CC BY
17
УДК 528.854.4
П.А. Калантаев, В.П. Пяткин ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
WEB-СЕМАНТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ КОСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
P.A. Kalantaev, V.P. Pyatkin
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of Siberian Branch of Russian Academy of Science, prospect Akademika Lavrentjeva, 6, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
WEB-SEMANTIC DATA PROCESSING OF SPACE MONITORING
Abstract. Ideas, concepts and services of global WWW-informatics which is the basis of the technology of semantic interpretation of geodata in WEB, are presented here. The software core of the technology - the original compiler of text attributive geodata.
1. Введение
Парадигма современной информатики предполагает WWW-интеграцию глобальных ДДЗ и локальных отраслевых данных в целостный объект данных -планета Земля, со всем ее природным и антропогенным содержанием. В первой части работы рассматриваются новейшие понятия и направления глобальной геоинформатики, обуславливающие тему исследования, это: семантическое моделирование в БД; NeoGeo - неогеография; Web-2; Wiki проекты; GeoWeb - Geospatial Web; картографические web-сервисы OGC. Новый подход в разработке локальных ГИС - это вписывание ГИС в глобальный сетевой массив ДДЗ посредством Web -семантики. Обновление глобальных-локальных данных сверху-донизу, и это важно, производится посредством коллективной технологии Wiki, успешно себя зарекомендовавшей в самых разных приложениях WWW. Первая часть работы дает представление об идеях, концепциях и парадигмах глобальной информатики, на основе которых во второй части работы предлагается технология семантической интерпретации геоданных в WEB. Программное ядро технологии - оригинальный транслятор текстовых атрибутивных геоданных, разработанный на языке Java.
1. Семантическое моделирование в БД
В реальном проектировании баз данных преобладает естественный метод семантического моделирования структуры данных, опирающийся на смысл этих данных. В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность-связь. По сути, все варианты диаграмм сущность-связь исходят из одной идеи - рисунок всегда нагляднее текстового описания. Все такие диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов), и взаимосвязей между сущностями [1]. Неогеография, рассмотренная ниже, также базируется на методе семантического моделирования атрибутивных геоданных представленных в формате гипертекста WWW.
2. NeoGeo - Неогеография
Неогеография - новое поколение средств и методов работы с геопространственной информацией, отличающееся от предыдущих (карт и ГИС) тремя основными признаками.
1. Использованием географических (широта, долгота, высота), а не картографической (x, y) систем координат. Это позволило решить ключевую проблему обычных карт - сведение высокоточных геоданных воедино.
2. Применением растрового, а не векторного представления географической информации в качестве основного. Это позволяет комплексно отображать местность.
3. Использованием открытых гипертекстовых форматов представления геоданных.
Термин Неогеография (NeoGeo) получил широкое распространение после выхода в свет в декабре 2006 года книги Эндрю Тернера «Введение в Неогеографию». NeoGeo представляет собой набор методик и средств, выходящих за рамки «классических» ГИС. NeoGeo объединяет воедино сложные технологии картографии и ГИС и делает их доступными для пользователей и разработчиков. NeoGeo эпохи Web 2.0 предполагает, что картографические данные создаются самими пользователями, которые как правило, не географы-профессионалы. Классический пример решений, выполненных в идеологии NeoGeo - это геопорталы Google Earth и Google Maps.
3. Web 2.0
Появление термина Web 2.0 принято связывать со статьей «Tim O'Reilly -What Is Web 2.0» от 30 сентября 2005 года. В этой статье Тим О'Рейли выявил некоторые новые принципы создания сайтов в соответствии с общей тенденцией развития интернет-сообщества, и назвал это явление Web 2.0, в противовес «старому» Web 1.0. Исследователи Web 2.0 выделяют несколько основных аспектов этого явления: Web-службы; AJAX (Асинхронные JavaScript и XML); Web-синдикация; Mash-up (Web приложение комбинирущее данные и функции нескольких источников: текстовых, графических, аудио, видео и др. ); Метки (теги); Социализация.
4. Wiki проекты
Wiki - web-сайт, структуру и содержимое которого пользователи могут сообща изменять с помощью простых инструментов, предоставляемых самим сайтом. Wiki часто используются для коллективного создания объемных и сложных web-сайтов различной тематики. Семантическая wiki - wiki, модель знаний которой описана на ее страницах. Обычные wiki заполняются структурированным текстом и нетипизированными гиперссылками. Семантические wiki позволяют указывать тип ссылок между статьями, тип данных внутри статей, а также информацию о страницах (метаданные). Цель семантической wiki: обеспечить машинную обработку Web данных с минимальными усилиями для пользователей. По wiki-принципам строят картографические сервисы, пример http://wikimapia.org.
5. GeoWeb - Geospatial Web
Geospatial Web или Geoweb подразумевает объединение географической (локально-ориентированной) информации с текущей абстрактной информацией Интернет. Это позволяет создать среду, в которой можно искать вещи на основе местоположения, вместо поиска по ключевым словам. Среда Geoweb - это кибер-инфраструктура, объединяющая Интернет адресацию и иерархическую пространственную адресацию. Таким образом Geoweb характеризуется самосинхронизацией сетевой адресации, времени и места.
6. Картографические web-сервисы OGC
Становятся популярными различные картографические интернет-сервисы, например, Google Earth / Google Maps. Общие принципы и стандарты программного обеспечения такого рода сервисов, разрабатываются и декларируются международной некоммерческой организацией OGC - Open Geospatial Consortium. Одной из первых разработок OGC были стандарты по созданию GML - Geography Markup Language - языка группы XML, предназначенного для описания географически привязанных объектов. GML может быть использован и как язык моделирования, и как язык передачи пространственной информации в сети. Важная спецификация OGC - KML -Keyhole Markup Language: XML- ориентированный язык схем для экспресс-аннотаций и визуализации текущей и будущей Web-основы, двухмерных карт и трехмерных обзоров Земли.
7. Технология семантической интерпретации геоданных
Технология семантической интерпретации геоданных базируется на
трансляторе пользовательского мета языка семантической разметки атрибутивных геоданных WEB. Назначение транслятора - автоматизация семантической разметки и преобразования в формат HTML-XML, уже накопленных разнородных атрибутивных геоданных для задач исследования природных ресурсов [3]. Транслятор (рис.1), на основе входного текстового файла разметки геоданных, формирует выходной файл в формате HTML-XML, в том числе онтологии конкретных предметных областей. Технология допускает итеративный процесс семантической разметки и редактирования пользователем промежуточных результатов трансляции, остановленной после интерпретации встроенных функций обработки размеченного текста, если таковые обнаружены транслятором.
Промежуточный результат трансляции - суть добавление к исходному тексту (макроподстановка) результатов его интерпретации в формате входного мета языка, после редакции может быть вновь интерпретирован или окончательно транслирован в формат HTML-XML. Транслятор может быть настроен на различные мета языки пользователей, варьируемые в рамках «правил описания языка». Согласно «правилам» синтаксис языка задается в НФБ (нормальная форма Бэкуса-Наура). Конструкции пользовательского мета языка семантической разметки геоданных:
Объявления типов данных, переменных и констант - символьных, текстовых и числовых целых;
- Служебные слова и символы семантической разметки;
- Встроенные функции обработки размеченного текста:
- Статистика повторяемости ключевых слов в блоке текста,
- Проверка грамматики слов на основе машинного словаря русского языка,
- Контекстный поиск и замена по образцу,
- Замена почтовых адресов, указанных в блоке текста, в реальные географические координаты,
- Определение принадлежности имени собственного заданным категориям имен, (фамилия, имя, отчество, название населенного пункта),
- И т. д.
Планируется расширение мета языка управляющими операторами обработки объектов текста.
Генератор гипертекста HTML-XML представляет собой алгоритм обхода дерева и выполнения над ним трех операций. Во-первых, получение типов всех функций и объектов, определение области их видимости. Это позволит автоматически генерировать код для корректной записи
аргументов функций и иных объектов. Во-вторых, происходит раскрытие конструкций метаязыка в новые ветви дерева. И последнее - запись обработанных ветвей кода метаязыка обратно во входной файл (макрорасширение и макроподстановка результатов интерпретации функций обработки текста).
Заключение
В заключение следует отметить факт разрастающейся, как снежный ком, сферы применения инструментов и стандартов глобальной WWW в локальных
Рис. 1. Принципиальная схема транслятора мета языка для генерации гипертекста HTML-XML
областях науки, техники и народного хозяйства. Универсализация локальной информатики в терминах глобальной информатики - процесс добровольный, ибо дает пользователям как правило бесплатный (FreeWare) инструмент, разработанный коллективно и наилучшим образом проверенный большим числом пользователей. Приспособление локальных задач к инструментам решения глобальных задач - объективный процесс развития информационных технологий отраслей промышленности, востребованных на мировом рынке. Вхождение России в процесс глобальной информатизации происходит по мере возвращения отечественной промышленности на передовые позиции в мире.
Обоснованная в работе, находящаяся в стадии реализации и отладки, технология семантической интерпретации геоданных в WEB дает функциональное наполнение базы данных природных явлений, созданной на предыдущем этапе разработки [3]. Планируемое развитие настоящей работы -разработка системы построения трансляторов метаязыков описания, семантической разметки и агрегирования атрибутивных геоданных.
Работа выполнена частично при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 07-07-00085a.
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. П.А. Калантаев. Семантическая организация пространственных данных. // В сборнике трудов Международной Конференции «ИНТЕРКАРТО - ИНТЕРГИС 11 Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» 25 сент. - 3 окт. 2005 г.,Ставрополь-Домбай-Будапешт, изд-во СГУ, 2005 г., с. 92-96.
2. А.А. Бучнев, П.А. Калантаев, В.П. Пяткин. Интернет технологии в обработке данных дистанционного зондирования Земли // Труды Международного научного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2006», 24-28 апреля 2006, Новосибирск, Россия, т. 3, ч. 1. «Мониторинг окружающей среды, геоэкология, дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия», с. 43-51.
3. Калантаев П.А. Функции семантической обработки данных космического мониторинга // Труды Международного научного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2007», 25-27 апреля 2007, Новосибирск, Россия, т.3 «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология», с. 162-165.
© П.А. Калантаев, В.П. Пяткин, 2009
