Land Parcel Identification System conceptual model: development of geoinfo community conceptual model

Abstract

Käesolevas doktoritöös käsitletakse Põllumassiivide identifitseerimissüsteemi (Land Parcel Identification System, LPIS) Kontseptuaalse Mudeli (LPIS Conceptual Model, LCM) loomist ja selle kasutamist ruumiandmete standardiseerimisel, kvaliteedi hindamisel ja koostoimimisel teiste valdkondade ruumiandmetega. Mudelis käsitletud ruumiandmeid kasutatakse põllumajandustoetuste haldamise ja kontrolli eesmärgil ELi Ühise Põllumajanduspoliitika (ÜPP) raames. ÜPP raames makstavate toetuste haldamiseks on igas EL liikmesriigis asutatud Ühtne haldus-ja kontrollisüsteem (Eestis Põllumajandusregistrite amet, PRIA), mille ruumiandmeid haldav komponent on põllumassiivide register ehk identifitseerimissüsteem. Nõue kaardistada ja registreerida toetuskõlbulik maa on viinud olukorrani, kus põllumajandussektoris on tekkinud suur hulk ruumiandmeid. Viimase aastakümne jooksul on kasvanud ÜPP-ga seotud geoinformaatika sektor Euroopas. ÜPP-ga seotud geoinfo huvigrupp (Spatial Data Interest Community) hõlmab nii andmete tootjaid, haldajaid ja kasutajaid, kui ka IT rakenduste arendajaid ning kaugseire andmete tarnijaid. Vajadus hinnata registrite kvaliteeti ja selle vastavust EL määrustele ning tagada koostalitlusvõime keskkonnaalaseid nõudeid toetavate ruumiandmete ja süsteemidega, kutsus esile LCM-i loomise. Töö eesmärgiks oli edendada kontseptuaalmodelleerimist põlluregistrite ruumiandmete kvaliteedi hindamisel ja teiste geoinfo (eelkõige keskkonnakaitse) valdkondadega koostalitlusvõime arendamisel. LCM väljatöötamise metodoloogia aluseks oli ISO19100 seeria rahvusvaheliste standardite metoodika, mida samuti rakendavad ja laiendavad INSPIRE direktiivi printsiibid ja millele keskendutakse uurimistöö teoreetilises osas. Mudeli peamiseks sisendiks said ÜPP-d reguleeritavates määrustes sätestatud kontseptsioonide põhjalik käsitlus ja olemasolevate töötavate süsteemide analüüs, mis põhineb LPIS küsitluste tulemustel (Milenov ja Kay, 2006; Zieliński ja Sagris, 2008 ja 2009) ja hõlmab erinevate liikmesriikide põlluregistreid. Väitekirjas on keskendutud ÜPP otsetoetuste ärimudeli analüüsile ehk ÜPP toetustesüsteemi põhikontseptsioonidele, tehtud kokkuvõtted ja järeldused 2006. ja 2008. aasta küsimustikust. Küsimustikust saadut info laiendati EL põlluregistrite kvaliteedi hindamise programmi raames. LCM esimese versiooni keskmes on kaks klassi: ReferenceParcel ehk põllumassiiv ja AgriculturalParcel ehk toetustaotluses deklareeritud põld. ReferenceParcel-i klassi ülesandeks on toetuskõlbliku põllumaa identifitseerimine, lokaliseerimine ja pindala määramine. ReferenceParcel täidab „konteineri“ rolli deklareeritavate maatükkide suhtes. Kuid käsitletud põllumassiiviklassi alamtüüpe ning analüüsitud erinevaid põllumajanduslikke maakatte klassifitseerimise ja kaardistamise lähenemisviise EL liikmesriikides. Töö teisel etapil on otsitud võimalusi kahe mudeli – LCM ja Maakatastri infosüsteemi mudeli (Land Administration Domain Model, LADM, ISO 19152) – lõimiseks. Kaks mudelit on omavahel integreeritud uue ruumilise klassi SubCadParsel abil – katastriüksuse sees eristuvad maakatte tüübi alamüksused. Käsitletakse ka mõlema mudeli semantiliselt sarnaseid haldusklasse ja tehakse kindlaks uued seosed kahe mudeliklassi vahel. Ära on toodud põhjalik analüüs, millistes reaalse elu tingimustes võiks toimida kahe mudeli integreerimine. LCM viimane versioon keskendub kahele aspektile: (i) nende klasside modelleerimisele, mis toetavad vastavust keskkonna, tervise ja loomade heaolu majandamisnõuetele ning mis toetavad maa heade põllumajandus- ja keskkonnatingimuste kontrolli; (ii) mudeli kasutamisele põlluregistrite loogilise õigsuse (ehk EL määruste nõuetele vastavuse) testimiseks. Selleks on välja töötatud ISO19105 standardil põhinev testide kogum (Abstract Tests Suite, ATS), mis võimaldab kaardistada olemasolevaid LPIS registreid vastavalt LCM skeemile. ATS töötati välja ja testiti koostöös mitmete EL liikmesriikidega ja selle metodoloogia on osa Euroopa komisjoni poolt kehtestatud LPIS kvaliteedi tagamise raamprogrammist alates 2010. aastast. LCM-i kasutati ka LPIS testimise portaali prototüübi loomisel, mis koondas enda alla OGC ühilduvaid veebiteenuseid. Nende eesmärgiks on võimaldada andmevahetust rahvuslike põlluregistrite ja auditeerijatega Euroopa komisjonist. Eelvalitud põllumassiivide geograafiliste kihtide temaatilist ja positsioonilist õigsust kontrolliti liikmesriikide ekspertide poolt kõrge resolutsiooniga kaugseire andmete taustal. Selleks et võimaldata auditeerijate juurdepääsu kvaliteedikontrolli tulemustele, loodi kolm prototüüp-veebiteenust, kus kasutati LCM-i originaalandmete transformeerimiseks. Edasised uuringud kontsentreeruvad erinevate Euroopa põllumajandussüsteemide kajastamisele põlluregistite andmetes ja nende andmete kasutamise võimalustele põllumajanduspoliitika keskkonnamõju hindamisel. LPIS/IACS põhikontseptsioonid vaadatakse uuesti läbi, nüüd juba mõjuhindamise ja indikaatorite väljatöötamise kontekstis. Teoreetilist arutlust illustreerib kõrge loodusväärtusega põllumajandusmaa (KLV) indikaatorite väljatöötamise näide Jõgevamaal – põlluregistrist saadud detailiderohked andmed lubavad arvutada nii maastiku meetrika kui ka põllumajandusintensiivsuse indikaatoreid, seejuures tüpiseerides põllumajandussüsteemide erinevaid aspekte. Seega, LCM toetab geograafiliste andmete harmoniseerimist ja koostalitusvõimet mitmel moel: (i) pakkudes valdkonna siseselt andmete ühiselt mõistetavat tehnilist lugemist, nii mudeli vastavusetesti (ATS) kui ka veebiteenuste kaudu transformeerimisel; (ii) võimaldades semantilise vastavuse leidmist ja andmete/süsteemide integreerimist erinevate geoinfo valdkondade vahel. Loodud ja arendatud esialgselt Euroopa komisjoni LPIS kvaliteedisüsteemi vajadusi silmas pidades, võimaldab LCM erinevate liikmesriikide põllumajandusregistrite andmete ühiselt mõistetavat lugemist ka teistes valdkondades. LCM on lisatud kasutusjuhtumina rahvusvahelise standardi ISO 19152 ’Land Administration Domain Model’ lisasse H ja INSPIRE DS2.8 Land Cover rakenduseeskirja lisasse B2.This dissertation presents the development of the Land Parcel Identification System (LPIS) Conceptual Model (LCM) for the administration and control of agricultural subsidies of the European Common Agricultural Policy (CAP). The subsidies which European farmers receive in the frame of the CAP are administered through the Integrated Administration and Control System (IACS) that are established and run by the EU member states. IACS includes a Land Parcel Identification System (LPIS) as its spatial component. The requirement to map and record land eligible for payments has led to the situation where the agricultural sector has acquired a large amount of geographic data; the geospatial community of data producers, custodians and users has grown during the last decades. The need to assess the quality and consistency of the LPIS towards the EU regulators as well as to ensure systems’ interoperability as it is required for compliance with environmental legislation, call for harmonisation efforts. In the view of this, an LPIS Conceptual Model (LCM) was developed. The objective of the study was to introduce the modeling framework of ISO 19100 series for advance of quality of geospatial data in the LPIS domain and of interoperability with other geospatial domains. The LCM was generated by means of both (i) methodological approaches of International Standards of ISO 19100 series, further extended by the INSPIRE principles, and (ii) reverse engineering of existing operational LPIS systems. The latter is based on the results of two LPIS surveys covering different national implementations. Business analysis of the relevant EU regulations and the LPIS surveys led to the first-cut LCM. Model’s core classes – reference and agricultural parcels – cover process of land registration for administration of agricultural subsidies, agri-environmental measures of rural development and environmental restriction. Agricultural and reference parcels of the model build the framework for recording land cover and land use. Further model refinement addressed the quality aspects of the geographical databases: the LCM became naturally a part of the LPIS Quality Assurance programme between the European Commission and EU countries. The LCM was used (i) for conformance assessment of national systems and (ii) for implementation of the LPIS Test Bed portal: set of OGC compliant Web services allowing for agricultural data transformation from national data schemas to the common model as well as transferring, checking and storing spatial and non-spatial observations from the quality inspection. The study case for interoperability with cadastral domain looked for possibilities of the collaboration of two models – the LCM and the Land Administration Domain Model (became ISO19152 LADM). Owner’s rights, restrictions and responsibilities arising from land ownership in the cadastral domain have many similarities, but also differences with agricultural practice. The collaboration model established via newly introduced spatial class, also the semantic similarity of administrative classes of both models were analysed in details. Further studies include a representation of different European agricultural systems in LPIS and potentials of using LPIS data in the environmental impact assessment of the agricultural policy. Different types of land parcel proposed by the thesis and ways of integration with data from environmental domain viewed in context of the development of agri-environmental indicators. Developed firstly for the needs of LPIS Quality Assurance Framework of the European Commission, the LCM also became a part of the International Standard ISO19152 – Land Administration Domain Model (Annex H: use case in agriculture) and INSPIRE DS2.8 Land Cover specification (Annex B2: use case in agriculture).