Содержание к диссертации
Введение
1. Информационное обеспечение пространственных данных 12
1.1. Обзор ГИС 12
1.2. Современное состояние информационного обеспечения банка пространственных данных 19
1.3. Обзор основных современных средств и методов картографирования и получения информации 22
1.3.1. Фонды 23
1.3.2. Данные ДЗЗ 24
1.3.3. GPS/ГЛОНАСС 24
1.3.3. Получение, обновление и обмен пространственными данными. 26
2. Разработка методов доступа и обновления банка пространственных данных 29
2.1. Инкрементальный подход к проектированию банка пространственных данных 30
2.2. Методика получения данных ДЗЗ для ГИС из Интернет - источников 36
2.3. Методика получения данных c GPS и ГЛОНАСС устройств для ГИС 43
2.4. Методика получение данных из фондов и применение стандартов OGC для обмена пространственными данными . 45
2.4.1. Применение международного стандарта OGS WMS 45
2.4.2. Применение международного стандарта OGS WFS 51
2.4.3. Применение международного стандарта OGC WCS. 61
2.4.4. Получение данных из фондов. 65
2.5. Применение международных стандартов OGC для обмена и предоставления
пространственной информацией. 66
2.6. Организация распределенного доступа к данным, их хранение и накопление 68
2.7. Публикация информации в закрытых сетях и сетях Интернет. 70
2.8. Формирование тайловой структуры пространственных данных 75
2.9. Автоматическое интеллектуальное обновление данных 77
2.10. Концептуально функциональная модель применения БПД. 85
3. Реализация и апробация на примере программного обеспечения обработки и создания пространственных данных ЗАО «КБ Панорама». 89
3.1. ГИС Карта 2011 89
3.2 ГИС Сервер 105
3.3 GIS WebServer 107
3.4 ImageryCreator 108
3.5 Сравнение аналогов и прототипов 110
Заключение 114
Список литературы 115
- Обзор основных современных средств и методов картографирования и получения информации
- Методика получение данных из фондов и применение стандартов OGC для обмена пространственными данными
- Концептуально функциональная модель применения БПД.
- Сравнение аналогов и прототипов
Введение к работе
Актуальность темы исследования: в настоящее время для оперативной обработки пространственной информации необходимы электронные карты большого объёма. Такие карты могут занимать терабайты информации в банке пространственных данных. Они могут содержать различную информацию в зависимости от сферы применения, например административные данные (информацию об участке, его владельце, даты постановки на учёт и др.), логистические данные (время оперативного выезда до точки, оптимальные маршруты с учетом текущей ситуации и др.), среднюю занятость и другую информацию необходимую для принятия решений или оценки текущей ситуации.
Эффективное решение задач невозможно без постоянного обновления получаемой информации и осуществления мониторинга возможного только при наличии развитого банка пространственных данных на территорию Российской Федерации.
Обновление и поддержание достоверных данных, своевременное выявление изменений в состоянии, оценки, предупреждение и устранение последствий негативных процессов должны быть основными целями мониторинга не осуществимыми без банка пространственных данных (БПД), использование которого требует новых и современных методов обработки, получения, анализа и интерпретации пространственной информации.
Необходима четкая структурированность информации для создания БПД различных уровней потребления и применения. Необходимо применение различных методов мониторинга разнообразных показателей с использованием геоинформационных технологий, применением геоинформационных систем (ГИС), электронных карт, данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), ГЛОНАСС/GPS и наземных обследований, наблюдений. Важным фактором при создании и использовании БПД является обмен, передача и доступность уже имеющейся и накопленной информации полученной из различных источников в течении многих лет.
Так как такие электронные карты занимают большие объемы информации, то для их формирования могут потребоваться месяцы работы. Например, для
4 формирования карты России масштаба 1:200 000, общим объёмом файлов 595.7 МБ потребовалось три недели работы четырёх компьютеров. Формирование растров выполнялось для электронных карт содержащей 1 миллион 686 тысяч объектов на 86 листах, с размерами растров в несжатом виде не более чем 130.7 ГБ. К основной карте было добавлено 46 матриц высот общим объёмом 199.35 ГБ и общим количеством файлов около 17 миллионов. Для удобства использования полученных данных они представляются в виде тайлов и публикуются на геопорталах и геосервисах в локальных сетях и сетях Интернет.
Информация на таких картах постоянно изменяется и добавляется, поэтому остро встаёт вопрос об оперативном обновление таких карт. В тоже время классические ГИС, такие как ArcGIS и MapInfo не в состоянии решить эту задачу из-за невозможности решить проблему хранения карт большого объема, так как они ориентированы на хранение данных в виде базы данных. Они не способны вести банк пространственных данных, так как в них по другому организовано хранение информации. Уже для размеров векторных данных около 1 ГБ отображение информации в этих системах может занять десятки минут, что неприемлемо для оперативного просмотра таких карт.
В основе БПД должна лежать наиболее простая и удобная в использовании детализирующая сущность, способная объединить самые разнообразные сведения об объектах управления, их пространственном описании. Векторное представление данных способно связать воедино исчерпывающую информацию о земельном участке, площадных характеристиках, атрибутивной информации, то есть всю информацию необходимую для осуществления мониторинга земель. Таким образом, совокупность этих интегрирующих сущностей и должна лечь в основу оптимальной модели единого информационного банка, основанном на пространственном описании данных, доступ к которому осуществляется с помощью геоинформационных технологий.
В данной работе проведены исследования, посвященные основным методам доступа к БПД для осуществления мониторинга, обмена и обновления пространственной информацией. Эти исследования позволят по-новому решать задачи в области геоинформатики, мониторинга, региональном управлении, создании инфраструктуры пространственных данных, для решения задач
5 экономического управления, транспорта, государственного управления.
Цель исследования разработка принципов, геоинформационной методики и геоинформационных технологий.
Объект исследования — геоинформационные инфраструктуры, методы и
технологии хранения и использования геоинформации на основе
распределенных баз данных и знаний.
Предметом исследования является банк пространственных данных.
Основные задачи исследования:
-
Унификация информационного обеспечения пространственных данных, необходимого для осуществления мониторинга.
-
Разработка метода сбора, хранения, передачи и обработки геоинформации.
-
Разработка метода получения пространственных данных, используемых в геопорталах для осуществления мониторинга.
-
Разработка метода обмена и обработки пространственными данными для ГИС на основе современных геоинформационных стандартов.
-
Разработка метода обновления электронных карт большого объёма.
6. Разработка системного подхода для осуществления мониторинга.
Для достижения поставленной цели и решения определенного выше круга
задач применялись: системный анализ, дескриптивный анализ. коррелятивный анализ, казуальный анализ, вычислительные эксперименты, методы теории баз данных.
В процессе работы были проанализированы и использованы труды
следующих авторов: Цветкова В.Я., Верещаки Т.В., Берлянта А.М.,
Малинникова В.А., Ямбаева Х.К., Майорова С.А., Савиных В.П. и других,
международные стандарты обмена пространственными данными, а также
технические руководства по различным ГИС-продуктам фирмы ЗАО КБ «Панорама», «ESTI MAP», «DATA+».
Научная новизна. В диссертационной работе автором получены следующие новые результаты:
1. С использованием инкрементального подхода к формированию БПД
разработана методика получения пространственных данных из геопорталов. Для
6 данной методики усовершенствованы и разработаны формулы.
-
Автоматическая интеллектуальная система формирования и обновления пространственных данных. Введены понятия: виртуальная матрица обновления тайлового пространства, матрица состояния системы. Разработаны формулы для функционирования системы.
-
Концептуально - функциональная модель применения БПД с использованием автоматической интеллектуальной системы.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Методика формирования пространственных данных, полученных из геопорталов для осуществления мониторинга земель.
-
Методика обмена и отображения пространственных данных между БПД.
-
Автоматическая интеллектуальная система формирования и обновления электронных карт большого объёма.
-
Концептуально - функциональная модель функционирования и применения БПД для осуществления мониторинга.
Обоснованность и достоверность теоретических выводов и практических
рекомендаций определяются корректностью логических и математических
выкладок, объективностью теоретических основ и теоретических предпосылок, лежащих в основе экспериментальной верификации теоретических положений, использованием методов компьютерного моделирования, положительным опытом применения апробированных методов на практике.
Кроме того, выдвинутые в диссертации положения подтверждаются
успешностью их применения для реализации программного обеспечения «ГИС
Карта 2011», «ГИС Сервер», «GIS WebServer», «ImageryCreator»,
«ImageryService».
Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе исследования, могут применяться при формировании БПД, использоваться при мониторинге, хранении и обновлении данных. Обеспечивая более высокий уровень автоматизации, предложенный подход ведет к существенному упрощению формирования БПД, обменом и публикацией пространственной информацией, осуществлением мониторинга и, соответственно, к уменьшению временных и
7
стоимостных затрат. При этом подход имеет достаточную степень общности, что
позволяет использовать его во множестве прикладных областей самой различной
направленности. Например, в региональном и государственном управлении, для
информационной поддержки управленческих решений, при создании
инфраструктуры пространственных данных, в транспорте, в сельском хозяйстве, в земельном кадастре, в геодезии и других областях.
Результаты данной работы можно использовать в качестве основы при
создании банков и баз данных управления недвижимостью и
природопользованием. При мониторингах разных типов, при проектирования, инженерных изысканиях, при строительстве и при муниципальном управлении.
Внедрение результатов работы. Результаты работы использовались при
создании и улучшении программного обеспечения «ГИС Карта 2011», «ГИС
Сервер», «GIS WebServer», «GIS WebFeatureService», «GIS
WebCoverageService», «ImageryCreator», «ImageryService» Результаты работы подтверждаются справками о внедрении и 4 свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Апробация результатов исследования. Основные положения работы
докладывались на следующих конференциях: пятой общероссийской
конференции изыскательских организаций “Перспективы развития инженерных
изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2009); шестой
международной научно-практической конференции «Геопространственные
технологии и сферы их применения» (Москва, 2010); шестьдесят пятой научно-
технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК,
посвященной шестидесятипятилетию победы в Великой Отечественной войне
(Москва, 2010); шестой общероссийской конференции изыскательских
организаций “Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации“ (Москва, 2010), международный форум «Высшее геодезическое образование - история, настоящее и будущее», посвященного 175-летию Указа императора Николая I о преобразовании Константиновского Межевого училища в Межевой институт 10 мая 1835 г. - Москва, МИИГАиК, 2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ из
8 которых 4 включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК, а также 4 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, 3-х глав, заключения и списка литературы из 147 наименований. Диссертация изложена на 140 листах машинописного текста и содержит 48 рисунков, 4 таблицу и 3 приложения.
Обзор основных современных средств и методов картографирования и получения информации
В этой главе проводится усреднение базовой модели Мі для случая вязкой жидкости и эластичного твердого скелета: О /io оо, 0 Ло оо.
Переобозначая, если это необходимо, индексы, считаем сходящимися сами последовательности.
По теореме Нгуетсенга существуют 1-периодические по у функции P{x,t,y) из L2{QT Х У) И W{x,t,y) из L2(Qr,W\(Y)), такие что последовательности {р}} {Vw} и {V(dw/dt)} сходятся двухмасштабно в (Ог) И L/2(QT) К функциям Р(ж,,г/), (Vxw(x,t) + VyW(x,t,y)) и (Vxvfat) + Vy(dW(x,t,y)/dt)) соответственно.
Заметим, что в силу ограниченности последовательностей функций {D(x,w)} и {D(x,dw/dt)} в L2{QT) И леммы 1.3, последовательности {w} и {dw/ді\ сходятся двухмасштабно к своим слабым пределам {w} и {v}.
Лемма 5.1 Предельные функции w и W удовлетворяют макроскопическому и микроскопическому уравнениям неразрывности
Перейдем теперь к выводу усредненного уравнения баланса импульса (5.2). Чтобы найти тензоры 9Ті, 9 2 и 9Тз() необходимо решить периодическую задачу (5.7), (5.9) в области Yp, найти В (у, dW/dt) и В (у, W") как операторы на В(ж, dw/dt) и В(ж, ги) и подставить их выражения в макроскопическое уравнение (5.8). Динамичное развитие производства требует внедрения высокоэффективных систем, современных технологий сбора и обработки информации, необходимой для решения многочисленных производственных и управленческих задач. Такие системы должны опираться на развитый БПД [93], доступ к которому осуществляется за счет современных ГИС. Более чем 10-летний зарубежный опыт убедительно подтверждает, что съемки из космоса, аэрофотоснимки, данные с GPS устройств, измерительные приборы, лазерное сканирование, фонды, данные других ГИС [94, 95], не только дают возможность улучшить качество данных, повышая точность, однородность, объективность и частоту наблюдений, но и позволяют существенно усовершенствовать методы оперативного контроля за данными, как в глобальном, так и локальном масштабе[73]. Для этого необходима электронная карта, которая включает различные векторные, матричные и растровые слои [74].
Электронная карта дает возможность вести строгий учет и контроль всех операций, поскольку опирается на точные знания: площадей объектов, протяженности дорог, атрибутивной информации об объектах и др. На основании карты проводится полный анализ условий [78], влияющих на производственные показатели на данном конкретном объекте или на отдельных локальных участках, размер которых определяет пользователь (например, 100х100 м или 10х10 м). Карты составляют основу для получения структуры данных и служат для оптимизации производства[97] с целью получения максимальной прибыли, а также рационального использования всех участвующих в производстве ресурсов [75]. 1.3.1. Фонды
Управление производством на различных уровнях требует наличия объективной и регулярно обновляемой информации. Например, для инвестиций в агропромышленный комплекс необходимо проведение инвентаризации сельхозугодий. Здесь при существующей в стране традиционной системе получения данных о состоянии пространственных данных возникают практически непреодолимые (без применения технологий ДЗЗ) сложности.
Для проведения учета, инвентаризации и классификации данных необходимо наличие специальных крупномасштабных планов и карт. В СССР и России крупномасштабная съемка никогда системно в общегосударственном масштабе не проводилась. Имеющиеся в наличии разнородные планы, схемы внутрихозяйственных обустройств и карты по районам и хозяйствам безнадежно устарели, так как создавались в советские времена. Кроме того, они зачастую примитивны по содержанию (показаны только границы) [117], не обладают единой координатной привязкой, топооснова их искажена (из-за существовавших в те времени инструкций по соблюдению секретности) [118]. Происходившие в стране в начале 1990-х гг. перестроечные процессы существенно затронули аграрный сектор. Многие земли были выведены из оборота и брошены. За прошедшие с тех пор годы часть этих земель пришла, практически, в негодность с точки зрения возможности сельскохозяйственного использования (например, заросла лесом) [119]. Естественно, что эти явления никакого отражения на старых планах и картах не имеют, поэтому пользуясь ими, предполагаемый инвестор даже приблизительно не может подсчитать необходимые площади [92].
Важным источником материала служат карты и планы, созданные до 90х годов центром ВИСХАГИ. Трудно представить на современном этапе развития землеустройства и государственного кадастрового учёта отдел, где не используются планы масштабов 1:10000 и 1:25000 производства ВИСХАГИ (если, конечно, речь не идёт о городах) [127]. Без них невозможно создание проектов перераспределения земель и внутрихозяйственного землеустройства. Это зачастую единственный материал, в котором установлены черты населённых пунктов, границы лесов, садовых товариществ и отводов дорог [106,107]. При создании и внедрении автоматизированных систем учёта возникла необходимость в картографическом материале как плановой основы для принятия решений и контроля при государственном кадастровом учёте, только ранее созданные ВИСХАГИ планы, смогли заполнить этот пробел [128]. Для большинства в России, это единственная (в полном смысле этого слова), рабочая дежурно-кадастровая карта, причём используется и востребована она как в электронном, так и в бумажном виде [108,109]. Тем не менее использование фондов при создании и учете электронных карт позволит существенно сократить временные и стоимостные затраты.
Методы ДЗЗ широко используются в агропромышленном комплексе многих стран мира (США, Канада, страны Евросоюза, Индия, Япония и др.). К наиболее известным примерам действующих систем мониторинга можно отнести проект MARS (The Monitoring of Agriculture with Remote Sensing [16]; разработка Объединенного исследовательского центра Еврокомиссии по мониторингу сельскохозяйственных земель), который позволяет определять площади посевов и урожайность сельскохозяйственных культур, начиная с уровня государств и регионов и вплоть до отдельных ферм [27]. Результаты расчетов используются для налогового контроля за производителями продукции, выработки гибкой системы цен и квот, планирования экспортно-импортных операций и других мероприятий. Аналогичная система используется Минсельхозом США [76].
В России разрабатывается национальная Космическая система дистанционного зондирования Земли для мониторинга за пространственными данными.
Из вышесказанного следует, что важнейшей задачей, которую необходимо, в первую очередь, решать с помощью данных ДЗЗ в некоторых секторах экономики России является инвентаризация данных и создание специальных тематических карт. Большинство данных ДЗЗ, например сельхозугодья, брошенные, засоренные, зарастающие (в т. ч. и лесной растительностью) земли хорошо дешифрируются по текстуре изображения. В наличии имеется большой массив архивных снимков, который может оказать существенную помощь. Если, взять, например, снимки Landsat 90-х гг. и провести их сравнение с современными, то несложно выявить земли, пришедшие в негодность и которые невозможно вернуть в оборот без громадных финансовых вложений.
Методика получение данных из фондов и применение стандартов OGC для обмена пространственными данными
Бурное развитие Интернет создает широкие возможности для представления геопространственной информации в мировой сети. Поэтому различные картографические Web - сервисы приобретают все большую популярность.
Общие принципы и стандарты в области разработки программного обеспечения, предоставляющего такого рода сервисы, разрабатываются и декларируются международной некоммерческой организацией Open Gis Consortium (OGC). Стандарты для обмена пространственной информацией, описанные международной некоммерческой организацией OGC, не полностью описывают все необходимые параметры для передачи и обмена пространственной информацией. Поэтому к каждому из них необходимы определённые доработки и усовершенствования, которые не повлияют на общий принцип передачи данных, но в тоже время улучшат и ускорят процесс обмена пространственной информацией.
Для быстрого обмена пространственной информацией данные предоставляются в виде тайлов.
Сервис карт предназначен для предоставления в среде Интернет пространственной информации в виде графического изображения, описания условий получения геоданных и описания характеристик сервера по предоставлению этих данных. Сервис разработан в соответствии со спецификацией OGC для сервиса Web Map Service (WMS OGC) – OGC 03-109r1 версия 1.3.0. Использование стандарта WMS OGC обеспечивает единый доступ для поиска, обмена и предоставления геопространственных данных, создает возможности для взаимодействия ГИС-приложений и веб-сервисов.
WMS допускает выполнение двух типов операций: получение метаданных о доступных картах и возможностях сервера и вторая – получение графического изображения карты по известным ее географическим параметрам. Операции сервиса выполняются путем ввода HTTP-запроса в стандартном веб-браузере или с помощью специализированного программного обеспечения [8]. Сервис геопространственных данных предназначен для формирования картографических изображений цифровых геоданных с целью использования их в различных Web ГИС-технологиях. Для получения данных сервис поддерживает базовые сервисные операции (запросы) WMS OGC: операция GetCapabilities и операция GetMap. Запросы выполняются в соответствии с HTTP-протоколом и вводятся в виде URL: http://host[:port]/path[?{name=[value]&}], где http://host[:port]/path - адрес сервера карт (URL префикс); name=value& - множество параметров запроса в виде пар имя=значение. Перечень возможных параметров определяется для каждой операции сервиса. Ответ (responce) на запрос к сервису – файл, который передается клиенту через Интернет. Текстовый вывод выполняется в XML (метаданные сервиса или сообщения об ошибках), рисунок карты выводится в формате графических файлов png. Рисунок карты создается динамически по указанным значениям пар координат (BBOX) в указанной референсной системе координат карты (Layer CRS). Операция предназначена для получения метаданных об имеющихся на сервере слоях (картах) и доступных значениях параметров запросов. Операция GetCapabilities выполняется, если в запросе параметр REQUEST принимает значение GetCapabilities [53].
Файл метаданных представляет собой XML документ параметров карт и допустимых запросов к GIS WebService. Файл находится в корневом каталоге приложения GIS WebService, имя файла – WMS.XML. Создание файла метаданных выполняется автоматически, входными данными являются файл проекта приложения GisWebServer – Bin/MapParam.xml и файл описания сведения о сервере карт и может быть изменен в текстовом или xml редакторе. общих метаданных – App_Data/GeneralMeta.xml.
Операция GetMap предназначена для получения рисунка карты. Выполняется, если в запросе параметр REQUEST принимает значение GetMap.
LAYERS – список слоев карт, возвращаемых по запросу «GetMap». Имена слоев разделяются запятой. Допустимые имена слоев описываются в каждом элементе Layer Name метаданных сервера карт.
STYLES – список имен стилей. Каждому слою сопоставляется соответствующий по положению в списке элемент списка стилей. Каждый слой списка LAYERS рисуется с использованием сопоставленного стиля из списка стилей. Допустимые имена стилей слоя перечисляются в элементе Style Name внутри элемента слоя Layer метаданных сервера.
CRS – параметр указывает в какой референсной системе координат заданы значения параметра BBOX. Значением параметра служит код системы координат. Код системы координат задается по классификации European Petroleum Survey Group (EPSG), возможные значения содержатся в элементе CRS запрашиваемого слоя. Параметр BBOX позволяет клиенту запросить требуемый участок местности для отображения на карте. Значение BBOX в запросе GetMap – две пары координат в виде «minx,miny,maxx,maxy». Значения определяют габариты области в референсной системе координат, указанной в параметре CRS. Например,
В данном фрагменте запрашивается участок топографической карты от минимальной точки (6 165 344, 7 414 548) до максимальной точки (6 171 816, 7 421 476) в системе координат 1942 года в проекции Гаусса Крюгера для зоны 7, что соответствует коду 28407 в стандарте EPSG. Порядок следования координат (Y,X) в запросе определяется описанием системы координат и для СК42, СК95 – это Y,X (easting, northing).
Параметры WIDTH, HEIGHT определяют размер создаваемого рисунка карты в целых пикселах.
FORMAT – устанавливает желаемый формат вывода карты. В соответствии со стандартом WMS OGC возможные значения графических форматов вывода карты указываются в метаданных в элементе Request GetMap Format . Gis WebService поддерживает вывод рисунков карты в формате графических файлов png.
Параметр EXCEPTOINS устанавливает формат вывода сообщений об ошибках. Значение параметра по умолчанию – XML. Возможные значения параметра EXCEPTOINS перечисляются внутри элемента Exception метаданных сервиса [7].
Ответ сервера на правильный запрос GetMap – png-рисунок карты, представляющий пространственные данные слоя (карты) в указанном местоположении и в указанной референсной системе координат с учетом запрошенного размера, формата и стиля карты. На рисунке ниже показан результат выполнения сервером правильного запроса «GetMap» рисунок 13.
Концептуально функциональная модель применения БПД.
Применение всех выше перечисленных и разработанных методик, протоколов и систем позволяет сформировать единый БПД, на основании которого возможно вести учет, мониторинг и осуществлять различного вида деятельность для нужд сельского хозяйства. Обобщенная модель функционирования и работы с БПД для различных уровней представлена на рисунке.
На данной схеме под геопорталом подразумевают такой сервер по работе с данными, при котором выполняются следующие функции: отображение, масштабирование, поиск и выделение объектов, редактирование и создание объектов, запрос атрибутивных данных. Рассмотрим обобщенную модель функционирования БПД на уровне Агрохолдинга. Пусть имеется БПД с уже существующими данными. АИС по данным из БПД строит тайловую модель местности, на основании которой и функционирует Геопортал. Оператор «А» выезжает на поле для определения уровня содержания фосфора, калия и других веществ. Поскольку большинство современных приборов позиционирования оснащено каналом для передачи и принятия данных по GPRS, то уровни содержания веществ заносятся напрямую в Геопортал, который передаёт изменившиеся данные в БПД. АИС выявляет изменение БПД и перестраивает изменившуюся часть тайлового пространства. При этом изменившиеся данные сразу же отображаются на Геопортале и видны всем пользователям, имеющим доступ к такой информации. В это же время оператор «Б» получает сигнал об изменении данных. В локальной среде он на основании прав доступ под управлением ГИС Сервера получает информацию о содержании веществ в векторном виде и строит в ГИС тематическую карту содержания веществ в почве. Диаграмма сохраняется в БПД и АИС перестраивает тайловое пространство. Оператору «В», находящемся не в локальном пространстве, требуются данные по содержанию веществ в почве, он на основании протоколов передачи данных WMS, WMTS получает тематическую карту, подложку, по протоколу WCS матрицу высот, на основании протокола WFS векторные данные (точки замеров). Редактирует полученные данные, внося в них показатели предыдущих лет, и по протоколу WFS передаёт данные в БПД. Измененную информацию анализирует АИС и перестраивает тайловое пространство [60]. Руководитель агрохолдинга, открывая свой ноутбук видит на геопортале всю необходимую информацию для принятия управленческих решений рисунок 23.
Распределение данных из БПД государственного уровня идет по нисходящей лестнице к региональному, муниципальному уровню и уровню предприятия. Обмен данными между БПД возможен по протоколам WMS, WMTS, WCS и WFS и передачей файловой информации ни рисунке 24.
Выводы: в результате исследований и изысканий предложен инкрементальный метод формирования и наполнения БПД. Для данного метода представлена основная детализирующая сущность - объект карты. Разработана методика получения пространственных данных из геопорталов, на основании данной методики предложены обобщенные формулы для получения пространственных данных из геопорталов и геосервисов различного назначения. Усовершенствована методика получения и обмена пространственными данными между БПД. Для данной методики предложены и усовершенствованы международные стандарты по передаче пространственной информации OGS WMS, WFS, WCS. Автором разработана новая автоматическая интеллектуальная система, позволяющая оперативно обновлять электронные карты, находящиеся в БПД. Для использования БПД в различных областях разработана концептуально - функциональная модель применения БПД.
Сравнение аналогов и прототипов
GIS WebServer - серверное Web-приложение, разработанное по технологии ASP.NET с использованием компонентов AJAX Control Toolkit, и функционирующее под управлением Internet Information Services (IIS) в среде .NET Framework 3.5.
GIS WebServer предназначен для публикации в сетях интернет/интранет электронных карт и информации из баз данных. Приложение позволяет отображать на карте данные об объектах базы данных, имеющих территориальную привязку, выполнять просмотр и сортировку таблиц базы данных; имеет функции масштабирования, скроллинга, изменения размеров изображения карты, функции поиска и выбора объектов карты, публикации новостных лент в формате RSS. Имеется возможность использования различных баз данных: MS SQL Server, Oracle, MS Access и баз данных других типов через драйверы ODBC. Доступ к данным осуществляется посредством Web-браузера. Поддерживается работа с основными типами браузеров: MS Internet Explorer 7.0 и выше, Mozilla/5.0 (FireFox) и выше, Opera 7.0 и выше.
GIS WebAdministrator - программа для настройки логики работы GIS WebServer, определения структур данных и Web-страниц, позволяет адаптировать ГИС-сервер для конкретного применения. Параметры настройки включают элементы описания, относящиеся к приложению в целом: название приложения, тип и имя базы данных, строка подключения к БД, строки авторизации, а также элементы описания входных данных - темы. Тема содержит список таблиц базы данных и перечень карт для совместного использования (проект). Имеется набор настраиваемых параметров для описания структуры таблиц БД, параметров связи карты и таблиц, вида отображения таблиц базы данных и возможности их редактирования. Настройки сохраняются в xml-файле конфигурации и используются ГИС-сервером при работе рисунок 45.
Программа формирования карты в растровом виде предназначена для создания полного набора фрагментов изображений карт заданных размеров (тайлов) по выбранному масштабному ряду в формате PNG. Целью формирования набора растров является ускорение отображения в WEB-приложениях карт, содержащих большое количество объектов (более 1 000 000) на основе механизма тайлов.
Ускорение отображения достигается методом кэширования изображения -отображение области векторной карты подменяется на отображение области предварительно построенного растра, который кэшируется на клиенте средствами WEB-браузера.
Для правильного отображения растризованной карты совместно с другими данными и определения координат точек формируется паспорт карты в формате XML в виде файла с расширением XPS.
Пространственные данные, подготовленная к отображению в растровом виде, могут отображаться на клиенте в среде WEB-браузера совместно с динамически изменяемыми векторными данными, синхронно передаваемыми из GIS WebServer версии 4.х и выше. Для этого паспорт набора тайлов (XPS) включается в проект данных программы GIS WebServer. Входными данными программы являются:
векторная карта в формате MAP, SIT, SXF,
пользовательские карты в формате SIT,
файлы проектов MPT,
матрицы слоёв, высот, качеств,
растры.
Выходными данными программы являются:
растровые данные в формате PNG, JPEG.
файл проекта в формате XML с расширением XPS.
По окончании процесса во вложенном каталоге карты …\Images\ содержится файл проекта («Имя проекта.XPS») и построенные растры. Файл проекта содержит имена файлов построенных растров, масштабы, привязку и ряд других данных. Данный файл (XPS) предназначен для открытия векторных и растровых карт и может использоваться другим WEB приложением, совместно с другими пространственными данными рисунок 46.
Схема целесообразности применения информационного обеспечения пространственных данных, иерархическая структура состава пространственных данных, инкрементальные подходы и обобщенная модель функционирования и применения БПД для осуществления мониторинга применены для создания геопортала агрохимической службы Белгородский. По районам Алексеевский, Вейделевский, Красненский, Ровеньской, Губкинский, Ракитянский, включающие около 60 предприятий и холдингов созданы более 300 тематических карт, отражающих состояние земель сельскохозяйственного назначения (гумус, калий, фосфор, степень кислотности и др) рисунок 47.
С целью выявления оптимального программного обеспечения для создания тайловой основы большого объёма автором был проведён эксперимент. В эксперименте тестировались и сравнивались предложенная и разработанная автором программа ImageryCreator и аналог компании ArcGIS – Arc2Earth.
Тестирование проводилось на серийном компьютере с процессором Intel Core i7-3770K с 16 Гб оперативной памяти, встроенной видеокартой с памятью в 256 Мб, расширенной до 1 Гб стандартными настройками BIOS и жесткими дисками (4 HDD по 1 Тб).
В качестве исходных данных были выбраны карты на территорию России, общим объёмом 16 Гб, состоящих из 88 карт, 5 матриц с различной точностью и 6.5 миллионов объектов.
Стоимость минимального программного обеспечения необходимого для нарезки тайлов оценивается как 49 000 руб. для ImageryCreator (на основании сайта gisinfo.ru). Для ArcGIS – Basic (ArcMap) 70600 руб. + модуль Arc2Earth – 21240 руб (на основании сайта allsoft.ru), итого 91840 руб.
В результате эксперимента было создано 152 980 416 тайлов, общим объёмом 2.5 Тб. Тайлы создавались в формате png с прозрачностью и разрешением 32 бит на пиксель, общим размером одного тайла 256 на 256 пикселей. ImageryCreator создал за 1 сутки 19 часов 27 минут и 15 секунд все 152 980 416 тайлов. Скорость создания составляет 58667,26 тайла в минуту. За 15 часов 5 минут и 34 секунды или 905.34 минуты модуль Arc2Earth создал 16512 тайлов, дальнейшее формирование было прервано. Скорость создания тайлов модулем Arc2Earth составляет 18.24 тайла в минуту. Таким образом ImageryCreator в 3216.4 раз быстрее своего аналога Arc2Earth.
