СЕРВІС-ОРІЄНТОВАНА АРХІТЕКТУРА КАДАСТРОВИХ ГЕОІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА КАДАСТРОВИХ ГЕОПОРТАЛІВ — А. А. Лященко, Ж. В. Форосенко, А. Г. Черін

СЕРВІС-ОРІЄНТОВАНА АРХІТЕКТУРА КАДАСТРОВИХ ГЕОІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА КАДАСТРОВИХ ГЕОПОРТАЛІВ — А. А. Лященко, Ж. В. Форосенко, А. Г. Черін

            Вісник геодезії та картографії. - 2011. - № 1. - С. 35-43 

            Вступ. Сучасні кадастрові системи створюються багатоцільовими. На них, окрім традиційних юридичних і фіскальних функцій, покладається забезпечення інформаційної підтримки прийняття рішень у сфері охорони та раціонального використання природних ресурсів і сталого розвитку територій.

До основних принципів створення багатоцільових кадастрів належать: мультиспрямованість, мультизастосовність, мультиучасть, інтегрованість, розподіленість, масштабованість та інтероперабельність. Перша трійка принципів продиктована вимогами до розширеного вмісту кадастрових даних, що задовольняє міжгалузеве їх використання, а також визначає основний спосіб ефективної підтримки їх в актуальному стані. Вони ґрунтуються на відомостях із першоджерел, підготовлених багатьма установами, які відповідають за створення і постачання тих чи інших інформаційних ресурсів, включених до складу кадастрових даних, наприклад: топографічні карти, реєстри фізичних та юридичних осіб, реєстри адрес, реєстри зон містобудівних та інших обмежень. Решту принципів можна віднести до групи технологічного забезпечення реалізації багатоцільового кадастру як розподіленої мережі інформаційних систем, в якій здійснюється інтегрування даних з різних джерел на основі використання однорідних за архітектурою, інформаційно й функціонально сумісних (інтероперабельних) систем.

Процес реформування кадастрів ґрунтується на широкому залученні геоінформаційних систем і технологій та цифрових моделей і методів збирання, накопичення та використання кадастрових даних. Практика переконує в необхідності їх побудови за архітектурою відкритих систем з чітко визначеними уніфікованими структурними компонентами, програмними сервісами зі стандартизованими інтерфейсами взаємодії та наборами вхідних і вихідних електронних документів (е-документів). За такими принципами створювалася та розвивається надскладна суперсистема сучасності, якою є глобальна інформаційна мережа Інтернет, а також інші глобальні та регіональні системи типу систем управління авіаперевезеннями вантажів і пасажирів, банківських систем.

Мета пропонованого дослідження — аналіз тенденцій розвитку розподілених кадастрових ГІС нового покоління в розвинених країнах світу, а також узагальнення досвіду авторів у питаннях реалізації компонентів кадастрових ГІС, заснованих на веб-технології, базах геопросторових даних, геоінформаційних сервісах та системі обігу е-документів.

Аналіз проблеми та постановка задачі. Проаналізувавши еволюцію інформаційних технологій та ГІС, можна констатувати, що в сучасних геоінформаційних системах функціональність щодо просторового моделювання переноситься на серверні компоненти й об’єктно-реляційні бази даних з геометричними типами даних і розширеною мовою SQL для оброблення просторових запитів до баз геопросторових даних за ISO/IEC 13249-3:2002 [11] (див. мал.1).

У геоінформаційних системах запроваджуються уніфіковані набори електронних документів та уніфіковані програмні сервіси, що реалізуються на основі міжнародних стандартів у сфері географічної інформації/геоматики серії ISO 19100 і технічних специфікацій розподілених ГІС, розроблених відкритим геопросторовим консорціумом OGC [1, 2, 14]. Саме про такі тенденції в розвитку кадастрових ГІС свідчить діяльність Міжнародної федерації геодезистів (FIG) у сфері стандартизації кадастрових даних та засобів їх оброблення на основі стандартів ISO 19100 [12], а також реалізація кадастрових систем у Швеції, Чехії, Австралії та інших країнах як складових національних інфраструктур геопросторових даних [8, 9].

Основу комплексної автоматизації процесів збирання, реєстрування, зберігання та використання даних у сучасних кадастрових системах, безперечно, складають наскрізні геоінформаційні технології. Для автоматизації окремих процесів використовуються цифрові засоби отримання просторових даних, бази даних та програмні сервіси з уніфікованими функціями та інтерфейсами. За такого підходу створюються умови для інтероперабельності окремих програмних сервісів, які розробляються і постачаються різними виробниками, а також для здорової конкуренції у сфері розроблення програмних засобів, що в свою чергу сприяє підвищенню функціональності, надійності, постійному технічному удосконаленню програмних засобів та зниженню їх вартості. Аналогічно вирішуються проблеми уніфікації міжсистемних зв’язків різних кадастрів в інфраструктурі геопросторових даних (наприклад, земельного і містобудівного, природних ресурсів і земельного) та передачі кадастрових даних в інші інформаційні системи (наприклад, інформаційні системи ринку нерухомості або інформаційні системи земельного банку тощо).


Мал. 1. Еволюція інформаційних технологій та ГІС: NFS (Network File System) – мережна файлова система; TCP/IP (TCP: Transmission Control Protocol – Протокол керованого передавання; IP: Internet Protocol – міжмережний протокол) – маршрутизований мережний протокол; HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передавання гіпертекстових документів; XML (eXtensible Markup Language) – розширювана мова розмітки; SOAP (Simple Object Access Protocol) – простий протокол доступу до об’єктів. SOAP розроблено для реалізації віддаленого виклику процедур у розподілених системах. Наразі він розглядається як загальний протокол обміну структурованими повідомленнями у форматі XML в розподіленому обчислювальному середовищі, а не тільки для виклику продедур

 Розроблення та затвердження Держкомземом України у 2010 р. Вимог до структури, змісту та формату оформлення результатів робіт із землеустрою в електронному вигляді (обмінного файла)[1] відкриває нову сторінку у вітчизняній стандартизації обміну кадастровими даними. Ці вимоги встановлюють порядок оформлення результатів робіт із землеустрою в електронному вигляді, які формуються з метою внесення даних до Поземельної книги та Книги записів реєстрації державних актів на право власності на землю і на право постійного користування землею, договорів оренди землі, які чергуються в електронному вигляді та визначають набір базових лексичних і синтаксичних правил для побудови обмінних файлів. Новий формат обміну кадастровими даними відповідає міжнародному стандарту мови XML і тим самим відкриває перспективи розроблення та використання уніфікованих засобів оброблення даних в автоматизованій інформаційній системі Державного земельного кадастру (АІС ДЗК). Але загалом у реалізації АІС ДЗК з 2004 р. не можна відмітити суттєвих архітектурних, системних і технологічних зрушень. У піонерних системах, що розробляються окремими колективами ентузіастів, а також Центром ДЗК, декларуються клієнт-серверна архітектура, розподіленість, масштабованість, зорієнтованість на веб-технології, але фактично реалізуються архітектури вчорашнього дня (за класифікацією, що на мал.1) [3, 4].

Оскільки кадастрові ГІС належать до складних систем як за кількістю об’єктів реєстрації, так і за територіальним охопленням та міжгалузевим характером збирання і використання кадастрових даних, то магістральним шляхом створення таких систем є технології, засновані на концепції відкритих систем і визнаних міжнародних стандартах розподіленого оброблення даних та взаємозв’язку від критих систем [1, 10]. У міжнародних стандартах серії ISO 19100: Географічна інформація/геоматика [2] і технічних специфікаціях консорціуму OGS [14] загальні концепції відкритих систем поширено на процеси оброблення геопросторових даних, і ці концепції складають методичну основу розвитку сучасних інструментальних та прикладних ГІС [4-7].

Основні результати дослідження. Пропоновані сервіс-орієнтована архітектура кадастрової ГІС та система уніфікованого електронного кадастрового документообігу призначені для реалізації наскрізної інформаційної технології реєстрації та оброблення даних про земельні ділянки, права та їх обмеження від реєстрації вхідних документів (заяв громадян та юридичних осіб, технічних звітів з даними про земельні ділянки в обмінних форматах, додаткових документів, що посвідчують права, особу та інше) до формування й ведення бази даних земельного кадастру на всіх територіально розподілених рівнях АІС ДЗК (базовому на територію міст і районів, регіональному (обласному) та загальнодержавному). Така технологія забезпечує оброблення й інтегрування даних з різних джерел, які вводяться в систему на початкових етапах реєстрації об’єкта нерухомості, а після контролю й під твердження передаються в базу даних реєстрів земельного кадастру для довгострокового зберігання й використання в системах управління земельними ресурсами та обслуговування земельного ринку. Сервіс-орієнтована архітектура розподіленої АІС ДЗК (мал.2) має трирівневу логічну структуру в складі:

сервера бази даних для сховища кадастрових да них і документації, геопросторових даних, цифрових карт, планів та ортофотозображень;

програмних сервісів, у т. ч. для: обслуговування архіву електронних копій заяв та вхідних даних; створення і ведення бази даних реєстрів земельного кадастру; оброблення геопросторових даних і формування електронних карт; формування та інтерпретації уніфікованих е-документів обміну кадастровими даними;

 спеціального програмного забезпечення клієнтських автоматизованих робочих місць (СПЗ АРМ), зокрема: приймання заяв та інших вхідних документів про реєстрацію земельних ділянок, прав і обмежень; адміністрування системи та інформаційного обслуговування і взаємодії з АІС ДЗК вищого рівня, геопорталами та іншими інформаційними системами органів державної влади й органів місцевого самоврядування та інших зацікавлених організацій.

Ключовою компонентою у пропонованій архітектурі АІС ДЗК є сховище кадастрових даних і документів у середовищі однієї із сучасних систем керування базами геопросторових даних (СКБГД), що реалізується на основі розширення традиційних об’єктно-реляційних СКБД засобами роботи з геопросторовими даними, наприклад: Oracle має роз ширення Oracle Spatіal 10g, ІBM DB2 – Spatіal Extender, PostgreSQL – PostGіs, MySQL версія 5.0.0 та пізніші, ЛИНТЕР версія 6.0.10 та інші. У цих СКБГД уведено спеціальний абстрактний тип даних "Геометрія" для відображення просторових властивостей об’єктів, спеціальні механізми просторових індексів для ефективного доступу до геопросторових даних та розширена мова SQL для формування просторових запитів в операціях аналізу просторових і топологічних відношень між об’єктами. Тепер більшість задач геоінформаційного моделювання й аналізу може вирішуватися безпосередньо в середовищі СКБГД, а не тільки засобами інструментальних ГІС. СКБГД реально забезпечує такі важливі для кадастрових ГІС принципи процесу оброблення геопросторових даних: цілісність даних, спільний доступ до даних, адміністрування та розмежування доступу до даних, масштабованість, незалежність від ГІС-платформ, безпека даних, паралельність запитів, розподіленість баз даних, реплікація даних. Основна ж перевага застосування СКБГД у кадастрових ГІС полягає в забезпеченні цілісності кадастрових даних у сенсі зберігання та маніпулювання обома складовими моделей геопросторових об’єктів (геометричними та атрибутивними) в єдиному середовищі та незалежно від форматів інструментальних ГІС.

Обмін геопросторовими даними СКБГД із зовнішніми компонентами реалізується на основі географічної мови розмітки GML за стандартом ISO/DIS 19136: Geographic Information Geography Markup Language (GML), а для безпосереднього доступу внутрішніх програмних засобів до СКБГД застосовується розширена мова SQL і два відкриті формати (WKB – well-known binary та WKT – well-known text), які рекомендовані у стандартах консорціуму OGS як засоби уніфікації доступу до баз геопросторових даних.


Мал. 2. Сервіс-орієнтована архітектура АІС ДЗК

Застосування СКБГД для зберігання й оброблення геопросторових даних у кадастрових ГІС забезпечує незалежність прикладних програм та кадастрових даних (найдорожчих і найбільш трудомістких компонентів системи) від конкретних ГІС-платформ та можливість спільного використання цих даних при роботі в середовищі різних інструментальних ГІС, оскільки в нових версіях ГІС практично усіх провідних компаній (ArcGIS, AutoCADMap, MapInfo) та в ГІС з відкритими кодами (gvGIS, QGIS та ін.) реалізовані компоненти прямого доступу до СКБГД.

У сховищі кадастрових даних і документів (див. мал.2) виділено такі основні розділи:

архів електронних копій заяв землекористувачів, вхідних та вихідних документів, що відповідно подаються на реєстрацію в системі та формуються і видаються за допомогою системи;

власне база геопросторових даних кадастру (Geodatabase) з традиційними реєстрами (земельних ділянок та угідь; фізичних та юридичних осіб як суб’єктів прав на землю; прав, сервітутів, оренди та обмеження прав на земельні ділянки; документів, що посвідчують права; кадастрових зон, кадастрових кварталів, інших територіальних зон та меж об’єктів адміністративно-територіального устрою України; вулиць і адрес населених пунктів);

метадані електронного каталогу об’єктів бази кадастрових даних, їх атрибутів та шаблонів е-документів;

реєстр користувачів системи та прав їх доступу до програм і кадастрових даних.

Архів електронних копій вхідних/вихідних документів призначений для реалізації системи електронного документообігу кадастру, яка дозволяє ефективно і надійно виконувати одну із принципових вимог до автоматизованих кадастрових систем – документованість та документальність. Це означає, що: 1) усі відомості, що заносяться в кадастрові системи, мають бути документально підтвердженими; 2) усі відомості, які формуються і видаються кадастровими системами, підлягають реєстрації та обліку.

Основу електронного документообігу кадастру в сучасних системах складають електронні скан-копії заяв та інших вхідних паперових документів, а також структуровані е-документи у форматах мови XML, серед яких можна виділити такі групи документів:

е-документи імпорту даних з обмінних файлів системи інвентаризації земельних ділянок, землевпорядної документації або інших джерел та взаємодіючих інформаційних систем (містобудівного, лісового, водного кадастрів, реєстрів фізичних та юридичних осіб тощо);

внутрішні е-документи, що формуються в процесі роботи користувачів із системою, включаючи XML-документи про реєстрацію користувачів на початку кожного сеансу роботи в системі та всі запити (звернення) і дії користувачів з кадастровими даними, а також е-документи відповідей системи на ці запити;

е-документи експорту кадастрових даних користувачам АІС ДЗК, в т. ч. і в інші взаємодіючі інформаційні системи та системи підтримки прийняття управлінських рішень.

Для підтримання такого кадастрового документообігу обмін інформацією між сервером системи і будь-яким клієнтським комп’ютером або зовнішньою системою реалізується виключно на рівні електронних XML-документів, а програмні засоби архівування підтримують каталог та базу даних реєстру вхідних/вихідних е-документів, у якому фіксуються всі звернення до бази кадастрових даних та всі відомості (вихідні документи), що були надані користувачам системи (електронні карти та електронні копії документів включно).

У кадастровій ГІС із сервіс-орієнтованою архітектурою для кожного із реєстрів бази даних земельного кадастру на сервері в програмних сервісах інтерпретуються вхідні XML-документи і вносяться зміни в базу даних, а також зворотні дії — отримання даних з бази та формування вихідних XML-документів для АРМів користувачів. СПЗ АРМів усіх типів реалізується за уніфікованою схемою взаємодії компонентів візуалізації е-документів та електронних карт, що надходять від програмних сервісів системи, і компонентів підтримки інтерфейсу екранних форм для інтерактивної роботи з електронними картами, редагування отриманих та/або формування нових вхідних е-документів. Усі програмні компоненти мають базуватися на загальних стандартах веб-технологій та стандартах подання й оброблення географічної інформації, зокрема для геоінформаційних сервісів електронних карт WMS (Web Map Service) та геопросторових об’єктів WFS (Web Feature Service) [7, 14]. Така побудова системи забезпечить надійне функціонування АІС ДЗК, її масштабування на всіх рівнях використання (від локальної мережі кадастрового офісу до територіально-розподіленої бази даних ДЗК, що функціонує за технологією Інтернет/Інтранет-мережі регіональних центрів ДЗК).

До основних принципів формування системи XML-електронних документів АІС ДЗК можна віднести:

використання єдиної уніфікованої системи класифікації об’єктів та їх властивостей;

об’єктно-орієнтований підхід, на основі якого виділяється множина базових класів логічних об’єктів кадастрового обліку та розробляються уніфіковані XML-схеми правил подання таких базових класів в електронних документах;

створення єдиних відкритих каталогів XML-схем базових класів логічних об’єктів кадастрових систем та їх властивостей, уніфікованих XML-схем усіх електронних документів, що розробляються на множині базових класів і єдиних класифікаторів;

забезпечення відкритого вільного доступу до каталогів XML-схем та обов’язковість їх дотримання у програмних комплексах усіх взаємодіючих кадастрових та інших інформаційних систем.

За прототипи для реалізації системи е-документів кадастрової ГІС можна рекомендувати уже згадані вище Вимоги до структури, змісту та формату оформлення результатів робіт із землеустрою в електронному вигляді (обмінного файла), специфікацію мови LandXML [16], ЕСД Кадастр [13], а також дослідну систему е-документів для земельного кадастру, що реалізована в ГІС ТЕРЕН-РЕЄСТР [4, 6]. Остання має таку ієрархічну структуру:

XML-моделі первинних об’єктів кадастрового обліку (базові елементи) ==> колекція базових елементів ==> комплексні е-документи як результат відображення об’єктних відношень на множині базових елементів.

 До базових елементів у цій системі віднесено первинні сутності кадастру: земельна ділянка, фізична особа, юридична особа, документ, адреса, користувач, виконавець тощо. До комплексних документів належать реєстраційно-облікові картки земельних ділянок та об’єктів нерухомості, технічні паспорти, поземельна книга, заяви громадян та відомості, що видаються кадастровою системою, тощо.

 На мал.3 та 4 зображено екранні форми інтерпретації XML-документів на клієнтському комп’ютері системи “ТЕРЕН-РЕЄСТР". Система підтримує наскрізну інформаційну технологію реєстрації та оброблення даних про земельні ділянки, права та їх обмеження від реєстрації вхідних документів до формування і ведення бази даних земельного кадастру міста. Дані з різних джерел, які вводяться в систему на початкових етапах реєстрації об’єкта нерухомості, після контролю і доповнення можуть бути передані в базу кадастрових даних.

Процес оброблення даних у системі ґрунтується на формуванні та інтерпретації відповідних е- документів, що переміщуються в ланці взаємодії “сервер-клієнт“. Це означає, що засоби підсистеми "Клієнт" не працюють безпосередньо з таблицями сервера бази даних, а формують та оброблюють копії е-документів. Зміни в цих е-документах будуть занесені в базу даних лише за спеціальною командою користувача, якій відповідає засіб-кнопка "Зберегти на сервері".

Екранна форма відомостей про земельну ділянку (див. мал.3) використовується в усіх режимах роботи, де вводяться, переглядаються або редагуються дані про земельну ділянку або про зв’язані з нею права та інші об’єкти (угіддя, сервітути, обмеження, оренда, суміжники тощо). На структурі ("дереві") е-документа (зліва в екранній формі) виводяться короткі відомості про ці об’єкти, а праворуч розміщуються форми з детальною інформацією поточного (вибраного на "дереві") розділу або об’єкта. В режимі редагування поля форми доступні для корегування, додавання нових документів або розділів відомостей в існуючі.