Особенности построения программного обеспечения геоинформационных веб-систем

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.71.025

Якубайлик О.Э.

ORCID: 0000-0002-2668-4776, Кандидат физико-математических наук, Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук, Красноярск, Россия ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ВЕБ-

СИСТЕМ

Аннотация

Рассматриваются основные тренды развития, характеристики, особенности реализации геоинформационных веб-систем, их программного и технологического обеспечения. Показано, что разработка и внедрение картографических геопространственных веб-сервисов, сформированных на основе стандартов Консорциума OGC, может значительно расширить сферу применения формируемых геоданных, а интеграция ГИС и веб-технологий предоставляет пользователям качественно новые возможности, в том числе - возможность доступа к распределенным и значительным по размеру архивам геопространственной информации, спутниковых снимков. Представлены результаты авторских исследований и разработок в области создания геоинформационных веб-систем.

Ключевые слова: веб-ГИС, геопортал, геоданные, картографический веб-сервис, геопространственные данные, веб-картография, Интернет-ГИС.

Yakubailik O.E.

ORCID: 0000-0002-2668-4776, PhD in Physics and Mathematics, Krasnoyarsk Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciencesof, Krasnoyarsk, Russia FEATURES OF PROGRAM BUILDING WHICH PROVIDE GEOINFORMATION WEB SYSTEMS

Abstract

The main development trends, characteristics, peculiarities of implementation of geoinformation web-systems, their software and technological support are considered in the paper. It is shown that the development and implementation of cartographic geospatial web services formed on the basis of the standards of the OGC Consortium can significantly expand the scope of the generated geodata. The integration of GIS and web technologies provides users with qualitatively new opportunities, including access to distributed and significant on the size of archives of geospatial information, satellite imagery. The results of author's research and development in the field of creation of geoinformation web-systems are presented.

Keywords: web GIS, geoportal, geodata, cartographic web service, geospatial data, web-cartography, Internet GIS.

Развитие картографических и геоинформационных систем (ГИС) в последние годы в значительной степени связано с веб-технологиями, сервисами сети Интернет. Благодаря им появилась возможность доступа к данным дистанционного зондирования с высоким пространственным разрешением, другой значительной по объему пространственной информации различного типа, которая отображаются на карте и доступна через веб-сервисы -фотографии улиц городов, оперативная ситуация на дорогах (пробки), погода, чрезвычайные ситуации, пожары, и проч. Кроме того, в дополнение к традиционным приложениям, которые решают задачи визуализации геоинформации, подготовленной профильными организациями и профессионалами, сегодня формируется новое поколение географических информационных систем, создаваемое в парадигме технологий "Веб 2.0" [1]. В этих системах новая информация порождается и публикуется в Интернете конечными пользователями, которые с помощью мобильных приложений, сервисов социальных сетей кооперативно создают и актуализируют контент - данные этих систем [2]. Особенно интенсивными рассматриваемые тенденции стали в последние годы - с ростом популярности постоянно связанных с Интернетом мобильных устройств (смартфонов и планшетов) с геолокационными возможностями [3], [4].

Сегодня стало сложно провести однозначную разделительную черту между «настольной ГИС» - ГИС для персонального компьютера (десктопа) - и веб-ГИС, или ГИС, которая предназначена для работы с использованием сети Интернет. Это связано с тем, что, с одной стороны, большинство актуальных сегодня «настольных ГИС» обзавелись продвинутыми возможностями чтения и публикации пространственных данных в сети Интернет, и, с другой стороны, интерфейсы геоинформационных веб-систем все чаще предусматривают возможность выполнения таких операций с геоданными, которые ранее были доступны исключительно в настольных приложениях [5]. Интернет в этом смысле в настоящее время все больше становится платформой, своего рода операционной системой, в которой работают прикладные программы [6].

Ставший традиционным подход заключается в создании набора приложений, которые взаимосвязаны сервисами информационного взаимодействия. Геоинформационная веб-система работает в многозвенной архитектуре в распределенном режиме сразу на нескольких компьютерах-серверах и пользовательском компьютере-клиенте. При этом формирование коллекции пространственных данных, с которыми работает система, осуществляется как правило в сторонних ГИС, с использованием стандартных форматов популярных ГИС или специализированной геопространственной СУБД [7]. Первичная подготовка данных для веб-приложения осуществляется, как правило, за рамками рассматриваемого программного обеспечения геоинформационной веб-системы, с помощью стандартных «настольных ГИС» (QGIS, MapInfo, ArcGIS, и проч.). Преимуществом веб-ГИС по сравнению с настольными системами является прежде всего доступность геопространственных данных - для работы с ними может использоваться любое устройство, связанное с Интернет: персональный компьютер, ноутбук, планшет, смартфон. Также отметим сокращение расходов на приобретение настольных ГИС и повышение надежности системы благодаря централизованному хранению данных [8].

Вопрос об оптимальной архитектуре программного обеспечения веб-ГИС обычно рассматривается в контексте поставленных и решаемых задач - очевидно, что не бывает одной универсальной модели системы, удовлетворительной для всех ситуаций. Анализ существующих подходов и тенденций, опыт собственных разработок

в данной области позволил сформулировать несколько системообразующих универсальных компонент для рассматриваемого класса приложений; некоторое подмножество из которых может быть выбрано для каждой конкретной решаемой задачи [9]:

- Подсистема ведения архива геопространственных данных.

Решает задачи управления данными, обеспечивает их хранение, загрузку и удаление из архива, резервное копирование. Обычно предусматриваются сервисы регистрации в архиве сторонних баз геоданных, с организацией прямого доступа к ним, через унифицированный программный интерфейс. Централизованное хранение данных должно предоставлять возможность формирования подмножеств данных для отдельных приложений.

- Подсистема прикладных геопространственных веб-сервисов.

Обеспечивает прямой доступ к геопространственной информации на основе открытых стандартов Консорциума OGC - WMS, WFS, и проч. Подсистема должна обладать развитыми возможностями настройки параметров предоставляемых ресурсов, разделения прав доступа.

- Подсистема хранения геопространственных метаданных.

Основной задачей этой подсистемы являются операции навигации по доступной геоинформации, осуществления поиска с использованием пространственного фильтра. Необходим функционал для работы с множественной классификацией объектов и ресурсов, поддержки различных стандартов на метаданные. Должен быть обеспечен весь комплекс задач администрирования, управления метаданными.

- Подсистема служебных сервисов.

Обеспечивает информационное взаимодействие отдельных программных компонент, прием и передачу данных внутри системы. Благодаря формализованному программному интерфейсу отдельных элементов обеспечивается эффективность разработок, упрощается взаимодействие разработчиков систем.

- Публичные сервисы и программные интерфейсы.

Предназначены для представления данных, внедрения результатов работы системы в сторонние разработки. Примерами сервисов являются различные операции визуализации тематической информации, которые используются при формировании информационных страниц веб-сайтов.

- Подсистема интерактивного веб-отображения карты.

Программное обеспечение, которое выполняется в окне обычного веб-браузера; представляет собой шаблон для разработки типового картографического веб-приложения. Должно обладать интерфейсом, сопоставимым с настольными ГИС, содержать традиционные для рассматриваемого класса задач элементы - плавающие панели с инструментами-кнопками, интерактивные древовидные раскрывающиеся меню со списками слоев карты, контекстная настройка свойств отображения данных, и т.п.

Опыт научных и прикладных исследований и разработок информационно -вычислительного обеспечения веб-ГИС, построенных на основе перечисленных выше компонент, полученный в Институте вычислительного моделирования СО РАН, показал высокую эффективность рассматриваемого подхода [10]. Разработанные технологии и программы успешно зарекомендовали себя в качестве базиса ресурсоемких информационно-аналитических систем регионального уровня для задач различной тематики - информационной поддержки отраслевого управления (в сфере здравоохранения, образования, транспорта), экологического мониторинга и оценки состояния окружающей природной среды, прогноза социально-экономического развития региона [11], централизованного информационного обеспечения картографическими данными [12].

Основанная на самодостаточных компонентах архитектура этих систем, использование существующих стандартов на веб-сервисы для обмена данными между этими компонентами, обеспечивают быструю настройку имеющихся фрагментов программного обеспечения под требования решаемых задач, тиражирование отдельных модулей. Такой сервис-ориентированный подход, основанный на активном внедрении веб-технологий в прикладные информационные системы, все чаще применяется в настоящее время.

Список литературы / References

1. Якубайлик О.Э. Технологии для геоинформационных Интернет-систем / О.Э. Якубайлик, В.Г. Попов // Вычислительные технологии. - 2009. - Т. 14. - № 6. - С. 116-126.

2. Пиньде Фу. Веб-ГИС: Принципы и применение / Пиньде Фу, Цзюлинь Сунь // Издательство Дата+, 2013. - 356 с.

3. Якубайлик О.Э. Геоинформационная Интернет-система мониторинга состояния природной среды в зоне действия предприятий нефтегазовой отрасли / О.Э. Якубайлик // Вестник СибГАУ. - 2010. - Т. 1. - № 27. - С. 40-45.

4. Кадочников А.А. Формирование геоинформационного Интернет-портала для задач мониторинга состояния природной среды и ресурсов / А.А. Кадочников, В.Г. Попов, А.В. Токарев и др. // Журнал СФУ. Серия: Техника и технологии. - 2008. - Т. 1. - № 4. - С. 377-386.

5. Якубайлик О.Э. Технологии формирования интерактивных тематических карт на геопортале / О.Э. Якубайлик // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2017. - № 4. - С. 23-28.

6. Songnian L. Advances in Web-based GIS, Mapping Services and Applications / L. Songnian, S. Dragicevic, B. Veenendaal // CRC Press, 2011.

7. Sample J.T. Geospatial Services and Applications for the Internet / J.T. Sample, K. Shaw, S. Tu and others // SpringerVerlag US, 2008. - 179 p.

8. Якубайлик О.Э. Разработка средств информационной поддержки наблюдений за состоянием окружающей природной среды / О.Э. Якубайлик, А.А. Гостева, М.Г. Ерунова и др. // Вестник КемГУ. - 2012. - № 3/1(51). - С. 136-142.

9. Yakubailik O. Geospatial services & Web GIS software for environmental monitoring problems / O. Yakubailik // 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2016. Conference Proceedings. - v. 1. - 2016. - № 2, - P. 657-664.

10. Yakubailik O.E. Web technologies for the geoinformation system of rapid assessment of atmospheric pollution and climatic conditions in Krasnoyarsk / O.E. Yakubailik, A.A. Kadochnikov, A.V. Tokarev // CEUR Workshop Proceedings. -2017. - Vol. 2033. - P. 44-48.

11. Shaparev N. Usage of Web Mapping Systems and Services for Information Support of Regional Management / N. Shaparev, O. Yakubailik // MATEC Web of Conferences. - v. 79. - 2016. - № 01081.

12. Кадочников А.А. Сервис-ориентированные веб-системы для обработки геопространственных данных / А.А. Кадочников, О.Э. Якубайлик // Вестник НГУ. Информационные технологии. - 2015. - Т. 13. - № 1. - С. 37-45.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Yakubailik O.E. Tehnologii dlya geoinformatsionnyh Internet-system [Technologies for Internet Geographic Information Systems] / O.E. Yakubailik, V.G. Popov // Vychislitelnye Tehnologii [Computational Tehnologies] - v. 14. - № 6. - P. 116-126. [in Russian]

2. Pinde Fu. Web GIS: principles and applications / Pinde Fu, Jiulin Sun // Esri Press, 380 New York Street, Redlands, California 92373-8100.

3. Yakubailik O.E. Geoinformatsionnaya Internet-sistema monitoring sostoyaniya prirodnoy sredy v zone dejstviya predpriyatij neftegazovoy otrasli [Geoinformation internet system for environmental monitoring in the productive activity area of oil and gas industry enterprises] / O.E. Yakubailik // Vestnik SibSAU [Scientific Journal of Siberian Aerospace University]. - 2010. - v. 1. - № 27. - P. 40-45. [in Russian]

4. Kadochnikov A.A. Formirovanie geoinformatsionnogo Internet-portala dlya zadach monitoringa sostoyaniya prirodnoj sredy i resursov [Implementation of Internet GIS Portal for Environment and Natural Resources Monitoring Tasks] / A.A. Kadochnikov, V.G. Popov, A.V. Tokarev and others // Jurnal SFU: Seriya Tehnika i tehnologii [SibFU Journal. Engineering & Technologies]. - 2008. - v. 1. - № 4. - P. 377-386. [in Russian]

5. Yakubailik O.E. Tehnologii formirovaniya interactivnyh tematicheskih kart na geoportale [Technologies of Formation of Interactive Thematic Maps on Geoportal] / O.E. Yakubailik // Vestnik komp'iuternykh i informatsionnykh tekhnologii [Herald of computer and information technologies] - 2017. - № 4. - P. 23-28. [in Russian]

6. Songnian Li. Advances in Web-based GIS, Mapping Services and Applications / Li Songnian, Suzana Dragicevic, Bert Veenendaal // CRC Press, 2011.

7. Sample J.T. Geospatial Services and Applications for the Internet / J.T. Sample, K. Shaw, S. Tu and others // SpringerVerlag US, 2008. - 179 p.

8. Yakubailik O.E. Razrabotka sredstv informatsionnoi podderzhki nablyudenij za sostoyaniem okruzhajuschej prirodnoj sredy [Developing information support tools for observations of the environment state] / O.E. Yakubailik, A.A. Gosteva, M.G. Erunova and others // Vestnik KemGU [Bulletin of Kemerovo State University]. - 2012. - № 3/1(51). - P. 136-142. [in Russian]

9. Yakubailik O. Geospatial services & Web GIS software for environmental monitoring problems / O. Yakubailik // 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2016. Conference Proceedings. - v. 1. - 2016. - № 2, - P. 657-664.

10. Yakubailik O.E. Web technologies for the geoinformation system of rapid assessment of atmospheric pollution and climatic conditions in Krasnoyarsk / O.E. Yakubailik, A.A. Kadochnikov, A.V. Tokarev // CEUR Workshop Proceedings. -2017. - Vol. 2033. - P. 44-48.

11. Shaparev N. Usage of Web Mapping Systems and Services for Information Support of Regional Management / N. Shaparev, O. Yakubailik // MATEC Web of Conferences. - v. 79. - 2016. - № 01081.

12. Kadochnikov A.A. Servis-orientirovannye web-sistemy dlya obrabotki geoprostranstvennyh dannyh [Service-oriented web applications for spatial data processing] / A.A. Kadochnikov, O.E. Yakubailik // Vestnik NGU. Informatsionny tehnologii [Novosibirsk State University Journal of Information Technologies]. - 2015. - v. 13. - № 1. - P. 37-45. [in Russian]