Ирина Кищинская, Валерий Гохман; DATA+

Введение

Выход ArcGIS 9 означает успешное завершение важного этапа в развитии технологии Географических информационных систем. Компания ESRI, признанный лидер в разработке и продвижении ведущих ГИС- продуктов, следуя передовым тенденциям развития информационных технологий и идя навстречу растущим требованиям своих многочисленных пользователей, полностью переработала свое программное ГИС обеспечение, приведя его в соответствие с современными стандартами. Результатом этого перехода стало появление и быстрое развитие ArcGIS – унифицированного семейства программных продуктов нового поколения. Этому семейству присуща не имеющая аналогов интегрированность, в полной мере отвечающая универсальной природе и интеграционной способности географической информации и ГИС- технологии.

Рис. 1 Назначение ГИС.

ГИС

Согласно развиваемому в ESRI концептуальному подходу, ГИС- технология отражает реальный мир посредством интегрированных в единую систему и представленных в цифровом виде абстракций: карт и глобусов, наборов геоданных, визуальных схем рабочих процессов, метаданных и моделей данных. Средой хранения накопленного знания о нашем пространственном окружении и управления этими абстракциями является база геоданных. А модели данных играют роль своеобразных фильтров, обеспечивающих избирательный доступ к обобщенным данным и их эффективное использование.

Рис. 2 Представление нашего мира в ГИС.

В последние годы широкое внедрение Интернет привело к новому корпоративному взгляду на использование информации, обеспечило более тесное взаимодействие и совместную работу пользователей с распределенными ресурсами геоданных. Этому в значительной мере способствовало появление новых Web- средств, превративших ГИС- технологию в мощный инструмент сотрудничества, объединяющий как опытных ГИС- специалистов, так и людей с минимальными знаниями в этой области.

Предыстория

Около 5 лет назад компанией ESRI было объявлено о начале разработки новой платформы и структуры своего программного обеспечения. Главными задачами являлось приведение ГИС- технологии в соответствие с современными стандартами в области информационных технологий и компьютерной индустрии, использование объектно-ориентированного подхода, задействование практически всех известных и перспективных черт и функций ГИС. Эти задачи были реализованы с помощью технологии ArcObjects — универсальной библиотеки общих программных ГИС- компонентов. ArcObjects обеспечивает выполнение тысяч ГИС- функций и продолжает развиваться усилиями разработчиков из ESRI. Идейным предтечей этой технологии послужила ранее созданная в ESRI более «легковесная» библиотека разработчика — MapObjects.

Рис. 3 Развитие платформы ArcGIS на базе ArcObjects.

До недавнего времени на базе ArcObjects в основном создавались настольные продукты ArcGIS Desktop. Теперь на той же платформе создается и новая серверная архитектура ГИС, то есть ArcObjects становится технологией для новых разработок в виде механизмов для встраивания ГИС- функциональности в разнообразные по назначению и сложности пользовательские приложения.

Такая архитектура программного обеспечения и принятый подход позволили ESRI унифицировать свои разработки, а пользователи получили прекрасную возможность внедрять ГИС- функциональность в наиболее приемлемых для них вариантах, обеспечивающих поддержку рабочего процесса как на отдельных персональных компьютерах, так и в распределенной клиент-серверной среде с использованием как стандартно поставляемых и сразу готовых к работе программных ГИС- продуктов, так и собственных специализированных клиентских и серверных приложений со встроенными ГИС- функциями.

С появлением ArcGIS технология ГИС стала более тесно связанной с другими информационными системами. Фактически ArcGIS становится технологической платформой для создания корпоративных ГИС. Более того, универсальные возможности ArcGIS по интеграции различных типов данных и документов делает ее реальным и естественным решением для построения фундамента информационной системы, способствующей более эффективному управлению крупными государственными и коммерческими организациями: местными и региональными правительствами, министерствами и ведомствами, промышленными предприятиями, компаниями и объединениями.

Переход на надежную современную информационную платформу ArcGIS позволяет полностью раскрыть мощный потенциал ГИС-технологии и успешно развивать ее в будущем.

ArcGIS

Название ArcGIS относится к семейству комплементарных (дополняющих друг друга) программных продуктов. Это семейство создавалось поэтапно в течение нескольких последних лет. ArcGIS 8.0 была сфокусирована на предоставлении базовой структуры инструментов и базы геоданных. ArcGIS 8.1 расширила функциональность системы и добавила первую версию ArcView и ArcEditor. В ArcGIS 8.2 было проведено усовершенствование общей структуры и добавлена новая функциональность. ArcGIS 8.3 была сфокусирована на повышении качества, улучшении средств отображения и редактирования, поддержке системы линейных координат, внедрении полигональной топологии в базу геоданных, в ее состав вошли новые дополнительные модули, такие как ArcScan, Survey Analyst, ArcSchematics, Business Analyst и другие. Следующим шагом стал выпуск 9-й версии.

ArcGIS 9 – полная ГИС- платформа

Современный этап развития компьютерной отрасли сопровождается ростом возможностей и широким использованием Интернет, значительным усовершенствованием технологии управления базами данных (СУБД), внедрением объектно-ориентированного программирования, массовым применением мобильных компьютеров, повышенным вниманием к ГИС- технологии и ее широкомасштабным применением для решения различных научных и прикладных задач. Все это послужило стимулом для разработки линейки продуктов ArcGIS, составляющих масштабируемую современную ГИС- платформу. На базе этой платформы создан набор программных продуктов, в их основе лежат общие ГИС- компоненты, известные как ArcObjects. Они структурированы вокруг базы геоданных — корневой модели для организации географической, пространственно привязанной информации.

ArcGIS 9 представляет собой новую существенно доработанную версию ArcGIS. В ее настольных продуктах предлагается развитая среда геообработки и технология глобальной 3D визуализации. Также в ArcGIS 9 значительно усовершенствованы ключевые для профессиональной картографии функции, обеспечивающие быстрое создание качественных картографических продуктов.

В ArcGIS 9 достигнут заметный прогресс в удобстве работы, надежности и широте взаимодействия с разными платформами и приложениями. При ее создании было уделено особое внимание таким аспектам работы как более быстрый запуск приложений, сокращение объема памяти, необходимой для выполнения многих операций, более удобное обращение к функциям и инструментам, общее наращивание функциональности и производительности.

ArcGIS 9 построена на основе стандартов компьютерной отрасли, включая объектную архитектуру COM, .NET, Java, XML, SOAP. За счет этого обеспечивается поддержка общепринятых стандартов, гибкость предлагаемых решений, широкие возможности взаимодействия и совместной работы, создание разнообразных ГИС- сервисов.

Рис. 4 Общая структура ArcGIS 9.

Структура ArcGIS 9

ArcGIS 9 – это интегрированный набор программных ГИС- продуктов для создания полноценной современной ГИС. Фундаментальная архитектура ArcGIS обеспечивает внедрение ГИС- функциональности и бизнес-логики (процедур использования пространственных данных) в разных прикладных сферах, на разных уровнях организации работы: на персональных компьютерах, на серверах, через Web, или в полевых условиях. Поддерживается как работа отдельных пользователей, так и многопользовательский режим обработки и анализа данных. Структура ArcGIS 9 состоит из следующих основных блоков.

Настольные ГИС- продукты (DesktopGIS) — ArcReader, ArcView, ArcEditor, ArcInfo, а также дополнительные модули ArcGIS, представляют масштабированный по решаемым задачам и унифицированный по интерфейсу и общим принципам работы ряд продуктов для создания, обмена, управления, анализа и публикации географической информации. Основные настольные продукты ArcGIS (ArcView, ArcEditor, ArcInfo) имеют общую архитектуру, но различаются по уровню доступной функциональности составляющих их базовых приложений ArcMap и ArcCatalog и числу входящих в них инструментов геообработки, сгруппированных по типам решаемых задач. Эти приложения предоставляют широчайшие возможности работы с пространственными данными. ArcMap обеспечивает решение разнообразных картографических задач, пространственный анализ и редактирование данных. ArcCatalog отвечает за управление ГИС- данными, обеспечивает доступ к данным на отдельном компьютере, по локальной сети или через Интернет.

СерверныеГИС — ArcGIS Server, ArcIMS и ArcSDE. Они используются для создания и управления серверными ГИС- приложениями, позволяющими распространять пространственные данные (географическое знание) в пределах крупных организаций или многим другим пользователям через Интернет. ArcGIS Server – это сервер приложений, содержащий общую коллективно используемую библиотеку программных ГИС- объектов для создания серверных приложений, работающих в корпоративной сети или в Web. ArcIMS – масштабируемый картографический Интернет- сервер для публикации карт, данных и метаданных через открытые Интернет- протоколы, обеспечивает создание ГИС- порталов. ArcSDE – мощный сервер пространственных данных для управления географической информацией, хранящейся во многих коммерческих СУБД.

Встраиваемые ГИС — ArcGIS Engine – это библиотека встраиваемых компонентов ГИС и инструментов, с помощью которой разработчики могут создавать новые или расширять имеющиеся настольные пользовательские приложения. Используя ArcGIS Engine, разработчики могут встроить ГИС- функции в существующие приложения (например, Microsoft Word и Excel), либо создать приложения, сфокусированные на решении определенных задач, предоставив необходимые функции ГИС для массового использования в конкретной организации или отрасли.

Мобильные ГИС– пакет ArcPad, установленный на мобильных устройствах с поддержкой GPS, широко используется для целенаправленного сбора данных и другой ГИС- информации, их просмотра и обновления непосредственно в полевых условиях.

ArcObjects – общие встраиваемые ГИС- компоненты. Основой ArcGIS 9 является общая модульная библиотека ГИС- компонентов, известная как ArcObjects. Архитектура всех продуктов семейства ArcGIS, созданного с помощью ArcObjects, предоставляет готовые блоки и инструментальные средства для ГИС в составе настольных ГИС, встраиваемых ГИС и серверных ГИС. Вместе они представляют современную платформу разработки, обеспечивающую ГИС- функциональность на любом уровне организации рабочего процесса.

Географическая информационная модель. База геоданных – это специальная модель хранения и представления географической информации, обеспечивающая организацию ГИС- данных в виде тематических слоев и пространственных представлений. База геоданных предоставляет серии прикладных логик и инструментов для доступа и управления ГИС- данными. Прикладная логика базы геоданных может быть реализована через клиентские приложения (ArcGIS Desktop), серверные конфигурации (ArcGIS Server) и логически встраиваемые пользовательские приложения (ArcGIS Engine). В базе геоданных могут быть представлены все используемые в ArcGIS типы данных: векторные объекты, растры, адресная информация, результаты геосъемки и т.д., а также принципы их представления, хранения, обработки, доступа и управления. База геоданных поддерживает многие механизмы хранения информации, может внедряться с использованием стандартных многопользовательских или персональных СУБД или XML и не привязана к какому-то одному поставщику СУБД. Для работы с многопользовательской базой геоданных следует применять сервер пространственных данных ArcSDE.

ArcInfoWorkstation — «старая добрая» классическая ГИС по-прежнему входит в состав ArcGIS.

Рис. 5 Новые возможности ArcGIS 9.

ArcGIS 9 — Что нового?

Кратко перечислим основные технические моменты, характеризующие новую версию ArcGIS. Они несомненно должны привлечь внимание и еще больший интерес пользователей к этому семейству программных ГИС- продуктов.

ArcGISDesktop:

Среда геообработки – кардинально улучшена и касается всех пользователей, занимающихся обработкой и анализом пространственных данных.

Управление надписями и аннотациями на карте и их редактирование. Более развитые средства.

Расширенные возможности экспорта и вывода на печать. Полностью переработаны соответствующие драйверы, они обеспечивают более качественный вывод, повышают производительность, выводимые результаты лучше открываются в других программах (например, выходные файлы в формате EPS быстро открываются и с ними легко работать в программе Adobe Illustrator).

Растры – новые инструменты визуализации, управления и анализа растровых изображений. Повышена производительность работы с растрами. Добавлены возможность хранения растров в персональной базе геоданных, поддержка больших растров (терабайтного размера).

ArcGISMaplex – новый модуль, позволяющий кардинально повысить эффективность кропотливого труда картографов за счет широких возможностей работы с надписями в соответствии с задаваемыми правилами.

ArcGISSpatial Analyst – в нем предлагается более 200 инструментов обработки и анализа геоданных.

ArcGISPublisher – новые средства пакетирования и шифрования данных повышают привлекательность этого модуля для публикации документов карт и их последующего использования с помощью бесплатного вьюера АrcReader или приложений на основе ArcReader OCX control.

ArcGIS 3D Analyst – новое приложение ArcGlobe, наборы 3D символов и более 40 инструментов геообработки делают этот модуль еще более интересным и привлекательным, в том числе для презентаций.

ArcPress – этот модуль полностью переработан для ArcGIS 9. Он обеспечивает быстрый и удобный вывод карт на печать.

В ArcGIS 9 существенно обновлена сопроводительная документация (руководства пользователя), часть которой теперь предоставляется только в электронном виде, и система Справки, добавлена контекстная справка по инструментам, командам и диалоговым окнам. Работа по локализации новой версии ArcGIS близка к завершению.

Серверные продукты:

ArcGISServer — новый продукт для разработчиков со знаниями IIS и Visual Studio .NET – серверная часть ГИС, Java / .NET.

ArcIMS 9 – существенно усовершенствована масштабируемость сервера метаданных. Новый модуль ArcIMS Data Delivery предоставляет расширенные возможности извлечения, упаковки и передачи пространственных данных в разных форматах (например, извлечение необходимых данных из базы данных ArcSDE, их конвертация в обменные форматы MapInfo, архивирование и передача Интернет- клиенту). Растры – новые возможности публикации больших растровых изображений и управления ими.

Встраиваемые продукты:

ArcGISEngine – новый продукт для разработчиков ГИС. Поддержка .Net / Java, создание самостоятельных и встраиваемых приложений.

ArcGIS 9 под UNIX/Linux – поэтапный выпуск программных продуктов ArcGIS с поддержкой этих операционных систем.

Число стандартных дополнительных модулей к настольным и серверным продуктам ArcGIS будет постепенно увеличиваться. Так, уже в недалеком будущем появятся модули ArcGIS Network Analyst и ArcGIS Data Interoperability. Первый обеспечит расширенные возможности решения сетевых задач (машрутизация, логистика) в среде ArcGIS Desktop. Второй существенно облегчит импорт/экспорт и трансформацию пространственных данных в разные форматы.

Рис. 9 Дополнительные модули ArcGIS, сгруппированные по типам решаемых задач.

Подробнее о некоторых новых возможностях в ArcGIS 9

ArcGIS 9 представляет собой значительно усовершенствованную версию ArcGIS с расширенной архитектурой и возможностями. Поддерживается вся функциональность предыдущих версий и добавляются новые функции, прежде не присутствовавшие в программных продуктах ArcGIS. ArcGIS 9 предоставляет новые мощные возможности в области геообработки, усовершенствования в работе с надписями и аннотациями, новую технологию 3D визуализации с использованием нового приложения ArcGlobe и модуля 3D Analyst, дальнейшее развитие базы геоданных, добавляет новые средства разработчика. Линейка программных продуктов ArcGIS продолжена двумя новыми — ArcGIS Engine и ArcGIS Server, расширяется ряд поддерживаемых платформ.

Функциональность геообработки, наряду с картографией и управлением данными, является одной из фундаментальных в ГИС. Геообработка позволяет выполнять расширенный пространственный анализ и автоматизировать выполнение часто встречающихся операций, таких как анализ пригодности или слияние наборов данных. Традиционно для решения таких задач в ArcInfo Workstation использовалась среда AML (ARC Macro Language).

В версии ArcGIS 9 вся ключевая функциональность геообработки, ранее доступная только в ArcInfo Workstation, теперь работает на уровне ArcGIS Desktop для всех поддерживаемых форматов данных, включая формат классов базы геоданных.

В ArcGIS 9.0 включено более 400 инструментов, среди них:

• Инструменты работы с классами пространственных объектов
• Инструменты модуля Spatial Analyst
• Инструменты геокодирования
• Инструменты модуля 3D Analyst
• Поддержка систем линейных координат
• Инструменты работы с покрытием.

В ArcGIS 9 инструменты геообработки могут использоваться несколькими способами. Пользователи могут запускать инструменты из диалоговых окон, интерактивно строить визуальные модели процедур работы с данными с помощью нового интерфейса ModelBuilder, использовать для запуска инструмента командную строку, а также написать скрипт, запускающий несколько инструментов, с целью автоматизации задач геообработки.

Ранее самостоятельное приложение ArcToolbox трансформировалось в ArcGIS 9 в открепляемое окно, которое можно вызывать из приложений ArcCatalog, ArcMap, ArcScene или ArcGlobe. Поскольку дизайн всех настольных продуктов ArcGIS единый, то и реализуемая в ArcToolbox среда геообработки — общая для ArcView, ArcEditor и ArcInfo, хотя число доступных в них инструментов различно. ArcView и ArcEditor включают около 30 инструментов геообработки (в ArcEditor их немного больше), в то время как ArcInfo — порядка 200 инструментов.

Примерами таких инструментов являются:

• инструменты наложения данных, такие как Объединение, Пересечение, Вырезание;
• инструменты оценки близости, такие как Буферные зоны, Ближайший объект, Расстояние между точками;
• инструменты управления данными, такие как: Создать класс пространственных объектов, Добавить домен, Удалить поле, Создать персональную базу геоданных, Извлечь схему базы геоданных;
• инструменты конвертации данных.

Работа с надписями и аннотациями на карте в новой версии также значительно усовершенствована. Для этого добавлены: новая панель инструментов для работы с надписями, возможность хранить надписи в отдельных классах, правила размещения надписей в полигональных объектах. Работа с аннотациями улучшена за счет интуитивных инструментов редактирования, доступных в ArcMap и ArcCatalog наборов символов аннотаций, поддержки подтипов для классов аннотаций, а также повышения производительности.

Кроме того, теперь появился новый дополнительный модуль ArcGIS Maplex, существенно расширяющий возможности работы с надписями.

Средства хранения, управления и визуализации растров в ArcGIS 9 значительно усилены. Растры стали полноправной частью базы геоданных, есть возможности создания версий таблиц растров, хранения растров в базе геоданных. Кроме того, растры могут храниться как атрибуты в классах пространственных объектов. Добавлена расширенная функциональность создания каталогов растров, их просмотра и работы с ними, а также выборки и запросов к растрам по пространственным и атрибутивным критериям. Эти улучшения будут особенно полезны для пользователей, которые имеют дело с очень большими базами геоданных, содержащими растры (от сотен гигабайт до терабайт) и управляющимися с помощью ArcSDE.

Структура ArcGIS 9 расширена за счет появления новых инструментов разработчика — ArcGIS Engine и ArcGIS Server, обеспечивающих мощные средства для создания настольных и серверных приложений на платформе ArcGIS.

ArcGIS Engine предоставляет набор встраиваемых компонентов ArcObjects, которые могут быть использованы как для построения пользовательских картографических и ГИС приложений, так и для встраивания новой функциональности в существующие приложения. Приложения, созданные при помощи ArcGIS Engine, могут варьировать в диапазоне от простых картографических вьюеров до сложных ГИС программ с возможностями редактирования и анализа пространственных данных, при этом для всех приложений можно создать адаптированный для решения конкретных задач пользовательский интерфейс.

ArcGIS Engine состоит из пакета разработчика ArcGIS Engine Developer Kit и лицензии на запуск ArcGIS Engine Runtime. Программные компоненты ArcObjects, входящие в ArcGIS Engine, не зависят от платформы и могут вызываться из различных программных интерфейсов, таких как .NET, Java, COM и C++.

ArcGIS Server предназначен для разработчиков, которые хотят создать на основе ArcObjects совместно используемые серверные приложения, включающие расширенные ГИС- возможности как в среде Web- сервисов, так и в клиент-серверной среде. ArcGIS 9 представляет новую технологию для поддержки реализации корпоративных геоинформационных систем. ArcGIS Server – это первый сервер корпоративных ГИС приложений, предоставляющий функциональность ГИС, ранее доступную только в настольных ГИС- решениях, в стандартной серверной информационной среде. С помощью ArcGIS Server можно реализовать такие возможности как картография, геокодирование, пространственные запросы, редактирование, трассировка и многофункциональный анализ, редактирование и управление базами геоданных. Примерами приложений, которые можно разработать для конечного пользователя, не имеющего настольных ГИС, могут быть моделирование инженерных сетей, управление недвижимостью, создание и управление записями о земле, управление лесным хозяйством, мониторинг транспортных потоков, обслуживание клиентов, геомаркетинг, планирование перевозок, и т.д.

При построении корпоративных приложений для локальных и глобальных сетей компании могут быть использованы ключевые стандарты, такие как Java, .NET, Extensible Markup Language (XML)/Simple Object Access Protocol (SOAP) для передачи сообщений и данных через Web (HTTP) сеть.

В последующие несколько лет серверная ГИС станет важным дополнением, а в некоторых случаях и альтернативой настольным ГИС системам. ArcGIS Server — огромный шаг в стратегии развития программного обеспечения ESRI, который позволит интегрировать ГИС с корпоративной IT средой, и преимущества использования пространственно распределенной информации будут доступны большому числу людей в организации при более низкой стоимости такого решения.

Правила защиты и механизм лицензирования программных продуктов ArcGIS в девятой версии изменены. Для запуска программ их необходимо зарегистрировать (или перерегистрировать) и получить новые коды. Подробности можно узнать в DATA+.

Достижения и перспективы

Планы развития ArcGIS 9 на ближайшее будущее предусматривают выпуск новых дополнительных модулей (в их числе Network Analyst — решение сетевых, преимущественно транспортных задач), расширение картографических возможностей, таких как возможность хранения картографических правил в базе геоданных, дальнейшее расширение ArcObjects и возможностей их применения для разработки разнообразных настольных, серверных и web- приложений.

Лежащие в основе разработок технологии позволили создать общую среду, во многом сходную со стандартной информационной инфраструктурой. В эту среду органично вписываются потребности конечных пользователей, корпоративных клиентов, разработчиков приложений и ГИС- решений, в том числе на основе использования Web. Все это позволяет уверенно смотреть в будущее ГИС отрасли, развивающейся в направлении создания интеллектуальных ГИС систем, способствующих более динамичному развитию общества, принятию более эффективных решений, накоплению знаний и лучшему пониманию окружающего нас мира.

ESRI – цифры и факты

Компания ESRI была основана в 1969 году и с тех пор постоянно растет и развивается. Сейчас штат ее сотрудников во всем мире составляет более 4200 человек, а годовой оборот в 2003 г. достиг порядка $500 млн. Только за последние несколько лет компания вложила (реинвестировала) в разработку своей новой ГИС- платформы около $250 млн. ESRI является ведущим разработчиком программного обеспечения для работы с пространственными данными, уверенно занимает ведущее положение на рынке ГИС. Ее услугами пользуются более 350 тысяч индивидуальных и корпоративных клиентов в 220 странах, использующих более миллиона лицензий различных программных продуктов ESRI. Исследования и разработки ESRI помогают появлению новых направлений применения технологий геообработки, в значительной мере определяют стратегию развития ГИС- отрасли — одной из важных составляющих рынка информационных технологий.