WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

«Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Красноярский государственный университет Исследовательская кафедра биофизики Институт вычислительного моделирования СО РАН ...»

-- [ Страница 2 ] --

Инструментальные средства современных ГИС включают развитые средства организации доступа к картографическим, пространственным данным из традиционной среды разработки – систем визуального про граммирования. Использование специализированных библиотек классов позволяет в кратчайшие сроки создавать адаптированное под нужды заказ чика прикладное программное обеспечение. Все вопросы создания карт и связанных с ними баз данных решаются при этом средствами стандартных ГИС, а разрабатываемые прикладные системы обслуживают узкопрофиль ные задачи пользователя. Вспомним в этой связи библиотеку GeoConstruc tor™ и аналогичные продукты – MapX компании MapInfo, MapObjects от ESRI (линия продуктов Arc/Info).

По материалам публикаций Александра Сергеева, компания Epsylon Technologies (http://www.demo.ru).

Рис. 18. Один из вариантов организации распределенной информационной сис темы, использующей ГИС-компоненты. В верхней части рисунка представлена оргсхема потоков информации, в нижней – вариант технологической цепочки передачи данных Стремительное развитие Internet инициировало создание многих тысяч Web-сайтов и домашних страниц. Первоначально в Web использовали только текст и изображения. Появление гипертекстового языка (HTML), введение новой технологии Java и элементов управления ActiveX обеспе чили Web-разработчикам новые возможности. Web-сайты теперь включа ют в себя звук, анимацию, кино и другие активные элементы. Эти дости жения могут быть применены в ГИС и картографической сфере, что созда ет новый поток идей, действий и возможностей.

С помощью специализированных ГИС-решений для Internet сегодня мож но создавать высокоадаптированные и масштабируемые прикладные про граммы ГИС, потребность в которых очень велика. Пользователи теперь размещают свои базы данных ГИС на Web (рис. 18). Они могут эффектив но выполнять наблюдения и запросы брокера/клиента через всю сеть Web серверов. Это масштабируемое решение позволяет обслуживать карты и информацию быстро и на разнообразных архитектурах. В частности, один из ведущих производителей ГИС – ESRI – сегодня предлагает MapObjects Internet Map Server – профессиональное решение для разработчиков при ложений Internet, представляющее собой инструментальные средства соз дания на основе ГИС компонентов картографического программного обес печения для размещения в сети Internet. Продукт позволяет разработчикам создавать пространственно доступные Web-сайты для различных потреб ностей. Аналогичные программные системы появляются у конкурирую щих поставщиков ГИС.

Интеграция ГИС и Internet становится особенно актуальной в реше нии задач муниципального управления, для информационного обеспече ния которых необходима распределенная информационная система мас штаба города с оперативным доступом, содержащая картоориентирован ную информацию. Практическое использование ГИС- и Internet технологий позволяет эффективно решать различные прикладные задачи.

Поскольку основная область наших интересов – проектирование и по строение региональных и муниципальных наукоемких многопользователь ских информационных систем, то далее речь пойдет о технологиях, позво ляющих промышленно и сравнительно дешево строить такие, пока еще крайне редкие, системы с использованием ГИС- и Internet-технологий.

Александр Сергеев ввел даже специальные термины в эту область инфор матики – геоинтранетика (область геоинформатики) и информационных технологий – ГИИС (географические информационные интернет системы).

Специалисты, которые занимаются ГИС, знают одну из ключевых проблем ее развития на сегодняшнем этапе. Оперируя географически рас пределенными объектами, сами по себе геоинформационные системы ар хитектурно представляют собой, как правило, либо локальный, либо файл серверный вариант. Клиент-серверные решения, предлагаемые мировыми лидерами – производителями ГИС, сегодня чрезвычайно дороги. Среди них – Arc/Storm и SDE от ESRI, Geomedia от Intergraph, SpatialWare от MapInfo.

Прежде всего, с этой проблемой сталкиваются разработчики муници пальных и региональных кадастровых систем, в которых необходимо од новременное внесение изменений и дополнений в кадастровую базу дан ных юридически разными организациями. Из такой постановки вопроса сразу же возникает множество коллизий. Кто платит за вносимую инфор мацию? Платит ли тот, кто в данный момент ее извлекает? Можно ли соз дать механизм ответственности (типа электронной подписи) за вносимую в систему информацию? Как разграничить доступ к секретной, ДСП и про сто информации? Как организовать механизм блокировок от одновремен ного доступа к одной и той же порции информации? Требования по на дежности и целостности информации в многопользовательских системах также возрастают многократно.

Обсудим некоторые технологические возможности решения выше обозначенных проблем.

7.1. Локальная ГИС В случае локальной ГИС, то есть геоинформационной программы, работающей на одном компьютере, файлы с геоинформацией располагают ся на том же компьютере, что и программа. Приложение монопольно рас поряжается информацией, и говорить тут, с точки зрения проблем построе ния многопользовательских ГИС, в общем-то, не о чем. Это не средство решения упомянутых проблем, это лишь один из возможных инструмен тов, а проблемы придется решать другими способами.

7.2. Несколько пользователей разделяют один ком плект файлов с геоинформацией Немножко усложним предыдущий пример. Если программное обеспе чение ГИС написано правильно, вполне возможно будет организовать ра бочие места в локальной сети таким образом, чтобы пользователи ГИС могли разделять файлы, в которых хранится геоинформация. Это уже под разумевает наличие определенной дисциплины, закладываемой в про граммное обеспечение приложения – блокировки файловой информации, а, возможно, и логических объектов, с которыми пользователь производит действия. Большинство современных ГИС поддерживает такой режим ра боты. Архитектуру таких систем называют архитектурой “файл-сервер”.

Однако нетрудно догадаться, что энергичная совместная работа не скольких компьютеров в локальной сети над одним комплектом файлов с геоинформацией приведет к перегрузке локальной сети по трафику. Гео информация не отличается особой лаконичностью – для отображения даже совсем простого района с небольшим количеством слоев и объектов требу ется перемещение мегабайтов информации с разделяемого винчестера на компьютер даже в случае простейших действий пользователя.

Практика показывает, что говорить об одновременной интенсивной работе более пяти пользователей не приходится – получается очень мед ленно. Кроме того, имеется еще один аспект. Для хранения и отображения геоинформации обычно используют специализированный формат файлов.

Применение отлаженной десятилетиями технологии реляционных баз дан ных представляется весьма проблематичным – картографические данные плохо укладываются в реляционную схему. Индексация данных в ГИС обычно основана на иных принципах.

Здесь не утверждается, что в реляционную базу данных (БД) нельзя уложить картографическую БД – такие примеры есть, и даже довольно удачные. Но если мы говорим о ГИС с максимальным быстродействием, о реляционной БД придется забыть.

Чаще всего с изобразительной информацией связаны и структуриро ванные данные. К примеру, с областью, выделенной определенным цве том, связывается информация о названии района, его численных характе ристиках и т.п. Для того чтобы найти эту информацию на карте, ее удобнее хранить непосредственно среди картографических данных. А для того, чтобы можно было оперировать совокупной информацией о таких рай онах, ее следовало бы положить в реляционные таблицы.

Нет никаких принципиальных ограничений для того, чтобы одно и то же приложение одновременно оперировало реляционной и картографиче ской информацией. Для того чтобы сохранить целостность данных, в фай ле с картографической информацией каждому имеющему значение объек ту приписывают уникальный идентификатор. Этот же уникальный иден тификатор хранится в соответствующем поле реляционной таблицы.

Таким решением мы добиваемся существенных преимуществ в при кладной системе. Когда необходимо произвести операцию с изображени ем, мы пользуемся преимуществами специализированной структуры дан ных ГИС, а когда проводят операции со структурированной информацией, приписанной графическим объектам, удобнее реляционная схема хранения информации. Контроль за целостностью данных при этом возлагается на программу.

7.3. Геоинформационные системы с большим количе ством пользователей Для того чтобы строить геоинформационные системы, рассчитанные на одновременную работу большого количества пользователей, необходи мо вводить новые технологии. Можно обратиться к опыту построения многопользовательских информационных систем на основе SQL-серверов.

Насколько подходит этот опыт для случая ГИС – вопрос пока остается от крытым.

Основная идея многопользовательской системы на основе SQL сервера состоит в том, что надежность хранения и оперирования данными обеспечивается специальным серверным механизмом, а сетевой трафик минимизируется за счет того, что клиентскому приложению передается только результирующий набор данных. За счет того, что к файлам данных имеет доступ только одно, хотя и многопользовательское, приложение (собственно SQL-сервер), возникают и дополнительные преимущества.

Пользователи, обращающиеся к реляционным данным, могут отличаться по правам доступа. В результате при обращении пользователей с различ ными правами с одним и тем же запросом к одной и той же базе данных, SQL-сервер в зависимости от прав пользователя может выдать в ответ раз ные наборы информации. На сегодняшний момент программных продук тов, реализующих для ГИС функциональность, аналогичную функцио нальности SQL-серверов, на рынке software не существует.

Конечно, было бы заманчиво ввести геоинформационную функцио нальность непосредственно в SQL-сервер, и такие попытки уже предпри няты (например, компанией Oracle и др.), однако заметим важное отличие геоинформации от реляционной информации.

Результатом SQL-запроса является либо небольшой набор данных, либо набор данных значительных размеров, который чаще всего нет необ ходимости целиком перемещать на клиентское приложение. В случае ГИС в результате запроса, аналогичного SQL, мы всегда получаем набор дан ных, перемещение которых на клиентское приложение связано со значи тельными затратами – их очень много даже для случая ненасыщенной кар ты. Кроме того, общепринятых стандартов на язык запросов для ГИС пока не существует (в отличие от стандарта на SQL).

Именно эта особенность геоинформационных данных послужила при чиной практического отсутствия геоинформационных решений на основе SQL – такие решения имеют весьма слабую практическую ценность.

Однако, необходимость построения многопользовательских ГИС су ществует. Поэтому, как только появились альтернативные технологии (имеются в виду многозвенные решения internet/intranet), возникли и про граммные продукты, более или менее удачно решающие проблему по строения многопользовательских геоинформационных систем.

7.4. Технологии internet/intranet Своему успеху и распространению интернет обязан гипертекстовому подходу. Интернет состоит из огромного количества серверов, в частности Web-серверов, которые выполняют пользовательские запросы (URL) вида.

Http здесь – это название протокола, www.company.com – название сервера, а resource.html – как правило, название гипертекстового файла. На сегодня практически все серверы имеют расширения, позволяющие по за просу выдавать не статические гипертекстовые файлы, а “подсовывать” динамически формируемую информацию. Наибольшее распространение получил стандарт CGI, однако существует еще около 50 более удачных, но менее распространенных стандартов расширения функциональности Web сервера.

В применении к ГИС архитектура возможной системы выглядит так:

Web-сервер принимает пользовательские запросы, которые передаются CGI-процессу или процессу, который управляется сервером при помощи другого стандарта. Часть запроса содержит параметры, в зависимости от которых формируется изображение.

Таким образом, исполняющий механизм геоинформационной системы работает под управлением сервера. Его задачей является формирование изображения по пользовательскому запросу и передача сформированного изображения серверу, который берет на себя функции приема запроса и передачи ответа.

Применение CGI существенно замедляет и без того медленную систе му. CGI устроен так, что каждый раз по запросу пользователя порождает новый процесс, а по завершении выполнения запроса уничтожает процесс.

В случае интенсивной пользовательской загрузки сервер проделывает мас су лишней работы, и, кроме того, не сохраняет контекста, в котором рабо тает пользователь.

Изображение, сформированное сервером, чаще всего представляет со бой матричную картинку в формате GIF, JPEG или PNG, хотя встречаются и решения с передачей непосредственно векторной информацией. Если изображение передано в виде матричной картинки, то это удобно прежде всего тем, что любой Web-браузер может непосредственно отображать та кую информацию. Однако для того, чтобы произвести любую мало мальски сложную операцию с таким изображением (например, изменить масштаб изображения), необходимо заново формировать запрос на сервер и ожидать загрузки новой картинки. Если некоторые операции предоста вить клиентской части, то появляется возможность манипуляции с картин кой без обращения к серверу. Самый главный вопрос, однако, как готовить приложения для публикации их в интернет или интранет?

В настоящее время существует несколько инструментов, предлагаю щих решение этой проблемы. Все они так или иначе предлагают свой соб ственный способ решения проблемы. Далее мы будем рассматривать ре шения, предлагаемые таким инструментом, как Baikonur GIS Toolkit. Визу альное проектирование при помощи компонент и эффективность кода по лученного приложения – немаловажные достоинства этого продукта. Эф фективность особенно важна, так как система, которая получается в ре зультате, будет работать в многопользовательском режиме, и от произво Рис. 19. Создание приложения для Internet в визуальной среде разработки Bor land Delphi с помощью библиотеки Baikonur GIS Toolkit дительности ГИС инструмента зависит производительность системы в це лом. На рис. 19 приведен этап разработки такой системы.

Компоненты Baikonur GIS Toolkit можно использовать как для по строения интранет-варианта системы (с выводом через интернет-браузер), так и для ГИС, которая будет работать на локальном компьютере.

Когда мы работаем над интернет-вариантом приложения, все визуаль ные компоненты, которые мы применяем в приложении (ГИС-компонен ты, кнопки, надписи и т.п.), должны уметь работать с сервером Baikonur. В данный момент это компоненты из библиотек, поставляющихся с серве ром, и компоненты из Baikonur GIS Toolkit.

Из рис. 19 видно, что проектирование сводится к размещению визу альных компонентов на форме и программированию кода реакций на со бытия (нажатия кнопок, позиционированию, ввода данных и т.п.).

Для того чтобы получившаяся система могла работать сразу с не сколькими пользователями одновременно, мы устанавливаем свойство “multiuser” в связной компоненте THTMLControl в True (это дает знать серверу, что приложение “обучено” работать в многопользовательском режиме) и при подключении или отключении нового пользователя в каче стве обработчиков соответствующих событий невизуального компонента THTMLControl пишем код, создающий или уничтожающий новый экземп ляр формы, с которой работает каждый пользователь.

В результате получается следующее (рис. 20).

Рис. 20. Выполнение ГИС-приложения на web-сервере Baikonur. Пользова тельский интерфейс осуществляется через стандартную программу-броузер Internet Мы видим, что форма, которую проектировали в design time, появи лась у удаленного пользователя, зашедшего на Web-узел www.demo.ru и набравшего URL только что скомпилированного нами приложения. На сколько быстро все это работает и сколько реальных пользователей может быть у такой системы?

В случае интернет (а Web-узел www.demo.ru имеет выделенный канал 64К) загрузить компьютер более чем десятком одновременно работающих пользователей нам не удавалось – мешала пропускная способность канала.

В случае перемещения этой технологии в локальную сеть можно говорить о нескольких десятках (а то и сотен!!!) одновременно работающих пользо вателей.

Мы можем при помощи ручного программирования вводить смысло вые блокировки при введении разными пользователями противоречащих друг другу данных (я уже говорил здесь, что универсального инструмента вроде SQL-сервера для ГИС пока не существует) и таким образом поддер живать целостность данных в картографической базе.

Самым главным ограничением применения такой технологии служит даже не трафик, а слабые интерактивные возможности клиентского места.

За универсальность (использование стандартного браузера) приходится платить отсутствием той интерактивности и реактивности, к которой уже привык пользователь локальной ГИС.

В чем же выход? Перед тем, как дать ответ на этот вопрос, приведем еще один пример использования Baikonur GIS Toolkit в многопользова тельской системе.

Это совершенно особый класс многопользовательских ГИС – геомо ниторинговые системы.

В отличие от предыдущей архитектуры, где множество пользователей картографических данных обращается к информации на общем сервере, архитектура геомониторинговой системы подразумевает сбор информации со множества удаленных источников данных, преобразование этих данных для отображения на электронной карте и затем возможное отображение динамически меняющейся ситуации на центральном диспетчерском пунк те.

В последнем случае пользователь картографической информации по сути один (на самом деле их может быть много, но оставим это предполо жение для того, чтобы не валить все в кучу). На центральном пункте ото бражаются результаты сбора информации тотчас после поступления этой информации в систему. Примеров систем, собирающих данные сразу со многих мест и требующих немедленного реагирования на возникающие ситуации, можно привести множество (центральный диспетчерский пункт энергосистемы, военные системы, крупная торговая компания, обладаю щей большим количеством филиалов и т.д.).

На рис. 21 в систему с центральным пунктом стекаются данный о по Рис. 21. Компоненты Baikonur GIS Toolkit используются не в интернет-режиме (через браузер), а напрямую, для создания интерактивного изображения летных маршрутах сразу из многих мест. Центральный диспетчер может проанализировать маршрут, просмотреть трехмерный рельеф местности в зоне полета, проанализировать возможные факторы, препятствующие осуществлению полета, даже промоделировать то, что будет видеть пилот в случае изменения высоты. Для того чтобы создавать программы, обла дающие подобной интерактивностью, компоненты Baikonur GIS Toolkit используют не в интернет-режиме (через браузер), а напрямую.

Размышляя над приведенными примерами, мы можем прийти к не ожиданному выводу – нет никаких принципиальных ограничений для осуществления многопользовательской геоинформационной системы с клиентскими местами, обеспечивающими значительную интерактивность.

Надо всего лишь обеспечить централизованный механизм блокировок, транзакций и синхронизации, причем этот механизм может быть даже не связан с семантическими особенностями механизма конкретной ГИС.

Заключение Представленные в настоящем учебном пособии материалы по про граммному обеспечению и технологиям геоинформационных систем ори ентированы в первую очередь на студентов и специалистов, перед которы ми стоит задача практической реализации ГИС-проекта. Прежде всего имеется в виду проектная деятельность, направленная на решение науко емких территориально-ориентированных задач. Для успешной реализации таких проектов требуется не просто умение работать с ГИС конечного пользователя, но и квалифицированное владение инструментарием ГИС. В ряде случаев для решения прикладных задач пространственного анализа информации, хранящейся в базах данных, необходимы навыки использо вания ГИС-компонент в составе интегрированных визуальных сред про граммирования.

Быстрое развитие высокоскоростных телекоммуникационных каналов и рост производительности вычислительных ресурсов корпоративных се тей открывает перспективу развития многопользовательских ГИС. По требность в системах ГИС этого типа уже сейчас ощущается в задачах ре гионального и муниципального управления, комплексной оценки состоя ния территорий и т.п. Для этого далеко не всегда подходят стандартные решения, предлагаемые фирмами-производителями программного обеспе чения. Зачастую приходится искать новые программные решения, адекват ные проблеме, и использовать широкий арсенал инструментальных про граммных средств, знание геоинформационных технологий (вплоть до форматов представления и обмена данных), технологий Internet и клиент сервер.

Невозможно освоить арсенал весь предлагаемых средств, да и не нужно. Важно научиться использовать те, которые позволят наиболее эф фективным образом решить поставленную проблему. Предлагаемые в по собии технологии использовались авторами для организации работ сту денческих коллективов, работавших в Межвузовском центре информаци онных технологий в экологическом образовании и Межвузовском ГИС центре, деятельность которых была поддержана проектами № 162 и ФЦП «Интеграция». Практика показала эффективность проектной формы обучения. Во всех выполненных работах получены реальные результаты, а студенты приобрели необходимые знания и навыки.

Геоинформационные системы совсем недавно стали доступными широкому кругу пользователей, но их роль в развитии подходов к по строению информационных систем и решении прикладных задач сегодня нельзя недооценивать. Хотелось бы надеяться, что материалы, представ ленные в данном пособии, помогут читателю сориентироваться в этом ди намично меняющимся мире программ и технологий.

Контрольные вопросы 1. Перечислите области применения геоинформационных систем.

2. Из каких основных компонентов состоит программное обеспе чение ГИС конечного пользователя?

3. Назовите структуры данных, используемые в ГИС. Зачем нужна связь пространственных и атрибутивных данных?

4. Расскажите о пространственных данных в ГИС. Каковы особен ности использования обменных форматов?

5. Какие проблемы возникают при обработке и анализе данных при эксплуатации ГИС?

6. Приведите классификацию программных средств ГИС.

7. Сформулируйте основные характеристики программного обес печения для создания цифровых карт (векторизаторы).

8. Какими инструментальными средствами обладают современные ГИС?

9. Перечислите основные функции пространственного анализа гео информационных систем.

10. Какие модели пространственных данных используются в геоинформационных системах?

11. Охарактеризуйте средства разработки ГИС-приложений.

12. Расскажите об инструментальных библиотеках ГИС и их внед рении в среду разработки.

13. Как осуществляется привязка внешних баз данных в среду ГИС?

14. Как функции тематического картографирования используются в задачах анализа данных.

15. Перечислите популярные геоинформационные системы конеч ного пользователя.

Литература 1. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Фи нансы и статистика, 1998.

2. Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС: Учебное пособие.

Изд. 2-е испр. и доп. М., 1997.

3. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Ч. 1 Теоретическая геоинфор матика. Вып. 1, М.: СП «Дата+», 1998.

4. Берлянт А.М. Геоиконика. М., 1996. 208 с.

5. Тикунов В.С. Моделирование в картографии: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1997. 405 с.

6. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М., 1997. 295 с.

7. Кошкаров А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика. М: Картгеоцентр:

Геоиздат, 1993.

8. Программно-аппаратное обеспечение, фонд цифрового материала, услуги и нормативно-правовая база геоинформатики. Ежегодный обзор. Вып. 3 (1996–1997, в 2х т.). Приложение к «Информационному бюллютеню» ГИС-Ассоциации. М.: ГИС-Ассоциация.

9. Информационный бюллютень. Журнал. – М.: ГИС-Ассоциация, 1995 1998.

10. ГИС-Обозрение. Журнал по современным геоинформационным технологиям. – М.: Гипрогор, 1995-1998.

11. Картография на рубеже тысячелетий. Докл. 1-й Всеросс. научн.

конф. по картографии (Москва, 7–10 октября 1997 г.). М., 1997. 614 с.

12. Геоинформатика и образование. Материалы 2-ой Всеросс. конферен ции. – М.: ГИС-Ассоциация, 1998. 146 с.

13. Телеконференции comp.infosystems.gis, ru.geosystem.

14. http://www.ru/gisa – Web-сервер ГИС-Ассоциации.

15. http://www.glasnet.ru/~giprogor – Web-страница журнала «ГИС-Обозре ние».

16. http://geocnt.geonet.ru/ – Web-сервер ЦГИ ИГ РАН, разработчика семей ства ГИС GeoDraw/GeoGraph/GeoConstructor.

17. http://www.demo.ru/ – Web-сервер компании Epsylon Technologies, про граммное обеспечение Baikonur Web Application Server.

18. http://panorama.demo.ru/ – Web-сервер, посвященный программному обеспечению ГИС Panorama.

19. http://www.dataplus.ru/ – Web-сервер СП «Дата+», представляющего на российском рынке семейство ГИС ESRI и др. фирм: ArcView, Arc/Info, Erdas Imagine, … 20. http://www.mapinfo.com/ – Web-сервер корпорации MapInfo, разработчи ка одной из самых популярных ГИС в мире.

Научное издание Сергей Сергеевич Замай, Олег Эдуардович Якубайлик Программное обеспечение и технологии геоинформационных систем Учебное пособие Лицензия ЛР № 020372 от 29.01.97 г.

Подписано в печать Формат 6084/ Бумага тип.

Печать офсетная Усл. печ. л. 4, Уч.-изд. л. 4, Тираж 200 экз. Заказ Цена договорная Издательский центр Красноярского государственного университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.