Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ существующих решений и технологий публикации картографической информации в Интернет 13
1.1 Анализ программно-технологических решений для построения веб-приложений 15
1.2 Обзор существующих программных решений 22
1.3 Обзор программных средств и технологий, связанных с публикацией космических снимков 27
1.4 Открытые международные стандарты обмена геоинформационными ресурсами 29
1.5 Выводы 29
2 Методы организации доступа к геопространствениым данным 32
2.1 Современное состояние и проблемы разработки 32
2.2 Базовые технологии публикации пространственных данных в Интернет в виде растровых изображений 33
2.3 Использование стандартов WMS и WFS 37
2.4 Технологии создания и наполнения хранилища спутниковых снимков высокого разрешения 41
2.4.1 Технология формирования хранилища данных 41
2.4.2 Интерактивный геоинформационный веб-сервер 50
2.5 Выводы 54
3 Программное обеспечение информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера 55
3.1 Информационно-аналитические Интернет-ГИС 55
3.2 Общая модель информационно-аналитической системы 66
3.3 Основные бизнес-процессы системы 68
3.4 Функциональные требования к информационно-аналитическим системам 72
3.5 Программные средства для автоматизации разработки информационно-аналитических систем 74
3.5.1 Функциональные особенности формирования географических информационно-аналитических Интернет-систем 74
3.5.1.1 Атласные информационные системы 75
3.5.1.2 Автономные информационные системы 79
3.5.1.3 Комплексные информационные системы 80
3.5.2 Описание архитектуры программного обеспечения и аспектов реализации информационно-аналитических систем 81
3.5.2.1 Системы без редактирования серверных данных 81
3.5.2.2 Системы с редактированием серверных данных 83
3.5.2.3 Системы, включающие сторонние средства доступа и обработки данных 85
3.5.3 ГИС-библиотека для информационно-аналитических Интернет- систем 87
3.5.3.1 Описание логического уровня ГИС-библиотеки 88
3.5.3.2 Структура ГИС-библиотеки 91
3.5.3.3 Описание состава и функций ГИС-библиотеки 94
3.5.3.4 Функциональные особенности ГИС-библиотеки 97
3.5.3.5 Особенности клиентского программного обеспечения 99
3.6 Особенности использования инструментальных программных средств при разработке информационно-аналитических Интернет-систем 102
3.6.1 Разработка веб-приложений на основе ГИС-библиотеки для информационно-аналитических Интернет-систем 102
3.6.2 Программно-технологическое ядро «Регион» 104
3.7 Выводы 108
4 Реализация геоинформационных Интернет-систем 110
4.1 Экологический атлас заповедника «Столбы» 110
4.2 Социально-экономические паспорта районов и городов Красноярского края 112
4.3 Природные ресурсы Красноярского края 115
4.4 Земельные ресурсы Красноярского края 117
4.5 Мониторинг объектов городской среды. Система «Пеленг» 121
4.6 Информационно-графическая система анализа региональной инфраструктуры «ТЕРРА» 126
4.7 Выводы 131
Заключение 132
Список использованных источников
- Обзор существующих программных решений
- Базовые технологии публикации пространственных данных в Интернет в виде растровых изображений
- Функциональные требования к информационно-аналитическим системам
- Природные ресурсы Красноярского края
Введение к работе
В последние годы компьютерные и вместе с ними геоинформационные технологии прошли огромный путь в своем развитии: от локальных станций, работающих с картографической справочной информацией, до сложнейших проектов, включающих передачу и обработку огромных массивов информации, доступ и работу с данными из любой точки земного шара. Уже ни у кого не вызывает сомнения важность и актуальность географической информации. По мере развития информационных сетей, увеличения скорости и объема передаваемых данных востребованность ГИС-решений растет.
Работа с распределенной информацией и ГИС-проектами, охватывающими огромную территорию, естественным образом должна быть основана на использовании Интернет/Интранет технологий. Глобальные информационные сети позволяют не только быстро получить информацию, но обеспечивают возможность двустороннего обмена данными. Основываясь на существующих линиях коммуникации, национальных, коммерческих, многосторонних и двусторонних информационных системах, ГИС-проекты могут объединять международные, правительственные, коммерческие организации.
До недавнего времени Интернет-ГИС в основном предназначались для распространения и публикации картографической информации. Уже сегодня серверные приложения делают доступными через Интернет-ГИС всевозможные технологии, в том числе двусторонний оперативный обмен картографической информацией. Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают традиционные методы обработки данных, а с другой, обладают спецификой организации, обработки и отображения пространственно-временных данных. На практике это определяет их использование в качестве многоцелевых систем.
Важнейшей отличительной чертой современных ГИС является возможность аналитической обработки пространственных данных, которая находит
применение в задачах мониторинга и анализа состояния природных ресурсов, региональной инфраструктуры, социально-экономических и природных процессов. В таких задачах использование Интернет-технологий имеет ряд преимуществ по сравнению с настольными ГИС; важнейшими из них являются доступность созданных проектов большому числу пользователей, а также отсутствие необходимости установки дорогостоящего программного обеспечения и навыков работы с ним.
Сегодня большинство ведущих разработчиков ГИС имеют в линейках своих продуктов решения для создания веб-серверов, работающих с пространственной информацией. Среди западных компаний прежде всего следует отметить ESRI, Maplnfo, Autodesk и Intergraph. Из российских - Netlogic, Резидент, Центр геоинформационных исследований Института географии РАН. Однако нужно отметить, что данное программное обеспечение - это, как правило, лишь базовые инструментальные средства для публикации пространственных данных в Интернет. Потребности сегодняшнего дня в многопользовательских многофункциональных Интернет-ГИС-приложениях ставят проблему разработки новых эффективных программных средств на основе интеграции ГИС и Интернет-технологий для территориально-ориентированных задач анализа состояния объектов и ресурсов региональной инфраструктуры для органов власти, управления и бизнеса.
Цель работы заключается в исследовании и разработке инструментальных программных средств и технологических решений для информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера, размещаемых в сети Интернет и предназначенных для информационно-аналитического обеспечения пользователей Интернет/Интранет сетей. В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи: 1. Обзор и практическое исследование современных ГИС и Интернет-технологий с целью разработки технологических и программных решений, наиболее пригодных для создания информационно-
аналитических ресурсов на основе геоинформационного Интернет-сервера, размещаемых в Интернет/Интранет сетях.
Разработка метода организации хранилища спутниковых снимков высокого разрешения на территорию Красноярского края и Хакасии на основе данных спектрорадиометров Landsat-7/ETM+ и Terra/MODIS, свободно доступных через Интернет; реализация программных средств на основе интеграции ГИС и Интернет-технологий для обеспечения пользователей эффективными инструментами доступа к нему.
Разработка методики создания, архитектуры и инструментальных программных средств информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера для многопользовательских геоинформационных систем анализа состояния объектов и ресурсов региональной инфраструктуры.
Создание и внедрение программных продуктов и веб-ресурсов на основе разработанных инструментальных программных средств и технологических решений для геоинформационных Интернет-систем.
Методы исследований, применяемые в работе, основаны на методологии представления и обработки пространственно-распределенной информации в геоинформационных Интернет-системах, объектно-ориентированных методах построения программных систем.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Предложен метод организации многоуровневого хранилища спутниковых снимков высокого разрешения с развитыми средствами доступа к данным, отличительными особенностями которого является специальная предобработка данных, существенно сокращающая время доступа к преобразованным снимкам конечным пользователям, а также - расширенный набор интерфейсов для просмотра данных и их программной обработки.
Предложена модель данных для описания наборов пространственных данных интерактивных геоинформационных Интернет-систем. В соответствии с этой моделью, каждый слой геоданных имеет свой набор атрибутов и может содержаться в нескольких картах одновременно. Атрибуты слоя обеспечивают различные способы визуального представления (тематические раскраски, картодиаграммы и проч.) и взаимосвязи с внешними БД. Применение в модели WMS и WFS-сервисов предоставляет возможности построения распределенных геоинформационных систем.
Предложена архитектура программного обеспечения информационно-аналитической системы на основе геоинформационного Интернет-сервера для решения задач, связанных с динамическим формированием наборов пространственных данных, тематических карт, картограмм на основе топологической связи пространственной и семантической информации.
Практическая значимость. Предложены и апробированы на практике методические и программно-технологические решения для создания интерактивных геоинформационных Интернет-систем. Разработки были использованы в научно-исследовательских проектах:
Электронный экологический Интернет-атлас заповедника «Столбы» (работа выполнена при поддержке гранта ФЦП «Интеграция», проект А0021) [];
Геоинформационная Интернет-система «Природные ресурсы Красноярского края» (научно-исследовательский проект, поддержанный 2-мя грантами РФФИ и КФФН №№ 03-07-96000-р2003енисей_в, 05-05-97701 -р_енисей_а) [];
Результаты этих работ используются в проведении научных исследований в ряде организаций города, а также при подготовке студентов вузов.
Предложенные в диссертационной работе технологии, методики и программно-технологические средства были также применены в реализации ряда коммерческих проектов фирмы ТОРИНС и хоздоговорных работ ИВМ СО РАН. Наиболее значимые из них:
Интернет-портал «Земельные ресурсы Красноярского края» (работа выполнена для Комитета по земельным ресурсам и землеустройству Красноярского края в 2003 г.);
Интернет-клиент для системы мониторинга автотранспорта в режиме реального времени «Пеленг», разработанной ОАО «Инженерный центр "Геосеть-Сибирь"». Ведется опытная эксплуатация в г. Рига, Латвия.
, - Модернизированная версия информационно-графической системы анализа региональной инфраструктуры «ТЕРРА». Внедрена в Комитете по информационным ресурсам Администрации Губернатора Ханты-Мансийского автономного округа, размешена и функционирует во внутренней локальной сети Правительства округа.
Полученные в диссертации научные результаты позволили сформулировать положения, выносимые на защиту:
Метод организации хранилища спутниковых снимков высокого разрешения на основе данных спектрорадиометров Landsat-7/ETM+ и Terra/MODIS на территорию Красноярского края и Хакасии в совокупности с набором пользовательских и программных интерфейсов для доступа к его данным на основе протокола HTTP, стандарта WebMapService (WMS) и РНР-приложений.
Модель данных для описания наборов пространственных данных, оригинальное алгоритмическое и программное обеспечение информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера (специализированная ГИС-библиотека) для территориально-ориентированных задач анализа состояния объектов и ресур-
сов региональной инфраструктуры органов власти, управления и бизнеса. 3. Элементы математического и программного обеспечения ряда разработанных и внедренных прикладных программных комплексов: информационно-графическая система «ТЕРРА», геоинформационная Интернет-система «Природные ресурсы Красноярского края», Интернет-портал «Земельные ресурсы Красноярского края», экологический атлас заповедника «Столбы», интерактивный атлас «Социально-экономические паспорта районов и городов Красноярского края», система мониторинга объектов городской среды «Пеленг». Апробация работы. Основные теоретические результаты, отдельные положения, а также результаты конкретных прикладных исследований и разработок обсуждались на Конференциях молодых учёных ИВМ СО РАН (Красноярск, 2002, 2004, 2005, 2006 гг.), X Всероссийской студенческой научной конференции «Экология и проблемы защиты окружающей среды» (Красноярск, 2003 г.), XV конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 2003 г.), восьмой и девятой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 2003, 2005 г.), VII Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» и III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (Красноярск, 2003 г.), IV Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2003 г.), Всероссийской конференции «Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и обязательном медицинском страховании» (Красноярск, 2004 г.), VII Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 2004 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Организационно-правовые аспекты внедрения
информационных технологий в Югре» (Ханты-Мансийск, 2005 г.), VII научном совещании по прикладной географии (Иркутск, 2005 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Объединение субъектов Российской Федерации и проблемы природопользования в Приенисейской Сибири», конференции молодых ученых КНЦ СО РАН (Красноярск, 2006 г.).
Программные продукты, созданные в ходе исследований, демонстрировались на ряде выставок в Красноярске, Ханты-Мансийске и Москве.
Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 1 статья в центральной печати.
В проектах «Экологический атлас заповедника "Столбы"», «Социально-экономические паспорта районов и городов Красноярского края» и «Природные ресурсы Красноярского края» автор участвовал в постановке задачи, разработал общую архитектуру систем, схему базы данных, Интернет-сайт с основными разделами, выполнил наполнение ресурса информационными и картографическими ресурсами.
В разработке информационно-графической системы «ТЕРРА» автор участвовал в постановке задачи, в разработке веб-приложения, обеспечивающего удаленных пользователей возможностью представления и обработки данных, в разработке спецификаций внутренних XML-документов, участвовал в оформлении документации на систему и обработке исходных наборов данных.
В разработке портала информационной системы «Земельные ресурсы Красноярского края» автор участвовал в постановке задачи, разработал картографический модуль, схему базы данных для хранения картографической составляющей, картографический раздел и блок построения тематических карт для Интернет-портала, участвовал в первичном наполнении портала информационными и картографическими ресурсами.
В проекте «Мониторинг объектов городской среды. Система "Пеленг"» автор участвовал в разработке веб-клиента диспетчерской системы, выполнил наполнение ресурса информационными и картографическими ресурсами.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, 4 глав, Заключения, Списка литературы из 113 наименований и 8 Приложений на 25 страницах. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 1 таблицу и иллюстрирована 17 рисунками.
1 Обзор и анализ существующих решений и технологий публикации картографической информации в Интернет
Сейчас нам доступны огромные объемы информации. Данные хранятся в электронных таблицах и бумажных отчетах. Почти все эти данные имеют географическую составляющую. По разным оценкам до 85 процентов всех баз данных содержат какую-либо географическую информацию. При этой оценке учитывались объемы данных, содержащие адреса, названия городов, областей, государств, почтовые индексы и даже номера телефонов, включая коды удаленного доступа и добавочные номера. Настольная картография позволит компьютеру не просто обрабатывать данные, а наглядно представлять их.
Применяя компьютерное картографирование, пользователи работают прежде всего (но не только) с географическими информационными системами (ГИС) - особым видом компьютерного программного обеспечения, позволяющим создать компьютерную карту в двух ее ипостасях: как иллюстрацию любых выводов и положений и, что самое главное, как исследовательский инструмент, дающий возможность не только большей наглядности, но и аналитической работы с источниками данных в пространственной форме, включая их создание и представление в различных видах в зависимости от целей исследования, работы, позволяющей извлечь скрытую информацию и получить новое знание, осуществить практически трудноосуществимые ранее возможности пространственного анализа как на макро-, так и на микроуровне.
Спектр возможных приложений геоинформационных систем чрезвычайно широк - на базе ГИС ведутся разработки различных приложений для кадастровых задач (земельный кадастр, кадастр инженерных коммуникаций и т.п.), экологических задач (экологический мониторинг, экологическое картографирование и т.п.), задач рационального природопользования, тематиче-
ского картографирования, разнообразных геологических приложений, задач ведения информации о зданиях и сооружениях, задач оперативного управления городским хозяйством и т.д.
Интернет проникает во все новые области деятельности. Интерес к нему продолжает расти. Возросшие скорости передачи данных и графические интерфейсы современных веб-браузеров дают возможность применять Интернет в абсолютно новых качествах. Одним из таких качеств становятся интерактивные геоинформационные системы.
В настоящее время разработано и используется множество специализированных программных продуктов для построения и использования карт и картографических произведений в различных областях человеческой деятельности - от научных исследований в области экологии и лесопользования до производства рекламы на телевидении. При этом процесс создания электронных карт часто довольно трудоемок и может включать в себя достаточно много человеко-часов работы, поэтому свободное распространение электронных карт зачастую сильно ограничено. К тому же специализированное программное обеспечение для работы с электронными, картами также может потребовать приобретения и обучения работе с ним конечного пользователя. Одно из решений этих проблем заключается в использовании технологий представления картографической информации в Интернет посредством стандартных средств веб-браузера.
При этом нельзя забывать о том, что информационно-аналитические системы на основе геоинформационного Интернет-сервера сегодня должны обеспечивать пользователя необходимыми инструментами, не только для публикации картографической информации, но и для проведения различного анализа с применением ГИС технологий, мониторинга объектов и их состояния, предоставлять возможности для управления данными и объектами и т.д. Возросло число пользователей, имеющих доступ к сети Интернет. Геоинформационные технологии становятся важным инструментом реализации государственной информационной политики. Возникают новые задачи и суще-
ствующих сегодня программно-технологических решений не достаточно для решения всего спектра задач многопользовательских геоинформационных систем анализа состояния объектов и ресурсов региональной инфраструктуры для органов государственной власти, управления и бизнеса. В связи с этим возникает задача анализа существующей ситуации на рынке программного обеспечения и технологий разработки интерактивных ГИС.
Обзор существующих программных решений
Автором проведен анализ существующих программно-технологических решений с использованием вышеописанных технологий. На сайте компании ESRI и Maplnfo представлен список Интернет ресурсов созданных с использованием технологии ArcIMS и MapXtreme [94; 99] и представлено несколько десятков ссылок на различные темы.
При анализе печатных и электронных публикаций о геоинформационных системах в Интернет основное внимание уделено тем из них, которые связаны с задачами анализа состояния природных ресурсов, региональной инфраструктуры, социально-экономических и природных процессов. Анализ проводился с целью выявления перспективных программно-технологических решений.
Большинство найденных и проанализированных картографических Интернет ресурсов предоставляют следующие возможности:
- позволяют пользователям создавать собственные отчеты и анализировать деятельность различных социальных служб, например криминальную обстановку, движение транспорта, доступность и т.д.
- предоставляют услуги, необходимые для публикации, обмена и использования географической информации в Интернет. Пользователи могут публиковать свои собственные данные, искать данные, использовать и создавать новые геосервисы и приложения или даже строить сервисы на сервисах для поиска нового сообщества. Данные могут предоставляться в виде карт или других более развитых сервисов, имеющих дело, например, с демографией, картографированием преступлений, моделированием климата, отчетами о погоде в реальном времени, картографированием рисков затопления, адресным геокодированием и маршрутизацией и т.д.
- позволяют осуществлять доступ, просмотр и печать карты земельных участков, кадастровой информации, детальной информации по землепользованию, исторической информации, данных об опасных отходах и загрязнению воздуха, данных мониторинга лесных и окружающих ресурсов и т.д.
Ряд поисковых систем также предоставляет доступ к каталогу различных Интернет ресурсов, включающих в себя услуги по предоставлению картографических материалов [113].
Среди проанализированных картографических ресурсов лишь некоторые обладают возможностями тематического картографирования, которые необходимы при решении территориально-ориентированных задач анализа состояния объектов и ресурсов региональной инфраструктуры для органов власти, управления и бизнеса. Web Атлас Канады (http://atlas.gc.ca/) предоставляет интересную подборку тематических электронных карт и связанной информации о Канаде.
Партнерская сеть Nature-GIS в рамках исследовательской программы «Технологии информационного общества» Европейского Союза позволяет пользователям находить, визуализировать, совместно использовать и получать географическую информацию и наборы данных, связанные с охраняемыми территориями в Европе [104].
На сайте American FactFinder (http://factfinder.census.gov/) представлены карты обеспечивающие пользователя инструментом, для просмотра данных по переписи населения. Дополнительно существует возможность просмотра тематических карт по данным Переписи 2000, Переписи 1990, Экономическая перепись, и программе подсчета Населения.
Портал Geospatial One-Stop (GOS) (http://gos2.geodata.gov/) служит как общественный шлюз для того, чтобы улучшить доступ к геопространственной информации и данным. Geospatial One-Stop (GOS) - один из 24 правительственных программ, призванный увеличить правительственную эффективность и улучшить услуги гражданам, облегчая, более быстрый и менее дорогой для всех уровней правительства и публики к доступу пространственной информации. Каталог пространственной информации, содержащей тысячи отчетов связанных с картами, объектами, и каталогом услуг, загружаемые наборы данных, изображения, информационный центр, файлы и т.д.
А также ряд других картографических ресурсов описанных в публикаци-. ях и посвященных проблемам систем управления городскими рисками, управления данными о скважинах и геологических данных, содержащие информацию и карты заболоченных территорий Флориды [77; 84; 93; 100].
В России полноценные «сайты-карты» появились, как и многое другое, в начале 2000 года. Интерактивными картографическими сервисами в короткий срок обзавелись почти все крупные мировые порталы, а также множество корпоративных сайтов. Зарубежный опыт решили принять на вооружение и российские Интернет компании [7]. В нашей стране появилось несколько крупных картографических проектов.
Базовые технологии публикации пространственных данных в Интернет в виде растровых изображений
Для разработки геоинформационного Интернет-сервера, необходимо рассмотреть принципы его построения [10]. Сегодня функциональные возможности, предоставляемые системами публикации геопространственных данных в Интернет, принципиально мало отличаются от тех, которые доступны при использовании самих базовых ГИС. Реализация пользовательского интерфейса на основе использования стандартных элементов языка HTML несколько снижает эффективность эксплуатации системы, однако, принципиальные возможности по визуализации остаются неизменными.
Схема геоинформационного Интернет-приложения выглядит следующим образом. Серверная часть состоит из находящегося в сети физического сервера, где расположены физические файлы электронных карт, их описания, шаблоны отображения выходных данных, а также гипертекстовые документы в формате HTML. В качестве клиентской части выступает подключенный к сети компьютер, на котором установлено программное обеспечение, позволяющее отображать документы гипермедийной разметки в формате HTML так называемый Интернет-обозреватель (веб-браузер). Команды пользователя посредством HTML-форм передаются на сервер с помощью метода GET или POST протокола HTTP.
Для того чтобы создавать динамические веб-сайты, были разработаны ряд технологий и интерфейсов. Существует несколько основных интерфейсов: CGI (Common Gateway Interface), модуль веб-сервера (например, ISAPI для Microsoft IIS, Apache DSO для Apache) и FastCGI [8]. Для реализации динамического формирования картографического веб-интерфейса- возникает необходимость в использовании скриптовых расширений на стороне сервера.
Сценарии, предназначенные для выполнения на стороне сервера, обычно располагаются в специальном каталоге внутри папки сайта. Принимая запрос пользователя, в котором указана программа, сервер запускает эту программу на выполнение. В результате выполнения программы выходные данные передаются веб-серверу, а затем клиенту. Для написания сценариев, работающих на стороне сервера, обычно используются такие технологии, как-РНР, Perl, Python, ASP, JSP и т.д.
Использование скриптового языка на стороне сервера позволяет генерировать карты по запросам пользователя [29]. При взаимодействии этого языка с базами данных появляется возможность использования различных табличных данных для построения тематических карт, картограмм, появляется возможность получения расширенной справки по интересуемому объекту на карте и т.д.
При создании тематических карт и картограмм рассматривают два типа данных: географическая подложка и тематическая информация. При традиционном подходе эти данные связаны посредством механизмов геокодирования. Географическая подложка находится в отдельном файле или пространственной СУБД (СУПБД) [74; 79], а тематическая информация может находиться как в отдельном файле, так и базе данных. Современные архитектуры ГИС строятся на основе объединения в одной базе пространственных и проблемно-ориентированных данных. Дополнительно структура баз данных предусматривает хранение множества служебной информации для отображения электронных карт, например карты цветовой раскраски для каждой тематической группы [81].
Рассмотрим технологию построения картографического сервера. Для нормального функционирования веб-сервера нужно настроить программное обеспечение MapServer. Необходимо подготовить данные (карты местности и табличные данные), выложить их на сервер. Структура этих данных должна соответствовать разработанной модели системы. Необходимо подготовить интерфейс и настроить все конфигурационные файлы. На рисунке 2.1 представлена структурная схема.
Функциональные требования к информационно-аналитическим системам
В результате анализа существующих на мировом рынке географических информационно-аналитических Интернет-систем и разработанных в рамках диссертационного исследования Интернет-проектов автором работы предложена группировка этих систем по классу решаемых задач:
Атласные системы. Серии карт и комплексных атласов, где сведения приводятся в единообразной, систематизированной, взаимосогласованной форме; по проекции, масштабу, степени генерализации, современности, достоверности и другим параметрам. Такие наборы карт особенно удобны для создания тематических баз данных.
Автономные системы. Самодостаточная система с возможностью просмотра и редактирования информации. Такая система решает разнообразные прикладные задачи, в основном опираясь на собственные силы. Отдельный завершенный проект, который развивается независимо от других и предоставляет пользователю все необходимые инструменты для работы.
Комплексные системы. Комплекс решений задач различного уровня. При этом система является частью другой большой системы, в которую входит ряд средств обработки и управления данными.
Особое место в Интернет занимают электронные атласы. Они оказались удачной альтернативой бумажным, создание которых, как известно, требует длительного времени, так что некоторые из атласов частично устаревают еще в процессе подготовки. Существуют разные типы электронных атласов. Одни из них предназначены только для визуального просмотра, в других предусмотрена возможность менять оформление, способы изображения и классификации картографируемых явлений, увеличивать и уменьшать карты, получать бумажные копии, третьи позволяют более разнообразно работать с картами, комбинировать и сопоставлять их, проводить по картам количественный анализ и оценку, выполнять взаимное наложение и пространственные корреляции, по существу это ГИС-атласы. Электронные атласы можно обновлять постоянно по мере поступления информации, например, от государственной статистической службы. Примером может служить существующая в Канаде Информационная система национального атласа [6].
Атласные информационные системы применяются в виде систем поддержки принятия решений, разработки сценариев развития территории и др. Они имеют развитые моделирующие функции, могут интегрировать экспертные системы и оформляться, как полномасштабные мультимедийные конструкции. Атласные информационные системы позволяют визуализировать геопространственные данные и проводить разнообразный анализ, вплоть до разработки возможных вариантов развития таких комплексных систем.
Основным элементом атласной информационной системы является тематическая карта. Тематическая карта, отображающая статистическую информацию, используется как средство поддержки принятия решения. Такие карты предоставляют широкие возможности для анализа данных путем присвоения графическим объектам на карте цветов, штриховок, типов линий и символов на основании некоторого условия или-числового значения,.а также помогают выявить тенденции и взаимосвязи данных [89; 110].
В рамках теоретического и практического исследования автор участвовал в разработке нескольких прикладных проектах. Два разработанных геоинформационных Интернет-ресурса относятся к атласным информационным системам: экологический атлас заповедника «Столбы» [28; 30; 34] и атлас «Социально-экономические паспорта городов и районов Красноярского края» [35]. Функциональные возможности
Для построения атласных информационных систем удобно использовать два принципа построения тематических карт.
Использование готовых тематических слоев, подготовленных в результате анализа различных показателей. Такие тематические слои состоят из полигональных объектов, содержащих границы областей, полученных в результате какого-либо анализа территории. Например, экологическое состояние территории заповедника «Столбы» построенное на основе геоинформационного анализа, обобщения и интерпретации результатов исследований экосистемы территории заповедника (на основе данных по состоянию атмосферы, уровня загрязнения почв, лесной подстилки и т.п.) [21]. Карты загрязнения города, климатические характеристики, загрязнение воздуха, загрязнение почвы и осадков, сведения о заболеваемости и ее динамика в электронном экологическом атласе г. Красноярска [4].
Второй способ построения и отображения тематических карт основывается на использовании карт различного территориального деления (например, карты административно территориального деления). Для построения тематической раскраски используются различные статистические данные, привязанные к территориям.
Природные ресурсы Красноярского края
Эти две составные части тесно взаимосвязаны перекрестными контекстными ссылками. В частности, осуществляя навигацию по словарным статьям, можно перейти на страницу с фрагментом тематической карты, контекстно связанной с выбранной статьей, и наоборот - с помощью карто-ориентированного пользовательского интерфейса найти словарные статьи, имеющие отношение к указанной пользователем территории.
В процессе подготовки базы данных статей природно-ресурсной тематики была проделана значительная работа по преобразованию содержимого исходных информации в вид, наглядно отображающий внутреннюю структуру данных и взаимосвязи между отдельными информационными объектами. Кроме этого, был реализован механизм, обеспечивающий поиск интересующих данных по заданному шаблону.
Вторая составная часть Интернет-системы - геоинформационный атлас природных ресурсов Красноярского края. Интернет обладает большим потенциалом как среда распространения информации для электронных карт и географических данных. Возможность непосредственного доступа к источникам пространственных данных на серверах Интернет и доступность ресурсов всем пользователям Сети сделали сегодня решения на основе интеграции ГИС и Интернет очень популярными (приложение В).
Программное обеспечение геоинформационной Интернет-системы природных ресурсов реализовано в архитектуре клиент-сервер для операционной системы FreeBSD, с использованием набора стандартных и специализированных инструментальных программных средств. В качестве формата данных картографических систем использовался стандартный открытый формат SHP-файлов ГИС Arc View и ТАВ-файлов ГИС Maplnfo. Разработка серверной части выполнялась преимущественно на языке программирования РНР с использованием СУБД MySQL, а клиентской - на языке JavaScript. В качестве ГИС составляющей применялось программное обеспечение MapServer. Проект реализован в виде Интернет-портала (сайта, организованного в виде системного многоуровневого объединения различных ресурсов и сервисов). Основа сайта - система управления содержимым phpWebThings.
Предполагаемые пользователи системы - специалисты администраций всех уровней власти, научная общественность высших учебных заведений и исследовательских институтов. Доступность системы в сети Интернет обеспечит возможность работы с ней всем желающим.
Результаты исследований позволяют выделить ряд приоритетных направлений дальнейшего совершенствования методологического и практического аспектов регулирования природопользования, повысить эффективность решения задач использования природно-ресурсного потенциала Красноярского края в контексте стратегии социально-экономического развития региона.
В проекте автор участвовал в постановке задачи, разработал общую архитектуру системы, схему базы данных, Интернет-портал с основными разделами, выполнил наполнение ресурса информационными и картографическими ресурсами.
Проект "Природные ресурсы Красноярского края" доступен в Интернет по адресу http://nature.krasn.ru/.
В настоящее время в краевой системе мониторинга земель основной объем информации представлен в виде отчетов и тематических карт, что затрудняет и, порой, ограничивает оперативность управления полученной ин формацией и представления ее для принятия решений. Совершенно очевидно, что пользование накопленными данными наиболее доступно и эффективно, если они хранятся в электронном виде.
Информационная система «Земельные ресурсы Красноярского края» предназначена для информационной поддержки развития рынка земли и недвижимости в Красноярском крае. В том числе и для автоматизации работ по оперативному геоинформационному обслуживанию (обработка анали тических запросов, формирование отчетов по разделам, подготовка и визуали-, зация тематических карт) специалистов органов государственной власти. Проект разрабатывался по заказу комитета по земельным ресурсам и землеустройству по Красноярскому краю.
Доступ пользователя к информационной системе организован посредством веб-браузера и не требует установки дополнительного программного обеспечения на локальный компьютер. Портал содержит следующие разделы и сервисы: - Структурированный каталог организаций участников проекта (информационные доноры, информационные потребители). - Публикации - тематический каталог статей с возможностью привязки к тематическим картам. - Документы - официальные документы федеральных и краевых органов власти по вопросам управления земельными ресурсами и недвижимостью. - Депозитарий - специализированное хранилище комплексных технологических решений (проектной, методической и технологической документации, презентационных и рекламных материалов, демонст-:-. рационных версий программного обеспечения, типового программного обеспечения, инструментальных программных средств и библиотек компонентов). - Семинары - тематический каталог материалов конференций, совещаний, семинаров.
