Разработка и реализация формальных онтологий пространственных данных и сервисов

Динь Ле Дат

Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Разработка и реализация формальных онтологий пространственных данных и сервисов

кандидата физико-математических наук: Динь Ле Дат
город: Москва
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.13.11
цена: 450 рублей

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Разработка и реализация формальных онтологий пространственных данных и сервисов»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и реализация формальных онтологий пространственных данных и сервисов"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени М.В. Ломоносова Факультет Вычислительной Математики и Кибернетики

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ФОРМАЛЬНЫХ ОНТОЛОГИЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ И СЕРВИСОВ

Специальность 05.13.11 -математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

Динь Ле Дат

1111111111111111111 ПНИ

003168583

Москва-2008

Работа выполнена на кафедре Системного программирования факультета вычислительной математики и кибернетики Московского Государственного Университета им. М.В .Ломоносова

Научный руководитель1

Официальные оппоненты-

доктор физ.-мат. наук, профессор Серебряков Владимир Алексеевич

доктор физ -мат наук, профессор Соловьев Сергей Юрьевич

кандидат географических наук Кошкарев Александр Владимирович

Ведущая организация:

Дальневосточный геологический институт Дальневосточного отделения РАН

Защита диссертации состоится «04» апреля 2008 года в 11 00 час. на заседании диссертационного совета Д 501 001 44 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ, 2-й учебный корпус, факультет ВМК, аудитория 685.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета ВМК МГУ С текстом автореферата можно ознакомиться на официальном сайте ВМиК МГУ им М.В. Ломоносова http.//www.cmc.msu ru в разделе «Наука» - «Работа диссертационных советов» - «Д 501.001.44»

Автореферат разослан «04» марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

З^Ь^п Н. П. Трифонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Эффективность использования геоинформационных систем (ГИС) и технологий в различных сферах трудовой деятельности человека определяется прежде всего тем фактом, что более 80% информации, с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку Поэтому на сегодняшний день не вызывает сомнения потребность в разработке многопользовательских многофункциональных Интернет-ГИС-приложений, которые, в свою очередь, ставят задачу совершенствования существующих и разработку новых подходов к сбору, хранению, обработке и распространению растущего объема пространственной информации и сервисов Более того, ГИС в последние несколько лет совершили значительное продвижение в направлениях распределенной работы, совместного использования ресурсов и пр При этом ввиду интеграции большого количества независимых информационных систем существенной проблемой является различная трактовка структуры и семантики информации в разных системах Данные могут относиться к различным предметным областям, в рамках одной иметь разные выражение и интерпретацию

Для тою, чтобы управлять процессами создания, хранения, обновления и обработки колоссального объема пространственных данных и услуг, необходимо формировать метаданные Однако достижения согласия по поводу одной единственной спецификации метаданных в мировом масштабе практически невозможно Несмотря на рекомендации ISO/TC211, FGDC и OGC на использование стандартов пространственных метаданных, на рынке пространственных данных и сервисов сложилось так, что почти в каждой стране создаются свои профили метаданных В итоге разные геоинформационные системы и каталоги поддерживают и рекомендуют свои профили метаданных В частности, с 1 января 2007г в России был введен в действие стандарт пространственных метаданных ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация Метаданные», который является профилем ISO 19115 - международного стандарта пространственных цифровых метаданных К сожалению, Российский стандарт не имеет полной совместимости с исходным международным стандартом, поэтому его необходимо откорректировать, чтобы не создавать новых технических барьеров В связи с этим, разработка или адаптация спецификации метаданных, которая бы помогла описать формат и содержание данных для достижения интероперабельности, является актуальной задачей нескольких инициативных групп, представляющих различные науки о Земле

Наиболее эффективным способом обеспечения согласованного информационного обмена в таких условиях является обеспечение так называемой семантической интероперабельности систем на основе стека технологий семантического веба (Semantic Web) RDF, RDFS, OWL Язык Web-онгологий OWL представляет развитые возможности для описания предметных областей взаимодействующих систем и дает машинно-интерпретируемые определения фундаментальных понятий в предметной области и отношениях между таковыми в онтологии

В рамках данного исследования анализируются международные и российские спецификации пространственных метаданных, лежащих в основе наиболее известных в мире инфраструктур пространственных данных (ИЦД) и предлагается простой, но в то же время достаточно полный профиль метаданных для пространственных данных и сервисов, ориентированный на максимальную совместимость, адаптируемость и расширяемость как для российских, так и для зарубежных поставщиков и потребителей геоинформационных ресурсов, что и привело к онтологическому подходу формирования метаданных

С другой стороны, основной целью проводимых исследований является создание в рамках Единого научного информационного пространства (ЕНИП) РАН геоинформационно-аналитической системы Web-портала (геопортал) «ГеоМЕТА», основанной на интеграции децентрализованно развиваемых пространственных ресурсов институтами, входящими в РАН, и запуск в работу онлайновых механизмов автоматического обмена пространственными метаданными между информационной системой РАН на базе ЕНИП РАН Следовательно, решение проблемы повышения качества программного обеспечения ГИС в рамках ЕНИП также обуславливает актуальность решаемой в диссертации научной задачи

Цель работы

Цель работы заключается в исследовании и разработке геоинформационно-аналитической системы интеграции распределенных неоднородных источников пространственных данных и сервисов на основе пространственных онтологий и решении проблемы семантической интероперабельности, а также задачи управления метаданными и совершенствования поиска, доступа и обмена в условиях растущих объемов пространственной информации и сервисов, предоставляемых многочисленными источниками геоинформации

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи 1 Разработать онтологию пространственных метаданных для каталогизации, сбора и поиска геоданных и сервисов совместимо с ISO 19115 2003, ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19119 2005 «Geographic information — Services»

2 Разработать онтологию, основанную на семантике существующих стандартов контента, таксономнях и ключевых словах в области наук о Земле

3 Расширить возможности описания геосервисов (метаданных услуг) за счет использования онтологии для придания значения контенту данных, улучшив тем самым семантическую функциональную совместимость

4 Создание и внедрение на практике геопортала и интеграции Web-ресурсов на основе разработанных онтологий для нахождения и обеспечения простого доступа к имеющимся распределенным пространственным данным и сервисам по стандартизованным протоколам (OGC, ISO/TC211 и W3C)

Объект исследования

Объектом исследования являются проблема достижения интеропера-бельносги, каталогизации и сбора метаданных пространственных ресурсов и технологии построения информационно-аналигических геопространственных Web-порталов

Предмет исследования

Предметом исследования являются подходы и методы использования семантических технологий в геопространственных Web-порталах для реализации информационных процессов на семантическом уровне

Методы исследования

В ходе диссертационного исследования были использованы модели и методы, основанные на методологии представления и обработки пространственно-распределенной информации в геоинформационных Интернет-системах, теории метаданных и теории моделей, объектно-ориентированных методах построения и программирования программных систем

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующем I Предложен новый подход к процессу разработки геоинформационных систем Новизна подхода, прежде всего, заключается в использовании онтологии пространственных метаданных В отличие от существующих методик, такой подход обеспечивает • описание свойств классов объектов предметной области на языке веб-онтологий OWL, дающий машинно-интерпретируемые определения фундаментальных понятий в предметной области

и отношениях между таковыми в онтологии, а не на языке программирования,

• уникальное представление информационных объектов, создаваемых на основе описаний URI, для всех подсистем ГИС, что значительно упрощает построения распределенных геоинформационных систем,

• упрощение процесса сопровождения ГИС, поскольку снижается вероятность необходимости изменения программного кода и структур баз данных при внесении изменений в иерархию классов предметной области

2 Предложена онтологическая модель данных для описания и организации многоуровневого хранилища, распределенных наборов пространственных данных, тематических слоев карт и геосервисов с развитыми средствами регистрирования, поиска и доступа к данным и сервисам, использующая предложенную автором онтологию пространственных метаданных Ее отличительными особенностями являются-

• совместимость с международным стандартом ISO 19115 2003 и одновременно полная совместимость с российским стандартом ГОСТ Р 52573-2006,

• совместимость с популярными международными стандартами, такими как стандарт FGDC-STD-001-1998 в Американской и Канадской ИПД, CEN prEN 12657 в Европейской INSPIRE и Французский ИПД, UK GEMINI vi 0 в ИПД Великобритании, ANZLIC profile в Австралийской и Новозеландской ИПД, ESRI Profile of CSDGM — популярный коммерческий и т д.,

• расширение метаданных для описания OGC-совместимых сервисов на основе ISO 19119 2005 и также расширение семантики описания ресурсов на основе разработанных онтологий геоданных и сервисов,

• поддержки двуязычного (русский, английский) словаря терминов, семантически полного и удобного для совместного использования, так как он основан на онтологиях предметной области, которые описаны на OWL,

• поддержки ингероперабельности модели метаданных в XML-формате, соответствующей международному стандарту ISO 19139:2007 «Geographic information — Metadata — XML schema implementation»

3 Разработан комплекс программ геоинформационно-аналитического Web-портала, реализующего функции сбора, поиска, категоризации и управления пространственными метаданными, где основное внимание уделено на поддержке интероперабельность спецификаций

ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19115 2003 с возможностью описания семантики контента объектов и предоставления рекомендаций с учетом семантики их контента

Практическая ценность

Построенная формальная онтологическая модель пространственных данных и сервисов представляет собой каноническую модель, позволяющую интегрировать распределенные неоднородные источники геоинформационных ресурсов

Представленная автором онтология пространственных метаданных позволяет решать проблему «взаимопонимания» (т е семантической инте-роперабельности) геоинформационных систем, участвующих в распределенном взаимодействии Более того, данная онтология нацелена на поддержку интероперабельности между стандартами ГОСТ Р 525732006 и ISO 19115 2003, а также расширение для каталогизации геосервисов основе ISO 19119 2005 и обмена метаданными в структурированном XML-формате по стандарту ISO 19139 2007

Разработанный геопортал на основе онтологии пространственных данных позволяет оптимизировать сложные процессы формировании и управления пространственными метаданными через веб-интерфейс, обеспечивающий многоуровневую детализацию и поиск пространственных ресурсов на семантическом уровне Кроме того, геопортал обеспечивает двуязычные словари терминов (русский и английский) и ГИС-визуализацию При этом созданные пространственные онтологии и геопортал имеют возможности использования в рамках ЕНИП РАН и системах управления знаниями

Реализованные программные средства имеют широкий круг применения в области интеграции и поиска распределенных неоднородных источников пространственных данных и приложений для решения научных задач исследования Земли и каталогизации и автоматизации сбора распределенных пространственных метаданных на основе OGC-совместимых сервисов

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах

Наука & Сотрудничество между Вьетнамом и Россией VIII и IX международная научная конференция (Москва, 2006-2007) XII международная GISnet конференция и выставка Геоииформатики (г Хошимин, Вьетнам, 2006).

Научно-практический семинар отдела Геоинформационных систем Государственного геологического музея им В И Вернадского РАН

"Проблемы и решения задач в области наук о Земле в распределенной ИНТЕРНЕТ среде" (Москва, 2007)

Научные семинары лаборатории сетевых информационных технологий Геофизического центра РАН (Москва, 2007)

Международная конференция ECAI Congress of Cultural Atlases III Time & Space in Eurasia - SCI 2004 (Москва, 2007) Научно-практический семинар отдела картографии и аэрокосмических методов Московского филиала Русского географического общества "Пространственные метаданные и геопорталы как средства интеграции геоинформационных ресурсов и сервисов" (Москва, 2008)

Научные семинары отдела систем математического обеспечения Вычислительного Центра им А А Дородницьша РАН (Москва, 20062008)

Предложены и апробированы на практике подходы и программно-технологические решения для создания интерактивных распределенных геоинформационных Интернет-систем интеграции главного геопортала Вычислительного центра РАН (http //eearth ras ru) и геопортала Государственного геологического музея им В И Вернадского РАН (http //earth iscc ru)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 работ, в том числе 1 из списка изданий, рекомендованного ВАК РФ

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературных источников из 167 наименований и 4 приложений Содержит 40 рисунков и 6 таблиц Работа изложена на 151 страницах

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении дана общая характеристика диссертации, включая обоснование актуальности темы, объект и предмет исследования, цель и основные результаты работы, ее научную новизну, апробацию работы, список публикаций, структуру и объем диссертации

Глава I Геоинформационные системы и современные технологии, проблемы поиска и интеграции распределенных пространственных ресурсов

В первой главе приводится анализ возможностей, проблематики и необходимости современных геоинформационных систем (ГИС)

В настоящее время основной особенностью наук о Земле является пространственная детерминированность и огромные, постоянно увеличивающиеся объемы данных и сервисы, в основе которых лежат географические объекты различного масштаба от локального геологического тела до Земного шара в целом Задачей информатики при этом становится синтез и интегральный анализ большого объема многоаспектных пространственных данных и сопоставление результатов исследований для выявления общих закономерностей геопроцессов в пространственно-временных координатах на локальном, региональном и глобальном уровнях Для решения поставленных задач необходимо привлекать достижения современных геоинформационных технологий - распределенные ГИС, представляющие собой распределенные разнородные базы данных, распределенные вычисления, и стандарты взаимодействия открытых систем, а также создание инфраструктуры пространственных данных (ИПД)

Процесс интеграции пространственных данных и сервисов ставит множество проблем, вызванных, в частности, автономностью и разнородностью схем метаданных и источников, количественными и качественными требованиями к обработке запросов

Далее в главе рассматриваются открытые международные стандарты обмена пространственными ресурсами и отмечается важность серии стандартов ISO/TC211 19000, ГОСТ Р и спецификации передачи данных консорциума OGC (Open Geospatial Consortium) Особое внимание уделяется изучению наиболее известных открытых географических стандартов, таких как ISO 19119 2005 «Geographic information — Services», спецификация интерфейса OGC Web Map Service "Интерфейс картографического веб-сервера", спецификация интерфейса OGC Web Feature Service "Вебсервер объектов" и операции GetCapabilities, позволяющей извлечь метаданные о ресурсах и возможностях, предоставляемых сервисом, основанной на спецификациях OGC-совместимых интерфейсов

В рамках интеграции распределенных пространственных данных и геоинформационных систем различных источников одной из важнейших задач является обеспечение эффективного информационного обмена между такими системами, а также эффективного поиска и доступа к данным, где ключевую роль играют метаданные

При этом ввиду интеграции большого количества независимых геоинформационных систем существенной проблемой являетея различная трактовка структуры и семантики информации в разных системах Данные

могут относиться к различным предметным областям, в рамках одной иметь разные выражение и интерпретацию Наиболее эффективным способом обеспечения согласованного информационного обмена в таких условиях является обеспечение так называемой семантической интероперабельности систем на основе стека технологий семантического веба RDF, RDFS, OWL Язык Web-онтологий OWL представляет развитые возможности для описания предметных областей взаимодействующих систем, определения использующихся терминов и их взаимосвязи В данной работе рассматривается принципы применения технологий Semantic Web и OWL-онтологий для обеспечения семантической интероперабельности обмена пространственными ресурсами в распределенной среде Интернета, приводятся принципы формирования наборов онтоло-гий-стандартов для описания метаданных пространственных данных и сервисов

Методология создания профиля пространственных метаданных с помощью онтологического подхода обеспечивает преодоление трудностей, присущих классическим подходам к профилям метаданных, выраженным в UML и схемах XML, которые недостаточно гибки, чтобы принять, отклонить или переопределить элементы метаданных Преимущество методологии состоит в том, что она не требует дублирования спецификаций Каждый элемент в спецификации метаданных и каждый термин предметной области однозначно определен с использованием URI Онтологический подход кодирования метаданных использует объектно-ориентированные особенности, такие как наследование, для осуществления связи профилей семейств с расширяемой спецификацией метаданных

В результате анализа различных современных решений и технологий, связанных с публикацией и поиском пространственных ресурсов в Интернете, проведенного автором работы, и на основе общих технических требований, предъявляемых к реализации геопортала и системы управления пространственными метаданными как ключевой компоненты инфраструктуры пространственных данных, сформированы технические и функциональные требования к геоинформационно-аналитическим системам на основе Web-портала На основе анализа проблем взаимодействия компонентов распределенных ГИС-систем обоснована необходимость разработки специализированной онтологической модели пространственных данных и сервисов на основе единой (базовой) схемы метаданных

Глава II Стандарты, кодировки и онтологический подход к проблеме моделирования пространственных метаданных

Во второй главе приводится анализ спецификаций пространственных метаданных большинства существующих на данный момент ИПД и геоинформационных порталов, которые были вовлечены в исследовании для формирования академического профиля пространственных метаданных

Особое внимание уделяется в анализе таким стандартам и профилям пространственных метаданных, как международный стандарт ISO 19115 2003 «Географическая информация. Метаданные», американский стандарт FGDC-STD-001-1998, российский стандарт ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация Метаданные», стандарт CEN (prEN 12657 Geographic Information - Metadata), который получил наибольшее распространение в Европе и австралийский и новозеландский профиль ИПД ANZLIC, профиль ИПД Великобритания - UK GEMINI и другие

Далее в главе освещены сильные и слабые стороны различных типов кодирования спецификаций метаданных Очевидно, что в настоящее время стандарт ISO 19115 является лучшей разработкой в области пространственных метаданных, и именно на него следует ориентироваться при построении ИПД и различных геоинформационных систем Подобные стандарты присутствуют во всех национальных ИПД, в частности и в России в виде ГОСТа Р 52573-2006 «Географическая информация Метаданные» К сожалению, отличия национальной версии ГОСТ Р 52573-2006 от международной весьма значительны, так что метаданные, подготовленные в соответствии с национальным профилем, не будут совместимы с международным стандартом Российским разработчикам придется реали-зовывать два варианта средств подготовки метаданных — российский и международный, а также создавать и использовать «национальные» конверторы для зарубежного программного обеспечения ГИС, применяемого в России Это идет вразрез с основной идеей ИПД — упростить обмен пространственными данными В связи с этим, разработка или адаптация спецификации метаданных, которая помогла бы описать формат и содержание данных для достижения максимальной интероперабельности, определяют актуальность исследования данной работы

Кроме ISO 19115 2003, важную роль играет недавно утвержденный международный стандарт ISO 19139 2007 «Geographic information ~ Metadata — XML schema implementation», который предлагает схему XML-кодирования для описания, подтверждения и обмена метаданными в ISO 19115 2003 Если каталог пространственных данных поддерживает кодировки данных XML, кодированных в соответствии с ISO 19139, то он будет обладать полной функциональной совместимостью и сможет поддерживать обмен данными с любым построенным на стандартах ISO каталогом

В данной главе описывается подход к интеграции данных геоинформационных систем, основанный на использовании онтологии пространственных данных и сервисов, задающей определения понятий предметной области и связей между ними Один из практических подходов к представлению онтологии заключается в их определении в виде словаря понятий предметной области, отношений между ними и накладываемых на них ограничений

Представленный подход обеспечивает процессу формирования академического профиля метаданных максимальную полноту и совместимость для реализации формальных онтологии пространственных данных и сервисов, используемых на последующих шагах конструирования разрабатываемой информационной системы

Глава III. Формирование академического профиля пространственных метаданных и разработка онтологии пространственных данных и сервисов

Третья глава посвящена формированию академического профиля метаданных «ГеоМЕТА» и реализации онтологии пространственных данных и сервисов Несмотря на рекомендации ISO/TC211, FGDC и OGC на использование стандартов пространственных метаданных, проведенный в главе 2 анализ показывает, что достижение согласия по созданию одной единственной спецификации пространственных метаданных в мировом масштабе практически невозможно

В рамках проведенного исследования анализируются международные и российские спецификации пространственных метаданных и предлагается простой, но в то же время достаточно полный профиль метаданных для пространственных данных и сервисов, ориентированный на максимальную совместимость, адаптируемость и расширяемость как для российских, так и для зарубежных поставщиков и потребителей геоинформационных ресурсов

Особое внимание в процессе формирования профиля «ГеоМЕТА» уделяется решению проблемы совместимости стандарта ГОСТ Р 52573-2006 с международным стандартом ISO 19115 и предложен подход к решению этой проблемы, позволяющий сохранить без изменений элементы и коды, описанные в международном стандарте, дополнив их национальными В случае конфликтов кодов словарных терминов необходимо поддерживать оба набора кодов В итоге зарубежные средства подготовки метаданных могли бы использоваться для создания и ведения базовых элементов метаданных (в большинстве случаев этого достаточно), а программные продукты российского производства были бы пригодны для подготовки метаданных в соответствии с международным стандартом

В результате анализа для разработки схемы метаданных были взяты стандарт ISO 19115 и скорректированный российский стандарт ГОСТ Р 52573-2006 для описания пространственных данных На основе наследования элемента MDIdentification из стандарта ISO 19119 введен элемент SVServiceldentification, который агрегирует еще три класса SV_OperationMetadata, SV_Parameter, SVJServiceProvider, служащих для описания сервисов, ориентированных на спецификации сервисов OGC и веб-сервисы

Па практике 22 элементов ядра ISO 19115 оказывается недостаточно для описания ресурсов. Для максимальной совместимости к ядру ISO 19115 были добавлены ещё 14 элементов для данных и 12 элементов для описания сервисов. В итоге ядро «ГеоМЕТА» v3.0:2007 для пространственных данных и сервисов состоит из 48 элементов, а всего в профиле

имеется 226 элемента (см. рисунок 1).

Рис. ). Академический профиль пространственных метаданных.

Для моделирования схемы и структуры используется язык ЦМЬ. Полное описание разработанного профиля приводится в приложении. Основные пакеты метаданных и графическое отображение отношений между отдельными пакетами представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Пакеты академического профиля пространственных метаданных

Всего в профиле содержится 14 пакетов, из которых 3 являются новыми (на рисунке 2 отмечены серым цветом). Остальные были наследованы от ГОСТ Р 52573-2006 с учетом модификации в 5-и пакетах (па рисунке 2 отмечены пунктирной линией) до уровня совместимости с ISO 19115:2003 и расширения важных элементов для описания сервисов и улучшения поиска.

Задача интеграции распределенных неоднородных источников геоинформационных данных решается путем выделения единой (базовой) схемы метаданных, реализованной в виде OWL-онтологии на основе разработанного академического профиля метаданных «ГеоМЕТА» для обеспечения «взаимопонимания» (т.е. семантической интероперабельно-сти) систем, участвующих в распределенном взаимодействии.

Разработанная онтология пространственных данных и сервисов и подробное описание профиля метаданных «ГеоМЕТА» доступны по адресу http://eearth.ras.ru. Онтологическая модель была описана на языке OWL DL, количество строк составило 5221, а размер файла — 366 Кбайтов, в нее вошло 48 классов, количество понятий составило 209. Пример части онтологической модели пространственных данных и сервисов приведен на

рисунке 3. Ниже кратко описываются четыре основных класса, используемые в онтологии.

MD_Contentlnformation

М D_Metad ataE х ten sion I nf ormat lo r

+ contentlnfo | 0 "

JL_

+metadataExtensionlnfo I0.."

~~ »distributionlnfo DQ_Distribution i-О

+portrayalCataloguelnfo

MD_PortrayalCatalogueReference

MD_Metadata

+fileldentifier[0..1]. CharacterString •metadataLanguage(0..1]. CharacterString +metadataCharacterSel0..1]: MD_CharacterSetCode = "utB' +parent1dentifieit0.1) • CharacterStnng +hierarchyLevelName[0 .*] CharacterString contact^ ..*]: CI_ResponsibleParty +dateStamtf1]. Date

■metadataStandardNam<0..1]; CharacterString +metadataStandardVersior(0 1] ■ CharacterString dataSetURlfO.I]. Character String_

♦dataQualitylnfo О-5 DQ_DataQuality

+ref erenceSysteml nfo о..-

MD_ReferenceSystem

°-1Г

MD Maintenancelnformation

+metadataMaintenance + identification! nfo j

♦resourceMaintenance

+metadataConstraints 0 "

+resourceConstraints MD Constraints

A 0*

+resourceSpeaficUsage 0..*

MD_Usage

+speaficUsage[1]. CharacterString +usageDateTime{0 .1]: Date >userDeterminedUmitatrans(0 1] • CharacterString +userContactlnfo[1..*l CI_ResponsibteParty

«abstract» MDJdentification

atationflj. C(_Citation abstract^ ] ■ CharacterString purpose(0. 1]' CharacterString statuslO "]: MD_ProgressCode pointOfContacttO. 1 ■ CI_ResponsibleParty

J+desCTiptiyeKeywords

MD_Keywords

•keyword[1..*]: CharacterString Иуре(0 1] ■ MD_KeywordTypeCode bthesaurusNamef0..1]; CI_Citation

MD_BrowseGraphic

+fileName[1]. CharacterString +fileDescription[0. 1]: CharacterString +fileType[0. 1] • CharacterString

SV_ServiceProvider

+serviceContact(1..*l: Cl_ResponsibleParty ■providerNamefl] .CharacterString_

♦services I 1..*

MD_Dataldentlflcation

+spatialRepresentationType[0..*]: MD_SpatialRepresentationTypeCode +spatialResolution[0..*]. MD_Resolution datalanguage(1 *] CharacterString +dataCharacterSet[0 *j MD_CharacterSefCode +-topicCategoryt1 "]: MD_TopicCategoryCode -environmentDescription[0..1l: CharacterString +dataExtent[0..*l. EX_Extent

+supplementallnfotmation[0..1l. CharacterString _

SV_Serviceldentiflcatlon

•serviceTypefl]: SV_ServiceTypeCode +service TypeVersion[Q.-] • CharacterString accessProperties[0. 1]: MD_StandardOrderProcess restrictions[0 1J: MQ_Constraints

MD_Resolution

+denominator(0..1]. Integer -t-djstancefO.il. CharacterString

tcontainsOperations | 1. •

—1 +dependsOn SV_Operation Metadata

0 ' Dependencies ♦ operationNamefl]: CharacterString +DCR1. *]: SV_DCPListCode •■operationDescription[0..1]: CharacterString +invocationName[0 1] • CharacterString

«DataType» SV_Para meter

parameterNam<1] CharacterString direction[0..1]: SV_ParameterDirecbonCode description^ 1J: CharacterString ophonality[1]: CharacterString = "Mandatory" ■repeatabiity{1]. Boolean__

Рис. 3. Основные свойства и классы онтологии, описывающие пространственные данные и сервисы

Информация о метаданных (MD_Metadata) Класс «информация о метаданных» является основным компонентом онтологии и соединяется с другими классами онтологии, как следует из рисунка, посредством атрибутов Для каждого набора ресурса, который регистрируется системой, создается соответствующий экземпляр класса модели данных или сервисов, который сохраняется в базе знаний

Идентификация данных (MDJQataldentiftcation) Этот класс позволяет поставщику специфицировать идентифицирующую информацию набора данных Важными атрибутами этого класса являются title (название), abstract (описание), topicCategoiy (тематика), descnptiveKeywords (совокупность ключевых слов), creator (создатель), pointOfContact (субъект, ответственный за создание), resourceMaintenance (частота осмотра), resourceConstramts (ограничение) и др Многие атрибуты этого класса являются субатрибутами мета-элементов Dublin Core(DC) (в версии OWL), которые предоставляют стандарт для описания информационных ресурсов

Идентификация сервисов (SV Serviceldentification) Данный класс позволяет поставщику специфицировать идентифицирующую информацию набора сервисов Важными атрибутами этого класса являются serviceType (тип сервиса, например WMS, WFS, WCS и веб-сервисы), operationName (название операции), parameterName (название параметров), connectionPomt (точка доступа) и др Этот класс использует онтологии OGC Service Architecture, NASA GCMD Service Type, разработанные исследовательской группой GeoBrain

Содержимое данных (MD Contentlnformation) Данный класс является ключевым в онтологии модели данных и отвечает за отображение набора данных в концепции предметной области, определенные в геонаучной онтологии Эта связка генерирует семантическую концептуальную схему для набора данных Поставщик данных и сервисов выбирает уровни детализации из геонаучной онтологии, которая наилучшим образом описывает набор данных Этот набор хранится в классе содержимого данных, позволяя, таким образом, онтологии модели данных предоставлять не только метаданные о наборе данных, но и семантическое описание содержимого набора данных

Результатом интеграции станет единая среда, позволяющая осуществлять распределенный поиск пространственных данных и сервисов, визуализировать их, получать к ним доступ и обрабатывать необходимым образом Эта онтологическая модель определяет элементы для включения информации об идентификации данных и сервисов, временных и пространственных характеристиках, ограничениях, визуальном представлении, собственно содержательной части и распространении данных в зависимости от набора данных и т д Эти элементы отвечают на вопросы «кто, что, почему, где, когда и как» каждого аспекта набора ресурсов При

комбинировании онтологий, относящихся к другим областям, с предлагаемой онтологией появляются новые возможности для создания семантических метаданных для наборов данных, что демонстрируется на примере выполненной реализации геоинформационно-аналитической системы «ГеоМЕТА» с пользовательским '\Л'еЬ-интерфейсом геопортала Система позволяет поставщику пространственных данных и сервисов выбирать уровни детализации из онтологий, которые будут наилучшим образом описывать метаданные ресурсов Эти метаданные могут быть использованы конечными пользователями пространственных ресурсов для улучшенного поиска по содержимому и оценки пригодности независимо от того, где ресурсы находятся и в каком формате они хранятся

Глава IV. Проектирование, программная реализация и апробация геоинформационно-аналитического \УеЬ-портала на основе пространственных онтологий пространственных данных и сервисов

Четвертая глава описывает на основе разработанной онтологии пространственных данных и сервисов программное средство геоинформационно-аналитической системы «ГеоМЕТА», представляющее собой платформу для интеграции распределенных неоднородных источников геоинформационных данных и сервисов, доступных в мире Особый акцент делается на обеспечении их семантической интероперабельности вне зависимости от способа их представления Система предоставляет единую точку входа С\УеЬ-портал) к этой среде, которая позволит пользователем в сфере наук о Земле

• удобно и гибко интегрировать/распространять распределенные пространственные данные и сервисы на уровне (метаданных в соответствии с основными международными и российскими стандартами,

• высокий уровень интероперабельности, масштабируемости и гибкости,

• легко находить специализированные данные и приложения (ОСгС сервисы и веб-сервисы),

• доступ к ресурсам через Интернет по стандартизованным протоколам ОвС и \¥ЗС,

• производить вычислительные эксперименты,

• визуализировать результаты деятельности

Система «ГеоМЕТА» состоит из двух частей, в совокупности обеспечивающих решение поставленных задач - части по работе с пространственными (метаданными и геосервисам (ГИС-части, непосредственно являющейся предметом данной работы) и части по работе с приложениями для обработки пространственных данных (научно-вычислительного

портала) Описание и реализация части научно-вычислительного портала (НВП) не являются предметом исследования данной диссертационной работы, а представляют собой предмет другого исследования, выполняющегося в рамках данной разработки

К функционалъностям ГИС-части системы относятся

• каталогизация пространственных метаданных,

• локальный и распределенный поиск пространственных данных и сервисов на основе метаданных,

• автоматизированный сбор распределенных пространственных метаданных на основе OGC WMS/WFS сервисов,

• интеграция пространственных данных и (гео)сервисов участников системы (всего 3 типа участников),

• предоставление доступа к распределенным пространственным данным по стандартизованным протоколам,

• визуализация карт, редактирование элементов Функциональность Научно-вычислительного портала в рамках системы «ГеоМЕТА» сужается на область ГИС-приложений и обеспечивает

• каталогизацию «вычислительных приложений», атрибутный поиск вычислительных приложений (ВП) в каталоге,

• запуск ВП, мониторинг выполнения и визуализация результатов, конструирование и сохранение рабочих процессов из существующих ВП

Интерфейс системы представлен Web-порталом, поэтому для ГИС-части основным методом доступа пользователя к информации является обычный доступ к Web-страницам портала через любой распространенный браузер (см рисунок 4) по адресу http //eearth ras ru Ядро системы представляет платформу ЕНИП и обеспечивает следующие возможности управление статическим содержанием,

хранение объектов системы (представленных RDF-тройками) в

РСУБД,

индексирование и полнотекстовый поиск, обеспечение безопасности системы В рамках данной работы не рассматривается подробное описание функциональности ЕНИП и ее возможности, отметим лишь используемые технологии непосредственно для реализации системы «ГеоМЕТА»

Рис. 4. Главная страница веб-портал «ГеоМЕТА».

Архитектура системы «ГеоМЕТА» приведена на рисунке 5 и включает основные сервисные компоненты и сервер данных «ГеоМЕТА», каталог ресурсов и онтологии, ядро системы - платформа ЕНИП, а также схемы интеграции ресурсов 3-х типов участников и взаимодействия пользовате-

лей с системой. Системные блоки, которые являются предметом исследования и реализации данной работы, отдельно отмечены серым фоном.

Пользователи

ТТ.

Эксперты

тт

нгтр/нтI,

Друше стандартные гонкие/1 олстые ГИС-клиенты (СеоМЕТА С!1еп!. Агс\Ле«г, иО|д....)

Овс ите и тс ШвШепег

¿к

аеб-поргап ГеоМЕТА : доступа и зутентифшэчии

Сервис 88Т0й&}ра Сервис тшха пространственны* р&ютх, гъащ№тв» и организаций ■» Иотеяьикй и }!йс«5>в«йЯ6нвый 11йа«к * Яонегрухтря оиви*$!Ш)фЯ!* / гш> каш** ресурсов сед Оч'шогт:

Сервис каталогов 'метаданных у;5■-■■■>' 'V ' г----------1 1 Научно- 1 вычислитель- , | ные сервисы | ; (НВП) | ; 1

: Сорвис ' Р.зафузгаз/йыгрузка \ иетащ!нах . Сорит интеграции ; Й8ННИЖ: ; Сервис интеграции . сервисов .

Сервисные компоненты ГеоМЕТА

Платформа Единого Научного Информационного Пространства РАН

Интероперабельность передачи данных / Интернет

отУр/Й«.

ООО веб'Протйхояы передаче данных -У/М5. WFS. Мок,. .}

•< >- ¡г

ГЙС Сорвёры | 1^еЬАрГ

(Агсти. Марэег/ег, ...И

-п > -П Г"

№ЗС 1УеШмЪв

Другие ОвС совместимые источники данных ¡Опй-С1ор, ТНРШОЭ. ИбОИ....)

Лексические онтологии

■С ттт

Участники типа - ! Участники типа - 2 Участники типа - 3

Рис. 5. Архитектура системы «ГеоМЕТА».

Архитектура системы разрабатывалась на основе тщательного анализа большинства существующих на данный момент ИПД и геоинформационных порталов. Основой программной реализации системы «ГеоМЕТА» стала система «Научный институт РАН», а созданная онтология пространственных данных расширила схему метаданных ЕНИП РАН, что обеспечило возможность включения портала системы «ГеоМЕТА» в ЕНИП РАН. При реализации ГИС-части системы использовались открытые решения, такие как МарВшИег, С;ео8епег и т.п.

Заключение

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы

Приложение

В приложении приведены диаграммы классов, описывающие основные сущности онтологической модели пространственных данных и сервисов, их атрибуты и связи между ними, а также примеры формирования пространственных метаданных на основе разработанных онтологий В приложении приведено также полное описание 226 элементов разработанного академического профиля пространственных метаданных

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Предложены подходы семантического описания пространственных метаданных и онтологии геоданных и сервисов для решения семантической проблемы разделения, поиска и обмена пространственными данными и сервисами

2 Разработан академический профиль и OWL-онтология пространственных метаданных с поддержкой двуязычного словаря терминов с описаниями для интеграции распределенных наборов пространственных данных и сервисов, совместимых с международным стандартом ISO 19115 2003, ISO 19119 2005 и ГОСТ Р 52573-2006 в совокупности с набором программных и пользовательских веб-интерфейсов для регистрации/редактирования метаданных и доступа к его данным на основе протокола HTTP по стандартам OGC Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), включая возможность ГИС-визуапизации

3 Предложены и реализованы схемы поиска и многоуровневая каталогизация распределенных пространственных данных и сервисов и автоматизированного сбора пространственных метаданных на основе OGC-совместимых сервисов

4 Реализован программный комплекс, включающий геоинформационный Web-портал, для проведения научных исследований на основе распределенных пространственных данных и сервисов - одна из первых в России онлайновых систем управления пространственными метаданными, нацеленная на поддержку интероперабельности между стандартами ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19115 2003 (а также совместимая со схемами метаданных, лежащих в основе наиболее известных в мире ИПД) с возможностью обмены метаданными в структурированном XML-формате по стандарту ISO 19139 2007

5 Разработанные онтологии, методы и технологии успешно использованы в ряде геоинформационных проектов отдела систем математического обеспечения ВЦ РАН

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Динъ Jle Дат, Серебряков В А Разработка и реализация формальных онтологии геопространственных данных и сервисов // Журнал "Радиотехника" -2008 -вып2-С 85-89

2 Динъ Jle Дат Интеграция GRID и GIS технологий // Наука & Сотрудничество между Вьетнамом и Россией VIII международная научная конференция Сборник трудов научной конференции /Вьетнамская научно-техническая ассоциация в РФ -М,2006 -С 177-187

3 Динъ Jle Дат Общий обзор ГИС и стандарты пространственных метаданных // Наука & Сотрудничество между Вьетнамом и Россией IX международная научная конференция Сборник трудов научной конференции /Вьетнамская научно-техническая ассоциация в РФ - М, 2007 -С 157-165

4 Dinh Le Dat, Vershinm A V, Serebriakov VA Scientific Computational Web Portal - Based Distributed GIS - Enabled GRID 11 The 12th International GISnet Conference and Exhibition on GIScience, Ho Chi Mmh, Viet Nam -2006 -P 14-15

В работах с соавторами личный вклад автора заключается в создании академического профиля и OWL-онтологии метаданных пространственных данных и сервисов, поддерживающие одновременное полное совместимо с российским стандартом ГОСТ Р 52573-2006 и совмесгимо с международными стандартами ISO 19115 2003, ISO 19119 2005 Автором предложен онтологический подход к описанию модели пространственных ресурсов с использованием технологий Semantic Web, описана архитектура Интернет-системы интеграции распределенных неоднородных источников геоинформациионных ресурсов, являющейся ГИС-частью главного геопортала системы «ГеоМЕТА» ВЦ РАН, создан соответствующий комплекс программ для каталогизации и поиска пространственных ресурсов и автоматизированного сбора метаданных на основе OGC-совместимых сервисов

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01 12 99 г Подписано к печати 03 03 2008 г Формат 60x90 1/16 Уел печл 1,25 Тираж 100 экз Заказ 083 Тел 939-3890 Тел /Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им MB Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к

Оглавление автор диссертации — кандидата физико-математических наук Динь Ле Дат

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПРОБЛЕМЫ ПОИСКА И ИНТЕГРАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ

1.1. Географические информационные системы (ГИС).

1.2. Обзор и анализ имеющихся современных решений и технологий, связанных с публикацией и поиском пространственных ресурсов в Интернете.

1.2.1. Инфраструктура пространственных данных (ИПД) и геопортал, газеттер.

1.2.2. Распределенные ГИС-системы.

1.2.3. Веб-сервисы и геопространственные веб-сервисы.

1.2.4. Интероперабельность и семантический веб (Semantic Web).

1.3. Онтологический подход к представлению пространственных ресурсов.

1.3.1. Понятие онтологии.

1.3.2. Языки описания онтологии и Web Ontology Language (OWL).

1.4. Открытые международные стандарты обмена пространственных ресурсов.

1.4.1. Спецификации Открытого Геопространственного Консорциума (OGC).

1.4.2. OGC Web Map Server (WMS) и Web Feature Server (WFS).

1.4.3. Операция GetCapabilities и метаданные.

1.4.4. Стандарт ISO 19100.

1.4.5. ISO 19119:2005 "Географическая информация - Сервисы".

1.4.6. Национальные стандарты по геоинформационным системам в России.

1.5. Смежные работы.

1.6. Проблемы разработки ГИС.

1.6.1. Проблемы эффективного поиска.

1.6.2. Семантическая интероперабельность.

1.7. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. СТАНДАРТЫ, КОДИРОВКИ И ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МЕТАДАННЫХ

2.1. Современное состояние и проблемы.

2.2. Спецификация метаданных.

2.3. Обзор и анализ международных спецификаций пространственных метаданных.

2.3.1. ISO 19115:2003 "Географическая информация - Метаданные".

2.3.2. FGDC-STD-001 -1998.

2.3.3. ГОСТ Р 52573-2006.

2.3.4. CEN prEN

2.3.5. Dublin Core.

2.3.6. ANZLIC.

2.3.7. UK GEMINI.

2.3.8. Другие популярные спецификации.

2.3.9. ISO 19139:2007 «Географическая информация - Метаданные - Спецификация реализации».

2.4. Формализации спецификаций метаданных.

2.5. Онтологический подход моделирования пространственных метаданных.

2.5. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ АКАДЕМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МЕТАДАННЫХ И РАЗРАБОТКА ОНТОЛОГИИ

ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ И СЕРВИСОВ

3.1. Цели и задачи.

3.2. Академический профиль метаданных «ГеоМЕТА» v3.0:2007 для пространственных данных и сервисов.

3.2.1. Пакеты метаданных и отношения между сущностями.

3.2.2. Совместимость и соответствие со стандартами ISO 19115:2003.

3.2.3. Расширение элементов метаданных для описания сервисов на основе ISO

19119:2005.:.:.

3.2.4. Расширение ядра ISO 19115:2003.

3.3. Онтология пространственных данных и сервисов.

3.3.1. Расширение OWL-схемы ЕНИП РАН.

3.3.2. Расширение онтологии геоданных и научных ключевых слов GCMD.

3.3.3. Расширение онтологии сервисов на основе ISO 19119:2005.

3.3.4. Общее описание классов в онтологии пространственных данных и сервисов.

3.4. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО WEB-ПОРТАЛА НА ОСНОВЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОНТОЛОГИЙ= ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ И СЕРВИСОВ

4.1. Проектирование и выводы имеющихся наработок, понимание технологических направлений и решения «ГеоМЕТА».

4.2. Архитектура и основные возможности системы «ГеоМЕТА».

4.2.1. Общая архитектура системы «ГеоМЕТА».

4.2.2. Ядровый компонент системы «ГеоМЕТА».

4.2.3. Общая схема интеграция участников системы «ГеоМЕТА».

4.2.4. Веб-портал и возможности системы «ГеоМЕТА».V.:.

4.2.5. Сервисные компоненты системы «ГеоМЕТА».

4.3. Применения системы «ГеоМЕТА» для решения прикладных информационноаналитических задач.

4.4. Дальнейшие шаги по развитию системы.

4.5. Выводы по главе 4.

Введение 2008 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Динь Ле Дат

Эффективность использования геоинформационных систем (ГИС) и технологий в различных сферах трудовой деятельности человека определяется прежде всего тем фактом, что более 80% информации [148], с которой сталкивается человек в своей жизни, имеет территориальную привязку. Поэтому на сегодняшний день не вызывает сомнения потребность в разработке многопользовательских многофункциональных Интернет-ГИС-приложений, которые, в свою очередь, ставят задачу совершенствования существующих и разработку новых подходов к сбору, хранению, обработке и распространению растущего объема геопространственной информации и сервисов. Более того, ГИС в последние несколько лет совершили значительное продвижение в направлениях распределенной работы, совместного использования ресурсов и пр. При этом ввиду интеграции большого количества независимых информационных систем существенной проблемой является различная трактовка структуры и семантики информации в разных системах. Данные могут относиться к различным предметным областям, в рамках одной иметь разные выражение и интерпретацию.

Для того, чтобы управлять процессами создания, хранения, обновления и обработки колоссального объема пространственных данных и услуг, необходимо формировать метаданные. Однако достижения согласия по поводу одной единственной спецификации метаданных в мировом масштабе практически невозможно. Несмотря на рекомендации ISO/TC211, FGDC и OGC на использование стандартов пространственных метаданных [18], на рынке пространственных данных и сервисов сложилось так, что почти в каждой! стране создаются свои профили метаданных [23]. В итоге разные геоинформационные системы и каталоги поддерживают и рекомендуют свои профили метаданных. В частности, с 1 января 2007г. в России был введен в действие стандарт пространственных метаданных ГОСТ Р 52573-2006 «Географическая информация. Метаданные» [3], который является профилем ISO 19115 -международного стандарта пространственных цифровых метаданных. К сожалению, Российский стандарт не имеет полной совместимости с исходным международным стандартом [4, 150], поэтому его необходимо откорректировать, чтобы не создавать новых технических барьеров. В связи с этим, разработка или адаптация спецификации метаданных, которая бы помогла описать формат и содержание данных для достижения интероперабельности, является актуальной задачей нескольких инициативных групп, представляющих различные науки о Земле [41, 42, 45, 85, 136, 149, 152, 153].

Наиболее эффективным способом обеспечения согласованного информационного обмена в таких условиях является обеспечение так называемой семантической интероперабельности систем на основе стека технологий Semantic Web: RDF, RDFS, OWL. Язык веб-онтологий OWL представляет развитые возможности для описания предметных областей взаимодействующих систем и дает машинно-интерпретируемые "определения фундаментальных понятий в предметной области и отношениях между таковыми в онтологии.

В рамках данного исследования анализируются международные и российские спецификации пространственных метаданных, лежащих в основе наиболее известных в мире Инфраструктур пространственных данных (ИПД) и предлагается простой, но- в то же время достаточно полный профиль метаданных для пространственных данных и сервисов, ориентированный на максимальную совместимость, адаптируемость и расширяемость как для российских, так и для зарубежных поставщиков и потребителей геоинформационных ресурсов, что и привело к онтологическому подходу формирования метаданных.

С другой стороны, основной целью проводимых исследований является создание в рамках Единого Научного Информационного Пространства РАН геоинформационно-аналитической системы Web-портала «ГеоМЕТА», основанной на интеграции децентрализовано развиваемых пространственных ресурсов институтами, входящими в РАН, и запуск в работу онлайновых механизмов автоматического обмена пространственными метаданными между информационной системой РАН на базе ЕНИП РАН [5, 6, 8, 9, 10, 12]. Следовательно, решение проблемы повышения качества программного обеспечения ГИС в рамках ЕНИП также обуславливает актуальность решаемой в диссертации научной задачи.

Цель работы заключается в исследовании и разработке геоинформационно-аналитической системы интеграции распределенных неоднородных источников пространственных данных и сервисов на основе пространственных онтологий и решении проблемы семантической', интероперабельности, а также задачи управления метаданными и совершенствования поиска, доступа и обмена к растущему объему пространственной информации и сервисов, предоставляемых многочисленными источниками геоинформации.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Разработать онтологию пространственных метаданных для каталогизации, сбора и поиска геоданных и сервисов совместимо с ISO 19115:2003, ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19119:2005 «Географическая информация. Сервисы».

2. Разработать онтологию, основанную на семантике существующих стандартов контента, таксономиях и ключевых словах в области наук о Земле.

3. Расширить возможности описания геосервисов (метаданных услуг) за счет использования онтологии для придания значения контенту данных, улучшив тем самым семантическую функциональную совместимость.

4. Создание и внедрение на практике геопортала и интеграции веб-ресурсов на основе разработанных онтологий для нахождения и обеспечения простого доступа к имеющимся распределенным пространственным данным и сервисам по стандартизованным протоколам (OGC, ISO/TC211 и W3C).

Объектом исследования являются проблема достижения интероперабельности, каталогизации и сбора метаданных пространственных ресурсов и технологии построения информационно-аналитических геопространственных Web-порталов.

Методы исследования. В ходе диссертационного исследования были использованы модели и методы, основанные на методологии представления и обработки пространственно-распределенной информации в геоинформационных Интернет-системах, теории метаданных и теории моделей, объектно-ориентированных методах построения и программирования программных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложен новый подход к процессу разработки геоинформационных систем. Новизна подхода, прежде всего, заключается в использовании онтологии пространственных метаданных. В отличие от существующих методик, такой подход обеспечивает:

• описание свойств классов объектов предметной области на языке веб-онтологий OWL, дающий машинно-интерпретируемые определения фундаментальных понятий в домене и отношениях между таковыми в онтологии, а не на языке программирования;

2. Предложена онтологическая модель данных для описания и организации многоуровневого хранилища, распределенных наборов пространственных данных, тематических слоев карт и геосервисов с развитыми средствами регистрирования, поиска и доступа к данным и сервисам, использующая предложенную автором онтологию пространственных метаданных. Её отличительными особенностями являются:

• совместимость с международным стандартом ISO 19115:2003 и одновременно полная совместимость с российским стандартом ГОСТ Р 52573-2006;

• совместимость с популярными международными стандартами, такими как стандарт FGDC-STD-001-1998 - Американский и Канадский ИПД, CEN prEN 12657 - Европейский INSPIRE и Французский ИПД, UK GEMINI vl.O - ИПД Великобритания, ANZLIC profile - Австралийский и Новозеландский ИПД, ESRI Profile of CSDGM - популярный коммерческий и т.д.;

• расширение метаданных для описания OGC совместимых сервисов на основе ISO 19119:2005 и также расширение семантики описания ресурсов на основе разработанных онтологий геоданных и сервисов;

• поддержки интероперабельности модели метаданных в XML-формате, соответствующей международному стандарту ISO 19139:2007 «Географическая информация - Метаданные - XML спецификация реализации».

3. Разработан комплекс программ геоинформационно-аналитического Web-портала, реализующего функции сбора, поиска, категоризации и управления пространственными метаданными, где основное внимание уделено на поддержке интероперабельности между спецификациями ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19115:2003 с возможностью описания семантики контента объектов и предоставления рекомендаций с учетом семантики их контента.

Практическая значимость исследования заключается: Построенная формальная онтологическая модель пространственных данных и сервисов представляет собой каноническую модель, позволяющую интегрировать распределенные неоднородные источники геоинформационных ресурсов.

Представленная автором онтология пространственных метаданных позволяет решать проблему «взаимопонимания» (т.е. семантической интероперабельности) геоинформационных систем, участвующих в распределенном взаимодействии. Более того, данная онтология нацелена на поддержку интероперабельности между стандартами ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19115:2003, а также расширение для каталогизации геосервисов основе ISO 19119:2005 и обмена метаданными в структурированном XML-формате по стандарту ISO 19139:2007.

Разработанный геопортал на основе онтологии пространственных данных позволяет оптимизировать сложные процессы формировании и управления пространственными метаданными через веб-интерфейс, обеспечивающий многоуровневую детализацию и поиск пространственных ресурсов на семантическом уровне. Кроме того, геопортал обеспечивает двуязычные словари терминов (русский и английский) и ГИС-визуализацию. При этом созданные пространственные онтологии и геопортал имеют возможности использования в рамках ЕНИП РАН и системах управления знаниями.

Полученные в диссертации научные результаты позволили сформулировать положения, выносимые на защиту:

1. Предложены подходы семантического описания пространственных метаданных и онтологии геоданных и сервисов для решения семантической проблемы разделения, поиска и обмена пространственными данными и сервисами.

2. Разработан академический профиль и OWL-онтология пространственных метаданных с поддержкой двуязычного словаря терминов с описаниями для интеграции распределенных наборов пространственных данных и сервисов, совместимых с международным стандартом ISO 19115:2003, ISO 19119:2005 и ГОСТ Р 52573-2006 в совокупности с набором программных и пользовательских веб-интерфейсов для регистрации/редактирования метаданных и доступа к его данным на основе протокола HTTP по стандартам OGC Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS), включая возможность ГИС-визуализации.

3. Предложены и реализованы схемы поиска и многоуровневая каталогизация распределенных пространственных данных и сервисов и автоматизированного сбора пространственных метаданных на основе OGC-совместимых сервисов.

4. Реализован программный комплекс, включающий геоинформационный Web-портал, для проведения научных исследований на основе распределенных пространственных данных и сервисов - одна из первых в России онлайновых систем управления пространственными метаданными, нацеленная на поддержку интероперабельности между стандартами ГОСТ Р 52573-2006 и ISO 19115:2003 (а также совместимая со схемами метаданных, лежащих в основе наиболее известных в мире ИПД) с возможностью обмены метаданными в структурированном XML-формате по стандарту ISO 19139:2007.

5. Разработанные онтологии, методы и технологии успешно использованы в ряде геоинформационных проектов отдела систем математического обеспечения ВЦ РАН.

Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались следующих научных конференциях и семинарах:

- Наука & Сотрудничество между Вьетнамом и Россией. VIII и IX международная научная конференция (Москва, 2006-2007).

- XII международная GISnet конференция и выставка Геоииформатики (г. Хошимин, Вьетнам, 2006).

- Научно-практический семинар отдела Геоинформационных систем Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского РАН «Проблемы и решения задач в области наук о Земле в распределенной ИНТЕРНЕТ среде» (Москва, 2007).

- Научные семинары лаборатории сетевых информационных технологий Геофизического центра РАН (Москва, 2007).

- Международная конференция ECAI Congress of Cultural Atlases III Time & Space in Eurasia - SCI 2004 (Москва, 2007).

- Научно-практический семинар семинар отдела картографии и аэрокосмических методов Московского филиала Русского географического общества «Пространственные метаданные и геопорталы как средства интеграции геоинформационных ресурсов и сервисов» (Москва, 2008).

- Научные семинары отдела систем математического обеспечения Вычислительного Центра им. А.А. Дородницына РАН (Москва, 2006-2008).

Предложены и апробированы на практике подходы и программно-технологические решения для создания интерактивных распределенных геоинформационных Интернет-систем интеграции главного геопортала Вычислительного центра РАН (http://eearth.ras.ru) и геопортала Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского РАН (http://earth.iscc.ru).

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 4 работ, в том числе 1 из списка изданий, рекомендованного ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературных источников из 167 наименований и 4 приложений. Содержит 40 рисунков и 6 таблиц. Работа изложена на 151 страницах.

Заключение диссертация на тему "Разработка и реализация формальных онтологий пространственных данных и сервисов"

Результаты работы востребованы в задачах мониторинга и анализа состояния природных ресурсов, региональной инфраструктуры, социально-экономических и природных процессов. Основная научно-исследовательская деятельность направлена на создание инструментальных программных средств, технологических решений и программных комплексов для академических систем исследовательских коллективов.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи разработки геоинформационно-аналитической системы интеграции распределенных неоднородных источников пространственных данных и сервисов на основе пространственных онтологий и решении проблемы семантической интероперабельности, а также задачи управления метаданными и совершенствования поиска, доступа и обмена к растущему объему пространственной информации и сервисов, предоставляемых многочисленными источниками геоинформацйи.

В ходе диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

Заключение

Библиография Динь Ле Дат, диссертация по теме Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

1. ГОСТ Р 52155-2003. Географические информационные системы

2. ГОСТ Р 52438-2005 -Географические информационные системы. Термины и определения

3. ГОСТ Р 52573-2006 Географическая информация. Метаданные. http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=74833

4. Андрианов В.Ю., Кошкарев А.В., Кузнецов В.М. Структура, правила и порядок цифрового описания пространственных метаданных. — Пространственные данные, 2007, No 1. — С.6-15.

5. Бездушный А.А., Бездушный А.II., Серебряков В.А, Филиппов В,И. Интеграция метаданных Единого Научного Информационного Пространства РАН. Вычислительный центр РАН. Москва, 2006, 238 стр.

6. Бездушный А.А., Жижченко А.Б., Кулагин М.В., Серебряков В.А. Интегрированная система информационных ресурсов РАН и технология разработки цифровых библиотек. // Программирование, 4, М:2000.

7. Бездушный А.А, Нестеренко А.К., Сысоев Т.М., Бездушный А.Н., Серебряков В.А. Архитектура и технологии RDFS-среды разработки цифровых библиотек и Web-порталов. // Электронные библиотеки, 2003. Том 6, выпуск 4.

8. Сборник трудов «Интегрированная система информационных ресурсов: Архитектура, реализация, приложения», ВЦ РАН, Москва 2004.

9. Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Жижченко А.Б., Кулагин М.В., Серебряков В.А RDF схема метаданных ИСИР. // Сборник научных трудов X научно-практического семинара "Новые технологии в информационном обеспечении науки". Москва: 2003, с. 141-159.

10. Бездушный А.А., Бездушный А.К, Нестеренко А.К., Серебряков В. А., Сысоев Т.М. "Возможности технологий ИСИР в поддержке Единого Научного Информационного Пространства РАН" // Статья в данном сборнике.

11. Брюхов Д. О. Диссертационная работа "Конструирование информационных систем на основе интероперабельных сред информационных ресурсов". Москва 2003г.

12. Васильев, Иван Анатольевич. Диссертация "Методы и инструментальные средства построения семантических WEB-порталов", Москва 2006г 36 стр.

13. Вершинин А.В. Реализация распределенной информационно-аналитической системы по наукам о Земле на основе технологий ГИС и ГРИД // 49-ая Научная конференция МФТИ, МФТИ, 2006.

14. ГИС-Ассоциации. Проблемы создания инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, http://www.gisa.ru/conceptripd.html. http://www.gisa.ru/fiie/rile742.doc

15. Кадочников Алексей Анатольевич. Диссер. работа "Технологии и программное обеспечение информационноаналитических систем на основе геоинформационного интернет-сервера".Красноярск, 2006г. 176 стр.

16. Кошкарев А.В. (а) Анализ международного опыта состава и механизмов актуализации БПД национальных ИПД. Пространственные данные, 2006, No 1. - С. 19-29,72 (начало), № 2. - С.6-23 (продолжение).

17. КраакМ.-Я., Картофафия: визуализация геопространственных данных / Краак М.-Я., Ормелинг Ф. / Перевод под ред. B.C. Тикунова. М.: Научный мир - 2005. - 325с. ISBN 589176-320-6.

18. Майкл Н. ДеМерс. Географические информационные системы основы. Издательство Дата+, Москва 1999.

19. Словарь по естественным наукам. Глоссарий.ру. http://slovari.vandex.ru/dict/gl natural/article/97/097 214.НТМ

20. Стандарты геоданных по всему миру. http://ncl.sbs.ohio-state.edu/ica/3 spatial.html

21. Томпинсон, Роджер Ф. Думая о ГИС. Планирование географических информационных систем: руководство для менеджеров. Пер. с англ. М.: Дата+, Москва 2004

22. А.К.M.S. Islam, L.E. Bermudez and M. Piasecki, Ontology for Geographic Information -Metadata (ISO 19115), 2004, http://loki.cae.drexel.edu/~wbs/ontologv/.

23. Baader, F., Calvanese, D., McGuinness, D., Nardi, D., and Patel-Schneider, P. (2003), Eds. The Description Logic Handbook; Theory, Implementation and Applications. Cambridge University Press.

24. Baclawski К., Kokar, M., Kogut, P., Hart, L., Smith, J., Letkowski, Jerzy, Emery, Pat, (2002) Extending the Unified Modeling Language for ontology development, Software System Model 1, 1-15.

25. Batini C., Ceri S. and Navathe S.B. (1992), Conceptual Database Design, The Benjamin/Cummings publishing Company, Inc., Redwood City, California.

26. Bechhofer S., Harmelen F.v., Hendler J., Horrocks I., McGuinness D.L., Patel-Schneider P. and Stein L.A. (2004), OWL Web Ontology Language Reference W3C Recommendation, http://www.w3 .org/TR/2004/REC-owl-ref-20040210/.

27. Bermudez Luis and Piasecki Michael. (2006) Metadata Community Profiles for the Semantic Web. Springer Science + Business Media, LLC.

28. Berners-Lee, Т., Hendler, J., and Lassila, O. (2001) The semantic web. Scientific American May.

29. Berners-Lee Т., Hendler J. and Lassila O. (2001), The Semantic Web, Scientific American 184(5), 34-43.

30. Bishr Y. (1998), Overcoming the semantic and other barriers to GIS interoperability, Geographic Information Science 12(4), 299-314.

31. Borgida A., Brachman R. J., McGuinness D. L., Resnick L. A. (1989)CLASSIC: A structural data model for objects // Proc. of the ACM SIGMOD international conference on management of data. P. 59-67.

32. Borst W. N. (1997) Construction of engineering ontologies for knowledge sharing and reuse. PhD Thesis. University of Tweenty, Enschede, Netherlands. Centre for Telematica and Information Technology. -. 243 p.

33. Brachman R. J., Fikes R. E., Levesque H. J. (1983) KRYPTON: A functional approach to knowledge representation // IEEE COMPUTER. Volume 16(10).-P. 67-73.

34. Brachman R. J., Schmolze J. G. (1985) An overview of the KL-ONE knowledge representation system // Cognitive Science. Volume 9. - №2. - P. 171-216.

35. Brickley D. and Guha R.V. (2004), RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema W3C, http://www.w3.org/TR/20Q4/REC-rdf-schema- 20040210/.41 . CHRONOS, (2004) An Information System for Chronostratigraphy, http://www.chronos.org/index.html.

36. CLEANER, Collaborative Large-Scale Engineering Analysis Network for Environmental Research., 2004, http://cleaner.ce.berkeley.edu/intro.php.

37. Commission on Geosciences Environment and Resource CGER, A Data Foundation for The National Spatial Data Infrastructure, National Academy Press, Washington, D.C., 1995.

38. Cox S., Daisey P., Lake R., Portele C. and Whiteside A. (2003). Geography Markup Language (GML3.0) OGC 02-023r4 Open GIS Consortium,, http://www.opengis.org/specs/?page=specs.

39. CUAHSI, Consortium for the Advancement of the Hydrologic Sciences, Inc., 2004, http://www.cuahsi.org/.

40. Ding Y., Fensel D., Klein M., Omelayenko B. (2002)The Semantic Web: Yet another hip? // Proc. of conference on data and knowledge engineering.- Volume 41(3). P. 205-227.

41. Egenhofer M.J., (2002) Toward the Semantic Geospatial Web, in: Tenth ACM international symposium on advances in geographic information systems ACM Press, McLean, Virginia, USA,.

42. Esposito F., Fanizzi N., Iannone L., Palmisano I., and Semeraro G. (2004), "Knowledge-Intensive Induction of Terminologies from Metadata," presented at Third International Semantic Web Conference, Hiroshima, Japan.

43. Fallside D., C. (2001), XML Schema Part 0: Primer, W3C Recommendation W3C, http://www.w3 .org/TR/2001 /REC-xmlschema-0-20010502/.

44. Fensel, D. (2003), Spinning the semantic Web: bringing the World Wide Web to its full potential. Cambridge, Mass.: MIT Press, xxiii, 479.

45. FGDC: Standard for Digital Geospatial Metadata, 1998

46. Fielding R.T. (2000), Styles and the Design of Network-based Software Architectures, Doctoral dissertation, University of California.

47. Fikes R., Farquhar A., Rice J. (1997). Tools for assembling modular ontologies in Ontolingua // Proc. of the Nth national conference on Artificial Intelligence. —.-P. 436-441.

48. Fonseca F.T. (2001), Ontology-driven geographic information systems, Doctor of Philosophy, The University of Maine.

49. Fonseca F, and Egenhofer M (1999) Ontology-Driven Geographic Information Systems, in: Medeiros С В, (Ed.) 7th ACM Symposium on Advances in Geographic Information Systems, Kansas City, MO, pp. 14-19

50. Geographic information — Services, 2003, ISO 19119:2003 (E), ISO TC 21/SC.

51. Golbeck J., Fragoso G., Hartel F„ Hendler J., Oberthaler J. and Parsia B. (2003), The National Cancer Institute's Thesaurus and Ontology, Journal of Web Semantics 1(1),.

52. Graham S., Simeonov S., Boubez Т., Davis D., Daniels G., Nakamura Y., and Neyama R. (2002), Building Web Services With Java: Making Sense of XML, SOAP, WSDL, and UDDI. USA.

53. Groot R. and McLaughlin J.(2000), Geospatial Data Infrastructure Concepts, Cases and Good Practices. New York: Oxford University Press.

54. Grotschell M. and Lugger J. (1998), Scientific Information Systems and Metadata Konrad-Zuse-Zentrum fur Informationstechnik., Berlin. http://elib.zib.de/ftp/pub/UserHome/Luegger/Dresden/Metadata.htm

55. Gruber T. (1993), A Translation Approach to Portable Ontology Specification., Knowledge Acquisition 5(2), 199-220.

56. Guarin J. M. M. and Radwan M. M.(2004) Architecting distributed geo-information services beyond data infrastructures, presented at XXth 1SPRS congress : Geoimagery bridging continents, Istanbul, Turkey.

57. Guarino N., (1998) Formal Ontology and Information Systems, in: Guarino N, (Ed.) Formal Ontology in Information Systems, pp. 3-15, IOS Press, Amsterdam, Netherlands

58. Harvey F., Kuhn W., Pundt H. and Bishr Y. (1999), Semantic interoperability: A central issue for sharing geographic information, The Annals of Regional Science 33(2), 213-232.

59. Heflin J., Hendler J., Luke S. (1999). SHOE: A knowledge representation language for Internet applications. Technical Report Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.cs.umd.edu/proiects/plus/SHOE/pubs/techrpt99.pdf

60. Hendler J. (2002), XML and the Semantic Web, XML Journal October.

61. Hiramatsu K. and Reitsma F. (August, 2005), GeoReferencing the Semantic Web: ontology based markup of geographically referenced information,http://wwvv.mindswap.org/2004/geo/geoStuff files/HiramatsuReitsma04GeoRef.PDF.

62. Houlding S.W. (2001), XML an opportunity for meaningful data standards in the geosciences, Computer & Geosicences 27(7), 839-849.

63. Hunte J. and Lagoze C. (2001), Combining RDF and XML Schemas to Enhance Interoperability Between Metadata Application Profiles, in: The Tenth International World Wide Web Conference ACM Press, Hong Kong, pp. 457-466.

64. Kifer M., Lausen G. (1989). F-Logic: A higher-order language for reasoning about objects, inheritance, and scheme // Proc. of the ACM SIGMOD international conference on management of data. P. 134-146.

65. Klien E., Lutz M., and Kuhn W. (2006), "Ontology-based discovery of geographic information services—An application in disaster management," Computers, Environment and Urban Systems, vol. 30, pp. 102-123.

66. Kresse W. and Fadaie K. (2004), ISO Standards for geographic information. Berlin etc.: Springer Verlag.

67. Lin K. and Ludascher B. (2003), A System for Semantic Integration of Geologic Maps via Ontologies, in: Semantic Web Technologies for Searching and Retrieving Scientific Data (SCISW), Sanibel Island, Florida.

68. Lemmens R. and deby R. A. (2002), Distributed GIS and Metadata Methods for Description of Interoperable GIS Components, presented at International Workshop on Mobile and Internet GIS, Wuhan, China,.

69. MacGregor R., Bates R. (1987). The Loom knowledge representation language // Proc. of the knowledge-based systems workshop. P. 17-29.

70. McGuinness D.L. (2003), Ontologies Come Age, in: Spinning the Semantic Web, D. Fensel, J. Hendler, H. Lieberman and W. Wahlster eds., The MIT Press, London, England.

71. McGuinness, D. L., and van Harmelen, F. OWL Web Ontology Language Overview. W3C Recommendation, World Wide Web Consortium, February 2004. Available at http://www.w3.org/TR/owl-features/. Accessed December 2005.

72. Maguire D. J. and Longley P. A. (2005), "The emergence of geoportals and their role in spatial data infrastructures," Computers, Environment and Urban Systems, vol. 29, pp. 3-14,.

73. Miller, G.A. WordNet a Lexical Database for English. Communications of the ACM, 38(11). 39-41.

74. Molennar M., "Spatial Data Modelling and the Specification of Semantics in GSDI," presented at ISPRS, Hyderabad, India, 2002.

75. NASA, Directory Interchange Format (DIF) Writer's Guide Global Change Master Directory.-National Aeronautics and Space Administration, 2004, http://gcmd.gsfc.nasa.gov/User/difguide/difman.html.

76. NOKIS, North and Baltic Sea Coastal Information System, 2004.

77. OGC Reference Model, 2003, G. Percivall, Open Geospatial Coonsortium(OGC), http://www.opengeospatial.org/specs/?page=orm. August, 2005.

78. OGC, The Importance of Going "Open", An Open Geospatial Consortium (OGC) White Paper, 2005, http://www.opengeospatial.org/press/?page=:papers. July, 2005.

79. OGC. OpenGIS Reference Model. Tech. rep., Open Geospatial Consortium, 2003.

80. OGC. OpenGIS Geography Markup Language (GML) Implementation Specification Version 3.1.0. OpenGIS Recommendation Paper OGC 03-105rl, Open GIS Consortium, February 2004. Editors: Simon Cox, Paul Daisey, Ron Lake, Clemens Portele and Arliss Whiteside.

81. OGC. Web Map Service, Version: 1.3. OGC Implementation OGC 04-024, Open Geospatial Consortium, August 2004.

82. OGC. Web Feature Service Implementation Specification, Version: 1.1.0. OpenGIS Implementation Specification OGC 04-094, Open Geospatial Consortium, May 2005.

83. OGC Web Services Common Specification, 2005, A. Whiteside, OGC Implementation Specifiction, Open Geospatial Consortium Inc. (OGC), August, 2005.

84. Open Geospatial Consortium inc., OGC, http://www.opengeospatial.org/. August, 2005.

85. OpenGIS Web Services Architecture: Discussion Paper, 2003, J. Lieberman, Open GIS Consortium Inc. http://portal.opengeospatial.org/files/index.php7artifact id=:1320. November, 2005.

86. Peng Z.-R. and Tsou M.-H.(2003), Internet GIS Distributed Geographic Information Services for the Internet and Wireless Nehvorks. New Jersey & Canada: John Wiley and Sons inc.

87. Percival G., ISO 19119 and OGC Service Architecture, 2002, October, 2005.

88. Pierre M. St. and LaPlant W.P. (1998), Issues in Crosswalking Content Metadata Standards National Information Standards Organization, http://www.niso.org/press/whitepapers/crsswalk.html.

89. Plewe B. (1997), GIS Online Infromation Retrieval, Mapping, and the Internet. USA: Onward Press.

90. Pundt H. and Bishr Y. (2002), "Domain ontologies for data sharing-an example from environmental monitoring using field GIS," Computers & Geosciences, vol. 28, pp. 95-102.

91. Raskin R., Pan M. (2003), Semantic Web for Earth and Environmental Terminology (SWEET), Workshop on Semantic Web Technologies for Searching and Retrieving Scientific Data, Florida, USA.

92. Raskin R. G. and Pan M. J. (2005), "Knowledge representation in the semantic web for Earth and environmental terminology (SWEET)," Computers & Geosciences, vol. In Press, Corrected Proof.

93. Rose L. (2004), Geospatial Portal Reference Architecture: A community guide to implementing standards-based geospatial portals 0.2. Open Geospatial Consortium Inc.

94. Smart P., A. Abdelmoty I., and Jones С. B. (2005), An Evolution of Geo-Ontology Representation Languages for Supporting Web Retrieval of Geographic Information, School of Computer Science, Cardiff University.

95. Tang W. and Selwood J. (2003), Connecting Our World: GIs Web Services. Redlands, California, USA: ESRI Press.

96. The OpenGIS Abstract Specification Topic 12: OpenGIS Service Architecture, G. Percivall, Open GIS Consortium,http://portal.opengeospatial.org/files/index.php7artifact id— 1221 ,October, 2005.

97. Touretzky D.S. (1986), The Mathematics of Inheritance Systems, Pitman Publishing Limited, London.

98. Visser U., Stuckenschmidt H., Schuster, G. and Vogele T. (2002), "Ontologies for geographic information processing," Computers & Geosciences, vol. 28, pp. 103-117.

99. ANZLIC Infrastructure: Spatial metadata. http://wwvv.anzlic.org.au/inlrastructure metadata.html

100. The ANZLIC Metadata Guidelines (v2 February 2001). http://www.anzlic.org.au/download.html?oid=235801 1755

101. Australian Spatial Data Infrastructure, http://www.anzlic.org.au/infrastructure ASDI.html

102. CEN /ТС 287: ENV 12657:1998 Geographic information Data description - Metadata, 1998

103. Comparison of CEN, FGDC and ISO standards for metadata, http://www.ec-gis.org/Workshops/7ec-gis/papers/html/ruzicka/ruzicka.htm

104. Cross-Mapping UK AGMAP to Dublin Core to ISO 19115. http://wwvv.gogeo.ac.uk/geoPortal 12/files/GoGeo%20to%20DC%20to%20ISQ%20mappingV 1. jxlf

105. DC-Library Application Profile (DC-Lib), http://dublincore.org/documents/library-application-profile/

106. DCMI, Dublin Core Metadata Initiative, 2004, http://dublincore.org/.

107. DGIWG, Digital Geographic Information Working Group, 2004, http://metadata.dgiwg.org/.

108. DLESE, ADN framework, 2003. http://www.dlese.org/Metadata/adnitem/index.htm.

109. DOCTYPE WMTMSCapabilities SYSTEM. http://schemas.opengis.net/wms/l .1,0/capabilities 1 1 O.dtd

110. Dublin Core and IS019115. Metadata Element Descriptions. http://www.spatial.maine.edu/~onsrud/geocommons/elementdscrptns.html

111. EDEN Data Archive, http://ergodd.zoo.ox.ac.uk/eden/index.php

112. EDEN DATA WEBSITE HELPFILE SERIES. http://ergodd.zoo.ox.ac.uk/eden/etc/helpfiles/EDENHELPmetadata.pdf

113. EDEN Partners, http://ergodd.zoo.ox.ac.uk/eden/index.php?p=59

114. ESML, Earth Science Markup Language, 2004, http://esml.itsc.uah.edu/.

115. ESRI Profile of the Content Standard for Digital Geospatial Metadata. http://downIoads.esri.com/support/vvhitepapers/ao /GeospatialMetadataProfile J8709 3-03.pdf

116. Federal Geographic Data Committee. Metadata. Crosswalk FGDC-ISO. http://www.fgdc.gov/metadata/whatsnew/fgdciso.html. http://www.fgdc.gov/CrossWalk/ISO-FGDC-METADATA-CR0SSWALK-V4.xls

117. FGDC, Federal Geographic Data Committee, NSDI, 2005, http://www.fgdc.gov/nsdi/nsdi.html. July. 2005.

118. Geospatial Metadata Standards — Federal Geographic Data Committee. http://www.fgdc.gov/metadata/geospatial-metadata-standards

119. Gigateway Opening the door to geographic Information. http://www.gigatevvav.org.uk/metadata/standards.html

120. HP Labs Semantic Web Research, 2004, http://www.hpl .hp.com/semweb/.

121. OMG, Unified Modeling Language Specification, 2003, http://wwvv.omg.org/technologv/documents/fonnal/uml.htin.

122. OMG, XML Metadata Interchange Specification Version 2.0, 2003, http://www.omg.org/cgi-bin/apps/doc7fonnal/03-05-02.pdf.

123. IRIS, Incorporated Research Institutions for Seismology, 2004, http://www.iris.washington.edu/.

124. ISO 19115:2003 Geographic information. Metadata. https://committees.standards.org.au/COMMITTEES/IT-004/PR1 VATE/I0028/ISQ%2019115%20.pdf

125. ISO 19119:2005 Geographic information. Services. http://www.iso.org/iso/iso catalogue/catalogue tc/catalogue detail.htm?csnumber-39890

126. ISO 19115:2003 Geographic information. Metadata. Annex C, F. https://committees.standards.org.au/COMMlTTEES/IT-004/PRIVATE/10028/ISQ%2019115%20.pdf

127. ISO, Geographic information Metadata, 2003.

128. ISO/TS 19139:2007 Geographic information — Metadata — XML schema implementation. http://www.iso.org/iso/iso catalogue/catalogue tc/catalogue detail.htm?csnumber=32557

129. ISO 19139 and ISO 19110 Version dated 27 February 2007. http://eden.ign.fr/xsd/isotc211 /20070227

130. ISO/TC 211: ISO/CD 19115, 1999.144. ISO 19115:2003.http://www.iso.org/iso/iso catalogue/catalogue tc/catalogue detail.htm?csnumber=26020

131. ISO 19115:2003 Geographic information. Metadata. Annex C, F. https://comrnittees.standards.org.au/COMMITTEES/IT-004/PRiVATE/I0028/SQ%2019115%20.pdf

132. ISO 19115: Metadata Standard Proposed Element Set Draft for Public Consultation, 21 December 2003

133. ISO ТС/211 Geographic information/Geomatics, http://www.isotc211 .org/. August, 2005.

134. Maplnfo Corporation http://www.mapinfo.com

135. MMI, Marine Metadata Interoperability, 2004, http://mmi.shore.mbari.org/marinemetadata.

136. NASA GCMD's Science Keywords and Associated Directory Keywords. { http://gcmd.gsfc.nasa.gov/Resources/valids/archives/keyword list.html

137. NVODS, 2004, http://www.po.gso.uri.edu/tracking/vodhub/vodhubhome.html.

138. OASIS. 2004. http://www.oasis-open.org.

139. OMG, Object Management Group, 2004, http://www.omg.org/.

140. OpenGIS® Specifications (Standards), http://www.opengeospatial.org/standards/

141. OWL Web Ontology Language. Overview Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.w3 .org/TR/owl-features/

142. RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.w3.org/TR/rdf-schema

143. Standford University, Protege-2000, 2003, http://protege.stanford.edu/

144. The Dublin Core Metadata Initiative, http://www.dublincore.org/

145. The Open Geospatial Consortium, Inc.® (OGC). http://www.opengeospatial.org/

146. UK GEMINI Standard v 1.0. http://www.gigateway.org.uk/metadata/pdf/UK GEMINI v 1 .pdf

147. W3C, XML Linking Language(XLink), 2004, http://www.w3.org/TR/xlink/.

148. W3C, XML Path Language (XPath), 2004, 2004,http://www.w3.org/TR/xpath.

149. W3C: OWL Web Ontology Language Semantics and Abstract Syntax. http://www.w3 .org/TR/2004/REC-owl-semantics-20040210/ , 2004.

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

151. XML schema for WMS Capabilities. http://schemas.opengis.net/wms/1.3.0/

152. Список использованных таблиц

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00