ü поисковые,
ü визуализационные
ü гибридные визуализационно-поисковые.
Фундамент геопорталов составляют его функциональные возможности. За основу их перечня может быть взята IV глава Директивы INSPIRE [13, 14], где сетевые сервисы (или Web-службы) для наборов пространственных данных и связанных с ними услуг объединены в пять групп:
— поисковые сервисы, позволяющие искать наборы пространственных данных и геосервисы на основе соответствующих метаданных и отображать содержание метаданных;
— сервисы визуализации, предоставляющие, как минимум, возможности просмотра данных, навигации по изображениям, их скроллинга, масштабирования и графического оверлея данных, а также отображения легенд карт и соответствующей информации, содержащейся в метаданных;
— сервисы для скачивания информации, позволяющие копировать наборы пространственных данных или их фрагменты и, по возможности, обеспечивающие прямой доступ к данным;
— сервисы преобразования данных, дающие возможность трансформировать наборы пространственных данных с целью обеспечения их интероперабельности;
— сервисы для вызова других (удаленных) сервисов.
Все перечисленные сервисы должны учитывать требования пользователей и обеспечивать простоту эксплуатации, доступ через сеть Интернет или другие телекоммуникационные средства. Однако это минимальный набор функций, который в существующих реализациях обычно расширен и дополнен сервисами онлайновой регистрации данных в службах каталогов метаданных, проводки электронных платежей и т. д.
Рассмотрим наиболее важные для нас функции геопорталов — поисковые и картографической визуализации данных — на основе анализа нескольких зарубежных национальных геопорталов.
В упоминавшейся Директиве INSPIRE определен минимальный набор критериев поиска. Среди них поиск:
— по ключевым словам;
— по классификаторам пространственных данных и услуг;
— по качеству и достоверности пространственных данных;
— по степени соответствия поисковому запросу;
— по пространственному охвату;
— по условиям, устанавливающим правила доступа и использования пространственных данных и геосервисов;
— по названиям административных органов, ответственных за создание, управление, обслуживание и распространение наборов пространственных данных и работу геосервисов.
В качестве важных критериев поиска следует также отметить временной охват и возможность поиска данных с использованием инструментария Web-карты, которая, в отличие от специализированных клиентских приложений, называемых «геобраузерами» (типа браузера Google Earth), встроена в браузер общего назначения.
Для иллюстрации функций поиска можно обратиться к национальному геопорталу GeoPortal.Bund ИПД ФРГ GDI-DE (https://geoportal.bkg.bund.de). Посетителям геопортала на стартовой странице (рис. 1) предлагается воспользоваться услугами двух сервисов, составляющих основу функциональных возможностей геопорталов, т. е. визуализационного и поискового (Geodatensuche) c разделением на возможности простого поиска (Einfache Suche), расширенного поиска (Erweiterte Suche), а также обратившись за помощью к сотрудникам геопортала (Assistent).
Рис. 1. Рис. 1. Поисковый сервис геопортала GeoPortal.Bund
|
Функции поиска основаны на метаописании наборов данных. Метаданные могут готовиться на рабочих местах поставщиков данных, публиковаться или регистрироваться непосредственно на геопортале — это функция системы или подсистемы управления метаданными, включающей базу метаданных. Именно с их помощью пользователю доступен поиск данных, удовлетворяющих его требованиям. Достаточно сформулировать запрос на поиск данных в терминах языка описания метаданных (элементов их содержания), и поисковая машина обработает его и выдаст из баз метаданных сведения о тех информационных продуктах, которые удовлетворяют запросу. После этого потенциальный потребитель сможет их оценить более точно, загрузить непосредственно с геопортала или связаться с поставщиком по контактным адресам и получить желаемое на тех или иных условиях, что тоже предусмотрено в метаописании продукта.
Данные должны быть описаны строго в соответствии с определенными нормами и правилами, зафиксированными в национальных и международных стандартах. В такой стандартизации одинаково заинтересованы как производители, так и пользователи. Первый из известных стандартов на содержание метаданных — стандарт, разработанный Федеральным агентством по географическим данным США (FGDC) еще в 1992 г. — Content Standard for Digital Geospatial Metadata. Другой стандарт на метаданные, который используется повсеместно, постепенно вытесняя более ранние национальные стандарты, — международный стандарт ISO 19115: Geographic Information — Metadata. В 2005 г. в России был создан одноименный национальный профиль в виде стандарта ГОСТ Р 52573–2006 «Географическая информация. Метаданные». Стандарт был утвержден в середине 2006 г. и вступил в силу с 1 января 2007 г. Он известен в нескольких реализациях, включая академический профиль «ГеоМЕТА» [10]. На основе ГОСТ Р 52573–2006 созданы подсистема управления метаданными в составе Банка пространственных данных Уральского федерального округа [15] и картографический портал ФГУП «Госгисцентр» (https://www.ggc.ru).
Картографическая визуализация данных, которая должна поддерживаться средствами Web-картографирования геопортала, определяется выбором способа картографического изображения, функциями управления им, легендой, а также функциями манипулирования изображением и проектированием легенды. Обычно используются 12 традиционных способов картографического изображения, однако, как будет показано ниже, далеко не все из них реализованы в средствах ГИС и, тем более, в инструментарии Web-картографирования.
Говоря о функциях управления изображением, будем понимать под ним окно, разделенное на несколько частей (рис. 2). Главная из них — собственно картографическое изображение, ограниченное рамкой того или иного вида. Рядом, как правило, размещают легенду и/или перечень слоев (наборов) данных. Иногда легенда может вызываться в отдельном окне, а иногда, в случаях «безлегендных» карт или ортофотоизображений, вообще отсутствовать. В верхней части изображения обычно располагают линейку инструментов, на свободном пространстве — дополнительные элементы: окна текущих значений координат и масштаба (или окно задания масштаба), окно с дополнительной идентификационной информацией и т. д. По умолчанию в окне появляется наиболее востребованный аудиторией сюжет (чаще всего набор базовых пространственных данных).
Рис. 2. Типичный интерфейс пользователя и дизайн картографического изображения (визуализатор MapViewer в составе геопортала Geospatial One-Stop ИПД США NSDI)
|
Среди функций управления изображением следует выделить следующие:
— масштабирование, достигаемое использованием «лупы», введением точного значения масштаба или его выбором из фиксированного списка, а также очерчиванием интересующего участка прямоугольной рамкой или переходом к наперед заданному изображению из выпадающего списка (штату США, субъекту РФ и т. п.);
— перемещение изображения в пределах рамки (скроллинг, прокрутка);
— центрирование изображения относительно выбранной точки;
— выделение фрагмента изображения;
— получение информации об объекте;
— изменение размеров окна картографического изображения;
— компоновка финального картографического изображения, сохранение в растровом формате и печать.
О наличии тех или иных возможностей управления изображениями можно судить по результатам анализа пяти национальных геопорталов зарубежных ИПД (таблица).
Таблица. Функции визуализации геопорталов [5]
|
Анализируя графический облик Web-карт, можно прийти к выводу, что они по своему дизайну мало чем отличаются от традиционных. Программное средство Web-картографирования должно поддерживать все или почти все способы картографического изображения из числа 12 известных. Рис. 3 иллюстрирует возможности применения тех или иных способов, а также их сочетаний.
Рис. 3. Реализация традиционных способов картографического изображения на геопорталах: а — горизонтали в сочетании со светотеневой отмывкой рельефа; б — картограмма; в — качественный фон в сочетании с линейными знаками и значками; г — качественный фон и горизонтали; д — масштабные значки на фоне географической основы; е — значки и количественный фон
|
Приведем два примера, показывающих, как организована визуализация статистических данных на геопорталах и сайтах с функциями Web-картографирования.
Первый пример — хорошо проработанный с картографической точки зрения интерактивный Региональный статистический атлас ФРГ (Interaktiver Atlas zur Regionalstatistik), размещенный на сайте Статистической службы Германии (https://www.destatis.de/onlineatlas). Помимо красочного оформления карт и возможности смены цветовой шкалы, в атласе доступен выбор числа классов, а также способа классификации данных (метод равных классов или равных интервалов) вплоть до самостоятельного введения пограничных значений классов. Имеются возможности масштабирования и навигации по карте, получения дополнительной информации, построения вспомогательных графиков. В качестве базовых картографических слоев выступают границы федеральных земель и их административные центры, гидрографическая сеть и отмывка рельефа (рис. 4).
Рис. 4. Карта плотности населения Германии в 2005 г.
|
Второй пример — Национальный атлас США (https://nationalatlas.gov), являющийся составной частью ИПД США NSDI. Посетителям сайта предлагается несколько возможностей работы с картографической информацией: создать собственную карту для печати и обозрения, распечатать подготовленные карты, просмотреть динамические геоизображения, а также загрузить данные для использования в «настольных» ГИС-приложениях. В разделе «Население» содержатся карты плотности населения, половозрастной структуры, а также этнических групп (доля той или иной национальности в общей численности населения в пределах единицы картографирования) за три переписных года: 1980, 1990 и 2000. Имеются возможности масштабирования, просмотра дополнительной информации при нажатии на интересующий объект, перехода в режим просмотра легенды к карте, а также поиска (в основном по административно-территориальным единицам, городам). К тематическому слою можно добавить элементы картографической основы (гидрографическая и транспортная сети, границы и населенные пункты, их географические названия). Используется один способ картографического изображения — картограмма (рис. 5). Кроме того, имеется возможность бесплатной загрузки данных по всем разделам, представленным в атласе, для их дальнейшего использования.
Рис. 5. Карта из Национального атласа США
|
Нетрудно заметить, что язык картографической графики в приведенных примерах достаточно беден, это общее свойство и недостаток практически всех систем Web-картографирования на геопорталах. Прежде всего, это касается способов картодиаграмм, локализованных диаграмм и структурных значков, выражаемых графически диаграммными фигурами со сложной структурой.
Приведенные примеры выбраны нами из необозримого множества сайтов, порталов и геопорталов с функциями Web-картографирования отнюдь не случайно. Далее речь пойдет о реализации подобных Web-сервисов применительно к задаче статистического картографирования, а именно к методике картографирования населения, т.е. к проектированию и составлению карт демографических и миграционных особенностей населения России на основе геопортальных технологических решений.
Демографические характеристики населения как предмет информационного моделирования
Предметная область информационного моделирования — география населения — предполагает комплексное картографическое отображение его демографических характеристик, основанное на разработанной авторами классификации демографических карт, соответствующей общенаучным принципам классификации (рис. 6).
Рис. 6. Классификация демографических карт
|
Вначале были выделены две крупные группы карт: общих демографических характеристик, комплексно описывающих демографические процессы в стране (регионе), и демографических компонентов, за счет которых происходит формирование населения (численность и структура), а также изменение его характеристик во времени и пространстве. Карты общих демографических характеристик в свою очередь тоже делятся на две группы — карты численности населения и его структуры, а также динамики населения. Демографический рост или убыль населения происходят за счет процессов его естественного и механического движения. Группы карт, отражающие эти явления, формируют блок карт демографических компонентов. Воспроизводство населения обусловлено соотношением показателей рождаемости и смертности, а также здоровья населения. Механическое движение населения происходит за счет разнообразных по направлению, причинам, целям, временному интервалу миграционных потоков. Эти обстоятельства позволяют предложить деление карт демографических компонентов на карты естественного движения (с разделением на карты рождаемости, смертности и здоровья) и карты миграции населения. Комплексирование и синтез исходных аналитических (чаще всего массовых статистических) данных позволяет строить оценочные и типологические карты, а также карты районирования, которые исключительно важны при комплексном изучении демографических процессов с целью принятия научно обоснованных управленческих решений в сфере регулирования демографических и миграционных процессов.