Система формирования пользовательского интерфейса для ввода, отображения и модификации векторных пространственных данных
USER INTERFACE FORMATION SYSTEM FOR THE VECTOR SPATIAL DATA INPUT, DISPLAY AND MODIFICATION

Изобретение относится к геоинформационным системам, а именно к системам формирования графического пользовательского интерфейса с функциями ввода, отображения и модификации пространственных данных на вычислительных устройствах, оборудованных дисплеем и устройством ввода данных типа "мышь" или сенсорным экраном.
В современном мире человек ежедневно генерирует значительное количество разнородной информации, которую необходимо анализировать. Получив доступ к накопленным текстовым, графическим, видео, геоданным возникает другая задача - представление результатов конечному пользователю, не являющимся специалистом в области анализа больших данных, картографии или геоинформационных систем. Анализ пространственных данных требует знания языка запросов или программирования, создание в любой известной геоинформационной системе несложного представления требует понимания принципов работы картографических сервисов, ручного подключения требуемых источников данных, навыков работы со средствами баз данных, с помощью которых осуществляется соединение соответствующих сущностей и вывод нужной атрибутивной информации. Данный подход не предполагает автоматизацию процесса подготовки разнородных данных для анализа и визуализации, что в конечном итоге снижает эффективность использования накопленных пространственных данных.
Известны способы визуализации географических данных на основе цветовых палитр, например, шкала высот или тепловая карта; облако точек позволяет визуализировать зоны с высокой плотностью населения, отобразить интенсивность интернет-трафика; кластеризация позволяет повысить наглядность данных в зависимости от масштаба карты и не допустить пересечения большого числа близко расположенных элементов, а при совместном использовании с цветовой шкалой - визуализировать на ее основе еще какой-либо параметр; картограммы позволяют привязать геопространственный параметр (например, площадь страны) к анализируемой величине (численность населения) и отобразить несколько искаженную карту, но при условии, если географические данные неважны для этого случая или ими можно пренебречь.
Для повышения производительности используют разбиение растровых и векторных изображений на большое количество маленьких изображений (то есть построение пирамиды масштабов), что лежит в основе всех картографических сервисов.
Реализации подобных технических решений описаны в патенте US 20050091223 А1 (МПК G06F 7/00, Kevin В. Shaw, Miyi J. Chung, Maria A. Cobb, 28.04.2005). В нем предложена объектно-ориентированная система для создания и хранения пространственной структуры данных для использования в многозвенных приложениях. Данные организованы в базу данных, которая содержит координаты геопространственных объектов, атрибуты и метаданные в иерархической реляционной структуре. Система предусматривает создание объектов и уровней, составляющих базу данных, и пространственную индексацию данных между объектами по уровням иерархии. Данные могут обновляться и экспортироваться в векторные форматы реляционных баз данных.
В патенте US 20110316854 А1 (МПК G06T 17/00, Bryan Vandrovec, 29.12.2011), описан процесс оптимизации детализации слоя на разных масштабах, заключающийся в понижении степени дискретизации сетки высот до минимально допустимой различимой величины. В соответствии с параметром уровня детализации строится новая пирамида масштабов слоя. Такой подход позволяет повысить производительность геоинформационной системы, снизить минимальный уровень оперативной памяти на клиентской ПЭВМ.
В патенте US 20130321456 А1 (МПК G09G 5/00, G06F 3/041, Jeffrey P. Hultquist, James A. Howard, Aroon Pahwa, Christopher Blumenberg, 5.12.2013), описаны способы, системы и устройство для отображения многослойной карты. Карта, состоящая из географических данных растрового и векторного форматов, может быть сгенерирована картографическим сервисом и отправлена на клиентское устройство. Клиентское устройство может принимать входные данные, изменяя уровень масштабирования отображаемой карты. Некоторые варианты реализации позволяют получать от клиента обновленные данные в растровом формате.
В заявке на изобретение US 2014/0047409 А1 (МПК G06F 9/44 (2006.01), Edward Yang, Robyn J. Chan, Hanju Kim, 13.02.2014), которая выбрана в качестве прототипа, описана система и устройство, реализующее средство разработки корпоративных приложений. Система разработки приложений включает в себя пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю выбирать и изменять виджеты, отображать свойства прикладного программного интерфейса на атрибуты виджета, а также создавать пользовательские интерфейсы приложений с помощью виджетов. Для изменения виджетов и создания приложений система может изменять исходный код, связанный с виджетом или приложением на основе данных, полученных от пользователя через интерфейс системы разработки приложений.
Недостатком указанных аналогов и прототипа являются значительные временные затраты пользователя на конфигурирование электронного атласа с векторными пространственными данными из различных источников, путем формирования данных для электронного атласа и применения к ним операций ввода, редактирования, выборки, соединения, агрегации, фильтрации, сортировки, что снижает качество принятия решений на основе полученных результатов.
Техническим результатом предлагаемой системы является снижение временных затрат оператора на конфигурирование электронного атласа с векторными пространственными данными из различных источников путем формирования данных для электронного атласа и применении к ним операций ввода, редактирования, выборки, соединения, агрегации, фильтрации, сортировки.
Техническая проблема решается тем, что система формирования пользовательского интерфейса для ввода, отображения и модификации векторных пространственных данных, содержащая блок ввода/вывода 1, вычислительный блок 2, блок памяти 5, блок мультимедийного носителя 9, машиночитаемый носитель 10 с программой 14, устройство хранения данных 15, устройство ввода данных (Клавиатура) 16, устройство ввода данных типа "мышь" 17, блок отображения векторных пространственных данных (Дисплей) 18, при этом блок ввода/вывода 1, вычислительный блок 2, блок памяти 5 соединены между собой через блок ввода/вывода 1, с которым соединены блок мультимедийного носителя 9, машиночитаемый носитель 10 с программой 14, устройство хранения данных 15, устройство ввода данных (Клавиатура) 16 и устройство ввода данных типа "мышь" 17, блок отображения векторных пространственных данных 18, отличающаяся блоком управления обработкой набора исходных векторных пространственных данных 3, блоком генерации программного кода функциональных частей пользовательского интерфейса 4, блоком хранения метаданных об исходных векторных пространственных данных 6, блоком хранения промежуточных данных 7, блоком хранения метаданных о выходных векторных пространственных данных 8, при этом блок хранения метаданных об исходных векторных пространственных данных соединен с блоком ввода/вывода 1, блок хранения промежуточных данных 7 соединен с блоком ввода/вывода 1, блок хранения метаданных о выходных векторных пространственных данных 8 соединен с блоком ввода/вывода 1, который соединен с блоком управления обработкой набора исходных векторных пространственных данных 3 и блоком генерации программного кода функциональных частей пользовательского интерфейса 4. Упомянутая система формирования пользовательского интерфейса для ввода, отображения и модификации векторных пространственных данных, содержащая блок машиночитаемого носителя 10, который состоит из блока хранения программного кода последовательных запросов 11 к устройству хранения данных и реализующего самостоятельно-последовательный режим исполнения, блока хранения программного кода параллельных запросов 12 к устройству хранения данных, реализующего параллельный режим исполнения, блока хранения программного кода пользовательского интерфейса 13, входящего в состав пакета прикладных программ на принципе вложенности модулей друг в друга "матрешка".
Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность генерации программного кода функциональных частей пользовательского интерфейса, реализующего функции ввода/вывода для заданного пользователем множеств элементов из итогового набора векторных пространственных данных, позволяющего достичь заявляемый технический результат.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности "новизна".
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых показано:
Фиг. 1. - Вариант реализации системы формирования пользовательского интерфейса для ввода, отображения и модификации векторных пространственных данных.
Фиг. 2. - Алгоритм действий пользователя для формирования конфигурации генератора программного кода функциональных частей создаваемого пользовательского интерфейса.
Фиг. 3. - Визуальное представление конструктора пространственных запросов в исходном пользовательском интерфейсе.
Фиг. 4. - Визуальное представление нового набора пространственных данных и текущих элементов в созданном пользовательском интерфейсе.
Осуществляют изобретение следующим образом.
На фиг. 1 изображен вариант реализации вычислительной системы с набором блоков и устройств, которые могут использоваться для выполнения вышеописанных процессов. Система включает в себя: блок ввода/вывода, один или несколько центральных процессоров и блок памяти. Блок ввода/вывода подключен к дисплею, клавиатуре, манипулятору типа "мышь", устройству хранения данных и блоку мультимедийного накопителя. Блок мультимедийного диска может считывать/записывать машиночитаемый носитель, который содержит программу и/или данные.
На первом этапе из устройства хранения данных с базой векторных пространственных данных считывают и записывают в блок хранения метаданных об исходных векторных пространственных данных (блок 1, фиг. 2) данные о запрашиваемой выборке.
На втором этапе вызывают конструктор пространственных запросов (фиг. 3) и для включаемых решением пользователя в создаваемый запрос каждого множества элементов (поля) исходного набора векторных пространственных данных задают одну или несколько пространственных унарных логических операций (пространственных функций), и/или для набора (нескольких наборов) из двух множеств элементов (полей) векторных пространственных данных задают одну или несколько пространственных бинарных логических операций (пространственных функций), и/или для набора (нескольких наборов) из одного множества элементов (поля) векторных пространственных данных и пользовательского пространственного элемента задают одну или несколько пространственных бинарных логических операций (пространственных функций), на основе которых генерируют программный код функциональных частей нового пользовательского интерфейса: модели данных объектно-реляционного проектора, визуального представления пространственных данных и контроллера согласно архитектуры приложения MVC: "Модель"-"Представление"-"Контроллер" (блоки 2-16, фиг. 2).
На третьем этапе пользователь, используя созданный интерфейс (фиг. 4), осуществляет по необходимости действия по вводу, выборке, агрегации, фильтрации, сортировке и просмотру элементов обычных и векторных пространственных данных и визуализацию итогового набора элементов на экране в табличном виде с отображением на карте текущих элементов.
Реализация заявленного изобретения объясняется следующим образом.
Блок хранения метаданных об исходных векторных пространственных данных, блок хранения промежуточных данных, блок хранения метаданных о выходных векторных пространственных данных могут быть реализованы на основе машиночитаемых носителей - оперативных запоминающих устройствах (Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с., страницы 145-152).
Блок управления обработкой набора исходных векторных пространственных данных, блок генерации программного кода функциональных частей пользовательского интерфейса могут быть реализованы на основе вычислительных устройств -микропроцессоров, управляемых программой, записанной на машиночитаемый носитель (Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с., страницы 161-167).
Блок отображения векторных пространственных данных - может содержать в своем составе монитор, а для ручной работы пользователя с данными использовать устройство ввода данных типа "мышь" или сенсорный экран (В. Бройдо, О. Ильина. Архитектура ЭВМ и систем. - СПб.: Питер, 2009. - 720 с., страницы 245-278).
Векторные пространственные данные хранятся на устройстве хранения данных, которое может быть реализовано на основе машиночитаемого носителя большой емкости, чтение и запись на который осуществляется под управлением блока ввода/вывода (В. Бройдо, О. Ильина. Архитектура ЭВМ и систем. - СПб.: Питер, 2009. - 720 с., страницы 218-220).
"Промышленная применимость" изобретения обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены действия, реализующие данную систему с достижением указанного в изобретении назначения.
Реализация системы осуществляется с применением созданных программ, которые могут входить в состав пакета прикладных программ на принципе вложенности модулей друг в друга и функционировать как в самостоятельно-последовательном, так и параллельном режиме исполнения.
Появившиеся в последние годы архитектурные шаблоны приложений, объектно-реляционные проекторы и способы автоматизации разработки позволяют применить их возможности при работе с пространственными данными, когда любая задача всегда подразумевает реализацию нового функционала. Так, каждая точка пространственного объекта характеризуется координатами. Сами пространственные объекты представляют собой точку, линию, полилинию, полигон (замкнутую полилинию) или коллекцию перечисленных геометрий. Пространственные функции (логические операции согласно данного описания) подразумевают операции вычисления областей пересечения векторных пространственных объектов, их объединения, нахождения площади объекта, его длины, периметра, окрестности определенного радиуса и тому подобные. Объектно-реляционный проектор позволяет создать запрос метаданных о полях новой выборки и самих данных из базы векторных пространственных данных на языке запросов к устройству хранения данных. В соответствии с архитектурным шаблоном, генерация кода элементов приложения и пользовательского интерфейса является формализованной задачей, так как его составные части строго структурированы и стандартизованы. Соответственно "Модель" согласуется со структурой хранения пространственных и обычных данных. "Контроллер" управляет процессом вызова "Модели" и возврата данных из нее в пользовательский интерфейс ("Представление"). Предлагаемая система позволяет упростить работу с пространственными данными и получать необходимый функционал в течение нескольких минут. Единожды запросив выборку с пространственными типами данными и создав интерфейс, он становится доступен другим пользователям (при наличии у них на это прав).
Предлагаемая система формирует интуитивно понятный пользовательский интерфейс для отображения заданных оператором множеств элементов из набора векторных пространственных данных с возможностью задания пространственной функции, применяемой к исходным множествам элементов и/или заданному пользовательскому пространственному элементу, условий для фильтрации и сортировки множества выходных пространственных элементов и их визуализации на электронном атласе на основе пользовательского интерфейса, сформированного при помощи генерации программного кода его функциональных частей. Так же система предоставляет возможность из пользовательского интерфейса осуществить модификацию выбранного элемента пространственных данных посредством корректировки его на карте с помощью устройства ввода данных типа "мышь" или сенсорного экрана с последующим сохранением изменений в устройстве хранения данных.
Преимущество данного подхода подтверждается экспериментальным путем на основании сравнения временных затрат на формирование тестовой конфигурации электронного атласа с геоинформационной системой "ArcGIS".
Так, затрачиваемое время на написание и отладку в "ArcGIS" SQL-запроса с пространственными функциями к СУБД опытным пользователем в ручном режиме составляет 15 минут, время на добавление слоя с векторными данными - 5 минут.
В случае использования возможностей разработанной системы оператор затрачивает 5 минут на формирование представления с пространственными функциями посредством пользовательского интерфейса системы и генерацию на его основе нового интерфейса. Следовательно, предлагаемая система избавляет пользователя от ручного написания запросов на выборку пространственных данных или привлечения программиста, что экономит от 15 минут работы для каждой уникальной задачи.
Таким образом, предложенная система приводит к снижению временных затрат оператора на конфигурирование электронного атласа с векторными пространственными данными из различных источников путем формирования данных для электронного атласа и применении к ним операций ввода, редактирования, выборки, соединения, агрегации, фильтрации, сортировки.