Reinventing the national topographic database

The National Land Survey (NLS) has had a digital topographic database (TDB) since 1992. Many of its features are based on the Basic Map created by M. Kajamaa in 1947, mapping first completed in 1977. The basis for the renewal of the TDB begun by investigating the value of the TDB, a study made by the Aalto University in 2014 and a study on the new TDB system 2030 published by the Ministry of Agriculture in 2015. As a result of these studies the NLS set up a programme for creating a new National Topographic Database (NTDB) in beginning of 2015. First new version should be available in 2019. The new NTDB has following key features: 1) it is based on processes where data is naturally maintained, 2) it is quality managed, 3) it has persistent Ids, 4) it supports 3D, 4D, 5) it is based on standards. The technical architecture is based on interoperable modules. A website for following the development of the NTDB can be accessed for more information: http://kmtk.maanmittauslaitos.fi/

On the future of topographic base information management in Finland and Europe

Topographic information management is essential for the future of National Mapping Agencies (NMAs). Information economy, globalisation, government reorganization and users expectations will change many mapping agencies during the coming years. The implementation of Spatial Data Infrastructures (SDIs) and the meeting of business objectives are major challenges and could have contradictory goals. This research investigated how topographic base information management at the national and European levels might be based on multiple data sources and how information and quality management principles could be utilized for this. Four topics are covered: management of topographic information in Finland, user requirements and the data quality of basic topographic data, Geographic Information Quality Management (GIQM) of topographic base data and European cooperation between NMAs. The first part of the dissertation introduces the history of topographic mapping in Europe and especially in Finland. The development of SDIs is explored and information management concepts related to basic topographic information are described. The standardization of geographic information is reviewed from the technological, organizational, process and data viewpoints. Geographic Information Quality (GIQ) is described from the quality management viewpoints. The role of harmonization and interoperability in the development of SDIs and related to reference data is discussed. The research corpus consisted of seven papers and results of a separate research project on the use of municipality data for the Topographic Database. The first two introduced models for topographic information management (Basic Topographic Framework [BTF]) in a multi-producer environment using a database(DB)-driven production paradigm. Quality evaluation practices and quality management principles were studied in a number of European NMAs as part of the work of the EuroGeographics Expert Group on Quality. The standardization of geographic information quality was examined through participation in ISO 19100 work. The usability of the Topographic Database was evaluated using two different applications (land cover mapping, and 3D visualization). User requirements were studied in connection with mobile applications as part of the GiMoDig project. European reference datasets were studied covering thirty-three European countries based on a questionnaire given to the NMAs as part of the EuroGeographics' EuroSpec project. Finally, the BTF model was evaluated by a case study using municipality basemap data. This part of the research investigated the possibility for a unified specification of topographic information in Finland. Current data catalogues were analysed and the connection between them was established. Empirically, data from four municipalities were used to form a simulated Topographic Database in test areas utilizing only data from municipalities. A quality evaluation of the results was made using visual field inspection. The status of municipality basemaps was explored using a questionnaire. Responses were gained from 135 municipalities. The user requirement study included 13 interviews with 16 participants covering most significant resellers and customer groups of the National Land Survey of Finland. Implementation of the Basic Topographic Framework (BTF) combining all basic topographic datasets into a unified database is feasible if based on case studies. It is suggested that implementation be based on the Geographic Information Quality Management (GIQM) model combining geographic information quality standards and quality management. Results support the idea that the TDB and topographic databases in general have a key role in the implementation process of SDIs, and that topographic information provides an essential element for reference datasets. Based on user requirement analysis, it is suggested that the NMAs in Europe should introduce harmonized specifications, because many applications could be developed for large consumer markets, if such common datasets were available. It is further suggested that topographic information should be connected with other datasets in order to support user requirements. Investigation of European reference information concludes that harmonization of data specifications have not yet been initiated at the national level and that international geographic standards have not yet been implemented. However, national mapping and cadastral organizations (NMCAs) have an important role in providing reference datasets in Europe. Topographic datasets together with cadastral datasets were identified as one of the main sources of reference information in Europe. Results support the idea that a common data specification for topographic data is feasible at some level. A questionnaire given to Finnish municipalities demonstrate the importance of municipality data in built-up areas. Case studies and an analysis of data catalogues suggest that basemaps can be utilized to compile the TDB in built-up areas supporting the presented BTF model. In Sweden and Denmark, the use of municipality data has progressed significantly, which supports the presented model. Especially in Denmark, the reduction of the number of municipalities has increased the need for cooperation. User requirement results suggests that some improvements are needed in the present data catalogues.Maastotietojen hallinnan ratkaiseminen on erittäin tärkeää maanmittauslaitosten tulevaisuuden kannalta. Informaatioyhteiskunta, globalisaatio, hallinnon uudelleen organisointi ja käyttäjävaatimukset tulevat muuttamaan monia maanmittauslaitoksia seuraavien vuosien aikana. Paikkatietoinfrastruktuurien toteuttaminen ja tulostavoitteiden saavuttaminen ovat tärkeimpiä haasteita. Nämä haasteet voivat kuitenkin olla osittain erisuuntaisia. Tässä tutkimuksessa selvitettiin, miten perusmaastotietojen hallinta kansallisella ja eurooppalaisella tasolla voisi perustua useiden tiedon tuottajien aineistoihin, sekä, miten tiedon- ja laadunhallinnan periaatteita voitaisiin soveltaa toteutuksessa. Tutkimusaiheet voidaan jakaa neljään eri osaan: maastotietojen hallinnan järjestäminen Suomessa, perusmaastotietojen käyttäjävaatimukset ja niiden laatu, paikkatietojen laadunhallinnan periaatteiden soveltaminen perusmaastotiedoille sekä kansallisten karttalaitosten yhteistyö Euroopassa. Ensimmäisessä osassa käsitellään kansallisen maastokarttatuotannon historiaa Euroopassa ja erityisesti Suomessa. Paikkatietoinfrastruktuurien kehittymistä ja perusmaastotietojen hallintaa tarkastellaan informaationäkökulmasta. Paikkatietojen standardointia tarkastellaan teknologia-, organisaatio-, prosessi- ja aineistonäkökulmista. Paikkatiedon laadun eri osa-alueet kuvataan laadunhallinnan näkökulmien avulla. Harmonisoinnin ja yhteentoimivuuden konsepteja tarkastellaan paikkatietoinfrastruktuurien ja keskeisten paikkatietojen osalta. Tutkimus koostuu seitsemästä eri julkaisusta sekä erillisestä tutkimuksesta, jonka keskeiset tulokset on raportoitu yhteenveto-osassa. Kaksi ensimmäistä julkaisua määrittelevät perusmaastotietojen hallintamallin (Perusmaastotietokehysmalli) usean tuottajan ympäristössä perustuen tietokantapohjaiseen viitekehykseen. Laadunarvioinnin käytäntöjä sekä laadunhallinnan periaatteita tutkittiin eurooppalaisissa karttalaitoksissa (osana EuroGeographics:n laadun asiantuntijaryhmän työtä). Paikkatiedon laadun standardointia tarkasteltiin osallistumalla ISO 19100 sarjan laatimiseen. Maastotietokannan käytettävyyttä arvioitiin kahdessa eri sovelluksessa (maankäyttöluokitus ja 3D -visualisointi). Käyttäjien vaatimuksia arvioitiin mobiilien sovellusten yhteydessä (osana GiMoDig -projektia). Eurooppalaisten referenssiaineistojen tilaa selviteltiin 33 eri maassa karttalaitoksille suunnatulla kyselytutkimuksella (osana EuroGeographics:n Eurospec -hanketta). Perusmaastotietokehysmallin toteutusta arvioitiin kuntien kantakarttatietojen avulla. Lähtökohtana oli yhtenäisen tietomallin kehittäminen Suomen kaikille perusmaastotiedoille. Nykyisiä kohdemäärittelyjä arvioitiin ja niiden välille luotiin yhteys. Empiirisesti kantakarttatietojen käyttöä tutkittiin neljän kunnan alueella ja koealueilla muodostettiin simuloitu maastotietokanta käyttämällä pelkästään kuntien aineistoa. Muodostettujen aineistojen laatua arvioitiin visuaalisesti maastotarkastuksella. Kuntien kantakarttojen tilan arvioimiseksi tehtiin kysely asukasluvultaan 100:lle suurimmalle kunnille sekä osalle pienimistä kunnista (valinta tehtiin teknisen viraston tai vastaavan olemassa olon perusteella). Vastauksia saatiin 135 kunnasta. Käyttäjien vaatimuksia selvitettiin 13 haastattelussa, joihin osallistui 16 Maanmittauslaitoksen merkittävää jälleenmyyjää ja asiakasta. Perusmaastotietoviitekehyksen, joka yhdistää kaikki perusmaastotiedot yhtenäiseen tietokantaan, toteutus näyttäisi tapaustutkimusten perusteella aiheelliselta. Toteutuksen ehdotetaan perustuvan esitettyyn paikkatietojen laadunhallintamalliin, joka yhdistää paikkatietojen laadunstandardit laadunhallinnan viitekehykseen. Tulokset tukevat ajatusta, että Maanmittauslaitoksen maastotietokanta ja maastotietokannat yleensä ovat keskeisiä paikkatietoinfrastruktuurien toteuttamisessa, sekä maastotietojen osuuden tärkeyttä keskeisissä paikkatiedoissa. Käyttäjävaatimusten perusteella tutkimuksessa esitetään, että eurooppalaisten maanmittauslaitosten tulisi harmonisoida tietotuotemäärityksensä, koska monia kuluttajasovelluksia voitaisiin kehittää laajoille markkinoille, jos yhtenäiset maastotietokannat olisivat saatavissa. Edelleen tulokseen pohjautuen esitetään, että maastotiedot tulisi kytkeä muiden tietokantojen kanssa käyttäjävaatimusten täyttämiseksi. Selvityksessä eurooppalaisista keskeisistä paikkatietoaineistoista tehtiin johtopäätös, ettei harmonisointia vielä ole tehty eikä paikkatietostandardeja otettu käyttöön. Kuitenkin kansallisilla maanmittauslaitoksilla (kartta- ja kiinteistötietojen tuottajilla) on tärkeä merkitys keskeisten paikkatietojen tuottajina Euroopassa. Maastotietoaineistot yhdessä kiinteistötietoaineistojen kanssa todettiin olevan päälähteet keskeisille paikkatiedoille. Tulokset tukevat ajatusta, että yhteiset tietospesifikaatiot voitaisiin määritellä tietylle tasolle. Kuntien kantakarttaaineistot ovat tärkeitä taajama-alueiden osalta kunnille tehdyn kyselytutkimuksen perusteella. Tapaustutkimusten ja kohdemäärittelyjen analysoinnin perusteella voidaan todeta, että Maanmittauslaitoksen maastotietokannan muodostamisessa voidaan käyttää taajama-alueilla kuntien kantakartta-aineistoja, mikä tukee esitettyä perusmaastotietokehysmallia. Ruotsissa ja Tanskassa kehitys näyttää myös kulkevan tähän suuntaan. Erityisesti Tanskassa tehtävä kuntauudistus on painottamassa yhteistyön tärkeyttä. Käyttäjävaatimusten perusteella voidaan esittää joitain parannuksia nykyisiin tietomäärittelyihin.reviewe

Preparation and In vivo Evaluation of Red Blood Cell Membrane Coated Porous Silicon Nanoparticles Implanted with 155Tb

Introduction Porous silicon (PSi) nanoparticles are capable of delivering therapeutic payloads providing targeted delivery and sustained release of the payloads. In this work we describe the development and proof-of-concept in vivo evaluation of thermally hydrocarbonized porous silicon (PSi) nanoparticles that are implanted with radioactive 155Tb atoms and coated with red blood cell (RBC) membrane (155Tb-THCPSi). The developed nanocomposites can be utilized as an intravenous delivery platform for theranostic radionuclides. Methods THCPSi thin films were implanted with 155Dy ions that decay to 155Tb at the ISOLDE radioactive ion-beam (RIB) facility at CERN. The films were processed to nanoparticles by ball-milling and sonication, and subsequently coated with either a solid lipid and RBC membrane or solely with RBC membrane. The nanocomposites were evaluated in vitro for stability and in vivo for circulation half-life and ex vivo for biodistribution in Balb/c mice. Results Nanoporous THCPSi films were successfully implanted with 155Tb and processed to coated nanoparticles. The in vitro stability of the particles in plasma and buffer solutions was not significantly different between the particle types, and therefore the RBC membrane coated particles with less laborious processing method were chosen for the biological evaluation. The RBC membrane coating enhanced significantly the blood half-life compared to bare THCPSi particles. In the ex vivo biodistribution study a pronounced accumulation to the spleen was found, with lower uptake in the liver and a minor uptake in the lung, gall bladder and bone marrow. Conclusions We have demonstrated, using 155Tb RIB-implanted PSi nanoparticles coated with mouse RBC membranes, the feasibility of using such a theranostic nanosystem for the delivery of RIB based radionuclides with prolonged circulation time. Advances in Knowledge and Implications for Patient Care: For the first time, the RIB implantation technique has been utilized to produce PSi nanoparticle with a surface modified for better persistence in circulation. When optimized, these particles could be used in targeted radionuclide therapy with a combination of chemotherapeutic payload within the PSi structure.Peer reviewe

Preparation and in vivo evaluation of red blood cell membrane coated porous silicon nanoparticles implanted with Tb-155

Introduction: Porous silicon (PSi) nanoparticles are capable of delivering therapeutic payloads providing targeted delivery and sustained release of the payloads. In this work we describe the development and proof-of-concept in vivo evaluation of thermally hydrocarbonized porous silicon (PSi) nanoparticles that are implanted with radioactive Tb-155 atoms and coated with red blood cell (RBC) membrane (Tb-155-THCPSi). The developed nanocomposites can be utilized as an intravenous delivery platform for theranostic radionuclides.Methods: THCPSi thin films were implanted with Dy-155 ions that decay to Tb-155 at the ISOLDE radioactive ion-beam (RIB) facility at CERN. The films were processed to nanoparticles by ball-milling and sonication, and subsequently coated with either a solid lipid and RBC membrane or solely with RBC membrane. The nanocomposites were evaluated in vitro for stability and in vivo for circulation half-life and ex vivo for biodistribution in Balb/c mice.Results: Nanoporous THCPSi films were successfully implanted with Tb-155 and processed to coated nanopartides. The in vitro stability of the particles in plasma and buffer solutions was not significantly different between the particle types, and therefore the RBC membrane coated particles with less laborious processing method were chosen for the biological evaluation. The RBC membrane coating enhanced significantly the blood half-life compared to bare THCPSi particles. In the ex vivo biodistribution study a pronounced accumulation to the spleen was found, with lower uptake in the liver and a minor uptake in the lung, gall bladder and bone marrow.Conclusions: We have demonstrated, using Tb-155 RIB-implanted PSi nanoparticles coated with mouse RBC membranes, the feasibility of using such a theranostic nanosystem for the delivery of RIB based radionuclides with prolonged circulation time.Advances in knowledge and implications for patient care: For the first time, the RIB implantation technique has been utilized to produce PSi nanoparticle with a surface modified for better persistence in circulation. When optimized, these particles could be used in targeted radionuclide therapy with a combination of chemotherapeutic payload within the PSi structure. </div