авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


Создание территориальных информационных систем на базе сервера прикладных гис-служб

УДК. 681.3.06

На правах рукописи

МИХАИЛИДИ ИРИНА МИХАЙЛОВНА

СОЗДАНИЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМ НА БАЗЕ СЕРВЕРА ПРИКЛАДНЫХ ГИС-СЛУЖБ

25.00.35 — «Геоинформатика»

АВТОРЕФЕРАТ

lдиссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Барнаул — 20076

Работа выполнена на кафедре ЮНЕСКО ГОУ ВПО «Алтайский государствен ный технический университет им. И.И. Ползунова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Цхай Александр Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Пяткин Валерий Павлович кандидат физико-математических наук, доцент Кантор Семен Аврамович

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем СО РАН

Защита диссертации состоится 02 марта 2007 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.005.04 в ГОУ ВПО «Алтайский государствен ный университет» по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61, конференц зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государствен ного университета по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61.

Автореферат разослан 30 января 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук профессор С.А. Безносюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Несмотря на большую востребованность, применение гео информационных технологий в различных прикладных областях часто сдерживается по очень простой причине экономической нецелесообразно сти. Программное обеспечение геоинформационных систем (ГИС) до сих пор является весьма дорогостоящим, а используется во многих задачах лишь на 10 20 процентов. Еще одна причина — это необходимость интеграции ГИС с дру гими технологиями и программными системами, что, в результате, приводит к достаточно сложным конфигурациям, к завышенным требованиям к ресурсам компьютеров и неудобствам в работе из-за отсутствия единого понятного ко нечному пользователю интерфейса.

Одной из «невыгодных» с точки зрения затрат и конечного результата об ластей применения ГИС являются территориальные информационные системы с картографическим интерфейсом, рассчитанные на массового пользователя.

Здесь можно назвать региональные информационно-справочные системы с возможностью построения тематических карт региона, предназначенных для целей управления и образования;

городские информационно-поисковые карто графические системы с адресным планом города;

автоматизированные систе мы учета природных ресурсов;

туристические информационные системы;

ин формационные системы особо охраняемых природных территорий (ООПТ).

Сюда же можно отнести и более сложные информационные системы монито ринга земельных ресурсов и управления недвижимостью, а именно те их ком поненты, которые выполняют информационно-аналитические функции и мо гут отображать соответствующие карты землепользования, землевладений и размещения недвижимости.

Как видно из приведенных примеров, территориальные информационные системы — это достаточно представительный класс информационных систем.

Их объединяет одно общее свойство — все они работают с территориально распределенными объектами и, следовательно, должны иметь картографиче скую функциональность. Эта функциональность обеспечивается использова нием ГИС-технологиий.

В литературе, посвященной проблемам геоинформатики, зачастую терри ториальные информационные системы отождествляют с геоинформационны ми системами. Так же, как и в случае с базами данных, под аббревиатурой ГИС понимают и общие технологические пакеты программ, и конкретные прикладные разработки, основанные на ГИС-технологиях: то есть, ГИС приложения. При этом часто возникает ситуация, когда геоинформационной системой называют систему, большая часть функциональности которой не от носится к обработке пространственной информации.

Чтобы избежать этой двойственности, целесообразно ввести разграниче ние понятий, согласно которому геоинформационные системы (ГИС) — это набор технологий и программных средств, обеспечивающих общие методы организации, хранения, обработки, анализа и вывода пространственной ин формации, а территориальные информационные системы (ТИС) — это ин тегрированные информационные системы по территориально-распределенным объектам, основной функциональностью которых является предметно ориентированная обработка данных, в том числе и пространственных. Как ин тегрированные системы, ТИС используют различные технологии. В частности, в состав ТИС, имеющей картографический интерфейс, должен входить блок обработки и анализа пространственных данных, построенный на базе геоин формационных технологий. И в этом смысле территориальные информацион ные системы являются прикладными ГИС или ГИС-приложениями.

Совокупность программных модулей, реализующих картографическую функциональность в ТИС, будем называть геоинформационным компонен том территориальной информационной системы.

По отношению к использованию ГИС-технологий территориальные ин формационные системы обладают следующими важными свойствами: 1) они рассчитаны на массового пользователя-непрофессионала в области ГИС и кар тосоставления;

2) они обеспечивают интерфейс не на уровне отдельных карто графических слоев, а на уровне готовых карт. При этом карты в ТИС связаны общностью территориального охвата, общностью тематики, общностью мате матической основы, а также общностью и согласованностью системы услов ных обозначений, то есть представляют собой тематический атлас или набор тематических атласов.



Таким образом, картографическая функциональность ТИС фактически предоставляется пользователю в виде одного или нескольких тематических электронных атласов. Каждый такой атлас можно реализовать в виде приклад ной ГИС-службы, обеспечивающей набор базовых операций ГИС и набор спе циальных операций пространственного поиска и анализа, соответствующий предметной области (теме атласа).

Набор используемых базовых операций ГИС в территориальных инфор мационных системах достаточно ограничен и чаще всего сводится к следую щим:

– операции послойной визуализации карт, – функции масштабирования и навигации, – операции картографического поиска.

В состав специализированных операций могут входить:

обслуживание фиксированных пространственно-логических запро – сов;

создание и вывод фиксированного набора тематических карт по за – данному набору параметров;

агрегирование показателей или характеристик пространственно – распределенных объектов по территории.

С электронным тематическим атласом территории пользователь может работать совершенно так же, как с обычным атласом, с той лишь только раз ницей, что информация в электронных атласах постоянно обновляется, и, кро ме того, функциональность электронного атласа гораздо шире и многообраз нее, чем печатного.

Для реализации картографической функциональности в ТИС можно ис пользовать существующие коммерческие ГИС-продукты. Однако в настоящее время настольные ГИС (desktop-продукты) становятся все сложнее и все неох ватнее по своей функциональности, а серверные решения для ГИС часто жест ко связаны с базовой ГИС по подготовке карт для публикации. К тому же, они оказываются слишком сложными для использования в тех организаций, где нет большого опыта работы с пространственными данными. В любом случае, решения, основанные на использовании коммерческих ГИС-продуктов, будут весьма затратными и явно избыточными по функциональности.

Кроме того, большинство территориальных информационных систем яв ляются некоммерческими по своей природе: они предназначены для широкого круга пользователей — прежде всего для населения и государственных струк тур. Информация, которая циркулирует в этих системах, должна быть обще доступной и сама по себе не может служить источником больших доходов.

Следовательно, стоимость разработки ТИС не должна быть слишком высокой.

Таким образом, объективно существует несколько причин, мешающих внедрению ГИС-технологий в территориальных информационных системах, это:

– высокая стоимость программного обеспечения;

– функциональная избыточность предлагаемых решений;

– недостаточны возможности интеграции с другими технологиями;

– сложность работы с пространственной информацией;

– непонимание выгод, которые дает ГИС.

Отсюда следует вывод, что в настоящее время существует проблема вы бора наиболее адекватного по стоимости и предлагаемой функциональности технологического и архитектурного решения для создания геоинформацион ного компонента ТИС, что делает выбранную тему исследования актуальной.

В данной работе предпринята попытка найти рациональный подход к соз данию многопользовательских распределенных территориальных инфор мационных систем с ограниченной ГИС-функциональностью, доступных для организаций с различным уровнем финансирования.

Цель исследования состоит в разработке и реализации принципов и ме тодов создания геоинформационного компонента распределенной территори альной информационной системы на базе прикладных ГИС-служб, реализую щих концепцию тематического атласа.

Объект исследования настоящей работы — использование геоинформа ционных технологий в распределенных системах.

Предметом исследования являются прикладные ГИС-службы и архитек тура геоинформационного компонента распределенной территориальной ин формационной системы на базе сервера прикладных ГИС-служб.

Основные задачи исследования:

1. Определить роль геоинформационных технологий в создании терри ториальных информационных систем.

Проанализировать существующие подходы, обеспечивающие геоин 2.

формационную функциональность в распределенных территориаль ных информационных системах.

3. Разработать концепцию и структуру прикладной ГИС-службы.

4. Разработать архитектуру геоинформационного компонента террито риальной информационной системы на базе сервера прикладных ГИС-служб.

5. Реализовать примеры прикладных ГИС-служб для выбранных пред метных областей.

6. Реализовать сервер прикладных ГИС-служб и разработать на его базе пример территориальной информационной системы.

7. Дать оценку эффективности создания территориальных информаци онных систем на базе сервера прикладных ГИС-служб.

Для достижения поставленной цели и решения определенного выше круга задач применялись следующие методы исследования: объектно ориентированный подход при проектировании компонентов сервера приклад ных ГИС-служб;

составление тестовых заданий и экспериментальные иссле дования при тестировании и апробации разработанных технологий и про граммных средств создания реальных систем.

В процессе работы были проанализированы и использованы труды сле дующих авторов: Капралова Е.Г., Полякова Ю.А., Скатерщикова С., Пяткина В.П., Тикунова В.С., В.Я. Цветкова, Черкашина А.К. и других, а также техни ческие руководства по различным ГИС-продуктам фирмы ESRI, лидера в об ласти разработки программного обеспечения геоинформационных систем.

Научная новизна. В диссертационной работе автором получены сле дующие новые результаты:

1. Введено разграничение понятий «геоинформационная система» и «территориальная информационная система», устраняющее двойст венность трактовки этих терминов и ведущее к более конструктив ному их использованию.

2. Разработана универсальная модель прикладной ГИС-службы как те матического электронного атласа, что обеспечивает более высокий уровень автоматизации при проектировании геоинформационного компонента территориальных информационных систем, ведет к уп рощению разработки и повышению скорости работы системы за счет уменьшения объема передаваемых данных между частями приложе ния.

3. Разработаны архитектура и технология создания сервера прикладных ГИС-служб для территориальной информационной системы.

4. Выполнена реализация предложенного подхода для создания элек тронного атласа Алтайского края и Республики Алтай.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная концепция прикладной ГИС-службы, реализующей функциональность тематического атласа, обеспечивает более высо кий уровень моделирования объектов предметной области по срав нению с традиционным представлением пространственной информа ции для пользователя в виде слоев или отдельных карт.

2. Прикладные ГИС-службы, реализующие тематические атласы, легко интегрируются в территориальные информационные системы, обес печивая более понятный пользователю интерфейс и более эффектив ное использование ресурсов сети за счет уменьшения числа переда ваемых параметров между клиентской и серверной частями прило жения.





3. Предложенная архитектура геоинформационного компонента терри ториальной информационной системы в целом способствует упро щению проектирования и разработки распределенной ТИС, умень шению временных и стоимостных затрат проектов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, со держащихся в диссертационной работе, обеспечивается использованием со временных теоретических и практических методов исследования, проведением сравнительного анализа применения геоинформационных технологий в мно гопользовательских территориальных информационных системах. В своей ра боте автор диссертации использовала обобщение своего опыта по проектиро ванию и разработке ГИС-приложений для различных предметных областей, выполненных в различных средах разработки.

Кроме того, выдвинутые в диссертации положения подтверждаются ус пешностью их применения для реализации электронных атласов Алтайского края и Республики Алтай.

Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследова ния, могут применяться при создании геоинформационного компонента рас пределенных территориальных информационных систем. Обеспечивая более высокий уровень автоматизации, предложенный подход ведет к существенно му упрощению проектирования и разработки ТИС и, соответственно, к уменьшению временных и стоимостных затрат. При этом подход имеет доста точную степень общности, что позволяет использовать его во множестве при кладных областей самой различной направленности.

Результаты данной работы можно использовать в качестве материала при подготовке студентов, специализирующихся в области проектирования ин формационных систем и разработки специализированных ГИС-приложений.

Внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при создании электронных атласов Алтайского края и Республики Алтай. Были созданы социально-экономический и туристический атласы Алтайского края, атлас «Недропользование» Алтайского края, а также туристический атлас Рес публики Алтай. Все эти атласы установлены в настоящее время на внутреннем информационном сервере в Алтайском краевом общественном фонде «Алтай — 21 век».

Диссертационное исследование выполнялось на кафедре ЮНЕСКО Ал тайского государственного технического университета.

Все разработки тестировались в Барнаульском центре новых информаци онных технологий Алтайского государственного университета и были доступ ны в период тестирования с Web-сервера АлтГУ.

Апробация результатов исследования. Основные положения работы докладывались на региональных, всероссийских и международных конферен циях, в том числе: международной конференции «Интеркарто 4: ГИС для оп тимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий»

(Барнаул, 1998);

международной научно-практической конференции «Геоин форматика 2000» (Томск, 2000);

научно-практической конференции «ГИС в управлении и природопользовании» (Иркутск, 2002);

международной конфе ренции «GeoInfo 2002» (Бурленге, Швеция, 2002);

Всемирной конференции пользователей ESRI, 2004 (Сан Диего, Калифорния, США, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 научных работ.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 3-х глав, заключе ния, двух приложений и списка литературы из 85 наименований. Диссертация изложена на 105 листах машинописного текста и содержит 4 таблицы и 30 ри сунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика исследуемой проблематики, обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель и основные задачи исследования. Здесь же дана общая характеристика направления иссле дований и приведены основные положения, защищаемые в диссертационной работе.

В первой главе детально рассмотрена проблемная область исследования:

построение распределенных территориальных информационных систем на ба зе ГИС-технологий. Определено содержание основных используемых поня тий. Дан сравнительный анализ существующих подходов к разработке много пользовательских распределенных ТИС.

Территориальные информационные системы функционально разбиваются на две отдельно работающих подсистемы: подсистему обработки и анализа данных и подсистему ввода данных. При этом первая подсистема очевидно играет определяющую роль, так как именно она реализует главную функцио нальность, то есть то, ради чего исходная система создавалась. Подсистема же ввода рассматривается как вспомогательная. В настоящей работе не затраги ваются проблемы ввода информации в ТИС, и под территориальной информа ционной системой в узком смысле понимается только подсистема обработки и анализа данных.

Таким образом, здесь рассматриваются проблемы создания многопользо вательских ТИС, которые могут обслуживать пространственные информаци онно-аналитические запросы, то есть, по сути, являются ГИС-приложениями.

В настоящее время существует 2 основных подхода к построению много пользовательских распределенных ТИС, работающих с территориально распределенной информацией, предлагаемых ведущими фирмами разработчи ками программного обеспечения ГИС.

Первый подход реализует распределенность данных — это классическое клиент-серверное решение, когда в качестве сервера используется специаль ный вид программного обеспечения — сервер пространственных данных (спе циализированное расширение существующих промышленных баз данных) — а в качестве клиента используются либо профессиональные ГИС настольного типа, либо прикладные системы с ГИС-функциональностью. Например, в ли нии программного обеспечения фирмы ESRI эта технология представлена сер вером пространственных данных SDE (Spatial Data Engine), клиентами к кото рому могут выступать ArcView 3.x, ArcInfo, семейство продуктов ArcGIS или любые приложения, разработанные с использованием библиотек конструкто ров MapObjects и ArcObjects.

Второй подход реализует распределенность вычислений и опирается на трехуровневую (в общем случае — многоуровневую) архитектуру: клиент — сервер приложений — сервер данных с использованием серверов функцио нальности ГИС (серверов приложений ГИС), которые могут работать с кли ентскими приложениями разного класса от профессиональных ГИС до стан дартных интернет-браузеров и приложений для карманных компьютеров.

Именно этот подход сейчас активно применяется для создания многопользова тельских ГИС-приложений, работающих в среде Интернет. В этом случае ар хитектура распределенного ГИС-приложения выглядит следующим образом:

клиент — Web-сервер — сервер приложений ГИС — сервер пространствен ных данных.

Примером могут служить сервера приложений ГИС ArcIMS и ArcGIS Server той же фирмы ESRI, обеспечивающие доступ клиентских приложений к общей функциональности ГИС через Интернет. А также продукты других фирм: MapXtreme MapInfo Corp., MapGuide Web Map фирмы AutoDesk.

Оба приведенных подхода имеют свои недостатки.

Использование двухуровневой клиент-серверной архитектуры для по строения многопользовательских прикладных ГИС является тем самым доро гостоящим решением, которое оправдывает себя лишь в том случае, если пользователям действительно требуется значительная часть функционально сти ГИС: например, создание и ведение пространственных данных, проведе ние сложного пространственного анализа, построение уникальных карт. В этом случае все вычисления производятся на стороне клиента, что требует ус тановки на каждом клиентском компьютере либо профессиональных настоль ных ГИС, либо ГИС-приложений, сравнимых с ними по функциональности.

Если же пользователь работает с фиксированным набором карт заданной тема тики и заданного оформления и из всех функций ГИС ему требуются, в основ ном, просмотр и поиск по карте, то установка профессиональных ГИС на каж дый клиентский компьютер действительно невыгодное и крайне избыточное решение.

Второй подход, базирующийся на многоуровневой архитектуре, имеет неоспоримые преимущества: максимальная облегченность клиентских прило жений и, как следствие, простота сопровождения, более сбалансированная за грузка сети за счет уменьшения объема передаваемых данных между клиентом и сервером, повышение отказоустойчивости системы, масштабируемость. Этот подход позволяет использовать на клиентских компьютерах достаточно про стые приложения, в том числе и стандартные Интернет-браузеры, сосредото чив основную массу вычислений на сервере. Кроме того, за счет того, что вы числения выполняются на сервере, значительно уменьшается объем переда ваемых данных, так как пользователю передается только конечный результат обработки его запроса, а не все данные, необходимые для его исполнения. Для ГИС это очень важное свойство, так как реализация многих пространственных запросов требует анализа достаточно большой порции базы геоданных. И, на конец, Интернет-приложения, построенные по такой технологии, являются хо рошо масштабируемыми, так как сервера приложений можно распределить по нескольким узлам сети.

В настоящее время разработкой интернет-платформ для создания геоин формационных служб занимаются практически все ведущие фирмы разработчики программного обеспечения ГИС. И, надо сказать, что в этой об ласти достигнуты огромные успехи. ГИС-службы для Интернет, работают дос таточно быстро и позволяют создавать все более сложные карты, а также осуществлять все более развитый пространственный поиск и пространствен ный анализ. Примером является завоевавший невероятную популярность про ект Google Map.

Однако проблемы все же остаются. Это, во-первых, опять же с одной сто роны высокая стоимость, а с другой — функциональная избыточность стан дартных серверов ГИС-приложений, которые, по сути, по набору базовых ГИС-сервисов (экспорт в клиентские приложения векторных и растровых сло ев, обработка запросов на выполнение процедур пространственного анализа и геокодирования), уже сравнимы с ГИС настольного типа. Во-вторых, стан дартные серверы ГИС-приложений, как и профессиональные ГИС, ориентиро ваны на создание произвольных карт, что требует передачи большого количе ства параметров от клиента к серверу или накладывает ограничения на созда ние сложных карт.

В-третьих, стандартные браузеры, Microsoft Internet Explorer и Netscape Navigator, до сих пор не поддерживают напрямую прием графических данных в векторных форматах. Это ведет к тому, что Интернет-решения от разных разработчиков используют разные способы передачи векторной графической информации и отображения ее на стороне клиента и потому не совместимы друг с другом. Международная общественная организация Открытый Консор циум по пространственной информации Open Geospatial Consortium (ранее на зывавшийся OpenGIS Consortium) ведет разработку стандарта языка для пере дачи и отображения пространственных данных — GML. Однако для интерпре тации данных на языке GML на стороне клиента приходится обращаться к ус лугам разработчиков для написания достаточно объемных клиентских прило жений, либо приобретать для этих целей специальные модули расширения сторонних разработчиков. В то же время уже сейчас существуют несколько широко используемых стандартов для передачи и отображения векторной гра фики, например, SVG (Scalable Vector Graphics — масштабируемая векторная графика), предложенный Всемирным Web-Консорциумом (W3C), которые поддерживаются некоторыми браузерами и имеют бесплатные подключаемые модули к Internet Explorer.

В настоящее время формат SVG не может использоваться напрямую в ArcIms, вследствие того, что ArcIms — это готовое решение. То есть при всех своих достоинствах ArcIms не обладает достаточной гибкостью, что в такой развивающейся области, как интернет-технологии представляется достаточно важным.

Что касается ArcGIS Server — то это еще более дорогое решение, обеспе чивающее практически всю функциональность современных профессиональ ных настольных ГИС-продуктов. Таким образом, поиск недорогих и опти мальных по функциональности серверных решений для ГИС является дейст вительно актуальным.

Во второй главе рассматривается сущность предлагаемого подхода к по строению геоинформационного компонента территориальных информацион ных систем на базе сервера прикладных ГИС-служб. Здесь описаны объектные модели основных компонентов, приведены функциональные схемы.

Прикладные ГИС-службы. С точки зрения пользователя каждая при кладная ГИС-служба в ТИС представляет собой тематический электронный атлас, позволяющий создавать различные карты, а также и выполнять опера ции картографического поиска и анализа.

Содержание и структура каждого атласа определяется его темой. В про стейшем случае атлас имеет одноуровневую структуру и представляется сери ей карт. Например, структура атласа «Недропользование» может содержать общую карту месторождений и рудопроявлений всех полезных ископаемых и серию карт по выделенным группам полезных ископаемых. В общем же слу чае структура атласа должна отражать структуру предметной области. Напри мер, экономический атлас территории имеет разделы: «Промышленность», «Сельское хозяйство», «Капитальное строительство», где раздел «Промыш ленность», в свою очередь, может быть разбит по отраслям промышленности.

Атласы природных ресурсов содержат карты состояния каждого ресурса в различных временных срезах. Атласы особо охраняемых природных террито рий содержат карты ландшафтов, памятников природы, исторических и куль турных достопримечательностей, карты современного использования террито рии, карты антропогенных нагрузок, изменений природной среды, и, наконец, карту функционального зонирования. Атлас может содержать крупно мас штабные врезки на отдельные районы изображаемой территории.

Кроме того, с каждым тематическим атласом обычно связана своя струк тура описательной информации по территориальным объектам, а также фик сированные процедуры ее обработки.

Являясь объектом верхнего уровня, в модели предметной области, приме няемой для создания ТИС, тематический атлас представляется следующим на бором свойств, которые составляют основу его модели:

— структура атласа (список разделов и подразделов);

— список тематических карт каждого раздела и/или набор параметров, однозначно определяющих карту раздела;

— общая математическая основа;

— общая система условных обозначений (легенда) в целом для атласа и методы получения частных легенд для отдельных разделов и карт ат ласа;

— правила генерализации;

— набор территориальных объектов, представляющих интерес для дан ной темы, и, следовательно, являющихся информационными объек тами;

— правила оформления карт для вывода.

Набор создаваемых атласом карт фактически может варьироваться неог раниченно, в зависимости от разработанной структуры атласа и системы пара метров, идентифицирующих отдельные карты.

Введение такого объекта как тематический атлас позволяет пользователю оперировать с геоданными на более высоком уровне по сравнению со стан дартными ГИС. Это, в свою очередь, способствует упрощению интерфейса, избавляя пользователей от необходимости управлять последовательностью и визуальным изображением слоев, а также устанавливать правила генерализа ции при переходе от одного масштаба к другому. То есть, большая часть рабо ты по созданию карт атласа выполняется автоматически. Вместе с тем, умень шается число передаваемых параметров запроса для формирования изображе ний и увеличивается скорость его обработки.

Тематический атлас и карта тематического атласа будут являться главны ми объектами автоматизации в прикладных ГИС-службах территориальных информационных систем.

Сервер прикладных ГИС-служб. Проведенный анализ существующих подходов к построению распределенных ГИС-приложений показывает, что предлагаемые решения не лишены недостатков и требуют дальнейшего разви тия.

В настоящей работе рассматривается развитие многоуровневого подхода в применении к созданию геоинформационного компонента распределенных территориальных информационных систем, включающих ограниченную функ циональность ГИС. Центральной идеей предлагаемого подхода является ис пользование на среднем уровне вместо сервера базовых ГИС-служб сервера прикладных ГИС-служб.

Основными критериями при разработке данного подхода являлись эконо мичность и гибкость системы. Более конкретно, преследовались следующие цели:

максимальная облегченность клиентских приложений;

– минимизация набора необходимых функций ГИС;

– минимизация числа параметров для обмена информацией между – клиентом и сервером;

относительная независимость от используемой технологии передачи – данных между клиентом и сервером;

возможность работы с ГИС-службами, реализованными в разных – ГИС-продуктах;

легкость модификации системы при изменении стандартов передачи – пространственных данных.

Первая цель, очевидно, достигается использованием многоуровневой ар хитектуры при разработке прикладной ГИС и полным переносом необходимой функциональности ГИС из клиентской части системы в серверную.

Многоуровневая архитектура дает возможность сосредоточить основные операции, производимые ГИС, на среднем уровне, оставив на долю клиента только интерфейс, что способствует удешевлению внедрения, повышению от казоустойчивости системы, а также обеспечению ее масштабируемости, адап тируемости к изменениям и более рациональному использованию ресурсов компьютерной сети.

При традиционном подходе сервер ГИС-приложений поставляет в кли ентские приложения стандартные ГИС-сервисы, такие, как формирование век торных и растровых слоев, обработка общих запросов на выполнение проце дур пространственного поиска и анализа, процедур геокодирования и др. При этом обычно реализуется одна из следующих схем: 1) клиентские запросы представляют собой непосредственные вызовы стандартных ГИС-служб;

2) клиентские запросы должны переводиться в некоторую промежуточную фор му, из которой осуществляется вызов стандартных ГИС-служб. В первом слу чае интерфейс пользователя, скорее всего, будет повторять интерфейс инстру ментальных ГИС и не будет предметно-ориентированным, во втором же слу чае при разработке конкретной ТИС разработчику понадобиться создавать мо дули перевода предметно-ориентированных запросов пользователя в запросы на промежуточном языке. Так, например, работает ArcIMS: пользовательские запросы переводятся в стандартные запросы на языке ArcXML, которые далее обрабатываются стандартными ГИС-службами. И в том, и в другом случае имеются неудобства либо на уровне пользователей, либо на уровне разработ чиков в виде дополнительных затрат на кодирование модулей перевода запро сов при расширении системы.

Введение на среднем уровне в структуру сервера ГИС- приложений вме сто стандартных — прикладных ГИС-служб помогает избавиться от этих не достатков. В настоящем подходе ГИС- служба реализует общую объектную модель предметной области и территории, для которых создается территори альная информационная система. Объектом верхнего уровня этой системы яв ляется тематический атлас территории, предоставляющий пользователю воз можность оперативно создавать нужные карты по заданному набору парамет ров. То есть, пользователь работает с системой не на уровне отдельных слоев и даже не на уровне отдельных карт, а на уровне атласа, с разработанными пра вилами оформления карт, подобранной проекцией и определенным набором сервисных функций. Большая часть работы по созданию карт, таким образом, выполняется автоматически, освобождая пользователя от излишних рутинных операций.

Прикладные ГИС-службы разрабатываются как объектные компоненты, каждый из которых является сервером автоматизации и может предоставлять свои объекты, их свойства и методы другим компонентам системы. Часть этих объектов реализует подмножество общих операций ГИС, другая же часть реа лизует собственно прикладную функциональность. При этом объекты, реали зующие общую функциональность ГИС в разных службах, используют еди ный интерфейс.

Такой подход первоначально кажется не совсем рациональным, так как каждая прикладная служба должна содержать собственную реализацию общих ГИС-сервисов. Однако, во-первых, следует учесть, что в территориальных ин формационных системах требуется ограниченный набор ГИС-сервисов, а, во вторых, прикладные ГИС-службы могут, в свою очередь, строиться на базе облегченных компонентов, реализующих ограниченную функциональность ГИС, что и будет способствовать созданию оптимальной архитектуры. Кроме того, такой подход дает возможность интеграции прикладных ГИС-служб, ис пользующих различные методы доступа к данным или различные компоненты, реализующие общие функции ГИС. Архитектура геоинформационного компо нента ТИС представлена на рисунке 1.

пространственных Web-cервер Клиент Web данных Сервер Сервер приложение приложений БД ГИС Клиент DCOM Прикладная Система формирования ГИС-служба изображения Прикладная ГИС-служба Прикладная ГИС-служба n Прикладные ГИС- службы Рис.1. Архитектура геоинформационного компонента распределенной территориальной информа ционной системы.

Еще одной важной чертой предлагаемого подхода является система фор мирования картографического изображения, внешняя по отношению ко всем прикладным ГИС-службам. В задачи этой системы входит подготовка карто графического изображения для разных клиентов. Это могут быть и интернет– клиенты различного типа, связывающиеся с сервером приложений через Web сервер, и интранет-клиенты, использующие другие технологии связи с серве ром, например, DCOM (Distributed Component Object Model). Выделение опе раций формирования изображения в отдельную систему не только позволяет добиться еще большей экономичности при создании ГИС-служб, но и делает территориальную информационную систему более адаптируемой к различным клиентам и изменениям стандартов передачи изображений.

Таким образом, сервер прикладных ГИС-служб состоит из собственно сервера (управляющей программы), набора прикладных ГИС-служб, каждая из которых реализует функциональность тематического атласа территории, и сис темы формирования картографического изображения. В функции сервера вхо дит простая загрузка вызываемой клиентом прикладной ГИС-службы и ее инициация. Все остальные операции выполняют сами службы. Такая архитек тура существенно упрощает и ускоряет процесс проектирования и разработки.

По сравнению со схемой стандартного сервера ГИС-приложений здесь предлагается следующее:

– замена общих ГИС-служб прикладными ГИС-службами, что фактиче ски делает клиентские приложения еще более легкими, оставляя на их долю лишь функции передачи параметров и отрисовки изображения;

– декомпозиция сервера ГИС-приложений на простой модуль запуска ГИС-служб, прикладные ГИС-службы и систему формирования изо бражения;

– открытость сервера ГИС приложений для подключения новых при кладных ГИС-служб.

Система формирования картографического изображения. Одним из камней преткновения на пути создания распределенных прикладных геоин формационных систем являются вопросы формирования картографического изображения в клиентском приложении. Если графические данные передаются клиентам в векторном формате, то перед разработчиками неминуемо ставится задача, как выделить средства визуализации из состава ГИС и переместить их на сторону клиента, учитывая, что средства визуализации — это один из базо вых и весьма объемных компонентов любой ГИС.

В данном подходе предлагается следующее решение. Визуализация объ ектов в системе распределена по двум уровням: серверная система формиро вания изображения и клиентская система визуализации.

Серверная часть системы выделяется из прикладных ГИС-служб в от дельный компонент, объектами которого являются библиотеки условных зна ков. Задача серверной части — разбить изображение, выполненное согласно определенной легенде, на простые геометрические типы и сформировать про стейшие команды рисования, которые затем осуществят отрисовку этих типов в клиентской системе. При этом клиентские системы визуализации сущест венным образом зависят от среды реализации клиентских приложений (интер нет-приложения, DCOM-приложения, приложения для карманных компьюте ров) и, естественно, могут быть весьма различными.

Клиентская система визуализации — это объектный компонент, подклю чаемый к клиентскому приложению, в состав которого входит объект «Систе ма рисования», имеющий в своем арсенале методы рисования простых геомет рических фигур: точки, ломаной линии, окружности, полигона, прямоугольни ка и эллипса.

Для DCOM-приложений этот объект передается из клиентского приложе ния в серверную систему формирования картографического изображения в ка честве одного из параметров.

В процессе работы системы формирования изображения на сервере осу ществляется разложение графических объектов карты, соответствующих ка кой-то легенде, на простые геометрические типы клиентской системы визуа лизации. Далее через механизм обратной связи управление передается непо средственно объектам клиентской системы визуализации, которые и отрисо вывают карту в окне клиентского приложения.

Для интернет-приложений связь между клиентской и серверной частями распределенной системы осуществляется через Web-сервер посредством об мена данными в гипертекстовом формате, что делает невозможным непосред ственную передачу объектов между различными частями системы. В этом случае клиентская система визуализации реализуется, например, каким-либо plug-in-компонентом к браузеру, а Web-сервер должен иметь расширение (Web-приложение), позволяющее сформировать поток данных так, чтобы со ответствующий plug-in-компонент смог его распознать. Это расширение будет служить промежуточной системой формирования изображения, состоящей из объектов, каждый из которых записывает в формируемую HTML-страницу XML-код, соответствующий одному из базовых геометрических типов.

Преимуществом описанного архитектурного решения является обеспече ние независимости прикладных ГИС-служб от конкретных особенностей пе редачи и визуализации графических данных в клиентских приложениях и воз можность настройки системы практически на любого клиента.

В частности, для использования каких-то новых стандартов передачи век торной графики в среде Интернет достаточно всего лишь переписать объекты промежуточной системы формирования изображений так, чтобы они записы вали в HTML-страницу необходимый код. При этом прикладные ГИС-службы, реализующие логику формирования карты и работу с ней, и серверная часть системы формирования изображения не меняются.

В третьей главе рассматривается реализация предложенного подхода к созданию геоинформационного компонента территориальной информацион ной системы. Описанный подход реализован в виде программной системы, предоставляющей распределенную среду для разработки ГИС-приложений с включением нескольких готовых к использованию ГИС-служб и нескольких элементов управления для Windows и Web-приложений для отображения свя занных с картой информационных объектов. В главе описаны общие принци пы и среда функционирования системы, приведены ее основные компоненты.

В состав серверной части системы входят сервер прикладных ГИС-служб и Web-приложение, осуществляющее связь клиентских приложений с Web сервером. Сервер прикладных ГИС-служб, в свою очередь, состоит из управ ляющей программы, прикладных ГИС-служб и системы формирования изо бражения.

Для реализации ГИС-служб на нижнем уровне система использует ком понент ShapeObjects, предоставляющий набор базовых функций ГИС. Этот компонент является авторским развитием открытой библиотеки доступа к про странственным данным в формате шейп-файлов (открытый формат, разрабо танный фирмой ESRI, для хранения нетопологических векторных данных).

В состав системы в настоящей версии входят 4 готовых к использованию прикладные ГИС-службы: «Общегеографический атлас», «Социально экономический атлас», атлас «Недропользование» и «Туристический атлас».

Все эти атласы предназначены для работы на средних и мелких масштабах.

Отображаемая территория может быть административным районом, регионом, страной.

Прикладная ГИС-служба «Общегеографический атлас» в настоящей вер сии предоставляет только карты административного деления территории.

Прикладная ГИС-служба «Социально-экономический атлас» реализует атлас, карты которого отображают социально-экономическую информацию о территории. Атлас имеет достаточно разветвленную иерархическую структу ру, отражающую структуру социально-экономических показателей, и позволя ет пользователю динамически получать карты по выбранным показателям в нужном временном разрезе. Для визуализации показателей атлас использует несколько типов легенд, допуская выбор легенды нужного типа. Базовые об щегеографические слои имеют фиксированные условные обозначения, осно ванные на картографических стандартах. Основными информационными объ ектами атласа являются регионы, административные районы и города. По ка ждому из этих объектов можно запрашивать значения любых социально экономических показателей, которые будут представлены в табличном виде.

Кроме того, можно выполнять поиск этих объектов на карте и позициониро вать карты к выбранным объектам. Атлас имеет два уровня генерализации карт.

Прикладная ГИС-служба «Недропользование» реализует минералогиче ский атлас регионального уровня, в состав которого входят карты фонда недр по разным группам полезных ископаемых. Атлас использует разработанную для карт фонда недр систему условных обозначений. Основными информаци онными объектами атласа являются рудные районы, месторождения и рудо проявления, лицензионные участки. С этими объектами связаны некартогра фические информационные объекты, такие, как, лицензии и недропользовате ли. Как и в предыдущем случае, атлас может обслуживать запросы на получе ние информации по объектам карты, осуществлять поиск нужных объектов и позиционировать карты к выбранным объектам. Дополнительно предоставля ется функция подсчета запасов по выбранным территориальным единицам.

Атлас «Недропользование» также имеет 2 уровня генерализации.

Прикладная ГИС-служба «Туристический атлас» предоставляет карты достопримечательностей, туристических зон и предприятий туристического обслуживания.

При разработке сервера ГИС-приложений использовался объектно ориентированный подход. Каждая прикладная ГИС-служба реализована как программный компонент, содержащий единственный объект верхнего уровня, который представляет соответствующий тематический атлас и структуру опи сания географических слоев, формирующих карты атласа. Связанные с карта ми атласов информационные объекты также группируются в отдельные про граммные компоненты.

Управляющая программа сервера ГИС-приложений управляет обработкой клиентских запросов, передавая в клиентское приложение или в серверную часть Web-приложения, запрашиваемые объекты ГИС-служб и информацион ные объекты.

Сервер ГИС-приложений системы обеспечивает интеграцию частей рас пределенного приложения в единую систему как с использованием технологии DCOM — для небольших сетей, так и с использованием Web-технологий.

Благодаря включению в созданный программный продукт готовых к ис пользованию прикладных ГИС-служб, он может применяться и как готовое решение, не требующее дополнительного программирования, и как среда вы сокоуровневой разработки геоинформационного компонента территориальных информационных систем.

Среда функционирования системы. Сервер прикладных ГИС-служб может работать в среде ОС Windows следующих версий Windows 2000 – Windows XP.

1. Web-сервер — Microsoft Internet Information Server 5.0 и выше.

2. Поддерживаемые сетевые технологии создания распределенных приложений: — DCOM, ASP.NET 3. Технология отображения данных в Web-браузере — SVG. Отображе ние осуществляется с помощью SVG-вьюера — подключаемого мо дуля от фирмы Adobe.

Для реализации ГИС-служб на нижнем уровне первоначально использо вались средства разработчика от фирмы ESRI — MapObjects 2.2. В дальней шем реализация была перенесена на платформу с использованием свободно распространяемой библиотеки по работе с шейп-файлами. На базе этой биб лиотеки и был создан оригинальный ГИС-конструктор для реализации огра ниченной функциональности ГИС. Переход на новую платформу в рамках описанной архитектуры был совершен за сравнительно короткий промежуток времени, что является дополнительным аргументом в пользу описанного под хода.

Разработанная программная система использовалась для создания геоин формационного компонента территориальной информационной системы «Ал тай», предназначенной для целей управления и общей информации широких слоев населения.

Для территориальной информационной системы «Алтай» были опробова ны оба решения для интеграции частей распределенного приложения в единую систему: с использованием технологии DCOM и с использованием Web технологий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные выводы и результаты В ходе исследования были решены все поставленные задачи, а именно:

1. Введено разграничение понятий геоинформационной системы и тер риториальной информационной системы. Дано определение террито риальной информационной системы и геоинформационного компо нента территориальной информационной системы.

2. При анализе существующих подходов, обеспечивающих геоинфор мационную функциональность в распределенных территориальных информационных системах, выявлены их слабые стороны, стимули ровавшие поиск новых решений.

3. Разработана универсальная модель прикладной ГИС-службы как те матического электронного атласа, обеспечивающая более высокий уровень автоматизации при проектировании геоинформационного компонента территориальных информационных систем, упрощение разработки и повышение скорости работы системы за счет уменьше ния объема передаваемых данных между частями приложения.

4. Разработаны архитектура и технология создания сервера прикладных ГИС-служб. При разработке использовались следующие ключевые решения:

многоуровневая архитектура;

– использование на среднем уровне сервера прикладных ГИС – служб вместо сервера базовых ГИС-служб;

отделение системы формирования картографического изобра – жения от ГИС-служб;

разделение функций визуализации между серверной и клиент – ской частями приложений:

использование компонентно-объектного подхода при – проектировании всех компонентов сервера прикладных ГИС поддержка различных сетевых технологий для связи частей при служб;

– ложения.

5. Разработаны четыре прикладные ГИС — службы, реализующих сле дующие тематические атласы: «Общегеографический атлас», «Соци ально-экономический атлас», атлас «Недропользование» и «Туристи ческий атлас».

6. Выполнена реализация предложенного подхода для создания терри ториальной информационной системы для Алтайского края и Рес публики Алтай.

Использование предлагаемого подхода на практике показало, что он 7.

существенно упрощает разработку распределенных территориальных информационных систем, позволяя создавать гибкие и экономичные решения для каждого конкретного случая.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Михаилиди И.М. Территориальные информационные системы в природо 1.

пользовании / И.М. Михаилиди, Е.Д. Кошелева, А.А. Цхай // Ползунов ский вестник. — Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2006. — №4. — С. 285–291.

2. Михайлиди И.М. Проект создания ГИС для органов государственной вла сти — ГИС «Алтайский край» // Интеркарто 4: ГИС для оптимизации при родопользования в целях устойчивого развития территорий : труды Меж дународной конференции. — Барнаул : АГУ, 1998. — С. 485–487.

3. Барчан Г.Н. ГИС для управления фондом недр Алтайского края / Г.Н. Бар чан, И.М. Михайлиди // Геоинформатика 2000 : труды межд. научно практической конференции. — Томск : Изд-во Томского университета, 2000. — С. 153–154.

4. Михайлиди И.М. Применение WEB-технологий для создания распреде ленных ГИС // Известия АГУ.– Барнаул : Изд-во АГУ, 2002. — № 1 (23).

— С. 89– 5. Михайлиди И.М. Региональная ГИС «Недропользование» Алтайского края / И.М. Михайлиди, Г.Н. Барчан // Тезисы докладов Сибирской региональ ной ГИС-конференции / ГИС-Ассоциация. — Иркутск, 2002. — С. 38–40.

6. Михайлиди И.М. Геоинформационное обеспечение организации природ ных парков // Социально-культурные туристические ресурсы Алтайского региона. Проблемы и перспективы использования : материалы междуна родной научно-практической конференции. — Барнаул, 2004. — С. 143– 150.

7. Михаилиди И. Геоинформационные технологии в сфере туризма // Arcreview / Совместное издание ООО ДАТА+, ESRI, Leica Geosystems. — 2004. — №1 (28). — С. 22–23.

8. Михаилиди И. Использование геоинформационных технологий для рас пределения туристских потоков // «ГеоИнфо 2002». — Бурленге, Швеция.

— С. 24-25 (на англ.).

9. Красноярова Б.А. Агроэкономический анализ Алтайского края на базе ландшафтных карт в среде PC ARC/INFO. 10-я Европейская конференция пользователей ESRI. / Б.А. Красноярова, И.М. Михаилиди // — Прага, 1995. — С. IV-26-IV-29 (на англ.).

10. Красноярова Б.А. Применение ГИС-технологий для оценки природного и экономического потенциала территории. / Б.А. Красноярова, Н.А Леонова, И.М. Михаилиди // ИнтерКарто 2: ГИС для устойчивого развития окру жающей среды. — Иркутск, 1996. — С. 151-155 (на англ.).

Подписано в печать 22.11.2006г. Объем 1.5 п.л.

Печать — ризография. Тираж 100 экз. Заказ Типография АКОФ «Алтай — 21 век», ул.Матросова 120, тел: 75-72-

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.