Wojciech Pachelski

CBK PAN, Warszawa

Działalność normalizacyjna w dziedzinie informacji geograficznej.

Streszczenie

Z naturalnej cechy systemów informacji geograficznej, jaką jest konieczność zapewnienia przepływu informacji, wynika wprost potrzeba konstruowania modeli informacyjnych w kategoriach ogólnych, niezależnych od środowisk sprzętowo - programowych. Celowi temu służy metodyka modelowania pojęciowego, która jest przedmiotem normalizacji w skali międzynarodowej, europejskiej i krajowej. Omówione są uwarunkowania i potrzeby rynkowe takiej normalizacji, a także działalność ośrodków normalizacyjnych - w tym krajowej Normalizacyjnej Komisji Problemowej 297. Przedstawiono poglądowo (na przykładzie fikcyjnego modelu katastru) formalizmy UML i EXPRESS stosowane w powstających Polskich Normach w tej dziedzinie.

1. Wstęp

Naturalną cechą systemów informacji geograficznej (GIS) jest konieczność zapewnienia stosownego przepływu informacji pomiędzy uczestniczącymi w nich ludźmi, instytucjami, zakresami przedmiotowymi, realizacjami komputerowymi, itp.
Nie jest to cecha wyłączna GIS, lecz dotyczy wszelkich systemów informacyjnych, a nawet samej informacji jako takiej. Nie można bowiem wyobrazić sobie żadnej informacji bez możliwości jej przekazania (zakomunikowania). Cecha ta jest więc warunkiem koniecznym efektywnego współdziałania oddzielnych realizacji GIS, polegającego na przenoszeniu, kojarzeniu i łącznym interpretowaniu informacji pochodzących z różnych źródeł.

Jednocześnie cecha ta występuje w warunkach równie naturalnej jak i nieodzownej różnorodności praktycznych rozwiązań co do realizacji GIS w odmiennych środowiskach instytucjonalnych, przedmiotowych, organizacyjnych i innych, zwłaszcza zaś w warunkach zróżnicowanego sprzętu i oprogramowania (tj. odmiennych platform narzędziowych). Stawia to przed projektantami, twórcami i realizatorami GIS nader trudne, jak pokazuje praktyka, zadanie wykreowania takich środków informatycznych, które zapewniałyby komunikowanie informacji w sposób nieograniczony ani co do jej form, struktur, zakresów przedmiotowych i treści, ani też co do typów, parametrów i cech funkcjonalnych sprzętu komputerowego i oprogramowania. Inaczej mówiąc zadanie polega na umożliwieniu komunikowania każdej informacji geograficznej (co do formy i treści) pomiędzy wszelkimi sensownymi i racjonalnymi realizacjami sprzętowo – programowymi GIS. Jak się okazuje, środków takich dostarcza normalizacja w dziedzinie informacji geograficznej, która od 1993 r. jest przedmiotem działalności międzynarodowych, europejskich i krajowych organów normalizacyjnych. Stosowana w niej metodyka jest metodyką ogólnego modelowania informacji geograficznej w postaci tzw. schematów pojęciowych.
Przedstawiają one sobą abstrakcyjne i ogólne opisy informacji w kategoriach informatycznych, które mogą i powinny stanowić podstawę zgodnych realizacji narzędziowych w odmiennych środowiskach i w ten sposób gwarantować efektywny przepływ informacji pomiędzy tymi środowiskami i realizacjami.

Rola i znaczenie normalizacji w tej dziedzinie wynikają ze stopnia, w jakim zdolna jest ona sprostać tak formułowanym potrzebom i celom w określonych uwarunkowaniach zewnętrznych. Rynkowe uwarunkowania zewnętrzne informacji geograficznej są omówione w p. 2 poniżej, aspekty normalizacyjne zaś w p. 3. W p. 4 przedstawiona jest skrótowo istota, metodyka i formalizm normalizacji w danej dziedzinie, podczas gdy jej organizacja w skali międzynarodowej, europejskiej i krajowej, hierarchia norm i standardów oraz krajowe procedury normalizacyjne omówione są w p. 5. W punkcie tym przedstawione są również przyjęte w kraju przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii (w porozumieniu z Polskim Komitetem Normalizacyjnym oraz na podstawie obowiązujących ustaw (Ustawa, 1989) oraz Ustawa (1993)2) założenia programowe, koncepcje i strategia stanowienia Polskich Norm w tej dziedzinie. Na zakończenie (p. 6) przedstawione są wnioski co do roli i zadań krajowych służb i środowisk geodezyjnych w kreowaniu i stymulowaniu racjonalnego, opartego na znormalizowanej metodologii, rozwoju GIS w Polsce, jak też co do znaczenia kształcenia akademickiego i pozaakademickiego w tej dziedzinie oraz związanych z tym zadań środowisk uczelnianych.

Przedstawione w dalszych częściach niniejszego referatu tezy odzwierciedlają oficjalne stanowisko Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii w stosunku do tych koncepcji rozwojowych GIS w Polsce, które są oparte na normalizacji informacji geograficznej.

2. Rynek informacji geograficznej

W analizach rynku informacji geograficznej, m.in. w dokumencie (ISO, 2002), wyróżnia się następujące trzy główne części:

• rynek "pierwotny" systemów informacji geograficznej (GIS), który jest tradycyjnym rynkiem technologii przestrzennych i na którym technologie te samodzielnie dostarczają większości dochodów,

• fragment rynku "wtórnego" obejmujący systemy GIS wspomagające przedsięwzięcia (BSS, Business Support Systems), gdzie co prawda same technologie przestrzenne nie są dominujące w dochodach, ale są nierozerwalnie wpisane w realizację poszczególnych przedsięwzięć i w sposób decydujący na te dochody wpływają, oraz

• nowy fragment rynku "wtórnego", który obejmuje usługi mobilne oparte na telefonii komórkowej i polegające głównie na wyznaczaniu w czasie rzeczywistym pozycji poruszającego się obiektu (np. informacja i nawigacja drogowa, służby ratownicze itp.); obejmowany jest on skrótem LBMS (Location Based Mobile Services).

Rozwój wszystkich tych części rynku informacji geograficznej na przestrzeni ostatnich kilku lat oraz prognozę na lata następne wg (ISO, 2002) ilustruje Rys. 1.

Jak wynika z przytoczonego wykresu, globalny rynek informacji geograficznej w części tradycyjnej (GIS), autonomicznej, jest rynkiem ustabilizowanym, wykazującym niewielką tendencję wzrostową. Na rynku tym informacja geograficzna, jak też środki służące do jej opisywania, pozyskiwania, przetwarzania, udostępniania, itp., są traktowane jako samodzielny produkt finalny. W dochodach w tej części rynku nie uwzględnia się zatem, w jaki sposób i w jakiej mierze te i inne formy produktu finalnego wpływają na rozwój rynku w ogóle, w tym na wzrost produkcji, dochodów, obrotów, zysku i innych parametrów ekonomicznych, w pozostałych sektorach gospodarczych.

Części drugą i trzecią analizowanego powyżej rynku informacji geograficznej stanowią pośrednie (wtórne) rynki "konsumentów" tej informacji: BSS i LBMS, na których jest ona czynnikiem kreatywnym dochodu wytwarzanego w poszczególnych działach. Rynki te wykazują silną tendencję wzrostową, co należy interpretować jako intensywny wzrost znaczenia i roli informacji geograficznej w wytwarzaniu dochodu w tych działach. Uzasadnia to konieczność podjętych już globalnych działań normalizacyjnych w dziedzinie informacji geograficznej, które winny zracjonalizować zaspokojenie dynamicznie rosnących potrzeb ze strony innych dziedzin.

W warunkach krajowych należy oczekiwać nadal silnej tendencji wzrostowej w części obejmującej bezpośredni tradycyjny rynek informacji geograficznej (GIS). Jest to wynikiem dotychczasowego, żywiołowego i jednostronnego, rozwoju SIG niemal wyłącznie w aspekcie aplikacji narzędziowych, pomimo braku uzgodnionych pomiędzy różnymi uczestnikami tego rynku ogólnych modeli informacyjnych. Doprowadziło to do znacznej liczby wyizolowanych aplikacji GIS, bez zapewnienia możliwości komunikowania (transferu) danych pomiędzy nimi. Jest to jedna ze wspomnianych wcześniej barier technicznych, których przezwyciężenie w wyniku działań normalizacyjnych doprowadzi prawdopodobnie w niedalekiej przyszłości do istotnego wzmocnienia tej tendencji. W konsekwencji uświadamianego znaczenia informacji geograficznej w różnych działach oraz coraz silniej artykułowanych potrzeb ze strony administracji i gospodarki należy oczekiwać, zgodnie z tendencjami światowymi, również ze strony rynków wtórnych BSS i LBMS w kraju silnego wzrostu zapotrzebowania zarówno na racjonalne uporządkowanie i usystematyzowanie tej dziedziny w kategoriach uniwersalnych, jak też na strukturalne modele informacji, jako podstawę aplikacji narzędziowych w zróżnicowanych środowiskach, oraz na samą informację geograficzną.

Brak jest danych dla miarodajnej oceny rynku krajowego w kategoriach ekonomicznych (finansowych). Wielkość tego rynku w kategoriach liczby i rodzajów potencjalnych użytkowników GIS, zakresów przedmiotowych oraz ilościowej oceny informacji geograficznej badano w ramach projektu KBN Nr PBZ 024–13 Koncepcja systemu informacji przestrzennej w Polsce, zob. m.in. (Linsenbarth i Wysocka, 2000). Omawiany rynek jest analizowany w tym projekcie na poziomie lokalnym (powiaty), regionalnym (województwa) i centralnym (kraj). Poziom lokalny jest etapem źródłowym (oryginalnym) informacji geograficznej, podczas gdy poziomy regionalny i centralny są etapami pochodnymi, na których informacja geograficzna powstaje w wyniku przetworzenia i generalizacji informacji źródłowej.

Jak wynika z analizy wyników tego projektu zawartych m.in. w opracowaniach (Bielecka i in., 1999), (PBZ, 2000) oraz (Linsenbarth i Wysocka, 2000), zob. Tablica 1, liczbę krajowych uczestników informacji geograficznej należy szacować na ok. 10 tys. podmiotów administracji rządowej i samorządowej (plus trudna do oszacowania liczba firm prywatnych) uczestniczących w rolach dysponentów i zarządców tej informacji. Brak jest natomiast oszacowań co do potencjalnej liczby „konsumentów” informacji geograficznej, która będzie prawdopodobnie kilkakrotnie wyższa. Z przytoczonych danych wynika również potrzeba opracowania ok. 100 znormalizowanych przedmiotowych modeli informacji geograficznej, o znacznym stopniu złożoności.

Jeśli natomiast chodzi o przewidywaną liczbę specjalistów z zakresu modelowania informacji geograficznej, w tym o praktycznych użytkowników Polskich Norm z tego zakresu, to biorąc jedynie pod uwagę potrzebę 2 – 3 takich specjalistów w każdym z 373 powiatowych ośrodków geodezyjnych, łączna ich liczba wyniesie ponad 1 tys. w ciągu kilku najbliższych lat. Stawia to określone zadania na najbliższą przyszłość w zakresie kształcenia takich specjalistów i upowszechniania norm.

3. Uwarunkowania zewnętrzne i cele normalizacji

Według ogólnie przyjętych zasad (m.in. PN-N-02000:1994) działalność normalizacyjna ma na celu głównie opracowanie i stanowienie norm, które z kolei mają m.in. zapobiegać barierom technicznym, zapewniać funkcjonalność wyrobów i redukować ich zbędną różnorodność, ułatwiać porozumiewanie się poprzez ujednolicenie pojęć i symboli, umożliwiać jednolite oceny jakości wyrobów, kształtować ich optymalną różnorodność oraz porządkować daną dziedzinę co do pojęć, terminologii, metod, procesów, kryteriów jakościowych itp. (Pachelski, 2000b). Powyższa rola norm, jak też cele i zadania działalności normalizacyjnej, stosują się w całej rozciągłości do dziedziny informacji.

Tę działalność normalizacyjną w Polsce cechuje, podobnie jak w innych krajach, występowanie szeregu uwarunkowań nadrzędnych, wśród których do najważniejszych należą:

1. Dobrowolność stosowania Polskich Norm (Ustawa, 1993, art. 19): W warunkach wolnorynkowych stosowanie norm jest środkiem podniesienia efektywności przedsięwzięć (w tym zysków przedsiębiorców) oraz jakości wyrobów. W przypadku informacji geograficznej zamawiający, wytwórca bądź dysponent wyrobu, na przykład zestawu danych geograficznych, abstrakcyjnego modelu danych czy stosownego oprogramowania, ma prawo decydować o jego zgodności z Polską Normą mając na względzie jego walory rynkowe (sprzedaż); decyzja o zgodności jest zaś w sposób oczywisty wiążąca dla wszystkich podwykonawców poprzez stosowne uregulowania w umowach, instrukcje techniczne, itp. Dotyczy to w całej rozciągłości m.in. sytuacji, w której zamawiającym, wytwórcą bądź dysponentem wyrobu jest np. organ administracji rządowej lub samorządowej (zob. także p. 4 poniżej).

2. Ogólnokrajowy zasięg Polskich Norm, w powiązaniu z normami europejskimi i światowymi: Z uwagi na powszechny charakter informacji geograficznej przesłanka ta umożliwia osiąganie celów normalizacji i wypełnienie ról norm (m.in. transfer danych, „interoperacyjność” aplikacji narzędziowych GIS, wszechstronne porządkowanie dziedziny GIS, jednolite oceny jakościowe i in.) w sposób zunifikowany w różnych dziedzinach życia gospodarczego i społecznego w kraju, jak też zgodny z uregulowaniami w innych krajach europejskich i na świecie.

3. Uniwersalność rozwiązań: Polskie Normy w dziedzinie informacji geograficznej mają umożliwić spójne projektowanie, opisywanie i uzgadnianie wzorcowych modeli informacyjnych dla poszczególnych zakresów przedmiotowych GIS, jak też dla różnych środowisk sprzętowo - programowych, przedmiotowych, instytucjonalnych i innych. Takie modele wzorcowe winny stanowić jednolitą podstawę dla nowych aplikacji GIS w tych środowiskach oraz dla harmonizacji aplikacji istniejących, zapewniając tym samym ich wzajemną zgodność oraz efektywną wymianę danych.

4. Konieczność stosowania norm w definicji przedmiotu przetargu publicznego: zgodnie z ustawą z dnia 10 czerwca 1994 r. o zamówieniach publicznych (art. 17.13) zamawiający winien m.in. określić przedmiot zamówienia publicznego za pomocą cech technicznych i jakościowych z uwzględnieniem Polskich Norm wprowadzających normy europejskie (...). W przypadku braku Polskich Norm wprowadzających normy europejskie uwzględnia się w następującej kolejności: 1o - normy europejskie, 2o - Polskie Normy wprowadzające normy międzynarodowe, 3o - Polskie Normy lub aprobaty techniczne.

W myśl przyjętego przez Normalizacyjną Komisję Problemową nr 297 ds. Informacji geograficznej i akceptowanego przez GUGiK Programu prac normalizacyjnych w zakresie informacji geograficznej działalność normalizacyjna ma na celu opracowanie i ustanowienie zespołu wzajemnie powiązanych ze sobą norm dotyczących informacji o obiektach i zjawiskach, których istotną cechą jest ich położenie na powierzchni Ziemi i w jej bliskim otoczeniu, opisane w sposób bezpośredni lub pośredni. Normy takie mają definiować w kategoriach informatycznych metody, narzędzia i usługi z zakresu zarządzania danymi, w tym pozyskiwania, przetwarzania i analizy danych oraz dostępu do nich, ich prezentacji i transferu, w formach cyfrowych – elektronicznych, w sposób niezależny od stosowanych środków narzędziowych. Normalizacja umożliwia zgodne użytkowanie informacji geograficznej w różnych dziedzinach zastosowań i za pomocą różnych systemów i aplikacji narzędziowych oraz dopuszcza stosowanie różnych technologii rejestrowania, przechowywania i przetwarzania danych w systemach komputerowych.

Naczelnymi celami szczegółowymi działalności normalizacyjnej w ramach NKP 297 są:

• podniesienie znaczenia i stopnia wykorzystania informacji geograficznej w różnych dziedzinach;

• podniesienie stopnia dostępności informacji geograficznej oraz ułatwienie dostępu do niej przez różnych użytkowników, jak też ułatwienie jej powiązań (integracji) z innymi typami informacji;

• uporządkowanie sfery pojęciowej i terminologicznej dla stworzenia podstaw komunikacji informacyjnej;

• tworzenie podstaw warsztatowych dla projektantów systemów informacyjnych powiązanych z informacją geograficzną;

• ułatwianie efektywnego obiegu informacji geograficznej;

• udział, poprzez współpracę w międzynarodowych i europejskich organizacjach normalizacyjnych, w skoordynowanym tworzeniu międzynarodowej społeczności informacyjnej.

4. Metodyka i formalizm normalizacji

Poszukując środków i rozwiązań umożliwiających przepływ informacji pomiędzy zróżnicowanymi środowiskami, zwłaszcza sprzętowo – programowymi, można (teoretycznie) rozważać m.in. następujące koncepcje:

1. Jednostkowa i w pełni zcentralizowana realizacja kompletnego systemu informacyjnego (np. ogólnokrajowy kataster) na pojedynczej platformie sprzętowo – programowej.

2. Realizacja GIS w sposób rozproszony w ośrodkach terenowych (np. w powiatach), ale przy pełnej unifikacji platform sprzętowo – programowych.

3. Jak poprzednio, z dopuszczeniem różnorodności platform sprzętowo – programowych, ale za to z wymaganiem ścisłego przestrzegania określonych instrukcji i przepisów regulujących budowę GIS w kategoriach prawno – administracyjnych.

4. Budowa GIS w ośrodkach terenowych z uwzględnieniem tzw. standardów definiujących stałe struktury baz danych i plików, formaty i kody zapisu, procedury transferu danych itp.

5. Spójne realizacje GIS w ośrodkach terenowych według wcześniej skonstruowanych modeli pojęciowych.

Koncepcje 1) i 2) zakładają unikalność bądź pełną jednolitość sprzętu i oprogramowania użytych dla celów danej dziedziny przedmiotowej. Łatwo przy tym zauważyć, że realizacje takie i tak musiałyby się kontaktować z wieloma innymi systemami informacyjnymi, zarówno krajowymi, jak i zagranicznymi, co oznaczałoby istnienie nadal problemu przepływu informacji pomiędzy nimi. W drugim przypadku, natomiast, bądź to system byłby wysoce niefunkcjonalny wskutek konieczności wielokrotnego "dostrajania" go do częstych w miarę postępu technicznego zmian technologicznych sprzętu i oprogramowania (znane prawo empiryczne o podwajaniu się mocy komputerów z częstotliwością co 1.8 roku), bądź też postępowałaby stagnacja technologiczna systemu w wyniku zaniechania takiego "dostrajania".

Koncepcję 3), natomiast, która dominuje w obecnej praktyce GIS w Polsce, cechuje nieprzystawalność, wieloznaczność i niekompletność naturalnego języka instrukcji i przepisów do z natury informatycznego charakteru postulowanych aspektów, cech, rozwiązań itp. zarówno co do ogólnokrajowej koncepcji GIS, jak i każdej jej realizacji. Te cechy języka naturalnego4, zawarte siłą rzeczy w tradycyjnych instrukcjach i przepisach, łatwo mogą powodować, że np. powiatowe systemy katastralne, ściśle zgodne z tymi przepisami, nie będą zgodne względem siebie i tym samym nie zapewnią pożądanego efektywnego przepływu informacji.

W ramach koncepcji 4) prace podjęte w szeregu krajów i organizacji doprowadziły do powstania różnych narodowych i instytucjonalnych standardów dla transferu danych5, które jednakże umożliwiają przenoszenie danych jedynie w ograniczonym zakresie zastosowań. Ogólnie, standardy te formułują pewne stałe struktury, formaty i kody jako pośrednią formę danych pomiędzy formami stosowanymi przez konkretne platformy narzędziowe, pozostawiając na ogół użytkownikom problem formalnego, czyli pomijającego aspekty znaczeniowe, przekształcenia danych do i z tej formy pośredniej. W opracowaniu (Miksa, 1997) wykazano tymczasem, że taki typ transferu danych może być co najwyżej pewnym rozwiązaniem szczególnym problemu przenoszenia danych o nader ograniczonej stosowalności, nie jest zaś jego rozwiązaniem ogólnym, uniwersalnym. Może on bowiem dotyczyć jedynie pewnego z góry ograniczonego i ustalonego grona użytkowników, pewnych zadanych warstw przedmiotowych, określonych instytucji i organizacji oraz konkretnych realizacji sprzętowo – programowych. Standardy te nie umożliwiają również transferu danych w warunkach coraz wyraźniejszych potrzeb komunikowania informacji geograficznej w skali międzynarodowej i globalnej.

Przykładowy schemat semantyczny bazy danych katastralnych zapisany w notacji UML

Koncepcję 5) można traktować jako logiczne połączenie zmodyfikowanych koncepcji 3) i 4), gdzie opis modelu informacyjnego w języku naturalnym zastąpiono ścisłym, jednoznacznym i kompletnym opisem za pomocą stosownych informatycznych środków formalnych, w miejsce zaś sztywnych i stałych struktur, formatów i kodów umożliwiono ich definiowanie w sposób dowolny, również za pomocą takich środków6. Nowoczesne środki formalne, jak na przykład języki UML i EXPRESS, a także cała metodologia modelowania informacji geograficznej w postaci schematów pojęciowych oraz pewne typowe schematy, stały się przedmiotem normalizacji, a tym samym przedmiotem powszechnego i wielokrotnego stosowania7. Tym samym normalizacja informacji geograficznej w ramach tej koncepcji, oznacza przede wszystkim normalizację metodologii modelowania informacji oraz środków formalnych dla opisu modeli pojęciowych, nie zaś normalizację samych modeli pojęciowych w poszczególnych działach przedmiotowych. (W niczym nie ogranicza to jednak możliwości normalizacji tych modeli w ramach osobnych działań normalizacyjnych).

Koncepcja ta jest zilustrowana na Rys. 2 na przykładzie pewnego fikcyjnego modelu informacyjnego katastru zapisanego w notacji UML, jak również w Tablicy 2 jako zapisany w języku EXPRESS fragment pewnego fikcyjnego schematu pojęciowego katastru, opisujący model działki gruntu. W obu przypadkach opisane w taki sposób kompletne modele pojęciowe (schematy pojęciowe) pełnią wieloraką rolę, a mianowicie:

• jako forma dokumentacyjna reguł interpretacji danych, niezbędnych dla powszechnego i poprawnego ich rozumienia,

• jako czytelna przez zróżnicowane media komputerowe forma opisu danych, umożliwiająca zgodne stosowanie tych mediów do zarządzania danymi,

• jako uzgodniony pomiędzy użytkownikami środek zapewniający poprawne komunikowanie informacji geograficznej poprzez efektywny transfer danych z uwzględnieniem ich aspektów znaczeniowych, oraz

• jako wspólna podstawa dla zgodnych realizacji GIS w zróżnicowanych środowiskach narzędziowych.

Tablica 3. Przykładowy zapis fragmentu schematu pojęciowego katastru (opis działki) jako schemat w języku EXPRESS

Budowa modelu informacji geograficznej, której wynikiem jest pojęciowy schemat aplikacyjny (zilustrowany przykładowo na Rys. 2 i w Tablicy 2), jest procesem, na który składają się następujące etapy:

• ścisłe sformułowanie przedmiotu i zakresu modelowania oraz przegląd uwarunkowań zewnętrznych i wymagań użytkowników w danej dziedzinie zastosowań;

• modelowanie pojęciowe, polegające na sformułowaniu głównych encji (ew. klas), związków, atrybutów i ograniczeń w ustalonym zakresie przedmiotowym w postaci schematu semantycznego;

• powiązanie (czyli integracja) tak powstałego modelu ze schematami pojęciowymi zawartymi w normach do postaci kompletnego schematu aplikacyjnego.

Budowę takiego modelu z wykorzystaniem niektórych norm będących przedmiotem działania NKP 297 ilustruje Rys. 3

Rys. 3. Integracja schematu semantycznego ze schematami znormalizowanymi

Powyższa, będąca przedmiotem normalizacji krajowej opartej na normach europejskich CEN i normach międzynarodowych ISO, koncepcja modelowania pojęciowego informacji geograficznej, będzie miała zastosowanie do następujących typowych zadań związanych z racjonalnym rozwojem GIS w Polsce:

1. realizacja pewnego wzorcowego (ew. standardowego lub znormalizowanego) schematu pojęciowego za pomocą różnych narzędzi sprzętowo – programowych i w różnych środowiskach instytucjonalnych;

2. realizacja schematów pojęciowych pochodzących z różnych źródeł na tej samej platformie, oraz

3. jako metoda harmonizacji istniejących aplikacji GIS.

W pierwszym przypadku chodzi o wypracowanie i uzgodnienie wzorcowych schematów pojęciowych, przeznaczonych do wielorakich niezależnych realizacji w odmiennych środowiskach. Do grupy tej należą m.in. części składowe państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego jak: kataster, mapa zasadnicza, geodezyjna ewidencja sieci uzbrojenia terenu, osnowy geodezyjne i inne.

Drugi przypadek obejmuje natomiast sytuacje, kiedy wypełnienie określonego zadania bądź funkcji systemu informacji geograficznej wymaga skojarzenia i łącznego opracowania danych pochodzących z co najmniej dwóch odmiennych przedmiotowo, narzędziowo i instytucjonalnie baz danych. Realizacja schematu pojęciowego "obcej" bazy danych (bądź jego fragmentu), na "własnej" platformie narzędziowej pozwala najpierw dokonać "importu" samych danych bez zmiany ich składni (struktur, formatów, kodów, itp.), a następnie wykorzystać "własne" środki programowe, z uwzględnieniem aspektów znaczeniowych danych, do odpowiedniego przekształcenia tych danych do "własnej" składni.

Trzecia sytuacja sprowadza się właściwie do tego, by każdą z istniejących już aplikacji, jakie mają podlegać uzgodnieniu, udokumentować niejako "wstecz" za pomocą schematu pojęciowego, przy wykorzystaniu znormalizowanych metod i środków formalnych (czyli Polskich Norm i języka EXPRESS). Dokumentacja taka jest warunkiem koniecznym i wystarczającym do tego, by w odpowiednich ośrodkach realizacyjnych były dostępne i rozumiane informacje o strukturach "obcych" baz danych, co w konsekwencji winno umożliwić efektywny transfer danych tak, jak w przypadku drugim powyżej.

Organizacja normalizacji i struktura norm

Zasygnalizowane w p. 2 potrzeby rynkowe oraz oczekiwane korzyści spowodowały objęcie dziedziny informacji geograficznej normalizacją w skali europejskiej od r. 1993 w ramach CEN⁸⁾ oraz w skali międzynarodowej od r. 1994 w ramach ISO9. Prace są prowadzone przez stosowne Komitety Techniczne: CEN/TC 287 Informacja geograficzna i ISO/TC 211 Informacja geograficzna / Geomatyka. Prace CEN/TC 287 doprowadziły do ustanowienia grupy 8 norm o charakterze wstępnym (tzw. prenorm, podlegających przekształceniu na normy finalne bądź wycofaniu) i 4 raportów. Prace ISO/TC 211 mają doprowadzić w ciągu najbliższych kilku lat do powstania grupy ponad 30 norm, przy czym stopniowo podejmowane są nowe tematy normalizacji w tej dziedzinie. Obie grupy norm będą podlegać uzgodnieniu po zebraniu doświadczeń z ich stosowania tak, że będą stanowić spójną metodykę modelowania, opisu, pozyskiwania, prezentowania i udostępniania informacji geograficznej. Polska (reprezentowana przez PKN) jest członkiem stowarzyszonym CEN i ISO. Przyszłe pełne członkostwo w CEN, w tym wprowadzenie do r. 2002 80% norm europejskich do zbioru Polskich Norm, jest jednym z elementów harmonizacji systemów prawnych Polski i Unii Europejskiej, składających się na warunki uzyskania przez Polskę członkostwa w Unii (Chowańska – Szwoch, 2000).

W odróżnieniu od innych działów normalizacji, w których polega ona na swoistej "kodyfikacji" powszechnie (na ogół) znanych teorii, metod, technik, terminologii i definicji, w omawianej dziedzinie normy CEN i ISO stanowią przede wszystkim najbardziej aktualne w wymiarze światowym i najpełniejsze z dotychczasowych kompendium nowej wiedzy przedmiotowej (aspekt "kodyfikacji" ma tu charakter drugorzędny). Stąd adaptacja i upowszechnienie norm w dziedzinie informacji geograficznej, zwłaszcza zaś norm europejskich CEN, będąca skądinąd obiektywną koniecznością w związku z przewidywanym członkostwem Polski w Unii Europejskiej, są jednocześnie najbardziej racjonalną drogą rozwoju systemów informacji geograficznej w Polsce.

Obie grupy norm różnią się między sobą zarówno co do przyjętych koncepcji normalizacyjnych, objętości i zakresów przedmiotowych, kompletności i szczegółowości rozwiązań, stosowanych metod i formalizmów informatycznych i innych. Rodzina norm ISO ma charakter otwarty, tj. dopuszcza dołączanie nowych norm dla nowych zagadnień. Normy te są niezwykle obszerne tematycznie, za to opisują koncepcje modelowe o znacznym stopniu ogólności, dopuszczającym niejednoznaczność rozwiązań praktycznych. Podstawowym środkiem formalnym tych norm jest notacja UML, metodyka modelowania informacji jest zaś oparta na analizie obiektowej. W odróżnieniu od nich rodzina norm CEN ma charakter kompletny i całościowy oraz przedstawia sobą wewnętrznie spójną koncepcję metodologiczną, dopuszczającą jednak stosowanie zarówno metody związków encji, jak i metody obiektowej. Zarówno metodyka, jak i stosowane środki formalne (język EXPRESS wraz z notacją graficzną EXPRESS-G), pozwalają na formułowanie kompletnych i jednoznacznych modeli informacyjnych w postaci schematów pojęciowych, które mogą być podstawą zgodnych implementacji w zróżnicowanych środowiskach. Ogólnie można stwierdzić, że o ile normy ISO są ukierunkowane na „standaryzację standardów”, w tym nie tylko standardów transferu danych, ale również standardów oprogramowania, sprzętu i innych (np. kwalifikacje personelu), zapewniającą współdziałanie oddzielnych aplikacji narzędziowych GIS, to normy CEN stanowią kompletnych metodologię informatyczną, która umożliwia formułowanie abstrakcyjnych modeli informacji geograficznej w różnych działach przedmiotowych, również zapewniających spójność takich oddzielnych aplikacji. Przewidywana harmonizacja obu grup norm będzie prawdopodobnie polegać na potraktowaniu norm europejskich CEN jako swoistego podzbioru (profilu) norm międzynarodowych ISO.

Rys. 4. Strategia harmonizacji i adaptacji norm w dziedzinie informacji przestrzennej

W Polsce normalizacja w dziedzinie informacji geograficznej była od 1996 r. przedmiotem działalności najpierw Podkomisji Geodezyjne systemy informacji przestrzennej w ramach Normalizacyjnej Komisji Problemowej nr 255 ds. Geodezji dla potrzeb budownictwa Polskiego Komitetu Normalizacyjnego, od 1 czerwca 2001 r. zaś jest podporządkowana nowej Normalizacyjnej Komisji Problemowej nr 297 ds. Informacji geograficznej. Na mocy porozumienia z PKN Sekretariat NKP 297 jest prowadzony przez GUGiK, GUGiK jest też organem finansującym działalność normalizacyjną w omawianej dziedzinie. PKN, posiadający w Polsce wyłączność na stanowienie Polskich Norm, jest natomiast organem nadzorującym całość procesu normalizacyjnego od strony formalno – prawnej oraz organem ustanawiającym normy i wprowadzającym je do systemu Polskich Norm. NKP 297 ma za zadanie prowadzenie procesu normalizacyjnego zmierzającego do ustanowienia Polskich Norm w omawianej dziedzinie, obejmującego inicjowanie zadań normalizacyjnych, opracowanie projektów roboczych norm, kierowanie ich do ankietyzacji, wprowadzenie stosownych poprawek oraz opracowanie projektów norm do ustanowienia. Do zadań tej NKP należy również upowszechnianie norm w środowiskach krajowych oraz udział w pracach Komitetów Technicznych 287 CEN i 211 ISO.

Przyjęta przez NKP 297 oraz akceptowana przez GUGiK i PKN strategia krajowych prac normalizacyjnych wynika z przytoczonej na Rys. 4 hierarchii norm międzynarodowych, regionalnych (europejskich) i krajowych i uwzględnia konieczność dynamicznego dostosowania rozstrzygnięć normatywnych do stale zmieniających się warunków technologicznych i potrzeb użytkowników. Głównym założeniem jest tu opracowanie zespołu Polskich Norm (PN) na podstawie norm europejskich (ENV), ratyfikowanych do r. 2000 przez CEN. Te ostatnie podlegają uzgodnieniu (harmonizacji) z będącymi jeszcze w stadium opracowania normami międzynarodowymi (ISO), w wyniku czego mają uzyskać status norm finalnych (EN) bądź zostać wycofane. W konsekwencji, po takiej harmonizacji, przewiduje się stosowne nowelizacje Polskich Norm, które oprócz zmian wynikających z nowego statusu norm europejskich, mają uwzględniać doświadczenia wynikające z ich stosowania w dotychczasowej wersji. Zakłada się, że w podobny sposób, tj. poprzez kolejne nowelizacje, nastąpi dostosowanie wydawanych przez krajowe urzędy centralne rozporządzeń, instrukcji i innych regulacji technicznych w poszczególnych działach związanych z informacją geograficzną do rozstrzygnięć normatywnych zawartych w Polskich Normach.

Wybór norm europejskich CEN jako podstawy dla bieżących krajowych prac normalizacyjnych został podyktowany następującymi względami:

• konieczność pilnego podjęcia i wprowadzenia norm w celu skoordynowania dotychczasowego chaotycznego rozwoju GIS w Polsce w sytuacji rosnącego ich znaczenia dla gospodarki i biznesu, co nie dopuszcza oczekiwania na ustanowienie norm ISO;

• spójny i zwarty zakres przedmiotowy norm CEN (8 norm), przy ich jednoczesnych walorach kształceniowych (stosunkowa łatwość przyswojenia) w porównaniu ze znacznie obszerniejszym i stale rosnącym zakresem norm ISO o znacznie wyższym stopniu trudności;

• przyjęcie w normach CEN języka EXPRESS, który jest dobrze zdefiniowany w normie ISO 10303-11:1994 (także polska wersja PN-ISO 10303-11:2001) i posiada implementacje komputerowe, jako podstawy opisu samych norm, jak też budowanych według nich modeli informacyjnych (język UML, stosowany w normach ISO, nie ma charakteru normatywnego);

• konieczność dostosowania systemu Polskich Norm do systemu europejskiego w ramach harmonizacji systemów prawnych Polski i Unii Europejskiej;

• zarówno bieżące prace normalizacyjne, jak i przewidziane w przyszłości nowelizacje Polskich Norm, mogą i powinny uwzględniać główne rozstrzygnięcia normatywne norm międzynarodowych ISO;

Powyższe założenia strategiczne nie mają charakteru sztywnego i powinny być sukcesywnie modyfikowane w miarę zmieniających się uwarunkowań na krajowym, europejskim i międzynarodowym rynku informacji geograficznej.

Tablica 3. Wykaz Polskich Norm opracowanych i planowanych do r. 2003.

W Tablicy 3 powyżej przytoczony jest wykaz opracowanych i planowanych do opracowania Polskich Norm w dziedzinie informacji geograficznej.

Na zakończenie należy podkreślić kluczowy, decydujący i niezbywalny wpływ geodezyjnych, i nie tylko geodezyjnych, środowisk zawodowych, zarówno instytucji jak i indywidualnych specjalistów, na kształt Polskich Norm w dziedzinie informacji geograficznej w procesie ich stanowienia. Wpływ ten przejawia się w fazie ankiety adresowanej i powszechnej, kiedy projekt roboczy każdej normy jest kierowany do zaopiniowania przez zainteresowane instytucje oraz podlega podobnemu zaopiniowaniu przez osoby fizyczne. Wyniki ankietyzacji podlegają szczegółowym analizom przez NKP, a płynące z nich poprawki, zmiany i uzupełnienia są weryfikowane przez Biuro Komitetu.

6. Zakończenie

Przedstawiona w niniejszym opracowaniu problematyka włączenia norm europejskich w dziedzinie informacji geograficznej do systemu Polskich Norm stanowi jeden z elementów dostosowania polskiego systemu prawnego do wymagań Unii Europejskiej. Jednocześnie jest to najnowocześniejsza obecnie i kompletna metodyka modernizacji i rozwoju w kraju systemu informacji geograficznej, nie tylko spójna wewnętrznie – tj. łącząca wyizolowane obecnie aplikacje narzędziowe w różnych działach przedmiotowych, w różnych instytucjach i organizacjach oraz zrealizowane za pomocą odmiennych środków komputerowych, lecz także pozwalająca kojarzyć ze sobą różne warstwy tematyczne informacji geograficznej oraz innych systemów informacyjnych, jak też zapewniająca podobną kompatybilność z systemami informacyjnymi innych krajów. Technologicznie takie współdziałanie systemów informacyjnych jest realizowane poprzez wieloaspektowy i wielomedialny transfer danych, uwzględniający aspekty znaczeniowe danych, którego oczywistym warunkiem koniecznym jest stosowanie zgodnych środków porozumiewania się ludzi i systemów. Dla tych ostatnich uzgodnioną na forum europejskim formą jest omówiona tu rodzina norm europejskich CEN.

Metodyka ta gwarantuje, pod warunkiem praktycznego stosowania omawianych norm, pełne wykorzystanie takiego "systemu systemów" informacji geograficznej w działalności gospodarczej i administracyjnej na szczeblach rządowym i samorządowych oraz instytucji i osób prywatnych. Jednocześnie geodezyjne i kartograficzne podstawy informacji geograficznej czynią niezbywalną rolę środowiska geodezyjnego w zainicjowaniu i koordynacji procesu normalizacji informacji geograficznej w skali krajowej w Polsce, a następnie procesu upowszechnienia i wdrożenia norm.

Normy w dziedzinie informacji geograficznej pozwalają m.in. projektować i opisywać bazy danych geograficznych oraz procesy transferu tych danych w kategoriach geoinformatyki, w sposób powszechnie zrozumiały w szeroko pojmowanych środowiskach użytkowników tej informacji oraz przez inne systemy informacyjne. Takie formułowanie baz danych geograficznych oraz procesów ich transferu jest obecnie jednym z najważniejszych zadań geodezji stosowanej oraz jej produktem finalnym na użytek innych dziedzin. Upowszechnianie, a następnie stosowanie tych norm, jest najtańszym i najbardziej efektywnym kierunkiem rozwoju systemów informacji geograficznej w Polsce.

Formą stosowania norm winna być przede wszystkim budowa wzorcowych pojęciowych schematów aplikacyjnych w poszczególnych dziedzinach, ich uzgadnianie w stosownych kręgach użytkowników oraz realizacja systemowa w odpowiednich instytucjach. Metodologia zawarta w omawianych normach pozwala również na efektywną harmonizację (tj. doprowadzenie do wzajemnej spójności) już istniejących aplikacji i baz danych geograficznych, jak też na łączne wykorzystywanie danych pochodzących z różnych źródeł.

W tym zakresie za trudne do przecenienia role należy uznać:

• rolę państwowej służby geodezyjnej i kartograficznej w procesach opracowania, wdrażania i upowszechniania Polskich Norm w dziedzinie informacji geograficznej, także (przede wszystkim!) w środowiskach niegeodezyjnych, jak też w zakresie budowy wzorcowych schematów aplikacyjnych;

• rolę geodezyjnych środowisk akademickich w zakresie włączenia do programów nauczania nowoczesnej i uniwersalnej (niezależnej od platform sprzętowych) metodologii geoinformatyki w celu kształcenia wykwalifikowanych projektantów i administratorów systemów informacji geograficznej.

Dotychczasowy rozwój systemów informacji geograficznej w Polsce charakteryzuje znaczna dysproporcja pomiędzy różnymi stronami tego rozwoju: badawczą, edukacyjną i praktyczną. Duży zasób wiedzy przedmiotowej, dostępnej specjalistom z dziedzin geodezji, kartografii i geoinformatyki, nie znajduje jak dotąd na ogół właściwego przełożenia ani na projekty systemów informacji geograficznej o charakterze ogólnym, przeznaczone do implementacji w różnych środowiskach sprzętowo - programowych, ani też w większości programów edukacyjnych, w tym także w środowiskach pozauczelnianych. Istotną częścią tej wiedzy są metody, języki i środki formalne projektowania i opisu baz danych geograficznych, które nie są z reguły znane w środowisku praktyków. W tej sytuacji wartościowe nieraz aplikacje w jednostkowych i wyizolowanych środowiskach sprzętowo - programowych nie są dostępne szerszemu ogółowi, bo nie są opisane za pomocą środków standardowych; jest to ewidentne marnotrawstwo myśli inżynierskiej. Nie należy natomiast do tej wiedzy podstawowej biegłe nawet opanowanie zaawansowanych narzędzi sprzętowo - programowych, które jest często głównym przedmiotem programów nauczania. Ograniczone jest ono bowiem do wąsko wyspecjalizowanych schematów fizycznych baz danych i modeli funkcjonalnych poszczególnych platform sprzętowo - programowych, nie uwzględnia natomiast formułowania koncepcji modelowych i projektowania w kategoriach ogólnych.

Biegłe opanowanie podstawowych (ale nie tylko w sensie elementarnych) metod i środków geoinformatyki, w tym zwłaszcza metodologii modelowania informacji geograficznej, a także ich praktyczne stosowanie, jest bodaj najefektywniejszą (bez inwestycji aparaturowych!) drogą przezwyciężenia impasu w tej dziedzinie. Winno ono przede wszystkim "uczytelnić" w formie schematów pojęciowych obecne wartościowe, ale wyizolowane, aplikacje GIS, a tym samym udostępnić je szerszemu ogółowi, poddać standaryzacji i adaptacji oraz umożliwić ich efektywne wykorzystanie i zgodne implementacje w innych środowiskach. Jedynie szeroko rozumiana edukacja - akademicka, podyplomowa, zawodowa, a także samokształcenie i inne formy - mogą doprowadzić do wykształcenia kwalifikowanej kadry projektantów i administratorów, a nie tylko operatorów, systemów informacji geograficznej, tworząc tym samym podstawę dla racjonalnego rozwoju systemów informacji geograficznej.

Literatura

1. Bielecka E, Jankowski R, Wysocka E (1999): Zarys architektury GIS w Polsce. Konf. n-t "GIS w praktyce", listopad 1999, Poznań.

2. Chowańska - Szwoch D (2000): Aktualne problemy normalizacji w geodezji: stan prac krajowych na tle normalizacji europejskiej (CEN) i międzynarodowej (ISO). Geodeta - Magazyn Geoinformacyjny 8 (63).

3. ISO (2002): ISO/TC 211 N 1297: Draft Business Plan of ISO/TC 211 - Geographic information/Geomatics. ISO/TC 211 Secretariat, Norwegian Technology Centre, Oslo, Norwegia.

4. Linsenbarth A, Wysocka E (2000): Wstępne podsumowanie projektu badawczego zamawianego PBZ 024-13 "Koncepcja Systemu Informacji Przestrzennej w Polsce". Pos. Komitetu Geodezji PAN, Warszawa, grudzień 2000.

5. Miksa K (1997): Niektóre zagadnienia modelowania transferu danych geograficznych. Materiały seminarium Sekcji Informatyki Geodezyjnej i Kartograficznej Komitetu Geodezji PAN nt. "Modelowanie danych geograficznych", Warszawa, grudzień 1996. Wyd. IGiK.

6. Pachelski W (2000a): Studium nt. celowości i warunków wprowadzenia metodologii GIS wg norm CEN. Instytut Geodezji i Kartografii, Warszawa.

7. Pachelski W (2000b): Standaryzacja i jakość w systemach informacji przestrzennej. Konferencja Jakość i standaryzacja w geodezji i kartografii, Pogorzelica, 28 - 30 września 2000 r.

8. PBZ (2000): Koncepcja systemu informacji przestrzennej w Polsce. Pos. Zespołu Konsultacyjnego PBZ 024-13, styczeń 2000, Warszawa.

9. Ustawa (1989): Ustawa z 17.03.1989 Prawo geodezyjne i kartograficzne. Dz. U. Nr 30, poz. 163. Tekst jednolity wg Dz. U. Nr Nr 100 (2000) poz. 1086, 120 (2000) poz. 1268.

10. Ustawa (1993): Ustawa z dnia 3 kwietnia 1993 r. o normalizacji (tekst jednolity). Dz. U.: Nr Nr 55 (1993) poz. 251, 95 (1995) poz. 471, 121 (1997) poz. 770, 43 (2000) poz. 489.

Przypisy:

1. Autor jest przewodniczącym Normalizacyjnej Komisji Problemowej Nr 297 ds. Informacji geograficznej.

2. Zob. wykaz literatury na końcu referatu.

3. Artykuł ten wejdzie w życie z chwilą uzyskania przez Polskę członkostwa Unii Europejskiej.

4. Jedną z takich cech jest fakt, że w języku naturalnym można poprawnie wyrazić zdanie błędne znaczeniowo, podczas gdy w języku formalnym jest to niemożliwe. Fakt ten umożliwia m.in. kontrolę wewnętrznej (formalnej) poprawności modeli informacyjnych zapisanych w językach formalnych.

5. Przykładami takich standardów są m.in.: NTF (Wielka Brytania), EDIGeO (Francja), DIGEST (NATO), SDTS (USA), CCOGIF, SAIF (Kanada), DX90 (Międz. Org. Hydrologiczna – IHO), ATKIS (Niemcy).

6. Do grupy tej zalicza się opublikowany w 1995 r. krajowy Standard Wymiany INformacji Geodezyjnej SWING, jak również Standard Wymiany Danych Ewidencyjnych SWDE, wprowadzony rozporządzeniem ministra rozwoju regionalnego i budownictwa z dn. 29.03.2001 w sprawie ewidencji gruntów i budynków (Dz. U. nr 38/2001 poz. 454).

7. Cytat z definicji normy według PN-N-02000:1994 (Chowańska-Szwoch, 2000).

8. Comité Européen de Normalisation.

9. International Standardization Organization.