ISO/TS 19129:2009
(Main)Geographic information — Imagery, gridded and coverage data framework
Geographic information — Imagery, gridded and coverage data framework
ISO/TS 19129:2009 defines the framework for imagery, gridded and coverage data. This framework defines a content model for the content type imagery and for other specific content types that can be represented as coverage data. These content models are represented as a set of generic UML patterns for application schemas.
Information Géographique — Structure de données pour les images, les matrices et les mosaïques
Geografske informacije - Sestava podob, gridnih in vektorskih podatkovnih slojev
General Information
Standards Content (Sample)
SLOVENSKI STANDARD
01-september-2009
Geografske informacije - Sestava podob, gridnih in vektorskih podatkovnih slojev
Geographic information - Imagery, gridded and coverage data framework
Information Géographique - Structure de données pour les images, les matrices et les
mosaïques
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO/TS 19129:2009
ICS:
35.240.70 Uporabniške rešitve IT v IT applications in science
znanosti
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 19129
First edition
2009-04-01
Geographic information — Imagery,
gridded and coverage data framework
Information Géographique — Structure de données pour les images, les
matrices et les mosaïques
Reference number
©
ISO 2009
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2009
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Conformance. 1
3 Normative references . 1
4 Terms and definitions. 1
4.1 Terms . 1
4.2 Abbreviated terms . 7
4.3 Notation . 7
5 Background for the framework . 8
5.1 Legacy concepts and terminology. 8
5.2 Separation of carrier and content . 8
5.3 Content model. 9
6 General feature model as applied to imagery and gridded data. 10
6.1 Coverages as features. 10
6.2 Additional feature relationships. 10
7 Framework. 10
7.1 Framework structure . 10
7.2 Elements of the framework structure . 12
7.3 Encoding level. 15
7.4 Imagery and gridded data portrayal. 16
7.5 Feature relationship for LUTs. 16
8 Spatial referencing of imagery, gridded and coverage data . 17
9 Imagery, gridded and coverage data structure . 17
9.1 IGCD structure and metadata . 17
9.2 Framework structure classes . 19
10 Templates . 20
10.1 Application schema for imagery and gridded data . 20
10.2 Grid coverages. 21
10.3 Continuous quadrilateral grid coverage. 23
10.4 Riemann hyperspatial multidimensional grid coverage. 24
10.5 TIN coverage . 27
10.6 Discrete point coverage . 28
10.7 Discrete surface grid coverage . 29
11 Tiling. 31
11.1 Tiled grids. 31
11.2 Tile densities . 31
11.3 Tiling scheme . 32
Annex A (normative) Abstract test suite. 33
Annex B (informative) Use cases. 35
Annex C (informative) Portrayal of imagery and gridded data . 36
Bibliography . 37
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of document:
⎯ an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
⎯ an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 19129 was prepared by Technical Committee ISO/TC 211, Geographic information/Geomatics.
iv © ISO 2009 – All rights reserved
Introduction
Gridded data, including imagery, is a major form of geographic information. Over the past two decades many,
largely incompatible, standards have been developed that are widely used for the interchange of geographic
imagery and gridded data. These include standards developed by ISO, as well as those developed by other
organizations. With so many different imagery and gridded data standards, each standard aimed at different
but overlapping information communities, there is a considerable legacy problem. Working with data encoded
using different formats is often difficult because all of the necessary information for interworking has not been
recorded using some of these standards. It is not possible to develop a new comprehensive standard to
replace what exists or to simply endorse one existing standard (or industrial specification) to “solve” the
interworking problem, because very large volumes of data exist in the various formats already in use. The
Technical Report ISO/TR 19121:2000 identified the existing work on imagery and gridded data that had been
ongoing in ISO and external technical organizations. What is required is a structure that allows for the
specification of the content in a manner independent of and compatible with the various different encoding
standards.
The area of imagery, gridded and coverage data is one of the most challenging within the field of geographic
information. The data appears to be simple; however, there is significant structural complexity. While most
data is organized in simple grids, there are many different traversal methods for grids and structures that
support the distribution of attributes over a space. Sensor information and associated georeferencing are an
important aspect of imagery, gridded and coverage geographic information.
This Technical Specification endeavours to address the harmonization of the broad legacy of existing imagery
and gridded data. The approach specified is not to build a very flexible standard that encompasses everything
with a broad array of options, since that does not create compatibility. One can be fooled into thinking things
are standardized, because two data sets use incompatible subsets of the same set of general standards. All
that would be accomplished would be to give an ISO label to the existing diversity and incompatibility.
Compatibility is required for the underlying structure and primary elements of information content, regardless
of how that information content is expressed. The purpose of this Technical Specification is to provide a
framework within which interworking can occur. The approach used is to define a set of a few common
information content structures for geographic imagery, gridded data and certain types of coverage data, which
can be expressed using different encoding mechanisms and different interchange standards. The compatibility
results from the common underlying content models that are expressed as a generic set of UML patterns for
application schemas.
This Technical Specification recognizes that there are many overlapping imagery and gridded data
specifications in wide use that differ significantly in how the information content is structured for encoding and
in what choices of information form the content model. Different types of encoding may be appropriate in
different situations. However, differences in content are difficult to reconcile. The existing different encoding
standards do not necessarily conflict because they represent different ways of providing the same information
in different contexts. Differences in content are also permitted for different situations, but the content definition
must be the same in similar situations for interchange to be achieved without loss of information.
Most of the existing specifications for imagery and gridded data used in industry specify how content is to be
expressed, rather than the content itself. They relate content to encoding, encapsulation and transfer of data.
Those content descriptions that do appear to vary from one specification to another may not be in conflict or
incompatible but reflect different real world situations that require different treatments.
This Technical Specification combines a number of well-defined content structures in accordance with
ISO 19123, the International Standard for coverage geometry and functions together with metadata, spatial
referencing and other aspects of imagery, gridded and coverage data into a framework. This will foster a
convergence at the content model level for existing imagery, gridded and coverage data while allowing for
backward compatibility with the identified suite of existing standards.
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 19129:2009(E)
Geographic information — Imagery, gridded and coverage data
framework
1 Scope
This Technical Specification defines the framework for imagery, gridded and coverage data. This framework
defines a content model for the content type imagery and for other specific content types that can be
represented as coverage data. These content models are represented as a set of generic UML patterns for
application schemas.
2 Conformance
Any application schema or profile claiming conformance with this Technical Specification shall pass the
requirements described in the abstract test suite, presented in Annex A.
The abstract test suite indicates what is required for an application schema to comply with the framework
established in this Technical Specification.
3 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 19107, Geographic information — Spatial schema
ISO 19109:2005, Geographic information — Rules for application schema
ISO 19115, Geographic information — Metadata
ISO 19115-2, Geographic information — Metadata — Part 2: Extensions for imagery and gridded data
ISO 19118, Geographic information — Encoding
ISO 19123, Geographic information — Schema for coverage geometry and functions
4 Terms and definitions
4.1 Terms
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
4.1.1
application schema
conceptual schema for data required by one or more applications
[ISO 19101:2002]
4.1.2
content model
information view of an application schema
NOTE The term “information view” comes from the ISO Reference Model for Open Distributed Processing (RM-ODP),
as specified in 19101-2.
4.1.3
continuous coverage
coverage that returns different values for the same feature attribute at different direct positions within a
single spatial object, temporal object, or spatiotemporal object in its domain
[ISO 19123:2005]
NOTE Although the spatiotemporal domain of a continuous coverage is ordinarily bounded in terms of its spatial
extent, it can be subdivided into an infinite number of direct positions.
4.1.4
coordinate
one of a sequence of n-numbers designating the position of a point in n-dimensional space
[ISO 19111:2007]
NOTE In a coordinate reference system, the numbers must be qualified by units.
4.1.5
coordinate reference system
coordinate system that is related to an object by a datum
[ISO 19111:2007]
NOTE For geodetic and vertical datums it will be related to the Earth.
4.1.6
coverage
feature that acts as a function to return values from its range for any direct position within its spatial,
temporal or spatiotemporal domain
[ISO 19123:2005]
EXAMPLE Examples include a raster image, polygon overlay, or digital elevation matrix.
4.1.7
data compaction
reduction of the number of data elements, bandwidth, cost, and time for the generation, transmission, and
storage of data without loss of information by eliminating unnecessary redundancy, removing irrelevancy, or
using special coding
[ANSI T1.523-2001]
NOTE 1 Whereas data compaction reduces the amount of data used to represent a given amount of information, data
compression does not.
NOTE 2 Data compaction can be done through aggregation of like values in adjacent grid cells, tiling schemes or other
means of eliminating information that is not relevant.
2 © ISO 2009 – All rights reserved
4.1.8
data compression
reducing either the amount of storage space required to store a given amount of data, or the length of
message required to transfer a given amount of information
NOTE 1 Adapted from ANSI T1.523-2001.
NOTE 2 Data compression is probabilistic in nature based on particular instances of imagery, gridded or coverage
data and is related to encoding and is outside the scope of this Technical Specification.
4.1.9
data interchange
delivery, receipt and interpretation of data
[ISO 19118:2005]
4.1.10
dataset
identifiable collection of data
[ISO 19115:2003]
4.1.11
direct position
position described by a single set of coordinates within a coordinate reference system
[ISO 19107:2003]
4.1.12
discrete coverage
coverage that returns the same feature attribute values for every direct position within any single spatial
object, temporal object, or spatiotemporal object in its domain
[ISO 19123:2005]
NOTE The spatiotemporal domain of a discrete coverage consists of a finite set of geometric objects.
4.1.13
domain
well-defined set
[ISO/TS 19103:32005]
NOTE Domains are used to define the domain set and range set of attributes, operators and functions.
4.1.14
encoding
conversion of data into a series of codes
[ISO 19118:2005]
4.1.15
encoding rule
identifiable collection of conversion rules that define the encoding for a particular data structure
[ISO 19118:2005]
4.1.16
feature
abstraction of real world phenomena
[ISO 19101:2002]
NOTE A feature may occur as a type or an instance. Feature type or feature instance should be used when only one
is meant.
4.1.17
framework
relationship between the elements of the content model and the separate encoding and portrayal
mechanisms
4.1.18
function
rule that associates each element from a domain (source, or domain of the function) to a unique element in
another domain (target, co-domain, or range)
[ISO 19107:2003]
4.1.19
geographic information
information concerning phenomena implicitly or explicitly associated with a location relative to the Earth
[ISO 19101:2002]
4.1.20
grid
network composed of two or more sets of curves in which the members of each set intersect the members of
the other sets in an algorithmic way
[ISO 19123:2005]
NOTE The curves partition a space into grid cells.
4.1.21
grid coordinates
sequence of two or more numbers specifying a position with respect to its location on a grid
[ISO 19115-2:2009]
4.1.22
grid point
point located at the intersection of two or more curves in a grid
[ISO 19123:2005]
4.1.23
gridded data
data whose attribute values are associated with positions on a grid coordinate system
[ISO 19115-2:2009]
4 © ISO 2009 – All rights reserved
4.1.24
imagery
representation of phenomena as images produced by electronic and/or optical techniques
NOTE The term imagery is often used colloquially with various meanings in different contexts. It is often used to
describe any set of gridded, point set or other form of coverage data that can be portrayed. This is not a very useful
concept because virtually any set of data can be portrayed in some manner. A more precise meaning is given in
ISO/TS 19101-2.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.25
matrix
rectangular array of numbers
NOTE A matrix is a mathematical term.
4.1.26
metadata
data about data
[ISO 19115:2003]
4.1.27
pixel
smallest element of a digital image to which attributes are assigned
NOTE 1 This term originated as a contraction of “picture element”.
NOTE 2 Related to the concept of a grid cell.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.28
point
0-dimensional geometric primitive, representing a position
[ISO 19107:2003]
NOTE The boundary of a point is the empty set.
4.1.29
point coverage
coverage that has a domain composed of points
[ISO 19123:2005]
4.1.30
quality
totality of characteristics of a product that bear on its ability to satisfy stated and implied needs
[ISO 19101:2002]
4.1.31
range
〈coverage〉 set of feature attribute values associated by a function with the elements of the domain of a
coverage
[ISO 19123:2005]
4.1.32
raster
usually rectangular pattern of parallel scanning lines forming or corresponding to the display on a cathode ray
tube
[ISO 19123:2005]
NOTE 1 A raster is a type of grid.
NOTE 2 The term “raster data” is often used colloquially in the field of geographic information to identify the whole
class of data where the spatial geometry is organized into a grid. A description of what is meant by “raster data” is given in
ISO 19123 and the more comprehensive concept of a coverage is described.
4.1.33
service
distinct part of the functionality that is provided by an entity through interfaces
[ISO/TR 14252:1996]
4.1.34
spatiotemporal domain
〈coverage〉
domain composed of spatiotemporal objects
[ISO 19123:2005]
NOTE The spatiotemporal domain of a continuous coverage consists of a set of direct positions defined in
relation to a collection of spatiotemporal objects.
4.1.35
spatiotemporal object
object representing a set of direct positions in space and time
[ISO 19123:2005]
4.1.36
surface
2-dimensional geometric primitive, locally representing a continuous image of a region of a plane
[ISO 19107:2003]
4.1.37
tessellation
partitioning of a space into a set of conterminous subspaces having the same dimension as the space being
partitioned
[ISO 19123:2005]
NOTE A tessellation composed of congruent regular polygons or polyhedra is a regular tessellation; one composed
of regular, but non-congruent polygons or polyhedra is semi-regular. Otherwise, the tessellation is irregular.
4.1.38
traversal order
sequence in which the cells of a grid are enumerated
4.1.39
UML template
parameterized model element that describes or identifies the pattern for a group of model elements of a
particular type
[IBM Rational System Developer]
6 © ISO 2009 – All rights reserved
4.2 Abbreviated terms
BIIF Basic Image Interchange Format
DEM Digital Elevation Model
GCP Ground Control Point
GeoTIFF Geographic TIFF
GIS Geographic Information System
GML Geography Markup Language
HDF-EOS Hierarchical Data Format - Earth Observing System
JPEG Joint Photographic Experts Group
LUT Look-Up Table
RGB Red Green Blue
TIFF Tagged Image File Format
TIN Triangulated Irregular Network
UML Unified Modeling Language
XML eXtensible Markup Language
4.3 Notation
The conceptual schema specified in this Technical Specification is described using the Unified Modeling
Language (UML), following the guidance of ISO/TS 19103.
Several model elements used in this schema are defined in other ISO geographic information standards. By
convention within ISO/TC 211, names of UML classes, with the exception of basic data type classes, include a
two letter prefix that identifies the standard and the UML package in which the class is defined. UML classes
defined in this Technical Specification have the two letter prefix of IF. Table 1 lists the other International
Standards and packages in which UML classes used in this Technical Specification have been defined.
Table 1 — Sources of externally defined UML classes
Prefix Standard Package
CV 19123 Coverage Core & Discrete Coverages
EX 19115 Metadata extent information
GF 19109 General Feature Model
GM 19107 Geometry Root
MD 19115 Metadata entity set information
MI 19115-2 Metadata entity set imagery
5 Background for the framework
5.1 Legacy concepts and terminology
Any attempt to solve the problem of achieving compatibility between the many existing imagery and gridded
data specifications and standards in wide use is hampered by the fact that they use different terminology, or
use the same terms to represent different concepts. A variety of meanings have been assigned in the past to
the three important terms (imagery, raster, and matrix) resulting in potential confusion. The terms imagery,
raster and matrix are defined in Clause 4. The term “matrix data” is sometimes used colloquially to describe a
set of measured attribute values organized in a grid. In some contexts this term implies the exclusion of “raster
data” or “imagery data”. Using the term “matrix data” in this way is unsatisfactory because the concept
conflicts with the concept of gridded data and is ambiguous. Unfortunately, the common or colloquial uses of
all of these terms overlap and they provide a poor lexicon. In Clause 4 these terms are given a more precise
technical meaning. However, because these terms are often used in external standards or specifications in
less precise or different ways it is important to be aware of the broader colloquial meanings sometimes given
to them.
5.2 Separation of carrier and content
Many data interchange standards for imagery and gridded data describe the allowed data types, their
meaning and their relationships in terms of the encoding format used to carry the data. This approach can be
restricting because the limitations of the interchange mechanism — and there are always some limitations —
are imposed on the description of the data. The suite of geographic information standards takes a different
approach to defining data structures where the allowed data types, their meaning and their relationships are
defined in an abstract manner using the UML modeling language. One or several different encoding rules may
then be applied to the data to encode for transmission or storage on different data carriers. Of course this
approach does not eliminate the limitations inherent in some encoding techniques, it just shifts the problem to
the encoding rule used to encode the abstract model into a particular encoding format. This is the correct
place for limitations, such as the bit length of numbers, to appear since they can be handled by exceptions in
the encoding where necessary. Because of the large volumes of data involved, the separation of the carrier
from the content of imagery, gridded and coverage data is of particular importance.
The ISO/TS 19101-2 reference model for geographic imagery makes use of the concepts of the Reference
Model for Open Distributed Processing (RM-ODP) ISO/IEC 10746. The concept of ISO/TS 19101-2 and
RM-ODP is to organize systems according to five different views. The “information view” is concerned with the
semantics of information and information processing. This is distinct from the “computational view” which is
concerned with the interaction between services that are part of a larger system including the encoding of data
for interchange. It is also distinct from the “engineering” or “technology” viewpoints that are concerned with
implementations and the underlying infrastructure. For a description of the RM-ODP views and their
application to imagery see ISO/TS 19101-2:2008, Clauses 6 to 9 and Annex B. ISO/TS 19101-2:2008, 7.3.5.1
also indicated the need to separate carrier from content.
The concepts of the RM-ODP are reinforced by the ISO standards for Open Systems Interconnection (OSI)
ISO/IEC 7498-1. The OSI standards divide a system designed for data interchange into seven distinct layers.
The two highest layers are the “application layer” and the “presentation (representation) layer”. The application
layer addresses the semantic meaning of data interchange and the presentation layer addresses the encoding.
The lower layers provide the exchange mechanism. OSI supports the separation of the carrier from the
content.
A data set of imagery, gridded or coverage data is structured as a set of coverage value objects consisting of
a grid value matrix, TIN triangles, points or geometry value pairs together with a description of the coverage
function and associated metadata. This can be described independently from the encoding which may be
used for data interchange or data storage.
8 © ISO 2009 – All rights reserved
5.3 Content model
The concept of a “content model” is an important part of this framework document. The ISO geographic
information suite of standards makes use of the concept of an application schema. An application schema is
the conceptual schema for data required by one or more applications. A content model is the “information
view” of an application schema. It addresses only the information needed to describe the semantic meaning of
the data, exclusive of the interchange format or portrayal issues.
The content model for a set of gridded data consists of a set of attribute values organized in a grid together
with metadata to describe the meaning of the attribute values and spatial referencing information to position
the data. The metadata may contain identification information, quality information, and information such as the
sensor from which the data was collected. The spatial referencing information contains information about how
the set of attribute values is referenced to the Earth. The spatial referencing information itself is expressed as
metadata.
Auxiliary information, also expressed as metadata, may assist in portrayal or encoding. However, the basic
content may be portrayed in different ways or carried using different interchange mechanisms, in such a way
that auxiliary information is not a part of an imagery and gridded data content model. Figure 1 illustrates the
simple structure of gridded data.
Key
A Grid value matrix
B Associated metadata
C Attribute value for a grid cell
Figure 1 — Simple structure of gridded data
Other types of coverage data are also inherently simple. They consist of a set of coverage value objects and
the description of the coverage function. ISO 19123 supports grid coverage including hexagonal grid coverage,
point set, Thiessen polygon, quadrilateral grid coverage as well as segmented curve coverage and
triangulated irregular network.
The ISO geographic information suite of standards provides a set of building blocks out of which all types of
geographic information, including imagery and gridded data, can be assembled. These building blocks provide
information objects that may be associated using an application schema. The emphasis of the application
schema is on the data structure and data content and therefore, in the case of imagery, gridded and coverage
data on the set of coverage value objects together with associated metadata. The method of encoding and
presenting the information structure and content is separate from the data itself. By separating the carrier from
the content, the “content model” is defined separately from the encoding rule used to carry or store the data
content and from the presentation rule or rules used to portray the content. There may be additional data
required to be carried with the content data, to support portrayal. For example, for certain classes of imagery a
colour look-up table (colour map) may be defined which assigns presentation colours to coded values in the
grid value matrix.
6 General feature model as applied to imagery and gridded data
6.1 Coverages as features
ISO 19109 states that “a fundamental unit of geographic information is called a feature” and indicates that “the
formal approach of modeling geographic information shall be conformant with a 4-layer architecture” as
described in ISO 19109:2005, Annex B. The general feature model defined in ISO 19109 applies to all
geographic information including imagery, gridded and coverage data. In the reference model in ISO 19101 a
feature is defined as an “abstraction of real world phenomena”.
A coverage is a type of feature. It differs from other types of features in that some of its non-spatial attributes
are associated with its spatial attributes through a coverage function that relates the values of those attributes
to position, relative to the spatial attributes, whereas the spatial and non-spatial attributes of other types of
features are independent of each other.
For a simple gridded image there may be one feature corresponding to the image itself with the geometry
defined in accordance to a grid structure. Some thematic attributes of the feature may apply to the feature as
a whole whereas other attributes may be determined by the use of a coverage function for any position within
the range of the function.
The great advantage of treating all geographic information as feature oriented data is that it allows coverage
data to be mixed with “vector” data and other coverage data in a single application schema and therefore in a
single data set. The relationships between features of all types may be defined.
As an example of a combined data set, a satellite image may be analysed and the roads identified. The
combined data set could include the image together with a vector representation of the roads. The combined
data set would consist of the feature corresponding to the image coverage and the features corresponding to
the roads. Another example of a combined data set might be the combination of satellite image coverage over
land with a hydrographic bathymetric coverage over water. The spatial range of both coverages may be cut at
the coast line. The combined data set would consist of the two features corresponding to both the coverages.
6.2 Additional feature relationships
The general feature model described in ISO 19109 indicates that the characteristics of a feature type
(GF_FeatureType) are its properties (GF_PropertyType). The three subtypes of the property type are the
GF_Operation, the GF_AttributeType and the GF_AssociationRole. The attribute types may be
GF_TemporalAttributeType, GF_Spatial AttributeType, GF_LocationAttributeType, GF_MetadataAttributeType,
or GFThematic AttributeType. Since ISO 19109 was developed to address primarily vector type data it only
identifies spatial attributes of the type GM_Object or TP_Object as defined in the spatial schema in ISO 19107.
7 Framework
7.1 Framework structure
The framework defined in this Technical Specification describes the relationship between the content model
and the other information required for interchange and portrayal. This framework is built upon ISO/TS 19101-2
for imagery and gridded data.
10 © ISO 2009 – All rights reserved
This framework provides five patterns for various types of imagery, gridded and coverage data in accordance
with ISO 19123. A small choice of patterns is provided in order to define an underlying compatibility between
different sets of imagery, gridded and coverage data. This set of pre-defined structures is represented as
partial template application schemas, which are UML patterns. Compatibility may be achieved between
different imagery and gridded data standards by ensuring that common information content is identified and
may be described in accordance with these patterns. As illustrated by the use cases identified in Annex B,
four grid based structures and one non-grid coverage structure are described.
Structures are defined for:
a) continuous quadrilateral grid coverage;
b) quadtree grid coverage (Riemann hyperspatial multidimensional grid coverage);
c) TIN coverage;
d) discrete point coverage;
e) discrete surface grid coverage.
The imagery, gridded and coverage data framework makes use of elements defined in other ISO geographic
information standards. Figure 2 presents the packages that are applicable to imagery, gridded and coverage
data. It shows how elements are related within the framework. Half of the related packages provide metadata
that may be used in association with imagery and gridded data.
Figure 2 — Overall relationships inside and outside the framework
7.2 Elements of the framework structure
7.2.1 Framework Overview
Imagery, gridded and coverage data can be described at several levels, as shown in Figure 3. These are an
abstract level, as addressed in ISO 19123, a content model level and an encoding level. Encoding makes use
of the structures defined in ISO 19118. This allows for a neutral XML based encoding as well as allowing for
many other specific encoding schemes. Encoding may include GML (ISO 19136) together with JPEG 2000
(ISO 15444), of BIIF (ISO 12087-5) or one of the many other imagery encoding formats identified in
ISO/TR 19121.
Most of the existing interchange standards relating to imagery, gridded and coverage data describe
information in terms of its representation in an interchange format. The format defines data fields and
describes the contents and meaning of these data fields. This implicitly defines the information content that
can be carried by this interchange format. Some of the existing standards even separate their “information”
from the encoding within the description of the standard, but in the end it is the encoding that defines these
standards. The common content models defined in this Technical Specification allow for a mapping to the
structures defined in the encoding standards.
Figure 3 — Overall relationship between the elements of the framework
12 © ISO 2009 – All rights reserved
7.2.2 Abstract level
The abstract level provides a generic abstract structure for all types of coverage geometries including gridded
data geometries. This abstract structure is defined in ISO 19123. This Technical Specification takes from
ISO 19123 several coverage geometries, including point set, TIN and quadrilateral grid.
7.2.3 Content model level
A content model for imagery, gridded and coverage data is the description of the information content of a set
of geographic information, consisting of the spatial schema, feature identification and associated metadata,
where other aspects such as quality, geo-referencing, etc., are represented in the metadata. The content
model does not include portrayal or encoding or the organization of the data to accommodate various storage
or interchange media. Interchange metadata that describes the information about a data interchange is also
not part of the information defined by the content model.
The content model level of this framework consists of a set of pre-defined content structures, which can serve
as the core for various application schemas to be developed for imagery, gridded and coverage data. The
generic content model for gridded data consists of a small set of grids, with associated traversal orders that
provide the spatial organization for imagery and gridded data. The TIN and the point set are the only non-grid
coverage structures defined at the content model level in this framework. In addition to these grid and non-grid
structures are defined metadata, quality and spatial referencing. References are made to the existing ISO
geographic information series standards for these elements when they are available.
The feature model defined in ISO 19109 applies to imagery, gridded and coverage data. Although the
conventional approach used in many external imagery standards is to consider an image as a unique entity on
its own, and to not consider a feature structure, it is better to consider imagery, gridded and coverage data as
feature oriented data. In the simplest form, an image, grid or other data set organized as coverage can be
considered as a single feature. For ex
...
TECHNICAL ISO/TS
SPECIFICATION 19129
First edition
2009-04-01
Geographic information — Imagery,
gridded and coverage data framework
Information Géographique — Structure de données pour les images, les
matrices et les mosaïques
Reference number
©
ISO 2009
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but
shall not be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In
downloading this file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat
accepts no liability in this area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation
parameters were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In
the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2009
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Conformance. 1
3 Normative references . 1
4 Terms and definitions. 1
4.1 Terms . 1
4.2 Abbreviated terms . 7
4.3 Notation . 7
5 Background for the framework . 8
5.1 Legacy concepts and terminology. 8
5.2 Separation of carrier and content . 8
5.3 Content model. 9
6 General feature model as applied to imagery and gridded data. 10
6.1 Coverages as features. 10
6.2 Additional feature relationships. 10
7 Framework. 10
7.1 Framework structure . 10
7.2 Elements of the framework structure . 12
7.3 Encoding level. 15
7.4 Imagery and gridded data portrayal. 16
7.5 Feature relationship for LUTs. 16
8 Spatial referencing of imagery, gridded and coverage data . 17
9 Imagery, gridded and coverage data structure . 17
9.1 IGCD structure and metadata . 17
9.2 Framework structure classes . 19
10 Templates . 20
10.1 Application schema for imagery and gridded data . 20
10.2 Grid coverages. 21
10.3 Continuous quadrilateral grid coverage. 23
10.4 Riemann hyperspatial multidimensional grid coverage. 24
10.5 TIN coverage . 27
10.6 Discrete point coverage . 28
10.7 Discrete surface grid coverage . 29
11 Tiling. 31
11.1 Tiled grids. 31
11.2 Tile densities . 31
11.3 Tiling scheme . 32
Annex A (normative) Abstract test suite. 33
Annex B (informative) Use cases. 35
Annex C (informative) Portrayal of imagery and gridded data . 36
Bibliography . 37
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In other circumstances, particularly when there is an urgent market requirement for such documents, a
technical committee may decide to publish other types of document:
⎯ an ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS) represents an agreement between technical experts in
an ISO working group and is accepted for publication if it is approved by more than 50 % of the members
of the parent committee casting a vote;
⎯ an ISO Technical Specification (ISO/TS) represents an agreement between the members of a technical
committee and is accepted for publication if it is approved by 2/3 of the members of the committee casting
a vote.
An ISO/PAS or ISO/TS is reviewed after three years in order to decide whether it will be confirmed for a
further three years, revised to become an International Standard, or withdrawn. If the ISO/PAS or ISO/TS is
confirmed, it is reviewed again after a further three years, at which time it must either be transformed into an
International Standard or be withdrawn.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TS 19129 was prepared by Technical Committee ISO/TC 211, Geographic information/Geomatics.
iv © ISO 2009 – All rights reserved
Introduction
Gridded data, including imagery, is a major form of geographic information. Over the past two decades many,
largely incompatible, standards have been developed that are widely used for the interchange of geographic
imagery and gridded data. These include standards developed by ISO, as well as those developed by other
organizations. With so many different imagery and gridded data standards, each standard aimed at different
but overlapping information communities, there is a considerable legacy problem. Working with data encoded
using different formats is often difficult because all of the necessary information for interworking has not been
recorded using some of these standards. It is not possible to develop a new comprehensive standard to
replace what exists or to simply endorse one existing standard (or industrial specification) to “solve” the
interworking problem, because very large volumes of data exist in the various formats already in use. The
Technical Report ISO/TR 19121:2000 identified the existing work on imagery and gridded data that had been
ongoing in ISO and external technical organizations. What is required is a structure that allows for the
specification of the content in a manner independent of and compatible with the various different encoding
standards.
The area of imagery, gridded and coverage data is one of the most challenging within the field of geographic
information. The data appears to be simple; however, there is significant structural complexity. While most
data is organized in simple grids, there are many different traversal methods for grids and structures that
support the distribution of attributes over a space. Sensor information and associated georeferencing are an
important aspect of imagery, gridded and coverage geographic information.
This Technical Specification endeavours to address the harmonization of the broad legacy of existing imagery
and gridded data. The approach specified is not to build a very flexible standard that encompasses everything
with a broad array of options, since that does not create compatibility. One can be fooled into thinking things
are standardized, because two data sets use incompatible subsets of the same set of general standards. All
that would be accomplished would be to give an ISO label to the existing diversity and incompatibility.
Compatibility is required for the underlying structure and primary elements of information content, regardless
of how that information content is expressed. The purpose of this Technical Specification is to provide a
framework within which interworking can occur. The approach used is to define a set of a few common
information content structures for geographic imagery, gridded data and certain types of coverage data, which
can be expressed using different encoding mechanisms and different interchange standards. The compatibility
results from the common underlying content models that are expressed as a generic set of UML patterns for
application schemas.
This Technical Specification recognizes that there are many overlapping imagery and gridded data
specifications in wide use that differ significantly in how the information content is structured for encoding and
in what choices of information form the content model. Different types of encoding may be appropriate in
different situations. However, differences in content are difficult to reconcile. The existing different encoding
standards do not necessarily conflict because they represent different ways of providing the same information
in different contexts. Differences in content are also permitted for different situations, but the content definition
must be the same in similar situations for interchange to be achieved without loss of information.
Most of the existing specifications for imagery and gridded data used in industry specify how content is to be
expressed, rather than the content itself. They relate content to encoding, encapsulation and transfer of data.
Those content descriptions that do appear to vary from one specification to another may not be in conflict or
incompatible but reflect different real world situations that require different treatments.
This Technical Specification combines a number of well-defined content structures in accordance with
ISO 19123, the International Standard for coverage geometry and functions together with metadata, spatial
referencing and other aspects of imagery, gridded and coverage data into a framework. This will foster a
convergence at the content model level for existing imagery, gridded and coverage data while allowing for
backward compatibility with the identified suite of existing standards.
TECHNICAL SPECIFICATION ISO/TS 19129:2009(E)
Geographic information — Imagery, gridded and coverage data
framework
1 Scope
This Technical Specification defines the framework for imagery, gridded and coverage data. This framework
defines a content model for the content type imagery and for other specific content types that can be
represented as coverage data. These content models are represented as a set of generic UML patterns for
application schemas.
2 Conformance
Any application schema or profile claiming conformance with this Technical Specification shall pass the
requirements described in the abstract test suite, presented in Annex A.
The abstract test suite indicates what is required for an application schema to comply with the framework
established in this Technical Specification.
3 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 19107, Geographic information — Spatial schema
ISO 19109:2005, Geographic information — Rules for application schema
ISO 19115, Geographic information — Metadata
ISO 19115-2, Geographic information — Metadata — Part 2: Extensions for imagery and gridded data
ISO 19118, Geographic information — Encoding
ISO 19123, Geographic information — Schema for coverage geometry and functions
4 Terms and definitions
4.1 Terms
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
4.1.1
application schema
conceptual schema for data required by one or more applications
[ISO 19101:2002]
4.1.2
content model
information view of an application schema
NOTE The term “information view” comes from the ISO Reference Model for Open Distributed Processing (RM-ODP),
as specified in 19101-2.
4.1.3
continuous coverage
coverage that returns different values for the same feature attribute at different direct positions within a
single spatial object, temporal object, or spatiotemporal object in its domain
[ISO 19123:2005]
NOTE Although the spatiotemporal domain of a continuous coverage is ordinarily bounded in terms of its spatial
extent, it can be subdivided into an infinite number of direct positions.
4.1.4
coordinate
one of a sequence of n-numbers designating the position of a point in n-dimensional space
[ISO 19111:2007]
NOTE In a coordinate reference system, the numbers must be qualified by units.
4.1.5
coordinate reference system
coordinate system that is related to an object by a datum
[ISO 19111:2007]
NOTE For geodetic and vertical datums it will be related to the Earth.
4.1.6
coverage
feature that acts as a function to return values from its range for any direct position within its spatial,
temporal or spatiotemporal domain
[ISO 19123:2005]
EXAMPLE Examples include a raster image, polygon overlay, or digital elevation matrix.
4.1.7
data compaction
reduction of the number of data elements, bandwidth, cost, and time for the generation, transmission, and
storage of data without loss of information by eliminating unnecessary redundancy, removing irrelevancy, or
using special coding
[ANSI T1.523-2001]
NOTE 1 Whereas data compaction reduces the amount of data used to represent a given amount of information, data
compression does not.
NOTE 2 Data compaction can be done through aggregation of like values in adjacent grid cells, tiling schemes or other
means of eliminating information that is not relevant.
2 © ISO 2009 – All rights reserved
4.1.8
data compression
reducing either the amount of storage space required to store a given amount of data, or the length of
message required to transfer a given amount of information
NOTE 1 Adapted from ANSI T1.523-2001.
NOTE 2 Data compression is probabilistic in nature based on particular instances of imagery, gridded or coverage
data and is related to encoding and is outside the scope of this Technical Specification.
4.1.9
data interchange
delivery, receipt and interpretation of data
[ISO 19118:2005]
4.1.10
dataset
identifiable collection of data
[ISO 19115:2003]
4.1.11
direct position
position described by a single set of coordinates within a coordinate reference system
[ISO 19107:2003]
4.1.12
discrete coverage
coverage that returns the same feature attribute values for every direct position within any single spatial
object, temporal object, or spatiotemporal object in its domain
[ISO 19123:2005]
NOTE The spatiotemporal domain of a discrete coverage consists of a finite set of geometric objects.
4.1.13
domain
well-defined set
[ISO/TS 19103:32005]
NOTE Domains are used to define the domain set and range set of attributes, operators and functions.
4.1.14
encoding
conversion of data into a series of codes
[ISO 19118:2005]
4.1.15
encoding rule
identifiable collection of conversion rules that define the encoding for a particular data structure
[ISO 19118:2005]
4.1.16
feature
abstraction of real world phenomena
[ISO 19101:2002]
NOTE A feature may occur as a type or an instance. Feature type or feature instance should be used when only one
is meant.
4.1.17
framework
relationship between the elements of the content model and the separate encoding and portrayal
mechanisms
4.1.18
function
rule that associates each element from a domain (source, or domain of the function) to a unique element in
another domain (target, co-domain, or range)
[ISO 19107:2003]
4.1.19
geographic information
information concerning phenomena implicitly or explicitly associated with a location relative to the Earth
[ISO 19101:2002]
4.1.20
grid
network composed of two or more sets of curves in which the members of each set intersect the members of
the other sets in an algorithmic way
[ISO 19123:2005]
NOTE The curves partition a space into grid cells.
4.1.21
grid coordinates
sequence of two or more numbers specifying a position with respect to its location on a grid
[ISO 19115-2:2009]
4.1.22
grid point
point located at the intersection of two or more curves in a grid
[ISO 19123:2005]
4.1.23
gridded data
data whose attribute values are associated with positions on a grid coordinate system
[ISO 19115-2:2009]
4 © ISO 2009 – All rights reserved
4.1.24
imagery
representation of phenomena as images produced by electronic and/or optical techniques
NOTE The term imagery is often used colloquially with various meanings in different contexts. It is often used to
describe any set of gridded, point set or other form of coverage data that can be portrayed. This is not a very useful
concept because virtually any set of data can be portrayed in some manner. A more precise meaning is given in
ISO/TS 19101-2.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.25
matrix
rectangular array of numbers
NOTE A matrix is a mathematical term.
4.1.26
metadata
data about data
[ISO 19115:2003]
4.1.27
pixel
smallest element of a digital image to which attributes are assigned
NOTE 1 This term originated as a contraction of “picture element”.
NOTE 2 Related to the concept of a grid cell.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.28
point
0-dimensional geometric primitive, representing a position
[ISO 19107:2003]
NOTE The boundary of a point is the empty set.
4.1.29
point coverage
coverage that has a domain composed of points
[ISO 19123:2005]
4.1.30
quality
totality of characteristics of a product that bear on its ability to satisfy stated and implied needs
[ISO 19101:2002]
4.1.31
range
〈coverage〉 set of feature attribute values associated by a function with the elements of the domain of a
coverage
[ISO 19123:2005]
4.1.32
raster
usually rectangular pattern of parallel scanning lines forming or corresponding to the display on a cathode ray
tube
[ISO 19123:2005]
NOTE 1 A raster is a type of grid.
NOTE 2 The term “raster data” is often used colloquially in the field of geographic information to identify the whole
class of data where the spatial geometry is organized into a grid. A description of what is meant by “raster data” is given in
ISO 19123 and the more comprehensive concept of a coverage is described.
4.1.33
service
distinct part of the functionality that is provided by an entity through interfaces
[ISO/TR 14252:1996]
4.1.34
spatiotemporal domain
〈coverage〉
domain composed of spatiotemporal objects
[ISO 19123:2005]
NOTE The spatiotemporal domain of a continuous coverage consists of a set of direct positions defined in
relation to a collection of spatiotemporal objects.
4.1.35
spatiotemporal object
object representing a set of direct positions in space and time
[ISO 19123:2005]
4.1.36
surface
2-dimensional geometric primitive, locally representing a continuous image of a region of a plane
[ISO 19107:2003]
4.1.37
tessellation
partitioning of a space into a set of conterminous subspaces having the same dimension as the space being
partitioned
[ISO 19123:2005]
NOTE A tessellation composed of congruent regular polygons or polyhedra is a regular tessellation; one composed
of regular, but non-congruent polygons or polyhedra is semi-regular. Otherwise, the tessellation is irregular.
4.1.38
traversal order
sequence in which the cells of a grid are enumerated
4.1.39
UML template
parameterized model element that describes or identifies the pattern for a group of model elements of a
particular type
[IBM Rational System Developer]
6 © ISO 2009 – All rights reserved
4.2 Abbreviated terms
BIIF Basic Image Interchange Format
DEM Digital Elevation Model
GCP Ground Control Point
GeoTIFF Geographic TIFF
GIS Geographic Information System
GML Geography Markup Language
HDF-EOS Hierarchical Data Format - Earth Observing System
JPEG Joint Photographic Experts Group
LUT Look-Up Table
RGB Red Green Blue
TIFF Tagged Image File Format
TIN Triangulated Irregular Network
UML Unified Modeling Language
XML eXtensible Markup Language
4.3 Notation
The conceptual schema specified in this Technical Specification is described using the Unified Modeling
Language (UML), following the guidance of ISO/TS 19103.
Several model elements used in this schema are defined in other ISO geographic information standards. By
convention within ISO/TC 211, names of UML classes, with the exception of basic data type classes, include a
two letter prefix that identifies the standard and the UML package in which the class is defined. UML classes
defined in this Technical Specification have the two letter prefix of IF. Table 1 lists the other International
Standards and packages in which UML classes used in this Technical Specification have been defined.
Table 1 — Sources of externally defined UML classes
Prefix Standard Package
CV 19123 Coverage Core & Discrete Coverages
EX 19115 Metadata extent information
GF 19109 General Feature Model
GM 19107 Geometry Root
MD 19115 Metadata entity set information
MI 19115-2 Metadata entity set imagery
5 Background for the framework
5.1 Legacy concepts and terminology
Any attempt to solve the problem of achieving compatibility between the many existing imagery and gridded
data specifications and standards in wide use is hampered by the fact that they use different terminology, or
use the same terms to represent different concepts. A variety of meanings have been assigned in the past to
the three important terms (imagery, raster, and matrix) resulting in potential confusion. The terms imagery,
raster and matrix are defined in Clause 4. The term “matrix data” is sometimes used colloquially to describe a
set of measured attribute values organized in a grid. In some contexts this term implies the exclusion of “raster
data” or “imagery data”. Using the term “matrix data” in this way is unsatisfactory because the concept
conflicts with the concept of gridded data and is ambiguous. Unfortunately, the common or colloquial uses of
all of these terms overlap and they provide a poor lexicon. In Clause 4 these terms are given a more precise
technical meaning. However, because these terms are often used in external standards or specifications in
less precise or different ways it is important to be aware of the broader colloquial meanings sometimes given
to them.
5.2 Separation of carrier and content
Many data interchange standards for imagery and gridded data describe the allowed data types, their
meaning and their relationships in terms of the encoding format used to carry the data. This approach can be
restricting because the limitations of the interchange mechanism — and there are always some limitations —
are imposed on the description of the data. The suite of geographic information standards takes a different
approach to defining data structures where the allowed data types, their meaning and their relationships are
defined in an abstract manner using the UML modeling language. One or several different encoding rules may
then be applied to the data to encode for transmission or storage on different data carriers. Of course this
approach does not eliminate the limitations inherent in some encoding techniques, it just shifts the problem to
the encoding rule used to encode the abstract model into a particular encoding format. This is the correct
place for limitations, such as the bit length of numbers, to appear since they can be handled by exceptions in
the encoding where necessary. Because of the large volumes of data involved, the separation of the carrier
from the content of imagery, gridded and coverage data is of particular importance.
The ISO/TS 19101-2 reference model for geographic imagery makes use of the concepts of the Reference
Model for Open Distributed Processing (RM-ODP) ISO/IEC 10746. The concept of ISO/TS 19101-2 and
RM-ODP is to organize systems according to five different views. The “information view” is concerned with the
semantics of information and information processing. This is distinct from the “computational view” which is
concerned with the interaction between services that are part of a larger system including the encoding of data
for interchange. It is also distinct from the “engineering” or “technology” viewpoints that are concerned with
implementations and the underlying infrastructure. For a description of the RM-ODP views and their
application to imagery see ISO/TS 19101-2:2008, Clauses 6 to 9 and Annex B. ISO/TS 19101-2:2008, 7.3.5.1
also indicated the need to separate carrier from content.
The concepts of the RM-ODP are reinforced by the ISO standards for Open Systems Interconnection (OSI)
ISO/IEC 7498-1. The OSI standards divide a system designed for data interchange into seven distinct layers.
The two highest layers are the “application layer” and the “presentation (representation) layer”. The application
layer addresses the semantic meaning of data interchange and the presentation layer addresses the encoding.
The lower layers provide the exchange mechanism. OSI supports the separation of the carrier from the
content.
A data set of imagery, gridded or coverage data is structured as a set of coverage value objects consisting of
a grid value matrix, TIN triangles, points or geometry value pairs together with a description of the coverage
function and associated metadata. This can be described independently from the encoding which may be
used for data interchange or data storage.
8 © ISO 2009 – All rights reserved
5.3 Content model
The concept of a “content model” is an important part of this framework document. The ISO geographic
information suite of standards makes use of the concept of an application schema. An application schema is
the conceptual schema for data required by one or more applications. A content model is the “information
view” of an application schema. It addresses only the information needed to describe the semantic meaning of
the data, exclusive of the interchange format or portrayal issues.
The content model for a set of gridded data consists of a set of attribute values organized in a grid together
with metadata to describe the meaning of the attribute values and spatial referencing information to position
the data. The metadata may contain identification information, quality information, and information such as the
sensor from which the data was collected. The spatial referencing information contains information about how
the set of attribute values is referenced to the Earth. The spatial referencing information itself is expressed as
metadata.
Auxiliary information, also expressed as metadata, may assist in portrayal or encoding. However, the basic
content may be portrayed in different ways or carried using different interchange mechanisms, in such a way
that auxiliary information is not a part of an imagery and gridded data content model. Figure 1 illustrates the
simple structure of gridded data.
Key
A Grid value matrix
B Associated metadata
C Attribute value for a grid cell
Figure 1 — Simple structure of gridded data
Other types of coverage data are also inherently simple. They consist of a set of coverage value objects and
the description of the coverage function. ISO 19123 supports grid coverage including hexagonal grid coverage,
point set, Thiessen polygon, quadrilateral grid coverage as well as segmented curve coverage and
triangulated irregular network.
The ISO geographic information suite of standards provides a set of building blocks out of which all types of
geographic information, including imagery and gridded data, can be assembled. These building blocks provide
information objects that may be associated using an application schema. The emphasis of the application
schema is on the data structure and data content and therefore, in the case of imagery, gridded and coverage
data on the set of coverage value objects together with associated metadata. The method of encoding and
presenting the information structure and content is separate from the data itself. By separating the carrier from
the content, the “content model” is defined separately from the encoding rule used to carry or store the data
content and from the presentation rule or rules used to portray the content. There may be additional data
required to be carried with the content data, to support portrayal. For example, for certain classes of imagery a
colour look-up table (colour map) may be defined which assigns presentation colours to coded values in the
grid value matrix.
6 General feature model as applied to imagery and gridded data
6.1 Coverages as features
ISO 19109 states that “a fundamental unit of geographic information is called a feature” and indicates that “the
formal approach of modeling geographic information shall be conformant with a 4-layer architecture” as
described in ISO 19109:2005, Annex B. The general feature model defined in ISO 19109 applies to all
geographic information including imagery, gridded and coverage data. In the reference model in ISO 19101 a
feature is defined as an “abstraction of real world phenomena”.
A coverage is a type of feature. It differs from other types of features in that some of its non-spatial attributes
are associated with its spatial attributes through a coverage function that relates the values of those attributes
to position, relative to the spatial attributes, whereas the spatial and non-spatial attributes of other types of
features are independent of each other.
For a simple gridded image there may be one feature corresponding to the image itself with the geometry
defined in accordance to a grid structure. Some thematic attributes of the feature may apply to the feature as
a whole whereas other attributes may be determined by the use of a coverage function for any position within
the range of the function.
The great advantage of treating all geographic information as feature oriented data is that it allows coverage
data to be mixed with “vector” data and other coverage data in a single application schema and therefore in a
single data set. The relationships between features of all types may be defined.
As an example of a combined data set, a satellite image may be analysed and the roads identified. The
combined data set could include the image together with a vector representation of the roads. The combined
data set would consist of the feature corresponding to the image coverage and the features corresponding to
the roads. Another example of a combined data set might be the combination of satellite image coverage over
land with a hydrographic bathymetric coverage over water. The spatial range of both coverages may be cut at
the coast line. The combined data set would consist of the two features corresponding to both the coverages.
6.2 Additional feature relationships
The general feature model described in ISO 19109 indicates that the characteristics of a feature type
(GF_FeatureType) are its properties (GF_PropertyType). The three subtypes of the property type are the
GF_Operation, the GF_AttributeType and the GF_AssociationRole. The attribute types may be
GF_TemporalAttributeType, GF_Spatial AttributeType, GF_LocationAttributeType, GF_MetadataAttributeType,
or GFThematic AttributeType. Since ISO 19109 was developed to address primarily vector type data it only
identifies spatial attributes of the type GM_Object or TP_Object as defined in the spatial schema in ISO 19107.
7 Framework
7.1 Framework structure
The framework defined in this Technical Specification describes the relationship between the content model
and the other information required for interchange and portrayal. This framework is built upon ISO/TS 19101-2
for imagery and gridded data.
10 © ISO 2009 – All rights reserved
This framework provides five patterns for various types of imagery, gridded and coverage data in accordance
with ISO 19123. A small choice of patterns is provided in order to define an underlying compatibility between
different sets of imagery, gridded and coverage data. This set of pre-defined structures is represented as
partial template application schemas, which are UML patterns. Compatibility may be achieved between
different imagery and gridded data standards by ensuring that common information content is identified and
may be described in accordance with these patterns. As illustrated by the use cases identified in Annex B,
four grid based structures and one non-grid coverage structure are described.
Structures are defined for:
a) continuous quadrilateral grid coverage;
b) quadtree grid coverage (Riemann hyperspatial multidimensional grid coverage);
c) TIN coverage;
d) discrete point coverage;
e) discrete surface grid coverage.
The imagery, gridded and coverage data framework makes use of elements defined in other ISO geographic
information standards. Figure 2 presents the packages that are applicable to imagery, gridded and coverage
data. It shows how elements are related within the framework. Half of the related packages provide metadata
that may be used in association with imagery and gridded data.
Figure 2 — Overall relationships inside and outside the framework
7.2 Elements of the framework structure
7.2.1 Framework Overview
Imagery, gridded and coverage data can be described at several levels, as shown in Figure 3. These are an
abstract level, as addressed in ISO 19123, a content model level and an encoding level. Encoding makes use
of the structures defined in ISO 19118. This allows for a neutral XML based encoding as well as allowing for
many other specific encoding schemes. Encoding may include GML (ISO 19136) together with JPEG 2000
(ISO 15444), of BIIF (ISO 12087-5) or one of the many other imagery encoding formats identified in
ISO/TR 19121.
Most of the existing interchange standards relating to imagery, gridded and coverage data describe
information in terms of its representation in an interchange format. The format defines data fields and
describes the contents and meaning of these data fields. This implicitly defines the information content that
can be carried by this interchange format. Some of the existing standards even separate their “information”
from the encoding within the description of the standard, but in the end it is the encoding that defines these
standards. The common content models defined in this Technical Specification allow for a mapping to the
structures defined in the encoding standards.
Figure 3 — Overall relationship between the elements of the framework
12 © ISO 2009 – All rights reserved
7.2.2 Abstract level
The abstract level provides a generic abstract structure for all types of coverage geometries including gridded
data geometries. This abstract structure is defined in ISO 19123. This Technical Specification takes from
ISO 19123 several coverage geometries, including point set, TIN and quadrilateral grid.
7.2.3 Content model level
A content model for imagery, gridded and coverage data is the description of the information content of a set
of geographic information, consisting of the spatial schema, feature identification and associated metadata,
where other aspects such as quality, geo-referencing, etc., are represented in the metadata. The content
model does not include portrayal or encoding or the organization of the data to accommodate various storage
or interchange media. Interchange metadata that describes the information about a data interchange is also
not part of the information defined by the content model.
The content model level of this framework consists of a set of pre-defined content structures, which can serve
as the core for various application schemas to be developed for imagery, gridded and coverage data. The
generic content model for gridded data consists of a small set of grids, with associated traversal orders that
provide the spatial organization for imagery and gridded data. The TIN and the point set are the only non-grid
coverage structures defined at the content model level in this framework. In addition to these grid and non-grid
structures are defined metadata, quality and spatial referencing. References are made to the existing ISO
geographic information series standards for these elements when they are available.
The feature model defined in ISO 19109 applies to imagery, gridded and coverage data. Although the
conventional approach used in many external imagery standards is to consider an image as a unique entity on
its own, and to not consider a feature structure, it is better to consider imagery, gridded and coverage data as
feature oriented data. In the simplest form, an image, grid or other data set organized as coverage can be
considered as a single feature. For example, an entire satellite image could be considered as the
representation of the feature that is the “abstraction of real world phenomena” as viewed by the sensor that
produced the image. However, it is also possible to do feature extraction on an image, where sets of pixels
are the geometric representation of different features. An application schema can contain a feature model,
where the geometric component of the feature model consists of sets of geometric points corresponding to the
picture elements (pixels) in a grid structure for an image. If a feature structure consisting of more than one
feature is associated with an image, it is necessary to provide a method of linking feature IDs to individual
pixels in the image. For example, an image may be represented as a simple grid consisting of a set of rows
and columns providing organization to a set of pixels. Each pixel contains attributional data such as the colour
and light intensity seen at that point. Also, each pixel may contain an additional attribute that indicates the
feature ID associated with the pixel, so that the pixels corresponding to the image of a bridge are marked as
the feature bridge, and those corresponding to a river are marked as river. Other more efficient structures may
also be defined to identify sets of gr
...
ТЕХНИЧЕСКАЯ ISO/TS
УСЛОВИЯ 19129
Первое издание
2009-04-01
Географическая информация.
Построение данных об изображении,
данных с географической привязкой
и данных о масштабе
Geographic information — Imagery, gridded and coverage data
framework
Ответственность за подготовку русской версии несёт GOST R
(Российская Федерация) в соответствии со статьёй 18.1 Устава ISO
Ссылочный номер
©
ISO 2009(R)
Отказ от ответственности при работе в PDF
Настоящий файл PDF может содержать интегрированные шрифты. В соответствии с условиями лицензирования, принятыми
фирмой Adobe, этот файл можно распечатать или вывести на экран, но его нельзя изменить, пока не будет получена
лицензия на загрузку интегрированных шрифтов в компьютер, на котором ведется редактирование. В случае загрузки
настоящего файла заинтересованные стороны принимают на себя ответственность за соблюдение лицензионных условий
фирмы Adobe. Центральный секретариат ISO не несет никакой ответственности в этом отношении.
Adobe – торговый знак фирмы Adobe Systems Incorporated.
Подробности, относящиеся к программным продуктам, использованным для создания настоящего файла PDF, можно найти в
рубрике General Info файла; параметры создания PDF были оптимизированы для печати. Были приняты во внимание все
меры предосторожности с тем, чтобы обеспечить пригодность настоящего файла для использования комитетами-членами
ISO. В редких случаях возникновения проблемы, связанной со сказанным выше, просьба проинформировать Центральный
секретариат по адресу, приведенному ниже.
ДОКУМЕНТ ЗАЩИЩЁН АВТОРСКИМ ПРАВОМ
Все права сохраняются. Если не указано иное, никакую часть настоящей публикации нельзя копировать или использовать в
какой-либо форме или каким-либо электронным или механическим способом, включая фотокопии и микрофильмы, без
предварительного письменного согласия ISO по адресу, указанному ниже, или членов ISO в стране регистрации пребывания.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Опубликовано в Швейцарии
ii © ISO 2009 – Все права сохраняются
Содержание Страница
Предисловие .iv
Введение .v
1 Область применения .1
2 Соответствие.1
3 Нормативные ссылки .1
4 Термины и определения .1
4.1 Термины .1
4.2 Аббревиатуры терминов .8
4.3 Обозначения.8
5 Обоснование построения гиперструктуры .9
5.1 Общепринятые концепции и терминология.9
5.2 Разделение носителя и контента .9
5.3 Модель контента.10
6 Общая модель характеристик, применяемая к изображениям и связанным с
координатной сеткой данным.11
6.1 Покрытия как характеристики.11
6.2 Дополнительные взаимосвязи характеристики .12
7 Гиперструктура .12
7.1 Структура гиперструктуры .12
7.2 Элементы структуры гиперструктуры .13
7.3 Уровень кодирования.17
7.4 Построение данных изображения и данных на координатной сетке .18
7.5 Взаимосвязи характеристик для таблиц цветовых параметров LUT.19
8 Пространственная привязка данных изображения, данных на координатной сетке и
данных покрытия .19
9 Структура данных изображения, данных на координатной сетке и данных покрытия.20
9.1 Структура и метаданные IGCD (данных изображения, на координатной сетке и
покрытия).20
9.2 Классы структуры гиперструктуры .21
10 Шаблоны .23
10.1 Схема приложения для данных изображения и данных на координатной сетке .23
10.2 Покрытия на координатной сетке .24
10.3 Непрерывное покрытие на четырёхугольной координатной сетке.27
10.4 Покрытие на многомерной координатной сетке в Римановом гиперпространстве.28
10.5 Покрытие TIN.31
10.6 Покрытие на дискретных точках .32
10.7 Дискретное покрытие на поверхностной координатной сетке .33
11 Построение мозаики .35
11.1 Координатные сетки мозаичного типа.35
11.2 Значения плотности в элементах мозаики.35
11.3 Схема мозаичного деления .36
Приложение А (нормативное) Набор абстрактных испытаний.37
Приложение В (информативное) Варианты применения.39
Приложение С (информативное) Построение изображения и данные на координатной сетке .40
Библиография.41
Предисловие
Международная организация по стандартизации (ISO) является всемирной федерацией национальных
организаций по стандартизации (комитетов-членов ISO). Разработка международных стандартов
обычно осуществляется техническими комитетами ISO. Каждый комитет-член, заинтересованный в
деятельности, для которой был создан технический комитет, имеет право быть представленным в этом
комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, имеющие связи с
ISO, также принимают участие в работах. ISO работает в тесном сотрудничестве с Международной
электротехнической комиссией (IEC) по всем вопросам стандартизации в области электротехники.
Международные стандарты разрабатываются в соответствии с правилами, установленными в
Директивах ISO/IEC, Часть 2.
Основная задача технических комитетов состоит в подготовке международных стандартов. Проекты
международных стандартов, одобренные техническими комитетами, рассылаются комитетам-членам
на голосование. Их опубликование в качестве международных стандартов требует одобрения, по
меньшей мере, 75 % комитетов-членов, принимающих участие в голосовании.
При других обстоятельствах, особенно когда на рынке существует настоятельная потребность в таких
документах, технический комитет может принять решение опубликовать другие типы нормативных
документов:
⎯ ISO Publicly Available Specification (ISO/PAS), представляющие собой соглашение между
техническими экспертами рабочей группы ISO и принимаемые для публикации, если они одобрены
более чем 50 % членов ведущего комитета, принявших участие в голосовании;
⎯ ISO Technical Specification (ISO/TS), представляющие собой соглашение между членами
технического комитета и принимаемые для публикации, если они одобрены более чем 2/3 членов
ведущего комитета, принявших участие в голосовании.
ISO/PAS или ISO/TS пересматриваются через три года с целью принятия решения, будут ли они
утверждены на следующие три года, переработаны для выпуска в качестве международного cтандарта,
или отменены. Если ISO/PAS или ISO/TS подтверждаются, они пересматриваются через следующие
три года, когда они должны быть либо преобразованы в международный cтандарт, либо отменены.
Следует иметь в виду, что некоторые элементы этого документа могут быть объектом патентных прав.
ISO не должен нести ответственность за идентификацию какого-либо одного или всех патентных прав.
ISO/TS 19129 был подготовлен Техническим комитетом ISO/TC 211, Географическая
информация/Геоинформатика.
iv © ISO 2009 – Все права сохраняются
Введение
Данные с географической привязкой, включая изображения, являются основной формой
географической информации. В течение двух последних десятилетий были разработаны многие
стандарты, в значительной степени несовместимые, но широко используемые для обмена данными
географических изображений и географической привязки. В число этих стандартов входят
разработанные как ISO, так и другими организациями. При наличии значительного количества
различных стандартов изображения и географической привязки каждый из этих стандартов
предназначен для применения в различных, но взаимосвязанных информационных сообществах, что
создаёт значительные проблемы соответствия данных. Работа с данными, кодированными в
различных форматах, часто затруднительна, поскольку вся необходимая информация для
взаимодействия в процессе работы не зарегистрирована с использованием этих стандартов. Не
представляется возможным разработать новый всеобъемлющий стандарт для замены существующих
стандартов, или просто утвердить один из существующих стандартов (или промышленные технические
условия) для применения в целях “разрешения” проблем рабочего взаимодействия, так как в
настоящее время уже используется очень большой объём данных в различных форматах.
Технический отчёт ISO/TR 19121:2000 определил существующие работы в области данных
изображения и географической привязки, которые выполнялись в ISO и внешних технических
организациях. То, что требуется в настоящее время, — это создание структуры, устанавливающей
технические условия для контента способом, совместимым с различными стандартами кодирования и
не зависящим от них.
Совокупность данных по изображению, географической привязке и масштабам является одной из
наиболее важных в области географической информации. Эти данные должны быть простыми, но при
этом отражать значительный уровень сложности структуры. Хотя большая часть данных организована
в виде простых сеток, существует большое разнообразие методов обхода сеток и структур,
поддерживающих распределение атрибутов по пространству. Информация датчиков и
ассоциированная привязка к местности представляют собой важные аспекты географической
информации, относящейся к построению изображения, географической привязки и масштабов.
Настоящие Технические условия имеют целью гармонизацию широкого разнообразия применяемых в
настоящее время данных в области изображений и географической привязки. Применяемый подход не
состоит в том, чтобы разработать очень гибкий стандарт, охватывающий весь широкий набор
возможностей, поскольку это не позволяет обеспечить совместимость. Неправильно думать, что все
методы можно стандартизировать, так как два набора данных используют несовместимые поднаборы
из того же набора общих стандартов. Всё, что можно сделать, — это присвоить ярлык ISO
существующему разнообразию несовместимых методов. Совместимость требуется для лежащей в
основе структуры и первичных элементов информационного контента, независимо от того, каким
образом этот информационный контент выражен. Цель настоящих Технических условий состоит в
построении гиперструктуры, в рамках которой может осуществляться рабочее взаимодействие.
Применяемый подход заключается в определении набора нескольких общих структур,
устанавливающих контент информации для целей построения географических изображений, данных
географической привязки и некоторых типов данных по масштабам, которые могут быть выражены с
использованием различных механизмов кодирования и различных стандартов взаимного обмена.
Результаты по совместимости на основе общих основных моделей контента выражаются как общий
набор структур UML для прикладных схем.
Настоящие Технические условия учитывают, что существует большое количество перекрывающихся
спецификаций данных по изображениям и географической привязке, находящихся в широком
применении и значительно различающихся по структурированию контента информации при
кодировании и по выбору формы информации в модели контента. Различные типы кодирования могут
быть подходящими в различных ситуациях. Однако различия контента затруднительно примирить.
Различные существующие стандарты кодирования не обязательно создают конфликтную ситуацию,
так как они соответствуют различным способам представления одной информации в различных
контекстах. Различия контента также допускаются при различных ситуациях, но определение контента
должно быть одинаковым в аналогичных ситуациях для целей достижения возможности взаимного
обмена данными без потери информации.
Большая часть существующих технических условий на применяемые в промышленности данные по
изображениям и географической привязке устанавливает способ выражения контента, а не собственно
контент. Они устанавливают связь контента с кодированием, созданием пакетов данных и передачей
данных. Те описания контента, которые представляются меняющимися от одной спецификации к
другой, могут не иметь конфликтов или несовместимости, но отражают различные ситуации в
реальном мире, которые требуют применения различных видов обработки.
Данные Технические условия обобщают в единую гиперструктуру ряд хорошо известных структур
контента согласно ISO 19123, который является международным стандартом по геометрии и функциям
картографирования совместно с метаданными, пространственной привязкой и другим аспектами
данных изображения, географической привязки и масштабирования. Это способствует конвергенции
на уровне модели контента существующих данных по изображению, географической привязке и
масштабированию, допуская в то же время обратную совместимость с указанным набором
действующих стандартов.
vi © ISO 2009 – Все права сохраняются
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ISO/TS 19129:2009(R)
Географическая информация. Построение данных об
изображении, данных с географической привязкой и
данных о масштабе
1 Область применения
Настоящие Технические условия определяют гиперструктуру данных изображения, географической
привязки и масштабов. Эта гиперструктура устанавливает модель контента типа изображения и других
специальных видов контента, которые могут быть представлены как картографические данные.
Указанные модели контента представлены в виде набора общих структур UML для схем приложения.
2 Соответствие
Любая схема или профиль приложения, заявленные как соответствующие данным Техническим
условиям, должны удовлетворять требованиям, описанным в наборе тестов на соответствие общим
условиям, приведённым в Приложении A.
Набор тестов выполнения общих условий показывает, что требуется для соответствия схемы
приложения гиперструктуре, установленной в данных Технических условиях.
3 Нормативные ссылки
Следующие ссылочные документы обязательны для применения в настоящем документе. В случае
датированных ссылок применяются только цитированные издания. При недатированных ссылках
используется последнее издание ссылочного документа (включая все изменения).
ISO 19107, Географическая информация. Пространственная схема
ISO 19109:2005, Географическая информация. Правила для схемы приложений
ISO 19115, Географическая информация. Метаданные
ISO 19115-2, Географическая информация. Метаданные. Часть 2. Расширения для данных
отображения и данных с географической привязкой
ISO 19118, Географическая информация. Кодирование
ISO 19123, Географическая информация. Схема для геометрии и функций
4 Термины и определения
4.1 Термины
Для целей настоящего документа применяются указанные ниже термины и определения.
4.1.1
схема приложения
application schema
концептуальная схема для данных, требуемых одним или более приложением
[ISO 19101:2002]
4.1.2
модель контента
content model
представление информации в схеме приложения
ПРИМЕЧАНИЕ Термин “представление информации” взят из ISO Эталонная модель открытой распределённой
обработки (RM-ODP), согласно определению в 19101-2.
4.1.3
непрерывное покрытие
continuous coverage
покрытие, которое возвращает различные значения одного атрибута характеристики в различных
положениях прямого позиционирования в пределах одного пространственного объекта, временного
объекта, или пространственновременного объекта в его области определения
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ Хотя пространственновременная область определения непрерывного покрытия обычно
ограничена в смысле её пространственного размера, она может быть подразделена на бесконечное число
положений прямого позиционирования.
4.1.4
координата
coordinate
одно из последовательности n-чисел, обозначающих положение точки в n-мерном пространстве
[ISO 19111:2007]
ПРИМЕЧАНИЕ В эталонной системе координат, числа должны быть ограничены целыми значениями.
4.1.5
эталонная система координат
coordinate reference system
система координат, связанная с объектом опорными точками
[ISO 19111:2007]
ПРИМЕЧАНИЕ В случае геодезических и вертикальных опорных точек они будут связана с землёй.
4.1.6
покрытие
coverage
характеристика, действующая как функция, возвращающая значения из её диапазона при любом
положении прямого позиционирования в пределах пространственновременной области
определения
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕР Примеры включают растровое изображение, полигональное покрытие, или матрицу цифровых
данных высоты.
2 © ISO 2009 – Все права сохраняются
4.1.7
уплотнение данных
data compaction
уменьшение числа элементов данных, ширины полосы, стоимости и времени генерирования, передачи,
и хранения данных без потери информации путём ликвидации необязательной избыточности,
исключения ненужных данных, или применения специального кодирования
[ANSI T1.523-2001]
ПРИМЕЧАНИЕ 1 В то время как уплотнение данных уменьшает количество данных, используемое для
представления заданного объёма информации, сжатие данных не приводит к указанным последствиям.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Уплотнение данных может быть выполнено путём агрегации аналогичных величин в
прилегающих ячейках сетки, применения мозаичных схем или других средств ликвидации необязательной
информации.
4.1.8
сжатие данных
data compression
уменьшение либо размера места хранения, требующегося для хранения определённого объёма
данных, или длины сообщения, необходимого для передачи определённого количества информации
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Адаптировано из ANSI T1.523-2001.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Сжатие данных является вероятностным по характеру в зависимости от конкретных вариантов
изображения, данных с географической привязкой или данных масштаба, и связано с кодированием, в
связи с чем не входит в область применения данных Технических условий.
4.1.9
обмен данными
data interchange
предоставление, приём и интерпретация данных
[ISO 19118:2005]
4.1.10
набор данных
dataset
идентифицированное собрание данных
[ISO 19115:2003]
4.1.11
прямое позиционирование
direct position
позиционирование, описываемое одним набором координат в рамках эталонной системы
координат
[ISO 19107:2003]
4.1.12
дискретное покрытие
discrete coverage
покрытие, возвращающее значения атрибута одной характеристики в каждом положении прямого
позиционирования в пределах одного пространственного объекта, временного объекта, или
пространственно-временного объекта в его области определения
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ Пространственновременная область определения дискретного покрытия состоит из
конечного множества геометрических объектов.
4.1.13
область определения
domain
вполне определённое множество
[ISO/TS 19103:32005]
ПРИМЕЧАНИЕ Области определения используются при определении множества области определения и
диапазона множества атрибутов, операторов и функций.
4.1.14
кодирование
encoding
преобразование данных в последовательности кодирования
[ISO 19118:2005]
4.1.15
правило кодирования
encoding rule
идентифицированное собрание правил преобразования, определяющее кодирование конкретной
структуры данных
[ISO 19118:2005]
4.1.16
характеристика
feature
абстрактное выражение явления реального мира
[ISO 19101:2002]
ПРИМЕЧАНИЕ Характеристика может реализоваться в виде типа или варианта. Характеристика как тип или
характеристика как вариант должны использоваться только когда имеется в виду только одно.
4.1.17
гиперструктура
framework
взаимосвязь между элементами модели контента и отдельными механизмами кодирования и
изображения
4.1.18
функция
function
правило, позволяющее связать каждый элемент из области определения (источника, или области
определения функции) с уникальным элементом в другой области определения (цели, cо-области, или
диапазона)
[ISO 19107:2003]
4.1.19
географическая информация
geographic information
информация, относящаяся к явлениям, явно или неявно связанным с местом расположения
относительно Земли
[ISO 19101:2002]
4 © ISO 2009 – Все права сохраняются
4.1.20
координатная сетка
grid
сетка, состоящая из двух или более наборов кривых, в которой элементы каждого набора
пересекаются с элементами других наборов по определённому алгоритму
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ Кривые разделяют пространство на ячейки сетки.
4.1.21
координаты координатной сетки
grid coordinates
последовательность двух или более чисел, определяющая положение в зависимости от места в
координатной сетке
[ISO 19115-2:2009]
4.1.22
точка координатной сетки
grid point
точка, расположенная на пересечении двух или более кривых координатной сетки
[ISO 19123:2005]
4.1.23
привязанные к координатной сетке данные
gridded data
данные, значения атрибутов которых связаны с положениями в системе координат координатной
сетки
[ISO 19115-2:2009]
4.1.24
изображение
imagery
представление явления в виде изображений, созданных с помощью электронных и/или оптических
технических средств
ПРИМЕЧАНИЕ Термин изображение часто используется условно в различных значениях в различных
контекстах. Он часто применяется для описания каких-либо связанных с координатной сеткой, точечных
множеств, или других форм данных покрытия, которые могут быть описаны изображением. Это не представляет
собой полезную в высокой степени концепцию, так как фактически любой набор данных может быть описан
изображением в каким-либо способом. Более точное значение этого термина приведено в ISO/TS 19101-2.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.25
матрица
matrix
прямоугольная таблица чисел
ПРИМЕЧАНИЕ Термин матрица является математическим.
4.1.26
метаданные
metadata
данные относительно данных
[ISO 19115:2003]
4.1.27
пиксель
pixel
наименьший элемент цифрового изображения, которому присвоены атрибуты
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Данный термин является сокращением термина “элемент изображения (picture element)”.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Связано с концепцией элемента координатной сетки.
[ISO/TS 19101-2:2008]
4.1.28
точка
point
геометрический примитив с размерностью 0, представляющий положение
[ISO 19107:2003]
ПРИМЕЧАНИЕ Граница точки является пустым множеством.
4.1.29
точечное покрытие
point coverage
покрытие, область определения которого состоит из точек
[ISO 19123:2005]
4.1.30
качество
quality
совокупность характеристик продукта, определяющая его способность соответствовать
установленным и подразумеваемым целям
[ISO 19101:2002]
4.1.31
диапазон
range
〈покрывающее〉 множество значений атрибута характеристики, связанное функцией с элементами
области определения покрытия
[ISO 19123:2005]
4.1.32
растр
raster
обычно прямоугольная структура параллельных линий сканирования, образующая дисплей катодно-
лучевой трубки или соответствующая ему
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ 1 Растр представляет собой тип координатной сетки.
ПРИМЕЧАНИЕ 2 Термин “данные растрового типа” часто используется условно в области географической
информации для целей идентификации целого класса данных, для которых пространственная геометрия
организована в виде координатной сетки. Описание понятия “данные растрового типа” приведено в ISO 19123, где
описывается также более полная концепция покрытия.
6 © ISO 2009 – Все права сохраняются
4.1.33
служба
service
выделенная часть функциональных возможностей, предоставляемая организацией при
взаимодействиях
[ISO/TR 14252:1996]
4.1.34
пространственно-временная область определения
spatiotemporal domain
〈покрытие〉
〈coverage〉
область определения, состоящая из пространственно-временных объектов
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ Пространственно-временная область определения непрерывного покрытия состоит из
множества положений прямого позиционирования, определённых относительно собрания пространственно-
временных объектов.
4.1.35
пространственно-временной объект
spatiotemporal object
объект, представляющий множество позиций прямого позиционирования в пространстве и времени
[ISO 19123:2005]
4.1.36
поверхность
surface
2-мерный геометрический примитив, локально соответствующий непрерывному изображению области
в плоскости
[ISO 19107:2003]
4.1.37
регулярно-ячеистое представление
tessellation
разделение пространства на множество имеющих общую границу подобластей, имеющих такую же
размерность, как пространство перед делением
[ISO 19123:2005]
ПРИМЕЧАНИЕ Ячеистое представление, состоящее из конгруэнтных регулярных многоугольников или
многогранников является регулярным ячеистым представлением; такое же представление, состоящее из
регулярных, но не конгруэнтных многоугольников или многогранников является квазирегулярным ячеистым
представлением. Иначе, ячеистое представление нерегулярное.
4.1.38
порядок обхода
traversal order
последовательность, в которой производится нумерация координатной сетки
4.1.39
шаблон UML
UML template
параметризованный элемент модели, описывающий или идентифицирующий структуру группы
элементов модели конкретного типа
[Разработчик Рациональной системы IBM]
4.2 Аббревиатуры терминов
BIIF Базовый формат обмена изображениями
DEM Цифровая модель возвышения
GCP Опорная точка земли
GeoTIFF Географический TIFF (Теговый формат файлов изображения)
GIS Географическая информационная система
GML Географический язык разметки
HDF-EOS Иерархический формат данных. Система наблюдения Земли
JPEG Объединённая группа фотографических экспертов
LUT Таблица просмотра
RGB Красный Зелёный Синий
TIFF Теговый формат файлов изображения
TIN Триангулированная нерегулярная сетка
UML Унифицированный язык моделирования
XML Расширенный язык разметки
4.3 Обозначения
Концептуальная схема, установленная в данных Технических условиях, описана с использованием
унифицированного языка моделирования (UML), в соответствии с руководством ISO/TS 19103.
Некоторые элементы модели, использованные в этой схеме, определены в других стандартах ISO по
географической информации. Согласно условиям ISO/TC 211, имена классов UML, за исключением
базовых классов типов данных, включают двухбуквенный префикс, идентифицирующий стандарт и
пакет UML, в которых эти классы определены. Классы UML, определённые в данных Технических
условиях, имеют двухбуквенный префикс IF. В Таблице 1 перечислены другие международные
стандарты и пакеты, в которых определены используемые в данных Технических условиях классы UML.
Таблица 1 — Источники внешне определённых классов UML
Префикс Стандарт Пакет
CV 19123 Ядро Покрытия и Дискретные покрытия
EX 19115 Информация об объёме метаданных
GF 19109 Общая модель характеристик
GM 19107 Геометрический корневой объект
Информация о наборе объектов
MD 19115
метаданных
MI 19115-2 Изображение набора объектов метаданных
8 © ISO 2009 – Все права сохраняются
5 Обоснование построения гиперструктуры
5.1 Общепринятые концепции и терминология
Любая попытка решить проблему достижения совместимости между различными широко
применяемыми спецификациями и стандартами данных изображения и привязанных к координатной
сетке данных затрудняется тем фактом, что они используют различную терминологию, или
одинаковые термины для обозначения различных понятий. Разнообразие смыслового содержания,
присвоенного в прошлом трём основным терминам (изображение, растр, и матрица), приводит к
потенциальной возможности неправильного понимания. Термины изображение, растр и матрица
определены в Разделе 4. Термин “матричные данные” иногда применяется условно для описания
набора измеряемых значений атрибутов, связанных с координатной сеткой. В некоторых ситуациях
этот термин подразумевает исключение использования понятий “растровые данные” или “данные
изображения”. Применение термина “матричные данные” таким способом неудовлетворительно,
поскольку эта концепция вступает в конфликт с понятием связанных с координатной сеткой данных и
поэтому двусмысленна. К сожалению, общепринятое или разговорное использование этих терминов
приводит к их взаимному перекрытию, и ухудшает качество терминологии. В Разделе 4 эти термины
приведены в их более точном техническом значении. Однако поскольку эти термины часто
применяются во внешних стандартах или технических условиях менее точно или различными
способами, важно иметь представление относительно более широких условных значений, которые
иногда им придаются.
5.2 Разделение носителя и контента
Многие стандарты по вопросам обмена данными изображений и связанными с координатной сеткой
данными описывают допустимые типы данных, их значение и их взаимосвязи в терминах формата
кодирования, используемого при передаче данных. Такой подход может быть ограниченным ввиду
ограничений механизма обмена данными — который всегда имеет ограничения — и влияет на
описание данных. В наборе стандартов по географической информации принят другой подход к
определению структур данных, состоящий в том, что допустимые типы данных, их значения и
взаимосвязи определены абстрактным способом с использованием языка моделирования UML. В
такой ситуации к данным могут быть добавлены одно или несколько различных правил кодирования
для кодировки при передаче или хранении на различных носителях данных. Конечно такой подход не
ликвидирует ограничения, связанные с некоторыми методами кодирования, он только переносит
проблему в области правил кодирования, применяемых для кодирования абстрактных моделей, на
конкретный формат кодирования. Это является правильным местом для внесения ограничений,
например по длине чисел в битах, поскольку они могут быть обработаны с помощью исключений при
кодировании, когда это необходимо. Так как используются большие объёмы данных, отделение
носителя от контента данных изображения и данных на координатной сетке имеет большое
значение.
Эталонная модель ISO/TS 19101-2 для географического изображения использует концепции эталонной
модели для открытой распределённой обработки (RM-ODP) ISO/IEC 10746. Концепция ISO/TS 19101-2
и RM-ODP состоит в организации систем, соответствующих пяти различным точкам зрения.
“Информационная точка зрения” касается семантики информации и обработки информации. Такой
подход отличается от “вычислительной точки зрения”, которая рассматривает взаимодействия между
службами, составляющими часть большой системы, включающей кодирование данных для взаимного
обмена. Он также отличен от “технической” или “технологической” точек зрения, которые касаются
реализаций и лежащих в основе инфраструктур. Описание точек зрения на основе RM-ODP и их
приложения к изображениям смотрите в ISO/TS 19101-2:2008, Разделы 6 – 9 и Приложение B. В 7.3.5.1
ISO/TS 19101-2:2008 также указана необходимость отделения носителя от контента.
Концепция RM-ODP подтверждается стандартами ISO по взаимодействиям открытых систем (OSI),
например ISO/IEC 7498-1. Стандарты по вопросам OSI подразделяют системы, разработанные для
обмена данными, на семь отдельных уровней. Два наиболее высоких уровня называются “прикладной
уровень” и “уровень представления (отображения)”. Уровень приложения относится к семантическим
значениям обмена данными, а уровень представления — к кодированию. Более низкие уровни
предоставляют механизм обмена. OSI поддерживает отделение носителя от контента.
Набор данных изображения, привязанных к координатной сетке данных или данных покрытия
структурирован как набор объектов значений покрытия, состоящий матрицы значений координатной
сетки, треугольников TIN, точек или пар геометрических величин совместно с описанием функции
покрытия и ассоциированных метаданных. Эти параметры могут быть описаны независимо от
кодирования, которое может быть использовано для обмена данными или хранения данных.
5.3 Модель контента
Концепция “модели контента” является важной частью данного документа по вопросам гиперструктуры.
В наборе стандартов ISO по географической информации используется понятие схемы приложения.
Схема приложения представляет собой концептуальную схему, относящуюся к данным, требующимся
для одних или нескольких приложений. Модель контента — это “информационная точка зрения” схемы
приложения. Она относится только к информации, необходимой для описания семантического
значения данных, исключая формат обмена данными или вопросы изображения.
Модель контента для набора связанных с координатной сеткой данных состоит из набора значений
атрибутов, организованного на сетке, совместно с метаданными для описания смысла значений
атрибутов и пространственной информации для позиционирования данных. Метаданные могут
содержать информацию по идентификации, информацию по качеству, и, например, информацию о
датчике, на котором собраны данные. Пространственная ссылочная информация содержит сведения
относительно того, каким образом набор значений атрибутов привязан к Земле. Пространственная
ссылочная информация сама по себе выражается в виде метаданных.
Вспомогательная информация, также выражаемая в виде метаданных, может быть полезной при
построении изображений или кодировании. Однако базовый контент может быть преобразован в
изображение различными способами или передан с помощью различных механизмов обмена, так что
вспомогательная информация не является частью модели контента данных изображения или
связанных с координатной сеткой данных. На Рисунке 1 проиллюстрирована простая структура
связанных с координатной сеткой данных.
Обозначение
A Матрица значений координатной сетки
B Ассоциированные метаданные
C Значение атрибута для ячейки координатной сетки
Рисунок 1 — Простая структура связанных с координатной сеткой данных
10 © ISO 2009 – Все права сохраняются
Другие типы данных покрытия также обладают внутренней простотой. Они состоят из набора объектов
значений покрытия и описания функции покрытия. ISO 19123 поддерживает покрытия на координатной
сетке, включающие гексагональное покрытие координатной сетки, множество точек, полигоны Тиссена,
покрытие координатной сетки четырёхугольниками, а также сегментированные криволинейные
покрытия и нерегулярные треугольные сетки.
Набор стандартов ISO по географической информации предоставляет блоки, из которых могут быть
построены все типы географической информации, включая изображения и привязанные к
координатной сетке данные. Эти строительные блоки содержат информационные объекты, которые
могут быть объединены в схеме приложения. Особое внимание в схеме приложения уделяется
структуре данных и контенту данных, и, следовательно, в случаях изображений, данных на
координатной сетке и данных покрытия, набору объектов значений покрытия совместно с
ассоциированными метаданными. Метод кодирования и представления структуры и контента
информации отделяется от самих данных. Путём отделения носителя от контента “модель контента”
определяется отдельно от правил кодирования, применяемых при передаче и хранении контента
данных, и от правил представления или правил изображения контента. Могут существовать
дополнительные данные, которые требуется передать с данными контента, для поддержки создания
изображения. Например, в случае некоторых классов изображения может быть определена
справочная таблица цветов (цветовая карта), которая присваивает определённые цвета кодированным
значениям в матрице значений координатной сетки.
6 Общая модель характеристик, применяемая к изображениям и связанным с
координатной сеткой данным
6.1 Покрытия как характеристики
ISO 19109 устанавливает, что “основная единица географической информации называется
характеристикой”, и что “формальный поход к моделированию географической информации должен
быть совместимым с 4-уровневой архитектурой” согласно описанию в ISO 19109:2005, Приложение B.
Общая модель характеристики, определённая в ISO 19109, применяется к всем видам географической
информации, включая изображения, связанные с координатной сеткой данные и данные покрытия. В
эталонной модели ISO 19101 характеристика определяется как “абстрактное выражение явления
реального мира”.
Покрытие является типом характеристики. Оно отличается от других типов характеристик в том
отношении, что некоторые из его непространственных атрибутов ассоциированы с его
пространственными атрибутами путём функции покрытия, которая устанавливает зависимость
значений этих атрибутов от положения, относящегося к пространственным атрибутам, тогда как
пространственные и непространственные атрибуты других типов характеристик независимы друг от
друга.
В случае простого связанного с координатной сеткой изображения может существовать одна
характеристика, соответствующая самому изображению, с геометрическими параметрами,
определёнными согласно структуре координатной сетки. Некоторые тематические атрибуты
характеристики могут применяться к характеристике как целому, тогда как другие атрибуты могут быть
определены путём использования функции покрытия в диапазоне определения функции.
Большое преимущество трактовки всей географической информации как ориентированных на
характеристики данных заключается в том, что это позволяет смешивать данные покрытия с
“векторными” данными и другими данными покрытия в единую схему приложения и, следовательно, в
единый набор данных. Взаимосвязи между характеристиками всех типов могут быть определены.
В качестве примера комбинированного набора данных можно проанализировать спутниковое
изображение и определить дороги. Комбинированный набор данных может включать изображение
совместно с векторным представлением дорог. Комбинированный набор данных может также состоять
из характеристик, соответствующих покрытию типа изображения, и соответствующих дорогам
характеристик. Другим примером набора комбинированных данных может служить комбинация
покрытия типа спутникового изображения земли совместно с покрытием гидрографических данных
атмосферного давления над водой. Пространственный диапазон обоих покрытий может быть обрезан
вдоль береговой линии. Комбинированный набор данных может также состоять из двух характеристик,
соответствующих обоим покрытиям.
6.2 Дополнительные взаимосвязи характеристики
Общая модель характеристик, описанная в ISO 19109, показывает, что параметры типа характеристик
(GF_FeatureType (ХарактеристикаТип)) представляют собой их свойства (GF_PropertyType
(СвойствоТип)). Три подтипа типа свойств следующие — GF_Operation (Операция), GF_AttributeType
(АтрибутТип) и GF_AssociationRole (АссоциацияРоль). Типы аттрибутов могут быть следующие —
GF_TemporalAttributeType (ВременнойАтрибутТип), GF_SpatialAttributeType (ПространственныйАтрибутТип),
GF_LocationAttributeType (МестоАтрибутТип), GF_MetadataAttributeType (МетаданныеАтрибутТип), или
GFThematicAttributeType (ТематикаАтрибутТип). Поскольку ISO 19109 был разработан в основном
применительно к данным векторного типа, он идентифицирует только пространственные атрибуты
типа GM_Object (Объект) или TP_Object (Объект) согласно определениям в пространственной схеме
ISO 19107.
7 Гиперструктура
7.1 Структура гиперструктуры
Гиперструктура, определённая в настоящих Технических условиях, описывает взаимосвязи между
моделью контента и другой информацией, необходимой для обмена и создания изображений. Такая
гиперструктура построена в ISO/TS 19101-2 для изображений и связанных с координатной сеткой
данных.
Гиперструктура предоставляет пять схем для различных типов изображений, связанных с
координатной сеткой данных и данных покрытия согласно ISO 19123. Небольшой выбор схем
предоставлен для целей определения базовой совместимости между различными наборами данных
изображения, данных на координатной сетке и данных покрытия. Этот набор предварительно
определённых структур представлен в виде схем частных шаблонов приложения, которые
представляют собой схемы стереотипов UML. Совместимость между различными стандартами данных
изображения и данных на координатной сетке может быть достигнута путём гарантирования, что
общий контент информации идентифицируется и может быть описан согласно этим стереотипам. Как
проиллюстрировано указанными в Приложении В случаями применения, дано описание четырёх
основанных на координатной сетке структур и одной не связанной с координатной сеткой структуры.
Структуры определены для следующих случаев:
a) покрытия на четырёхугольной непрерывной координатной сетке;
b) покрытия на координатной сет
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.