Содержание к диссертации
Введение
1. Концепция корпоративных интеллектных систем обработки пространственно-распределенных данных в задачах управления регионом 38
1.1. Информационные технологии в задачах управления регионом 39
1.2. Технология корпоративных информационных систем 43
1.3. Цифровое картографирование в задачах управления регионом 46
1.4. Геоинформационные технологии 49
1.5. Распределенная обработка геоданных 55
1.5.1. Технологические основы интеграции приложений 58
1.5.2. Формализм описания корпоративных геоданных 59
1.6. Интеграция ГИС и Интернет-технологий 62
1.6.1. Интеграция ГИС и Интернет-технологий на основе СОМ 65
1.6.2. Интеграция ГИС и Интернет-технологий на основе DCOM 76
1.7. Интеллектные технологии обработки пространственно-распределенных данных 81
2. Архитектуры корпоративных систем обработки ПРД 94
2.1. Архитектура корпоративной системы для ГИС Maplnfo на основе технологии СОМ 95
2.2. Архитектура корпоративной системы для ГИС Maplnfo и КАМАТ на основе технологии DCOM 99
3. Архитектура интеллектных корпоративных систем обработки пространственно-распределенных данных 103
3.1. Представление знаний на основе DBF форматов 104
3.2. Формализм позитивно-образованных формул для интеллектулизации ГИС. 109
3.3. Многокритериальная оптимизация как средство интеллектулизации систем обработки ПРД 114
4. Программная реализация системы 116
4.1. Программная реализация системы в случае использования на ГИС-сервере ГИС Maplnfo 116
4.1.1. Программная реализация системы для ГИС Maplnfo на основе технологии СОМ 116
4.1.2. Программная реализация системы для ГИС Maplnfo на основе технологии DCOM 121
4.2. Программная реализация организации корпоративного доступа для ГИС КАМАТ 124
OLE-интерфейс 141
5. Построение ГИС органов власти Иркутской области на основе технологий корпоративных интеллекных систем обработки пространственно-распределенных данных 147
5.1. Основные направления создания ГИС ОГВ 147
5.2. Структуры ГИС ОГВ Иркутской области 149
5.2.1. ГИС ОГВ ИО "Электрические сети Иркутской области 500-10 Квольт", "Опорные предприятия Иркутской области" 157
5.2.2. ГИС ОГВ ИО "Историко-культурное картирование Иркутской области" 159
5.2.3. ГИС ОГВ ИО "Предприятия Иркутской области, имеющие потенциальную возможность возникновения ЧС с нанесением экологического ущерба" 164
6. Автоматизация построения моделей динамики природных ресурсов 172
Заключение 182
- Распределенная обработка геоданных
- Интеграция ГИС и Интернет-технологий
- Программная реализация организации корпоративного доступа для ГИС КАМАТ
- Структуры ГИС ОГВ Иркутской области
Введение к работе
В конце двадцатого столетия одной из главных особенностей, определяющих развитие цивилизации, явилась необычайно возросшая мощь информационных и коммуникационных технологий. Происходит переход к информационному обществу, в том числе в сфере государственной власти и управления с целью повышения качества подготовки и принятия решений. Так, информационные модели, построенные на цифровых картах, используются сегодня все шире в различных задачах управления, отражая воспроизводственные процессы территориально-распределенных ресурсов (материальных, финансовых, природных, трудовых) и динамику их изменений.
Информационная политика в России разрабатывается и реализуется на следующих пяти уровнях, организованных и взаимодействующих в горизонтальных разрезах (территориально-распределенные связи) и вертикальных (иерархические связи соподчиненности): индивидуальном, отдельного хозяйствующего субъекта, региональном, отраслевом, государственном (федеральном). Важнейшим системообразующим фактором, например, является агрегирование пространственно-распределенных данных (ПРД) и решений от уровня к уровню. В целом же, обобщение и комплексирование данных, а также формирование и выбор альтернативных вариантов управленческих решений на основе технологий вычислительного моделирования, поиска логического вывода, многокритериального принятия решений и цифровых коммуникаций позволяют поддержать системный подход к построению информационных систем и систем поддержки принятия решений органами государственной власти и управления (ОГВ). Один из первых циклов исследований в этих направлениях выполнен в Международном институте прикладного системного анализа (K.Fedra, Лаксенбург, Австрия) еще в середине 80-х годов, хотя каких-либо полных технологий, закрывающих проблему эффективной технологической поддержке указанной деятельности нет. Эффективное и полное решение проблемы еще далеко от завершения. Да и вряд ли в будущем кто-либо сможет сказать в этой сфере, что последнее слово принадлежит ему.
Данная диссертация посвящена продвижению решения проблемы в части создания корпоративной (т.е. функционирующей в рамках глобальных и/или локальных вычислительных сетей и предоставляющий своим пользователям особые корпоративно-технологические возможности) интеллектной (т.е. обеспечивающей поддержку процессов подготовки и принятия решений на основе методов искусственного интеллекта) технологии обработки распределенного информационного ресурса, аккумулируемого пространственно (территориально и иерархически), с ее апробацией на региональных управленческих задачах. Использование такой технологии должно поддержать, помимо прочего, решение следующих важных информационно-аналитических задач ОГВ:
- анализ существа проблем путем выделения наиболее существенных факторов, обнаружения причинно-следственных связей, прогнозирования возможных последствий реализации вариантов управленческих решений на основе математического моделирования с использованием методов и систем логического вывода;
- выработку рекомендаций и условий по достижению желаемых результатов, альтернативных вариантов управленческих решений, поиск компромисса и выделение наиболее предпочтительных решений по набору обычно противоречащих друг другу критериев на основе методов многокритериальной оптимизации.
Основополагающими работами для создания удовлетворяющей указанным потребностям технологии явились работы ряда ведущих специалистов в области ГИС, распределенной обработки данных, многокритериального принятия решений и интеллектуализации программных систем (Берлянт A.M., Васильев С.Н, Воробьев В.В., Калиниченко Л.А., Кошкарев А.В., Ларичев О.И., Ноженкова Л.Ф., Подиновский B.B., Свентэк Ю.В., Симонов А.В., Тикунов B.C., Федотов A.M., Fedra К., Date C.J. и многие др).
Рассмотрим состояние проблемы, решаемой в диссертации.
Развитие сетевых технологий, Интернет, разнообразие информации и функций обработки, желание учесть особенности пользователя и многие другие причины ставят перед специалистами, создающими корпоративные и другие информационные ресурсы, задачи по синтезу различных информационных технологий. В качестве системообразующей, для организации удаленного доступа к таким ресурсам многими авторами рассматривается WWW1-технология. Заметим, что в рамках этой технологии имеется возможность создавать корпоративные ресурсы, используя возможность протоколов HTTP2 и FTP3 и их комбинации, подключая СУБД, их приложения, а также другие "внешние" программы, работающие на основе таких решений, как CGI4, ISAPI5, и др. При включении в состав клиентского обеспечения так называемых модулей Plug-in обеспечивается возможность прямого просмотра и работы с документами, выполненными в иных, нежели HTML6, форматах (SWF7, SVG8, VRML9 и т.д.). Использование языков JAVA, Delphi, C++ позволяет создавать оригинальные интерфейсные и иные приложения, которые позволяют существенно разнообразить способы работы с информацией в режиме удаленного доступа. Весь представленный спектр технологий используется и при создании корпоративных ресурсов, включающих ПРД, на основе интеграции WWW- и ГИС-технологий.
Под термином "геоинформационная система" (ГИС) здесь и далее понимается компьютерная информационная система для обработки пространственно распределенных данных о Земле (характеризующих различные аспекты - природные ресурсы, ландшафты, экология, урбанизация и пр.) основой интеграции которых служит географическая информация. Среди лидеров коммерческих ГИС можно выделить фирмы ESRI (системы Arclnfo, Arc View, IMS, SDE), Maplnfo (Maplnfo, MapXsite), Autodesk (Autodesk MapGuide), Intergraph (GeoMedia), CadDY (CadDY). Наиболее успешные коммерческие разработки в нашей стране представлены фирмами GeoCad, ИГ РАН (GeoDraw), ГИС Sinteks ABRIS (ТРИСОФТ), ГИС ПАРК (Ланэко), ГИС ПАНОРАМА (КБ ПАНОРАМА).
ПРД, в отличие от многих других данных, имеют довольно устоявшуюся структуру, накоплены разнообразные методические и технологические решения их представления и обработки. Но до не давнего времени практически отсутствовала возможность их публикации в Интернет, и только благодаря появлению новых каналов связи и развитию микроэлектронной базы ЭВМ появились десятки WWW-серверов, содержащих ПРД, в частности, топографические данные. До настоящего времени эти серверы обеспечивали выбор и просмотр заранее определенного набора изображений в графических форматах. Такая организация работ учитывала невысокую пропускную способность телекоммуникационного канала и имела следующие достоинства: простота публикации, низкие требования к аппаратному обеспечению сервера, использование клиентом стандартного браузера. С учетом дальнейшего развития коммуникационных каналов в настоящее время активно начали применяться при создании информационных систем для ОГВ такие современные информационные технологии, как Интернет/Интранет технологии, "клиент-серверные" технологии и ГИС-технологии. Указанные выше технологии обеспечивают сопряжение различных типов информационных серверов (SQL, WWW и т.д.) как в составе одного информационного узла, так и находящихся в различных информационных узлах региональной компьютерной сети. В последнее время активно развивается направление формализации описания данных на основе XML (подмножества SGML11), т.е. создания языков разметки с элементами и атрибутами, адаптированными под специфические особенности решаемых задач, в частности задач формирования документов. Применение данного подхода позволяет плоскую модель данных (принятую в HTML-документах) превратить на основе введенных элементов описания в сложную иерархическую систему с множеством возможных связей между элементами и достигнуть кардинального снижения себестоимости разработки информационных проектов (имеется в виду стоимость поддержки и масштабирования). Для представления ПРД Консорциум геоданных открытых систем OGISC предложил язык картографической разметки GML13, разработанный на основе XML. Компанией Autodesk разработана спецификация LandXML - расширение языка XML в области землеустройства, геодезии и генпланирования, предоставляющая возможность обмениваться данными разных платформ проектирования. В настоящее время XML становится стандартом обмена информацией, который поддерживается все большим количеством программных систем, включая последние версии браузеров и СУБД.
В соответствии с общей тенденцией активного внедрения сетевых технологий, производится разработка новых корпоративных геоинформационных технологий, расширяющих функциональную обработку коллективом пользователей единого набора ПРД в рамках локальных и/или глобальных сетей. Тем самым создаются технологические предпосылки для построения территориально-распределенных, проблемно-ориентированных и корпоративных информационных сетей и систем в виде логических и других надстроек над единой телекоммуникационной средой. В частности, к уже традиционным функциям ГИС, реализующим элементарные операции над картами (масштабирование, сдвиг, ввод и модификация объектов, а также задание слоев, вывод атрибутивной информации об объекте и др.), добавляются новые возможности: формирование сложных запросов, вычислительное моделирование и т.п. Кроме того, существует ряд ГИС-задач, эффективное решение которых, применяя традиционные средства ГИС и даже в сочетании с аппаратом численного моделирования, получить достаточно трудно (даже когда известно, в каком классе математических моделей следует проводить их идентификацию силами как специалистов по моделированию, так и экспертов той предметной области, к которой относятся моделируемые объекты). Таковой, например, может оказаться задача моделирования процессов динамики той или иной природной среды, когда в качестве верхнего уровня моделирования требуются те или иные методы искусственного интеллекта, позволяющие поднять степень автоматизированности решения задачи параметрической идентификации системы дифференциальных уравнений динамики древостоя, с учетом управляющих воздействий (лесонасаждения и рубки) и неконтролируемых факторов (пожары, заболевания леса от вредителей и т.п.). В этих и других задачах (например, распознавания образов при обработке данных дистанционного зондирования) полезны как алгоритмы, так и исчисления (логические, продукционные и др.), по-существу являющиеся «исчислениями возможностей» и позволяющие заменить процедурный (алгоритмический) стиль решения, предполагающий профессиональное программирование, на декларативный стиль, приближенный к конечному пользователю и предполагающий ввод задачи в терминах «что дано» и «что требуется» без явного указания алгоритма решения (решение ищется средствами искусственного интеллекта).
Другим средством интеллектуализации информационных технологий поддержки управленческих решений являются новые средства многокритериального принятия решений, способные работать в слабоструктурированной среде, в частности, когда задача многокритериального выбора формализуется заданием только обобщенных ранжировок альтернативных решений по каждому критерию, т.е. таких, в которых предпочтение задается лишь качественно («строго предпочтительнее», «равноценны»).
Указанные выше потребности автоматизации и интеллектуализации решения задач возникают в самых разных задачах поддержки управленческих решений. Эти задачи часто характеризуются также большими объемами и разветвленной структурой данных, сложными связями подсистем, неполнотой и неточностью исходной информации.
Необходим новый подход к реализации крупных ГИС-проектов, основанный на технологических решениях, которые обеспечивают значительное повышение эффективности создаваемых систем путем создания единого корпоративного поля данных и использования более мощных средств интеллектуализации этих систем с применением знаний экспертов, формализованных в разной степени.
В результате обзора, приведенного во введении диссертации, сформулирована совокупность требований к разрабатываемой технологии. Методы и средства данной технологии для снижения трудоемкости процессов накопления и обработки данных, повышения надежности и оперативности, а также обоснованности принимаемых управленческих решений должны:
1) реализовывать корпоративную обработку ПРД в глобальных и/или локальных сетях на основе Интернет/Интранет-технологий;
2) обеспечивать межклиентское взаимодействие по схеме "клиент!-...-клиентп-сервер", с использованием ПРД сервера и клиентов;
3) обеспечивать формализацию описания корпоративного поля ПРД;
4) обеспечивать возможность использования машины вывода и вычислительного моделирования для обработки экспертных знаний, ПРД и генерирования альтернативных вариантов управленческих решений;
5) использовать многокритериальный выбор решений, в том числе в слабоструктурированной среде, когда критерии задаются качественно - в виде отношений предпочтения;
6) обеспечивать дружественность интерфейса с пользователем;
7) предоставлять возможность независимого ввода данных от системы обработки и визуализации ПРД;
8) реализовывать администрирование системы только на сервере;
9) обеспечивать разнообразность форм представления результатов (в виде таблиц, графиков, карт).
Целью диссертации является разработка корпоративной интеллектной технологии обработки пространственно-распределенных данных, позволяющей повысить эффективность подготовки, анализа и принятия решений в задачах управления регионом и природопользования на основе применения распределенной обработки данных и методов искусственного интеллекта.
Основная идея работы заключается в использовании механизмов распределенной модели многокомпонентных объектов (DCOM) для организации взаимодействия с ГИС-клиентами и обмена информацией между процессами в среде Windows для реализации ГИС-сервера (OLE-automation), концепции расширяемого языка разметки (XML) для описания корпоративного пространства данных, возможностей логических методов, вычислительного моделирования для генерирования множества альтернативных решений и многокритериальной оптимизации для сужения его на основе качественных оценок.
Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий:
- методы математического моделирования динамических систем с конечным числом состояний;
- методы автоматического доказательства теорем;
- методы формирования и анализа системы целей;
- методы многокритериальной оценки альтернатив;
- методы проектирования концептуальных и логических схем БД, организации среды хранения данных, планирование путей доступа к данным;
- методы формализации информационных и функциональных требований к информационным системам (CASE);
- методы создания программных комплексов для функционирования в Интернет/Интранет (DCOM);
- методы пространственного анализа, сбора, хранения, преобразования, отображения и доступа пространственно-распределенных данных.
Основные научные положения, защищаемые автором:
- корпоративная интеллектная технология обработки пространственно-распределенных данных обеспечивает повышение эффективности подготовки, анализа и принятия решений в задачах управления регионом на основе применения распределенной обработки данных (атрибутивных и картографических), методов логического вывода и многокритериального принятия решений;
- формализация описания корпоративного поля обеспечивает реализацию абстрактного хранилища метаданных о корпоративных пространственно-распределенных данных;
- реализация корпоративной обработки пространственно-распределенных данных в глобальных и/или локальных сетях на основе Интернет/Интранет-технологий с обеспечением межклиентского взаимодействия по схеме "клиенті-...-клиентп-сервер", используя пространственно-распределенные данные сервера и клиентов обеспечивает создание динамически связанных компонент, расположенных на различных компьютерах (в локальных и/или глобальных сетях) и совместное использование данных (атрибутных и картографических) распределенных, в том числе, и по клиентам;
- инкорпорирование логического вывода (по-формул) и автоматизации процессов вычислительного моделирования при обработке пространственно-распределенных данных позволяет на основе формализованных знаний провести генерирование альтернативных вариантов управленческих решений;
инкорпорирование многокритериального выбора решений на основе качественных оценок с сужением парето-оптимального множества позволяет представить пользователю специалисту значительно сокращенную выборку альтернатив; разработка продукционного подхода к обработке экспертных знаний с формализацией с использованием файлов в формате dbf повышает эффективность обработки пространственно-распределенных данных;
подсистемы геоинформационной системы органов власти и управления Иркутской области "Социально-экономический паспорт территории", "Жилищно-коммунальное хозяйство", "Электрические сети напряжением 500кВ -ЮкВ ", "Опорные предприятия", "Экологически опасные предприятия", "Культурно-историческое наследие";
автоматизация построения вычислительных моделей для моделирования динамики управления древостоем, как одного класса математических моделей динамики природных ресурсов и окружающей среды, с последующим применением созданных моделей для прогнозирования и многокритериальной оптимизации вариантов природопользования.
Достоверность. Научные положения и выводы обоснованы: корректным применением опубликованных методов логического вывода и многокритериального выбора решений;
использованием известных механизмов и методов построения корпоративных систем;
преимуществами разработанной технологии над отечественными и зарубежными аналогами;
применением разработанных систем в ОГВ администрации Иркутской области для подготовки и принятия управленческих решений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- вскрыты (исследованы) основные тенденции развития технологий обработки пространственно-распределенных данных, определяющие актуальные направления их развития для задач управления регионом и природопользования;
- сформулирован методический подход к построению корпоративной интеллектной технологии обработки пространственно-распределенных данных;
- выявлены характеристики пространственно-распределенных данных для формирования формального описания корпоративной интеллектной информационной среды;
- обоснованы информационно-технологические решения применения логического вывода (по-формул) и автоматизации процессов вычислительного моделирования при обработке пространственно-распределенных данных для генерирования альтернативных вариантов управленческих решений;
- обоснованы информационно-технологические решения использования в задачах обработки пространственно-распределенных данных многокритериального выбора решений, в том числе в слабоструктурированной среде, когда критерии задаются качественно - в виде отношений предпочтения;
- впервые разработаны архитектура и алгоритмы корпоративных интеллектных систем обработки пространственно-распределенных данных на основе синтеза продукционного и логического формализмов представления знаний, многокритериальной оптимизации, клиент-серверных, геоинформационных и Интернет-технологий;
- разработан комплекс программ в рамках предложенной корпоративной интеллектной технологии с использованием настольных геоинформационных систем Maplnfo и КАМАТ14. Выбор базовых систем обусловлен, в том числе и тем, что ГИС Maplnfo является одной из наиболее распространенных коммерческих ГИС, а КАМАТ - сертифицированной Роскартографией программной системой, активно используемой в ОГВ Иркутской области.
Практическая значимость результатов исследований.
Внедрение изложенной в диссертации технологии обеспечивает повышение эффективности создания, эксплуатации и развития систем подготовки и принятия региональных управленческих решений и путем тиражирования вносит значительный вклад в развитие экономики региона. Практическое применение разработанной интеллектной технологии позволяет принципиально расширить класс решаемых геоинформационных задач, повысить производительность, уровень автоматизации и качество получаемых решений, а также расширить круг специалистов, применяющих данные технологии. Предлагаемая система организации удаленного доступа позволяет оптимальным образом использовать информационные ресурсы: исключается обязательность размещения сертифицированных данных на каждом локальном рабочем месте и необходимость закупки как локальных (для каждого рабочего места), так и сетевых версий ГИС. Упрощается администрирование (на уровне организации доступа к серверу), так как устраняется необходимость тиражирования данных и программного обеспечения; обновление данных выполняется на рабочих местах у владельцев информации, где осуществляется администрирование, как данных, так и программ в рамках технической поддержки соответствующих серверов/клиентов.
Личный вклад автора. Рассматриваемые в диссертации исследования и практические работы выполнены в руководимых автором Иркутском региональном центре геоинформационных технологий СО РАН и лаборатории "Методов и систем искусственного интеллекта" ИДСТУ СО РАН в рамках обозначенных ранее тем и грантов, по которым автор являлся научным руководителем (или соруководителем) и/или ответственным исполнителем. Все результаты, включенные автором в диссертацию, получены лично автором или в неделимом соавторстве. К числу последних относятся только использование языка по-формул для интеллектуализации ГИС и программная реализация для задачи динамики управления древостоем (ДУД) совместно с Васильевым С.Н. и Черкашиным Е.А., постановка и решение задачи многокритериального выбора альтернатив в задаче ДУД с Васильевым С.Н. и Котловым Ю.В., концепция межклиентского взаимодействия с Хмельновым А.Е. и Кухаренко Е.Л., формализм описания геоданных с Кухаренко Е.Л.; реализация программной части системы, которая выполнена автором совместно с коллективом указанной лаборатории под руководством и при непосредственном участии автора. Результаты, составляющие новизну, получены лично автором.
Реализация результатов работы. Полученные научные результаты и выводы использованы при разработке концепции создания геоинформационной системы органов власти и управления Иркутской области, проекта муниципальной геоинформационной системы г.Иркутска, целевой программы "Информационно-телекоммуникационные ресурсы Сибирского отделения РАН", проекта «Создание и развитие научно-аналитического центра мониторинга образовательных ресурсов Восточно-Сибирского региона (Республика Бурятия, Республика Тыва, Иркутская область, Читинская область)», ряда научных проектов, в том числе по конкурсам РФФИ, РГНФ, интеграционным проектам СО РАН и т.п. Осуществлена программная реализация и апробация разработанных программных средств путем решения информационно-управленческих задач в интересах ряда комитетов администрации Иркутской области (контракты с администрацией Иркутской области №№1.8.1.98, 1.8.3.98, 1.1.4.00, 43-2000, 55-2000, 56-2000).
Разработанные программы внедрены в администрации Иркутской области, ИГ СО РАН, ИрГТУ, ИГУ, ВостСибАГП.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы, отдельные положения, а также результаты конкретных прикладных исследований и разработок докладывались на научных семинарах и конференциях ИДСТУ СО РАН, на региональных научных и научно-практических конференциях и совещаниях, а также на совещаниях СО РАН, посвященных информатике, искусственному интеллекту, распределенным и геоинформационным системам.
Распределенная обработка геоданных
Необходимость в распределенной обработке возникла как естественный результат современных тенденций развития аппаратных средств - перехода от больших машин к недорогим микропроцессорам. Это сулит реальные преимущества (прежде всего, в стоимости вычислений), однако при переносе сложных приложений с больших машин в сеть ПК без наличия соответствующей технологии они нередко сводятся на нет. Между тем современные системы обычно реализуются в виде сетей, совместно использующих ресурсы (данные и локальные процессоры) и обеспечивающих передачу информации между входящими в них компонентами. Такая структура удачно вписывается в схему управления регионом, состоящей из десятков взаимодействующих комитетов и департаментов. Аналогично принципу разделяемых данных, распределенная обработка предполагает совместное использование приложений и функций, однако в отличие от монолитных программ локальные приложения в распределенной среде берут на себя роль управляющих центров и координируют работу с кодом и данными. Код и данные имеют форму, обеспечивающую доступ к ним разных процессоров в неоднородной среде (независимо от физического расположения в сети). Основные требования распределенных вычислений состоят в том, что приложение должно иметь возможность найти необходимые ресурсы для обработки, передать параметры и данные и получить обратно результаты. Предлагаемая технология распределенных вычислений базируются на взаимодействующих объектах, причем их взаимодействие выходит за рамки традиционных языков программирования или сетевых интерфейсов и заложено в основу самой объектной модели. Введенные объекты упрощают организацию распределенной обработки. Они позволили перевести на абстрактный уровень и облегчить решение таких проблем распределенных систем, как преобразование имен, транспортные протоколы, описание интерфейса и т. д. Объекты с их естественной комбинацией данных и методов, а также с отделением интерфейса от реализации позволяют получить для конечных приложений компактные автономные модули. Если раньше обработка была отделена от данных, то теперь объекты объединяют их, предлагая формально описанный интерфейс. В качестве объектной модели нижнего уровня использована Distributed Component Object Model (DCOM) компании Microsoft. Применяемая модель объектно-ориентированного программирования предусматривает тесную связь между приложением и используемыми классами объектов. Объект в одном адресном пространстве имеет возможность обращаться с запросом к объекту в другом адресном пространстве. Эта модель позволяет совместно применять объекты, распределенные в рамках ЛВС. Реализация данного подхода потребовала решения целого ряда проблем: нахождение серверного объекта, установление с ним связи, упаковывание запроса и параметров и передача их, ожидание результата, распаковка результатов и т.п. Заметим, что в данной работе не рассматривались вопросы защиты данных. В реализации таких функций, как встраивание объектов, буксировка, активирование на месте и других, участвуют объектные модели нижнего уровня. При этом приложения строятся на концепции "составного документа": в такой документ (контейнер) может входить, например, многостраничный текст с круговой диаграммой, активизируемым меню, индикатором даты и времени, графическим изображением и электронной таблицей. Все это - индивидуальные объекты, для каждого из которых определены соответствующие данные и операции над ними. Подобная концепция создает инфраструктуру для управления объектами и контейнерами. Контейнер может содержать другие встроенные контейнеры и отдельные простые объекты. На основе составных документов разрабатываются модели интеграции высокого уровня. В данной работе в качестве технологии составных документов выбрана OLE 2.0 компании Microsoft. Применение OLE позволяет свести к минимуму сложности интеграции между приложениями, созданными разными разработчиками в рамках корпоративной сети, давая пользователям возможность относительно легко комбинировать их в рамках единой корпоративной рабочей среды.
При построении систем удаленного доступа, на платформе Windows, традиционно выделяются два основных модуля - OLE17(DDE18)-cepeep и удаленный клиент. Однако, большинство ГИС (реализованных на Windows платформе) являясь OLE (ООЕ)-приложениями не содержат в себе средств для обеспечения удаленного доступа и предназначены для локальной работы. Для локального взаимодействия дополнительного модуля с ГИС из двух наиболее распространенных технологий - DDE и OLE была выбрана технология OLE, которая обеспечивает более высокую скорость обработки и более широкие возможности по сравнению с DDE. Для связи дополнительного модуля с удаленным клиентом, учитывая постановку задачи, было предложено использовать протоколы семейства ТСРЯР, на которых базируются Интернет/Интранет сети. Таким образом, в составе системы был разработан дополнительный модуль связи между OLE-сервером и удаленным клиентом, который, с одной стороны, локально взаимодействует с OLE-сервером, а с другой с удаленным клиентом по сети. Одной из основных проблем при реализации систем с удаленным доступом является поиск оптимального трафика между сервером и клиентом. Как уже отмечалось выше, геоданные имеют большой объем и как следствие при организации удаленного доступа к геоданным возникает необходимо учесть проблемы передачи большого количества данных, в том числе графических. В настоящее время, во многих 17 Аббрев. От Object Linking and Embedding - связывание и внедрение объектов (англ.) случаях пропускная способность сетей является фактором ограничения, а не развития. Поэтому для передаваемых графических файлов, был выбран формат GIF, который обладает самой лучшей сжимаемостью и при этом обеспечивает достаточное качество для отображения картографической информации.
Интеграция ГИС и Интернет-технологий
Для интеграции ГИС и Интернет-технологий в рамках данного подхода взаимодействие с ГИС-сервером организуется через OLE, карты представляются в виде GIF и на основе HTTP отсылаются клиенту, который через протоколы FTP и UDP направляет на ГИС-сервер данные и команды, используя так называемый промежуточный слой программного обеспечения. Система имеет архитектуру "клиент-сервер", в которой его функциональные части взаимодействуют по схеме "запрос-ответ" между сервером и множеством клиентов. Если рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них (клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая (сервер) пассивно на них отвечает. По мере развития системы роли могут меняться, например, некоторый блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому. Задачами клиента являются: - формирование запросов к серверу; - прием и отображение данных, полученных от сервера; - обеспечение интерфейса с пользователем. Задачами сервера являются: - прием и обработка запросов от клиента; - формирование данных для передачи клиенту. Таким образом, архитектура выглядит как известная технология "клиент-сервер". Разделяя систему на серверное и клиентское приложение, используются лучшие качества обеих. Front-end (клиентская часть) обеспечивает интерактивный, легкий в использовании, графический интерфейс - находится на компьютере пользователя и требует привязки только к функциональной задаче -отображения информации. Back-end (серверная часть) обеспечивает управление данными, разделение информации, изощренное администрирование, безопасность и функциональные задачи системы в целом - находится на специально выделенных компьютерах. По технологии клиент/сервер клиентское приложение (Front-end) формирует запрос к серверу БД (Back-end), на котором выполняются все команды. Результаты команд посылаются затем клиенту для использования и просмотра.
В состав клиента входят - клиентское приложение или Интернет-броузер (для поддержки клиентского приложения в виде ActiveX). В состав сервера -ГИС Maplnfo и серверное приложение (Рис. 1.4). Серверное приложение, используя OLE, взаимодействует ГИС Maplnfo (Рис. 1.5) и по протоколу TCP/IP осуществляет связь с клиентами (Рис. 1.6). В клиентском приложении пользователь может производить действия, которые вызывают запросы к серверному приложению. MapBasic-приложение выполняет роль поддерживающего ПО для расчета систем координат, доступа к атрибутивной информации и др. \ В данной реализации используется Borland Socket Server как Service Control Manager для передачи и приема данных от клиентов по протоколу TCP/IP [105]. На Рис. 1.7 представлена функциональная модель процесса визуализации геоданных в нотации IDEF0 . Модель показывает, каким образом выходные данные вычисляются по входным данным, не рассматривая порядок и способ реализации вычислений. Функциональная модель состоит из набора диаграмм потока данных (DataFlow Diagram), которые показывают потоки значений от внешних входов через операции и внутренние хранилища данных к внешним выходам. Функциональная модель описывает смысл операций и действий модели. В модели использованы связи: - по входу (input-output) - между блоками "1-2","2-3","3-4"; - по управлению (output-control) - "правила обработки (команды)" для блоков 1,2,3,4; - выход-механизм (output-mechanism) - "программынй комплекс под управлением пользователя" для блоков 1,2,3,4.
Для построения объектной модели рассматриваемой системы были выполнены этапы: - определение объектов и классов; - подготовка словаря данных; - определение зависимости между объектами; - определение атрибутов объектов и связей. Основной принцип работы системы может быть описан следующим образом: ГИС-клиент (является СОМ-объектом) "вызывает" функции ГИС-сервера, который в свою очередь через OLE взаимодействует с ГИС Maplnfo. Согласно методологии "интегрированной картографии" в ГИС MapInfo26 CTp221, ГИС-сервер получает возможность контролировать эту ГИС. ГИС Maplnfo создает " переподчиненное виртуальное окно", в которое выводит наборы данных, переподчиняя его ГИС-серверу, а ГИС-сервер сохраняет и возвращает содержимое окна (т.е. сформированное изображение карты) ГИС-клиенту. При этом не происходит наложение наборов данных разных клиентов - процесс скрыт как для оператора ГИС-сервера ("переподчиненные" окна не отображаются на мониторе), так и для самой ГИС: реализуется схема "запрос-ответ" под контролем программного обеспечения ГИС-сервера. ГИС-клиент, используя многодокументный интерфейс, выводит получаемые карты в MapBasic. Руководство пользователя. Maplnfo Corp., 1998, -300 с. собственные окна, а также, в соответствии с правами доступа, получает список доступных данных сервера. Далее по списку таблиц, пользователь выбирает и открывает необходимые таблицы (фактически это тематические слои на карте).
Таким образом, ГИС-клиент, взаимодействуя с ГИС-сервером, может открыть сразу несколько карт, предоставляя возможности масштабирования, перемещения относительно окна, добавления тематических слоев, изменения порядка слоев и т.д. Но этого не достаточно для организации корпоративной геоинформационной системы, требуется в каждый момент времени знать где находятся те или иные данные. Для решения этой задачи разработан язык описания корпоративных геоданных (см. п.1.5.2). Рассмотрим основные этапы взаимодействия серверного приложения и ГИС Maplnfo: Запуск ГИС Maplnfo в фоновом режиме происходит вызовом функции Create01eObject(), Var Maplnfo : Variant; Maplnfo := CreateOleObject( MapInfo.Application ) где MapInfo.Application - это название ГИС Maplnfo, заимствованное из реестра Windows (динамическое получение этого наименования не рассматривалось). Данная функция возвращает интерфейс IDispatch, через который происходит межпроцессное взаимодействие. Для обеспечения перехвата управления серверным приложением диалоговых окон и сообщений ГИС Maplnfo используется команда «Set Next Document Parent»: MapInfo.Do( Set Next Document Parent + sWinHand + Style Iі). Где, sWinHand - уникальный номер (HWND) окна, которое следует переподчинить, в данном случае переподчинение происходит серверному приложению. Т.е. после вызова этой команды все графические данные Maplnfo будут выводиться в окне с HWND=sWinHand. Например, открытие новой таблицы происходит следующим образом: MapInfo.Do( Open Table + "" + mapName + "" + Interactive Map From world
Программная реализация организации корпоративного доступа для ГИС КАМАТ
Модуль GeoLib.dll предназначен для взаимодействия с системой "Территория" комплекса КАМАТ, реализует функции картографического сервера и обеспечивает обработку клиентских запросов на предоставление картографической информации. Модуль можно рассматривать в качестве универсального инструмента публикации в сетях Интернет/Интранет картографических данных в форматах ГИС КАМАТ. Также данный модуль можно использовать со специализированными системами обработки пространственно-распределенной информации. Далее приводится общий алгоритм работы данного модуля. На первом этапе, производится отображение тематических слоев КАМАТ в виде дерева на HTML-странице, структура дерева кодируется командами JavaScript, шаблон страницы хранится в файле. После выбора соответствующего узла дерева (тематического слоя) возможно получение: HTML-страницы с изображением заданной области на карте, которая содержит элементы управления, позволяющие перемещать по карте видимую область и изменять её масштаб, а также получать информацию об объектах карты; страницу с Java-апплетом, служащим для просмотра карты, дальнейшее взаимодействие апплета с картографическим сервером позволяет вносить изменения в раскраску объектов карты, обеспечивает обработку гиперссылок для связи с другими системами, которые могут содержать дополнительную информацию о выбранном объекте (эти системы должны содержать в своих базах данных информацию о соответствии между парой номер слоя , номер объекта и внутренней индексацией объектов). В дальнейшем происходит запрос у OLE-сервера системы КАМАТ изображения указанной области карты, полученный результат преобразуется в формат GIF.
На данный момент поддерживаются следующие команды Java-апплета: Init - получить "ресурс формы" - команды по формированию элементов управления апплета; Id - получить информацию по выбранному объекту карты; Map - получить команды для загрузки изображения указанной области карты. Таблица действий модуля приведена в Таб. 4.4. Описание действий: 1) ShowLayersAction, вызывается по-умолчанию Отображает дерево слоев КАМАТ на HTML-странице, структура дерева кодируется командами JavaScript, которые возвращает TreeDatAction. Шаблон страницы находится в файле main.htm. Подстановка SCRIPT в этом файле служит для настройки на имя и путь модуля. Также эта страница использует код на JavaScript для работы с деревом из файла WWWRoot /kamat/js/tree_tbll .js 2) TreeDatAction, путь: /jsdat Возвращает представление дерева слоев КАМАТ структурами данных JavaScript, которое используется в странице, порождаемой ShowLayersAction. ) ShowNodeAction, путь: /shownode Данная команда может принимать следующие параметры ((!) после имени = обязательный): node (!) - десятичное число, номер узла в дереве слоев; SEL - строка, в которой закодированы требуемые изменения в раскраске объектов карты; Java - наличие параметра, означает, что требуется вернуть страницу с Java-апплетом, получаемую из шаблона MapC.htm, при этом используются только ранее упомянутые параметры, а остальные игнорируются; VP - координаты отображаемой области карты ( Слева ; Сверху ; Справа ; Снизу ) в системе координат карты; ImW, ImH - ширина и высота изображения видимой области карты в пикселах; SCALE.Y - наличие параметра означает, что видимую область карты требуется масштабировать, масштаб зависит от целочисленного значения этого параметра; MOVE.X, MOVE.Y - наличие этих параметров означает, что видимую область карты требуется сдвинуть, значения параметров задают координаты точки на изображении текущей видимой области карты (в пикселах), в которую должен переместиться центр видимой области карты; МАР.Х, MAP.Y - наличие этих параметров означает, что требуется найти ближайший к указанной точке объект и выдать имеющуюся в базе данных системы КАМАТ информацию о нём; значения параметров задают координаты указанной точки на изображении текущей видимой области карты (в пикселах); результат формируется при помощи шаблона info.html.
В зависимости от параметров запроса, рассматриваемое действие может возвращать страницы, получаемые из следующих шаблонов: 1. layer.htm - страница с изображением заданной области на карте, содержит в своём составе элементы управления, позволяющие перемещать по карте видимую область и изменять её масштаб, а также получать информацию об объектах карты. Подстановки: SCRIPT - настройки на имя и путь модуля, ID - номер узла в дереве слоев, VP - координаты видимой области карты в системе координат карты, IMGWO, IMGHO - максимальные размеры изображения видимой области карты в пикселах, IMGW, IMGH - реальные размеры изображения текущей видимой области карты в пикселах (скорректированные с учётом соотношения ширины и высоты прямоугольника, задающего координаты видимой области карты в системе координат карты), IMAGE - основная часть URL для получения изображения заданной видимой области карты, SEL - строка, в которой закодированы требуемые изменения в раскраске объектов карты. 2. MapC.htm - страница с Java-апплетом, служащим для просмотра карты.
Дальнейшее взаимодействие апплета с картографическим сервером происходит при помощи JavaCmdAction. Подстановки: ID - номер узла в дереве слоев, NAME - имя узла в дереве слоев, SEL - строка, в которой закодированы требуемые изменения в раскраске объектов карты, в дальнейшем эта строка может быть заменена на другую при помощи команды апплета setSelStr. 3. info.htm - страница с описанием выбранного объекта, в которую также могут быть добавлены гиперссылки для связи с другими системами, которые могут содержать дополнительную информацию о выбранном объекте (в данном случае здесь находится ссылка на PassLib.dll). Подстановки: INFO - информация об объекте карты в системе КАМАТ, LAYER - номер слоя в системе КАМАТ, OBJ - номер объекта в указанном слое (для связи с другими системами, эти системы должны содержать в своих базах данных информацию о соответствии между парой номер слоя , номер объекта и внутренней индексацией объектов). 4) MapImageAction, путь: /mapimage Данная команда может принимать следующие параметры ( (!) после имени = обязательный):
Структуры ГИС ОГВ Иркутской области
ГИС ОГВ Иркутской области представляет собой комплекс функциональных геоинформационных систем, интегрируемый в единую геоинформационную систему для органов государственной власти Иркутской области путем применения единой топографо-геодезической основы цифровых карт Иркутской области и единого информационного пространства. Основным назначением геоинформационной системы является оперативное предоставление всем структурам управления достоверной информации об инфраструктуре и социальном развитии области в территориально-временном разрезе для обеспечения качественной реализации функций управления территориальным административно-хозяйственным комплексом. Пользователями ГИС ОГВ являются подразделения администрации Иркутской области. На данном этапе реализация ГИС ОГВ была осуществлена в рамках локальной вычислительной сети администрации Иркутской области, в дальнейшем применяемая Интернет/Интранет технология должна позволить организовать свободный доступ к открытой информации о социально-экономическом положении в области. ГИС ОГВ внедрена в комитете по промышленности, информационно-аналитическом комитете, комитете жилищно-коммунального хозяйства, департаменте по охране окружающей среды, топливно-энергетическом комитете администрации области. В рамках работ по ГИС ОГВ сформированы соответствующие тематические слои цифровых карт в рамках единого геоинформационного пространства, разработана подсистема ввода информации (Приложение 2), создана унифицированная запросная система к пространственно-распределенным данным (Приложение 3), реализованы методы и средства сетевого взаимодействия (см.гл.2,4).
Реализация перечисленных в п.5.1. подсистем ГИС ОГВ осуществляется на основе эффективно организованных и готовых к использованию данных, представленных в виде таблиц (Excell), баз данных (MS SQL) и цифровых карт с вариантами сценариев развития ситуации и проектами планов мероприятий. Информационная система ГИС ОГВ представляет собой разветвленную сеть распределенных баз данных. Основные принципы распределения данных: - по территориальному признаку; - по организациям-изготовителям баз данных; - по функциональному признаку. Разветвленная сеть связывает базы данных единой системой управления, позволяющей эффективно осуществлять сбор сведений с территорий и доводить материалы в территориальные органы, своевременно получать обновленные данные от организаций-изготовителей (держателей) баз данных, получать функциональные сведения от смежных подразделений для проведения комплексного анализа. Укрупненная структура распределенной информационной базы должна включать следующие основные информационные компоненты: - цифровые карты местности и цифровые тематические карты; - информационные базы данных различной тематики; - базы территориально привязанных данных. Использование единой топографо-геодезической основы определяет следующие важнейшие преимущества геоинформационных систем: - наиболее точную привязку, систематизацию и отбор всей поступающей и хранимой информации (единое адресное пространство); - комплексность и наглядность информации для принятия решений;- возможность динамического моделирования процессов и явлений; - возможность оперативного анализа ситуаций в экстренных случаях (стихийные бедствия, катастрофы). Основой цифровых карт являются топографические карты местности. На эту топографическую подоснову накладываются тематические слои природных и общественных явлений, в том числе карты населения, карты социальной инфраструктуры, карты кадастровых систем, карты экологической обстановки и чрезвычайных ситуаций, карты тематических слоев по направлениям анализа.
Решения по построению масштабного ряда для карт местности (единой топоосновы) ГИС ОГВ: - обзорно-топографическая карта масштаба 1:1000000 территории Иркутской области и смежных субъектов РФ; - топографическая карта масштаба 1:200000 Иркутской области. - топографические планы местности для подготовки технических проектов, строительства инженерных сооружений, разработки месторождений и городского коммунального хозяйства в масштабах 1:2000. Решения по выбору исходного картографического материала: Геоинформационное обеспечение для органов государственной власти должно базироваться на единой топографо-геодезической основе, единых классификаторах информации, форматах и согласованных структурах баз данных, что позволяет объединять независимо создаваемые базы данных в общий банк, сократить время создания ГИС ОГВ и уменьшить затраты на создание. Исходной основой для цифрования служать составительские (издательские) оригиналы топографических карт, создаваемые по общепринятым общегосударственным научно-техническим требованиям, которые могут обеспечить соответствие точности цифрового плана их графическому аналогу и удовлетворить, с точки зрения точности, потребности департаментов, комитетов и отделов администрации области, федеральных органов власти и органов местного самоуправления, а также предприятий и организаций. В связи с тем, что имеется Российская программа создания цифровых топографических карт, необходимо использовать уже созданные и создаваемые за средства госбюджета Предприятием №1 ВостСибАГП цифровые карты (М 1:200000 -М 1:1000000 на область и М 1: 2000 на населенные пункты). Решения по выбору программных средств ГИС ОГВ определялись наличием наработанных задач в конкретных ведомственных ГИС и принятыми отраслевыми решениями. В настоящее время наиболее широкое применение в области получили программные продукты фирмы ESRI и Maplnfo, а также разработка Предприятия №1 ВостСибАГП система КАМАТ. Поэтому не ставилась задача выбора единого геоинформационного программного обеспечения для всех систем области. Решение функциональных задач п.2 выполняется с использованием различных информационных баз данных, создаваемых в рамках единого информационного пространства Иркутской области и имеющих самостоятельное значение рассматривается в параграфе 5.2.. ГИС ОГВ предусматривает отображение информации на картографической основе для повышения эффективности анализа данных. В настоящем разделе приводится основополагающий перечень используемых баз данных.
