1 Τυποποίηση Ανταλλαγή δεδομένων Διαλειτουργικότητα Μαρίνος Κάβουρας ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

2 ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ  Database Integration  Διαλειτουργικότητα (Interoperability)  Τυποποίηση

3 Νέες αρχιτεκτονικές GIS Νέες αρχιτεκτονικές GIS (Glover, 1997) Custom implementation Spatially enabled technology -- Buffer zones, Spatial query, Map presentation, etc. Data access -- Remote, multi-user access G eographic Data -- Data store containing spatial records S ystems S ystems I nformation GG ISIS

4 Amtliches Topographisch-Kartographisches Informationssystem (ATKIS) BS 7666: Spatial Data Sets for Geographical Referencing CEN TC287 European Norms for Geographic Information Data Interchange Standard for Cadastral Mapping (DFT) Digital and Electronic Maps Transfer Standard (DEMTS) Digital Geographic Information Exchange Standards (DIGEST / VPF) Exchange de Donnιes Informatisιes Gιographiques (EDIGιO) FGDC Metadata standard (ΗΠΑ) Geographic Data File (GDF) Geographic Tag Image File Format (GeoTIFF) IHO Transfer Standard for Digital Hydrographic Data (IHO DX-90) Υφιστάμενα Πρότυπα Ανταλλαγής Γεωγραφικών Δεδομένων

5 (.....και άλλα....) INTERLIS Data Exchange Mechanism for LIS International Terrestrial Reference Frame (ITRF) ISO 6709: Standard representation of latitude, longitude and altitude ISO 8211: Specification for a data descriptive file for information interchange ISO 15046: Geographic information Israel Exchange Format (IEF91) JHS : EDI-based information services for geographic data National Standard for the Exchange of Digital Geo-referenced Information (NES) Neutral Transfer Format (NTF) Norma de Intercambio de Cartografia Catastral (NICCa) Norma de Transferencia de Informacion Geografica (NOTIGEO) Open Geodata Interoperability Specification (OGIS) ON-A2260/1: Interface for Digital Exchange of Geographic-Geometric Data Spatial Archive and Interchange Format (SAIF) Spatial Data Transfer Standard (SDTS) Standard Procedure and Data Format for Digital Mapping (SPDFDM)

6 ISO/TC 211 Σύγχρονες Τάσεις Τυποποίησης CEN/TC 287 Committee CEN/TC 287 GEOGRAPHIC INFORMATION Committee CEN/TC 287 GEOGRAPHIC INFORMATION Open GIS ISO/TC 211 Geographic Information/Geomatics

7 Ανάγκη για: απαλλαγή του χρήστη από την περίπλοκη, χρονοβόρα και πολυδάπανη διαδικασία της συλλογής δεδομένων χρήση δεδομένων από υπάρχουσες πηγές- αξιοποίηση της αυξανόμενης διάθεσης χωρικών δεδομένων συνένωση χωρικών δεδομένων που δημιουργήθηκαν ανεξάρτητα από διαφορετικούς φορείς

8 Διαλειτουργικότητα ΣΓΠ Ικανότητα δύο ή περισσότερων ΣΓΠ για ανταλλαγή και αμοιβαία χρήση χωρικών δεδομένων. [ «ανοικτότητα» (openness) [ ελεύθερη ανταλλαγή δεδομένων (free data exchange) [ κοινή αλληλεπίδραση των χρηστών (commonality in user interaction) [ απλοποίηση (simplification) [ διαφάνεια (transparency) [ ομοιότητα (similarity)

9 Διαλειτουργικότητα σημαίνει: [ «Ανοικτότητα» (openness) όσον αφορά τη βιομηχανία λογισμικού, δηλαδή την ελεύθερη δημοσίευση των εσωτερικών δομών των δεδομένων (Open GIS Consortium). [ Eλεύθερη ανταλλαγή (exchange) δεδομένων, αφού κάθε σύστημα θα γνωρίζει τη μορφή των δεδομένων των άλλων συστημάτων - πρότυπα ανταλλαγής (π.χ., SDTS). [ Κοινή αλληλεπίδραση των χρηστών (commonality in user interaction).

10 [ Απλοποίηση (simplification) στις μορφές των δεδομένων και στα πρότυπα, στην αλληλεπίδραση μεταξύ του χρήστη και του συστήματος, στη γνώση που απαιτείται από το χρήστη. [ Διαφάνεια (transparency), δηλαδή αποδέσμευση του χρήστη από τις λεπτομέρειες υλοποίησης. [ Ομοιότητα (similarity), δηλαδή ο βαθμός στον οποίο τα σύνολα δεδομένων, τα συστήματα λογισμικού ή οι οργανισμοί χρησιμοποιούν το ίδιο λεξιλόγιο, ακολουθούν τις ίδιες συμβάσεις και επομένως μπορούν να διαλειτουργούν. Διαλειτουργικότητα σημαίνει:

11 Προβλήματα ανταλλαγής δεδομένων Πολιτικά, θεσμικά, οικονομικά Τεχνικά: αρχιτεκτονική συστημάτων (system architecture) μοντελοποίηση δεδομένων (data modeling)

12 Συστήματα Πολλαπλών Βάσεων Δεδομένων Ομοιογενή (homogeneous), αν το ίδιο σύστημα λογισμικού διαχειρίζεται τις επιμέρους Βάσεις Δεδομένων. Ομοσπονδιακά (federated), αν διατηρείται η αυτονομία των επιμέρους Βάσεων Δεδομένων.

13 Αρχιτεκτονική ενός Ομοσπονδιακού Συστήματος Βάσεων Δεδομένων (Sheth and Larson, 1990) Εξωτερικό Σχήμα Ομοσπονδιακό Σχήμα Εξαγόμενο Σχήμα Σύνθετο Σχήμα Τοπικό Σχήμα ΒΔ

14 Φάσεις της ενοποίησης Β.Δ. 1.Προετοιμασία των σχημάτων: προπαρασκευαστικές ενέργειες σύγκλησης σε μια ενιαία μορφή. 2.Ανίχνευση αντιστοιχιών: προσδιορισμός και περιγραφή των συσχετίσεων μεταξύ των σχημάτων και μεταξύ των αντικειμένων 3.Ενοποίηση: επίλυση αντιθέσεων-δημιουργία ενοποιημένου σχήματος.

15 Επίπεδα Διαλειτουργικότητας Bishr, 1998 Πρωτόκολλα Δικτύων Πρωτόκολλα Δικτύων Hardware & OS Αρχεία Χωρικών Δεδομένων ΣΔΒΔ Μοντέλο Δεδομένων Σύστημα ΑΣύστημα Β Σημασιολογία Αρχεία Χωρικών Δεδομένων Hardware & OS ΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑ Μοντελοποίηση δεδομένων Αρχιτεκτονική συστημάτων

16 Πρωτόκολλα Δικτύων ΣΔΒΔ Μοντέλο Δεδομένων Σημασιολογία Αρχεία Χωρικών Δεδομένων Hardware & OS ΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑΔΙΑΛΕΙΤΟΥΡΓΙΟΤΗΤΑ Επικοινωνία μεταξύ απομακρυσμένων ΣΓΠ χωρίς προηγούμενη γνώση των υποκείμενων σημασιολογιών τους. παροχή ενός μοναδικού γενικού μοντέλου δεδομένων μέσω του οποίου οι χρήστες θέτουν ερωτήσεις σε απομακρυσμένες βάσεις δεδομένων-απαιτείται γνώση των σημασιολογιών των απομακρυσμένων Β.Δ. σύνδεση με απομακρυσμένα ΣΓΠ-οι ερωτήσεις γίνονται στην τοπική γλώσσα ερωτήσεων που χρησιμοποιεί κάθε χρήστης- απαιτείται γνώση των μοντέλων δεδομένων και των σημασιολογιών των ΣΓΠ. Το σύστημα αυτόματα αναγνωρίζει και μετατρέπει τα αρχεία στη μορφή που χρησιμοποιεί ο χρήστης-απαιτείται γνώση των δεδομένων που υπάρχουν στην πηγή, όμως η διερεύνηση γίνεται χρησιμοποιώντας τη γλώσσα ερωτήσεων και το διαλογικό περιβάλλον της πηγής. Σύνδεση με ένα host- αλληλεπίδραση ανεξάρτητα από λειτουργικό του σύστημα (π.χ. πρωτόκολλο FTP). Επικοινωνία με το απομακρυσμένο ΣΓΠ χωρίς άμεση υπηρεσία-απαιτείται γνώση του λειτουργικού συστήματος με το οποίο επικοινωνεί ο χρήστης (π.χ., ΤΕLNET).

17 Είδη Ετερογένειας Συντακτική Ετερογένεια (Syntactic Heterogeneity) Σχηματική Ετερογένεια (Schematic Heterogeneity) Σημασιολογική Ετερογένεια (Semantic Heterogeneity)

18 Συντακτική Ετερογένεια παρουσιάζεται σε ΣΔΒΔ που χρησιμοποιούν διαφορετικά λογικά μοντέλα δεδομένων (π.χ., σχεσιακά και αντικειμενοστραφή). Η συντακτική ετερογένεια σχετίζεται και με τις διαφορετικές γεωμετρικές αναπαραστάσεις των γεωγραφικών αντικειμένων, π.χ., αναπαραστάσεις raster και vector.

19 Σχηματική Ετερογένεια διαφορετικά εννοιολογικά μοντέλα δεδομένων λόγω διαφορετικών τρόπων ταξινόμησης των πραγματικών οντοτήτων: 1.Οντότητα-Οντότητα (σχέσεις 1:M και Ν:M, ελλιπή χαρακτηριστικά, διαφορετικοί περιορισμοί). 2.Χαρακτηριστικό-Χαρακτηριστικό (σχέσεις 1:M και Ν:M, διαφορετικά πεδία τιμών). 3.Οντότητα-Χαρακτηριστικό, όταν τα αντικείμενα μιας Β.Δ. θεωρούνται ιδιότητες σε μια άλλη Β.Δ. 4.Διαφορετικές αναπαραστάσεις των ίδιων δεδομένων, π.χ., διαφορετικές μονάδες, διαφορετική χωρική ανάλυση.

20 Σημασιολογική Ετερογένεια διαφορές στο νόημα, στην ερμηνεία ή στην προτεινόμενη χρήση των ίδιων ή σχετιζόμενων δεδομένων 1.γνωστική ετερογένεια διαφορετικές αντιλήψεις του χώρου π.χ. διαφορετικοί ορισμοί κατηγοριών, διαφορετική γεωμετρική περιγραφή. 2. ονομαστική ετερογένεια (ομώνυμα και συνώνυμα).

21 Δραστηριότητες για τη Διαλειτουργικότητα Πρότυπα Digest, SDTS, ISO/TC211 Μεταδεδομένα και κατάλογοι Clearinghouse: Delta-X, NSDI, Z39.50 GEO, InfoHarness Μοντελοποίηση χωρικών δεδομένων OGIS, FDS, Geographic OLE from ESRI and Intergraph’s Geomedia, FME from Safe Software Ορισμός διαισθητικών μοντέλων και διαλειτουργικότητα Naïve Geography, Initiative 21 (NCGIA)

22 Προσπάθειες προς τη διαλειτουργικότητα Open GIS Consortium ( A Technology Development Overview of OpenGIS: GIPSIE (GIS Interoperability Project Stimulating the Industry in Europe) stimulates the European GI communities' involvement in the worldwide OpenGIS® specification process and thus increases the European GIS industry's competitiveness: preANVIL (A Networked Virtual Interoperability Laboratory) preANVIL is a project to help define the way forward toward the creation of A Networked Virtual Interoperability Laboratory (ANVIL). preANVIL consists of two main components: a "technology watch" component and a communication component.

23 Open Geodata Interoperability Specification «Παρέχουν το πλαίσιο αναφοράς για την ανάπτυξη λογισμικού που θα επιτρέπει στους χρήστες την πρόσβαση και επεξεργασία γεωγραφικών δεδομένων από διάφορες πηγές με ένα γενικό υπολογιστικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης σε μια «ανοιχτή» τεχνολογία πληροφοριών». Specify technology that will enable an application developer to use any geodata and any geoprocessing function or process available on “the net” within a single environment and a single workflow. From The OpenGISTM Guide Specify technology that will enable an application developer to use any geodata and any geoprocessing function or process available on “the net” within a single environment and a single workflow. From The OpenGISTM Guide

24 1. Open Geodata Model (OGM): ορίζει ένα γενικό, κοινό σύνολο βασικών γεωγραφικών τύπων που χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση πιο συγκεκριμένων εφαρμογών-χρησιμοποιεί αντικειμενοστραφείς και/ή συμβατικές μεθόδους προγραμματισμού. 2. OGIS Services Model: αποτελεί ένα κοινό μοντέλο προδιαγραφών για την παροχή υπηρεσιών πρόσβασης, διαχείρισης, αναπαράστασης και ανταλλαγής γεωγραφικών δεδομένων μεταξύ διαφορετικών κοινοτήτων πληροφοριών. 3. Information Communities Model: αποτελεί πλαίσιο αναφοράς του OGM και του OGIS Services Model για την επίλυση τεχνικών και θεσμικών προβλημάτων διαλειτουργικότητας. Open Geodata Interoperability Specification

25 Working environment:s: OLE/COM CORBA JAVA SOAP (Simple Object Application Protocol) For web based services, we identify three environment: Active X Plug-ins Pure web: C++ on server side. It is difficult to embrace interoperability without speaking about data quality, semantic/ontology and data modelling. Τεχνολογίες

26 Introductory readings Interoperating GISs Report of a Specialist Meeting Held under the Auspices of the Varenius Project Panel on Computational Implementations of Geographic Concepts The 1996 UCGIS white paper on interoperability paper5.html

27 Geographic Information Sharing and Reuse Plethora of diverse standards and terminologies ONTOLOGY to facilitate information sharing and reuse? Problem: must be consistent with: distinctive characteristics of geographic space human cognition and abstraction of geographic phenomena general philosophical framework

28 Σημασιολογική Διαλειτουργικότητα Οι κύριες αιτίες της σημασιολογικής ετερογένειας είναι οι διαφορές στην αντίληψη των γεωγραφικών πληροφοριών σε συνδυασμό με την πολυπλοκότητά τους. Οι διαφορετικές γεωγραφικές κατηγοριοποιήσεις προκαλούν σημασιολογικά προβλήματα κατά την ενοποίηση διαφορετικών εφαρμογών.

29 Δίκτυα Χωρικών Εννοιών Δύο στόχους: 1.Τυποποίηση γεωγραφικών κατηγοριών και σχέσεων. 2.Ενοποίηση γεωγραφικών κατηγοριοποιήσεων που διαφέρουν ως προς το θέμα και τη θεματική ανάλυση. 3. Δημιουργία μιας βάσης δεδομένων πολλαπλών κλιμάκων και πολλαπλών θεμάτων.

30 Εφαρμογή Τρεις κατηγοριοποιήσεις: CORINE Land Cover nomenclature (κλίμακα 1:1,000,000-1:100,000). DIGEST nomenclature for geographic objects. Ταξινόμηση χρήσεων γης του ΟΚΧΕ (κλίμακα 1:1,000-1:5,000).

31 equivalence relation subtype-supertype relation (generalization/specialization) associative relation (relatedness) Types of relations between different categories Concepts in one categorization may be subtypes, supertypes or siblings of the related concepts in another categorization.

32 Ανάλυση των κατηγοριών Industrial, commercial and transport units Technical and transport infrastructures Industrial or commercial units Technical Infrastructures CORINE Land CoverCLUSTERS Transport – επίλυση ονομαστικής ετερογένειας (ομώνυμα, συνώνυμα) – προσδιορισμός ισοδύναμων κατηγοριών – ανάλυση επικαλυπτόμενων κατηγοριών.

33 Ενοποιημένο Σχήμα

34 Geographic Ontology Browser MS – Windows. SQL Database ActiveX control Web Interface ASP connection Java applet Η ανάπτυξη του λογισμικού πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον MS – Windows. Χρησιμοποιεί μία SQL Database για την αποθήκευση των δεδομένων και ένα ActiveX control για την απεικόνιση του δέντρου. Η εφαρμογή συμπληρώνεται από ένα Web Interface, που δίνει στο χρήστη του διαδικτύου την ικανότητα να βλέπει και να κάνει τοπολογικά queries στα δέντρα σε πραγματικό χρόνο, καθώς αυτά κατασκευάζονται ή τροποποιούνται. Οι σελίδες χρησιμοποιούν σύνδεση ASP με τη βάση του προγράμματος και ένα Java applet για την απεικόνιση του δέντρου.

35

36

37 Geographic Markup Language (GML) Η GML είναι μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε από τον οργανισμό Open GIS Consortium με σκοπό την αποθήκευση αλλά και ανταλλαγή γεωγραφικής πληροφορίας μέσω της XML. Η πληροφορία που ανταλλάσσεται μέσω της GML αφορά τόσο τη γεωμετρία, όσο και τις άλλες ιδιότητες των γεωγραφικών αντικειμένων.

38 Απλά αντικείμενα Η GML μέχρι στιγμής έχει να κάνει με την XML κωδικοποίηση των λεγόμενων «απλών αντικειμένων» τα οποία ορίζονται από το Open GIS Consortium ως δισδιάστατα αντικείμενα που αναπαριστάνουν φαινόμενα του πραγματικού κόσμου που έχουν τόσο χωρικά όσο και μη χωρικά attributes.

39 Χρησιμοποιούμενο Γεωμετρικό Μοντέλο

40 1. Geometry Collection Ένα αντικείμενο τύπου Geometry Collection αποτελείται από μια συλλογή ενός ή περισσοτέρων γεωμετρικών αντικειμένων. 2. Point Ένα αντικείμενο τύπου Point είναι ένα γεωμετρικό αντικείμενο μηδενικής διάστασης που αναπαριστάνει μια μοναδική και συγκεκριμένη θέση του χώρου συντεταγμένων και το οποίο χαρακτηρίζεται από τη x και y συντεταγμένη του.

41 3. MultiPoint Ένα αντικείμενο τύπου MultiPoint αποτελεί μια γεωμετρική συλλογή αντικειμένων μηδενικής διάστασης. - Είναι απλό αν δεν περιέχει δύο ακριβώς ίδια αντικείμενα τύπου Point.

42 4. Curve Ένα αντικείμενο τύπου Curve είναι ένα γεωμετρικό αντικείμενο μιας διάστασης που συνήθως αποθηκεύεται ως μια ακολουθία από αντικείμενα Point. - Είναι απλό αν η ακολουθία των Point από την οποία αποτελείται δεν περιέχει το ίδιο Point παραπάνω από μία φορές. - Είναι κλειστό αν το αρχικό και το τελικό σημείο της ακολουθίας αυτής ταυτίζονται. - Όταν είναι ταυτόχρονα και απλό και κλειστό είναι ένα Ring.

43 5. LineString, Line και LinearRing Όλα τα αντικείμενα αυτών των τύπων είναι και αντικείμενα τύπου Curve. Συγκεκριμένα : α) Ένα LineString είναι ένα αντικείμενο τύπου Curve του οποίου κάθε συνεχόμενο ζεύγος Points ορίζει μια γραμμή. β) Ένα Line είναι ένα LineString με ακριβώς δύο αντικείμενα Point. γ) Ένα LinearRing είναι ένα LineString που είναι ταυτόχρονα απλό και κλειστό.

44 6. MultiCurve Ένα αντικείμενο τύπου MultiCurve είναι ένα αντικείμενο Geometry Collection μιας διάστασης του οποίου όλα τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται είναι αντικείμενα τύπου Curve. 7. MultiLineString Ένα αντικείμενο τύπου MultiLineString είναι ένα αντικείμενο τύπου MultiCurve του οποίου τα στοιχεία είναι αντικείμενα τύπου LineString.

45 8. Polygon Ένα αντικείμενο τύπου Polygon είναι μια επίπεδη επιφάνεια που ορίζεται από ένα εξωτερικό όριο και από μηδέν ή περισσότερα εσωτερικά, όπου κάθε εσωτερικό όριο ενός Polygon ορίζει μία τρύπα σε αυτό. 9. MultiPolygon Ένα αντικείμενο τύπου MultiPolygon είναι ένα αντικείμενο τύπου MultiSurface του οποίου τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται είναι Polygons.

46 Γραφική Απεικόνιση GML δεδομένων Έννοια «Συλλογή Αντικειμένων» : μια συλλογή απλών αντικειμένων που περιγράφονται από τα χωρικά και μη χωρικά τους attributes και για τα οποία υπάρχει και ένα σύνολο μεταδεδομένων. - Όταν ανταλλάσσονται GML δεδομένα μέσω του Διαδικτύου τότε τα δεδομένα αυτά μεταδίδονται με τη μορφή Συλλογών Αντικειμένων.

47 Η κωδικοποίηση ενός απλού αντικειμένου δεν σχετίζεται αλλά και δεν επηρεάζεται καθόλου από τον τρόπο με τον οποίο θα απεικονισθεί αυτό το αντικείμενο σε ένα GIS πακέτο ή ακόμη και σε έναν χάρτη.

48 Για τη δημιουργία ενός χάρτη που να περιέχει αντικείμενα του πραγματικού κόσμου που κωδικοποιούνται μέσω της GML είναι απαραίτητη η μετατροπή της GML κωδικοποίησης σε κάποιο κατάλληλο format γραφικών. Αυτό είναι δυνατό να επιτευχθεί μέσω του μετασχηματισμού των XML κωδικοποιημένων απλών αντικειμένων σε XML κωδικοποιημένα γραφικά αντικείμενα τύπου SVG (Scalable Vector Graphics), VML (Vector Markup Language) ή VRML (Virtual Reality Markup Language).

49 Με τον τρόπο επιτυγχάνεται : - ένα είδος ανεξαρτησίας της GML από οποιοδήποτε συγκεκριμένο πρότυπο γραφικής απεικόνισης. - χρησιμοποίηση της GML αποκλειστικά για την αποθήκευση και μετάδοση δεδομένων. - από ένα αρχείο GML να προκύψουν πολλές διαφορετικές γραφικές αναπαραστάσεις της ίδιας γεωγραφικής πληροφορίας.

50 GML κωδικοποίηση της γεωμετρικής πληροφορίας - το πιο στοιχειώδες γεωμετρικό στοιχείο είναι η Λίστα Συντεταγμένων που δεν είναι τίποτε άλλο από μια λίστα ζευγών συντεταγμένων. - Όλα τα υπόλοιπα γεωμετρικά στοιχεία (συμπεριλαμβανομένων των Points, Line Strings, Linear Rings, Polygons, Multi Lines και Multi Polygons) κατασκευάζονται από Λίστες Συντεταγμένων. - Κάθε GML γεωμετρικό στοιχείο επιβάλλεται να διαθέτει τα απαιτούμενα attributes name και srsName (Spatial Reference System Name).

51 Παραδείγματα α) Λίστα συντεταγμένων 1.03, , , ,2.3 β) Point ,189.78

52 γ) LineString 0.0, , , ,3.01 δ) Polygons 0.0, , , ,0.0