson, 2001)]

Okna programu HyperModel [Źródło: dokumentacja programu HyperModel] Okno katalogowe Okno diagramów modelu UML Okno właściwości i dokumentacji elementów Okno edytora schematu XML

Prace implementacyjne dotyczące standardów grupy ISO 19100 : Projekt NIMA dla ISO 19115 model pojęciowy model implementacyjny schematy XML [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 (metadane): Diagram XML Scheme przedstawiający składniki elementu złożonego dla opisu obrazu [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 (metadane): Diagram klas UML z pakietu CI_Citation definiujący klasy podstawowych typów danych [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 Metadane: Diagram klas UML przedstawiający składniki opisujące aplikacyjny model pojęciowy, na podstawie którego są zorganizowane określone dane geoprzestrzenne - w standardzie ISO metadane zawierają także informacje o modelu danych [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 Metadane: Główny diagram klas UML przedstawiający powiązania pomiędzy podstawowymi klasami modelu [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 Metadane: Konwersja schematów UML do schematów XML jest dokonywana automatycznie przez program Rational Rose przy pomocy skryptów –RRSL (Rational Rose Scripting Language) i pomocniczych schematów XML definiujących reguły mapowania Fragment pomocniczego diagramu XML przedstawiający mapowanie atrybutu [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 Metadane: Diagram pakietów UML przedstawiający wzajemne powiązania pomiędzy podstawowymi pakietami modelu metadanych [Źródło: archiwum NIMA]

Projekt NIMA dla ISO 19115 - Metadane: Lista wszystkich klas pakietu Units of Measure należącego do grupy 14 pakietów modelu. Pozornie pakiet ten nie zawiera klas dotyczących metadanych – jednak jest potrzebny, ponieważ definiuje jednostki, które są używane w innych pakietach tego modelu. [Źródło: archiwum NIMA]

Schematy importowane z innych modeli Projekt NIMA dla ISO 19115 (metadane): nagłówek podstawowego schematu Schematy importowane z innych modeli [Źródło: archiwum NIMA]

całego pakietu standardów grupy ISO 19100 Projekt „Grupy Nordyckiej”: implementacja całego pakietu standardów grupy ISO 19100 Okno katalogowe programu Rational Rose pokazujące listę pakietów zawierających zaimplementowane standardy ISO [Na podstawie: raportów „Grupy Nordyckiej”]

Projekt „Grupy Nordyckiej” wykorzystuje wyniki prac NIMA w zakresie metadanych – główny diagram klas w innej formie [Na podstawie: raportów „Grupy Nordyckiej”]

W tym przypadku metadane to także model pojęciowy Projekt „Grupy Nordyckiej”: zapis modelu UML dotyczącego drogi przy pomocy XMI – języka: XML Metadata Interchange Język XMI może być wykorzystany jako XML-owy sposób zapisu modelu pojęciowego W tym przypadku metadane to także model pojęciowy dotyczący tych danych [Na podstawie: raportów „Grupy Nordyckiej”]

Technologie gridowe Mogą one rozwiązać wiele problemów dotyczących rozproszonego przetwarzania i udostępniania danych w infrastrukturze geoinformacyjnej Grid to zorganizowana i wydzielona struktura w internecie oparta na technologii WWW i przeznaczona do przetwarzania i przesyłania informacji Gridy znalazły zastosowanie głównie w łączeniu komputerów wielkiej mocy dla rozproszonego interoperacynego realizowania wspólnych zadań W takich przypadkach na pierwszym miejscu stawiana jest niezawodność współpracy i ochrona przed nieuprawnionym dostępem Rozwiązania technologiczne Gridów i ich zastosowania ilustrują projekty: UNICORE – system obsługi gridu z możliwością współpracy z innym DataGRID – projekt ukierunkowany bardziej na przesyłanie danych, niż na współdzielenie mocy obliczeniowej i innych zasobów technicznych główne zastosowanie w infrastrukturze geoinformacyjnej to przygotowanie danych („kuchnia za kulisami”)

Technologie gridowe na przykładzie UNICORE Okno programu do przygotowywania i monitorowania zadania w gridzie [Źródło: raport projektu UNICORE]

Schemat architektury UNICORE [Źródło: raport projektu UNICORE]

Technologie gridowe na przykładzie UNICORE: broker zasobów Compute Resource Broker NJS IDB UUDB ExpertBroker DWDLMExpert Other LocalResourceChecker UnicoreRC GlobusRC Translator OntologicalTranslator Ontology SimpleTranslator MDS GRAM TSI ICMExpert Look up static resources Look up configuration Verify delegated identities Delegate to application-domain expert code Delegate to Grid architecture-specific engine for local resource check Pass untranslatable resources to Unicore resource checker Look up resources Look up dynamic resources Delegate resource domain translation Look up translations appropriate to target Globus resource schema Broker hosted in NJS To outside world Get back set of resource filters and set of untranslatable resources TicketManager Get signed ticket (contract) Look up signing identity Objaśnienia: Komponent UNICORE Broker EUROGRID - dziedziczenie Broker GRIP Komponent GLOBUS [Źródło: raport projektu UNICORE]

Technologie gridowe na przykładzie UNICORE Przykład aplikacji: MeteoGRID [Źródło: raport projektu UNICORE]

Europejski projekt badawczy DataGRID Celem tego projektu jest zbudowanie infrastruktury komputerowej nowej generacji umożliwiającej dokonywanie obliczeń i analiz w oparciu o wielkoskalowe bazy danych – od setek tetrabajtów do petabajtów. Infrastruktura ta jest dedykowana rozproszonym środowiskom badawczym. Wiele rozwiązań technologicznych zastosowanych do DataGRID może być bezpośrednio zastosowane w infrastrukturze geoinformacyjnej bez rozróżniania jakiego poziomu ma dotyczyć. [Źródło: raport projektu DataGRID]

Projekt DataGRID: monitorowanie stanu połączeń i pracy węzłów [Źródło: raport projektu DataGRID]

Przykład aplikacji DataGRID dla geoinformacji Europejska Agencja Kosmiczna – satelitarne pomiary zawartości ozonu w atmosferze [Źródło: raport projektu DataGRID]