Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie GEOINFORMATIKA XI – PROSTOROVÉ INFORMAČNÍ INFRASTRUKTURY A STANDARDY Tomáš Řezník Proč hovořit o prostorových informačních infrastrukturách? Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie2 Třeba kvůli „datovým ostrovům s prostorovými daty“ ̶ Rozdílná kvalita dat, souřadnicové systémy, formáty, licenční podmínky,… Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie3 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie4 Zvláště patrné při mimořádných událostech ̶ Přírodní ani lidské hrozby se nezastaví na hranicích států ̶ 20% obyvatel EU (115 mil. občanů) žije méně než 50 km od hranice státu ̶ 70% povrchových vod je součástí mezinárodních povodí 16.08.2001 Obrázky převzaty z: Cetl, V. 2013 Převzato z http://google.com Hledání prostorových dat Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie5 Hledat KATALOGOVÁ SLUŽBA PRO PROSTOROVÁ DATA A SLUŽBY Časové vymezení: Od: Do: + Adopted from http://maps.google.co.uk Nezbytnost prostorových katalogů Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie6 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie7 Metadata Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie Metadatový editor 8 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie GIS software GIS software GIS software Geographic location Topic category Lineage Temporal extent … Co s metadaty? 9 mapa Hledat KATALOGOVÁ SLUŽBA PRO PROSTOROVÁ DATA A SLUŽBY Časové vymezení: Od: Do: + Adopted from http://maps.google.co.uk Co raději s metadaty? Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie10 Katalogový server Klientská aplikace Katalogový server Katalogový server Katalogový server Katalogový server Katalogový server V pozadí za uživatelským rozhraním Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie11 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie12 Nalezená data Nalezená data Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie13 Nalezená data Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie14 …a odpověď na otázku ze snímku č. 2 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie15 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie16 Prostorové informační infrastruktury Prostorová informační infrastruktura je stejná jako jiné infrastruktury, vodohospodářská, pro přenos elektrické energie či telekomunikační. Vyžaduje velké úsilí mnoha lidí i finanční investice po desetiletí. Uživatelé se nestarají o to, jak funguje. Jen ji používají. Obrázek převzat z: https://www.123rf.com Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie17 Prostorové informační infrastruktury Metadata Data Webové služby Sdílení dat Monitoring Legislativa Vzdělávání Lidé Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie18 Prostorové informační infrastruktury ̶ Legislativně zakotveny ve všech vyspělých státech světa. ̶ V EU směrnice 2007/2/ES, známější pod zkratkou INSPIRE ̶ INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe ̶ Transponována do národních legislativ, např. v ČR do Zákona č. 123/1998 Sb. ̶ Mezi důsledky/výsledky patří ̶ Národní geoportály jako například http://geoportal.gov.cz ̶ Základní registry veřejné správy jako například https://rpi.gov.sk ̶ Evropský geoportál http://inspire-geoportal.ec.europa.eu ̶ Mnoho dalších geoportálů, aplikací, otevřených dat a služeb či zaměstnaných geoinformatiků Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie19 Témata prostorových dat směrnice INSPIRE Příloha I 1. Souřadnicové referenční systémy 2. Zeměpisné soustavy souřadnicových sítí 3. Zeměpisné názvy 4. Správní jednotky 5. Adresy 6. Katastrální parcely 7. Dopravní sítě 8. Vodopis 9. Chráněná území Příloha II 1. Nadmořská výška 2. Krajinný pokryv 3. Ortofotosnímky 4. Geologie Příloha III 1. Statistické jednotky 2. Budovy 3. Půda 4. Využití území 5. Lidské zdraví a bezpečnost 6. Veřejné služby a služby veřejné správy 7. Zařízení pro sledování životního prostředí 8. Výrobní a průmyslová zařízení 9. Zemědělská a akvakulturní zařízení 10.Rozložení obyvatelstva - demografie 11. Správní oblasti/chráněná pásma/regulovaná území a jednotky podávající hlášení 12. Oblasti ohrožené přírodními riziky 13. Stav ovzduší 14. Zeměpisné meteorologické prvky 15. Zeměpisné oceánografické prvky 16. Mořské oblasti 17. Bioregiony 18. Stanoviště a biotopy 19. Rozložení druhů 20. Energetické zdroje 21. Nerostné suroviny Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie20 GeoInfoStrategie ̶ Plným názvem „Strategie rozvoje infrastruktury pro prostorové informace v České republice do roku 2020“ ̶ tj. s implementací po roce 2020 ̶ vychází ze směrnice INSPIRE ̶ spolupráce veřejné, akademické i komerční sféry ̶ připravuje se pokračování na další období ̶ Definována dvěma usneseními vlády ČR ̶ Usnesení vlády ČR ze dne 14. listopadu 2012 č. 837 ̶ Usnesení vlády České republiky ze dne 8. října 2014 č. 815 Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie21 GeoInfoStrategie ̶ Identifikováno 50 tzv. „top“ podnětů pro řešení infrastruktury pro prostorové informace v České republice • řešit dostupnost základních prostorových dat nejvyšší úrovně podrobnosti • zamezit duplicitám při tvorbě a správě prostorových dat ve veřejné správě • řešit koordinaci rozvoje prostorových dat a souvisejících informačních systémů • řešit bezbariérové sdílení prostorových dat a služeb, tzv. Open Data • řešit celoživotní vzdělávání a rozvoj lidských zdrojů v oblasti prostorových informací • řešit standardizaci a koordinaci procesů v oblasti správy i využití prostorových dat, řešit financování • maximálně využít existující kvalitní prostorová data Standardizační rámce v geoinformatice Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie23 Standardizace v geoinformatice ̶ Standardy definují „lingua franca“ nebo obecné dohody, které napomáhají dosáhnout interoperabilitu mezi jednotlivými informačními systémy a IT komponentami ̶ De iure – vytvářené oficiálními standardizačními autoritami ̶ De facto – vytvářené komerčními organizacemi na základě širokého konsensu a obecné akceptace ̶ Liší se legislativní závazností, stejná technologická relevance ̶ Běžný přechod mezi de iure a de facto – např. KML vytvořené společností Keyhole, poté akvizice Google, od 2010 i implementační specifikace Open Geospatial Consortium Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie24 Standardizační organizace v geoinformatice Definuje implementaci pro Web – od HTML až po sémantický web Vytváří specifikace pro strukturu dat, výměnné formáty či webové služby Překladem vytváří české státní normy i českou odbornou terminologii Ad hoc standardizuje v Evropě chybějící problematiky, které se následně „přetaví“ do ISO standardu Standardizuje mj. OGC specifikace v sérii ISO 191xx (geografická informace) V legislativě odkazuje na ISO standardy W3C a OGC vytvářejí standardizační rámce společně od roku 2015, iniciativa Spatial Data on the Web Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie25 Standardizační organizace v geoinformatice ̶ standardy: ISO (International Standardisation Organisation) ISO/TC 211 – Geographic information/Geomatics ̶ www.isotc211.org ̶ doporučení: World Wide Web Consortium (W3C), společná iniciativa s OGC Spatial Data on the Web ̶ https://www.w3.org/ ̶ implementační specifikace: Open Geospatial Consortium (OGC) ̶ http://www.opengeospatial.org Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie26 Standardizační organizace v geoinformatice ̶ evropské normy: Evropská komise pro normalizaci - CEN (Comité Europeén de Normalization, Brussels) CEN/TC 287 - technický výbor pro geografickou informaci ̶ www.centc287.org ̶ české normy: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví ̶ www.unmz.cz/ Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie27 Základní implementační specifikace OGC ̶ Simple Features Specification (SFS) ̶ základní geometrická primitiva v GIS a jejich prostorové dotazování ̶ Geography Markup Language (GML), verze 3.2.1 je ISO 19136 ̶ Web Map Service (WMS), verze 1.3.0 je ISO 19128 ̶ Web Map Tile Service (WMTS) ̶ Web Feature Service (WFS), verze 2.0.0 je ISO 19142 ̶ Web Coverage Service (WCS) ̶ Catalogue Service for Web (CSW) ̶ OGC APIs, rodina specifikací nahrazujících „tradiční“ webové služby Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie28 Datové modelování ̶ Výběr relevantní části reality (tzv. universa diskurzu) s cílem vytvořit strukturu v databázi ̶ Konceptuální úroveň: definujeme co je obsahem modelování (systému) ̶ Logická úroveň: určuje jak je obsah systémů obvykle v tzv. relačním schématu definován ̶ Fyzická úroveň: určuje čím je logická úroveň realizována (databázová platforma) ̶ Výsledkem tohoto procesu softwarového inženýrství je datový model ̶ Logická úroveň většinou v jazyce UML ̶ Fyzická úroveň např. tabulky v Oracle databázi Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie29 Web Map Service (WMS) ̶ Náhled na prostorová data: operace GetMap ̶ http://geoportal.gov.cz/ArcGIS/services/CENIA/cenia_rt_II_vojenske_mapovani/MapServer /WMSServer?SERVICE=WMS&version=1.1.1&REQUEST=GetMap&Layers=0&srs=epsg: 4326&BBOX=14.859209,48.533901,19.037995,50.577886&WIDTH=800&HEIGHT=600&F ORMAT=image/png&TRANSPARENT=TRUE&STYLES=default server klient klient Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie30 Web Map Service (WMS) ̶ Webové služby OGC mají následující společné vlastnosti: ̶ Prvotní komunikaci se serverem představuje operace GetCapabilities ̶ Například http://geoportal.gov.cz/ArcGIS/services/CENIA/cenia_rt_II_vojenske_mapovani/MapServer /WMSServer?SERVICE=WMS&REQUEST=GetCapabilities server V tagu se ukrývá odkaz na legendu mapy Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie31 Web Map Service (WMS) ̶ Webové služby OGC mají následující společné vlastnosti: ̶ Dělí se na operace: například WMS operace jsou povinné GetCapabilies a GetMap, ale také nepovinné jako například GetFeatureInfo či GetLegendGraphics ̶ Operace mají obvykle požadavek (request) a odpověď (response) • Požadavek je například KVP (Key Value Pair) jako třeba http://geoportal.gov.cz/ArcGIS/services/CENIA/cenia_rt_II_vojenske_mapovani/MapServer/WMSServer?SERVIC E=WMS&REQUEST=GetCapabilities • Odpověď může být ve formátu XML (odpověď na požadavek operace GetCapabilities), mapa ve formátu např. PNG (odpověď na požadavek operace GetMap), HTML (odpověď na požadavek operace GetFeatureInfo) a mnoho jiných ̶ Souřadnicové systémy jsou vyjádřeny pomocí EPSG kódů, jako např. 4326 pro WGS 84, 5514 pro S-JTSK atd. Více informací viz http://epsg-registry.org Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie32 Web Map Service (WMS) ̶ Webové služby OGC mají následující společné vlastnosti: ̶ Každá služba pak, kromě jednotné operace GetCapabilities, nabízí jednu až více operací ̶ Například WMS nabízí kromě GetCapabilities a GetMap volitelně i GetFeatureInfo, kde je možné získat informaci o konkrétním prvku (tj. záznam ke konkrétnímu prvku v atributové tabulce) Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie33 Web Map Tile Service (WMTS) Doba načtení jedné dlaždice ̶ Velmi podobné WMS, „jen“ poskytuje náhledy ve formě dlaždic ̶ á la Google Maps či Mapy.cz Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie34 Web Feature Service (WFS) ̶ Stažení reálných (vektorových) dat: operace GetFeature ̶ Zadejte adresu http://services.cuzk.cz/wfs/inspire-cp- wfs.asp?service=WFS&version=2.0.0&request=GetFeature&typenames=CadastralBounda ry&BBOX=-599098,-1159750,-598602,-1159520&srsName=urn:ogc:def:crs:EPSG::5514 ̶ Data jsou v GML (Geography Markup Language), tj. XML (eXtensible Markup Language) syntaxi, ale volitelně také v JSONu aj. Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie35 Web Feature Service (WFS) V ČR - Katastrální mapy - Adresní místa - Budovy - Správní jednotky - viz http://services.cuzk.cz/ - Ale také AOPK či Ministerstvo zemědělství … Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie36 Web Coverage Service (WCS) ̶ Stažení reálných (rastrových) dat: operace GetCoverage WCS server klient … orto_1476.tif image/tiff … http://geoportal.cuzk.cz/wcs? SERVICE=WCS&REQUEST=GetCoverage&COVERAGEID= orto&BBOX=48.90,49.25,16.10,19.90&SUBSET=phenom enon-time("2005-04- 27T14:00:00Z")&FORMAT="image/tiff" Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie37 Catalogue Service for Web (CSW) ̶ Definice katalogové služby jako hlavního nástroje pro vyhledávání prostorových dat a služeb Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie38 OGC APIs ̶ API bývá obvykle černou skříňkou, problémy s ̶ dokumentací ̶ testy ̶ komunikací napříč službami ̶ rozvojem implementace (vč. jiných programovacích jazyků) požadavek (zavolání API) odpověď (získání dat)RESTrozhraní … Features Maps Records Processes Coverages Tiles Styles Geografický ústav, Laboratoř geoinformatiky a kartografie39 OGC APIs ̶ Komunikace se všemi typy OGC APIs je sjednocená ̶ Zkuste si např. na https://demo.ldproxy.net/vineyards/collections/vineyards Zdroj URL HTTP metoda Popis zdroje Úvodní stránka (Landing Page) / GET Základní informace o API, rozcestník další navigace. Definice API (API Definition) /api GET OpenAPI dokument pro danou API. Třídy souladu (Conformance classes) /conformance GET Seznam URL, deklarace URL samostatně pro jednu třídu souladu. Metadata kolekcí prvků (Feature Collections Metadata) /collections GET Informace o kolekce na této API Metadata kolekce prvku (Feature Collection Metadata) /collections/{name} GET Plný popis jedné sbírky. Kolekce prvků (Feature Collection) /collections/{name}/items GET Samotná kolekce. Feature (Prvek) /collections/{name}/items/{fid} GET Prvek (z kolekce). informace o API pojmenované kolekce obsah kolekce