ГИС и картография

Валерий Гохман, Зам. гл. редактора ArcReview

Компания ESRI занимается разработкой и внедрением приложений на основе географической информации с момента ее основания в 1969 году в качестве фирмы, специализирующейся на проектах по анализу землепользования и ландшафтному планированию. С 1980-х годов ее деятельность и ресурсы целиком сосредоточены на разработке концептуальных основ и программного обеспечения Географических информационных систем (ГИС), и с этих пор она превратилась в крупнейшую научно-производственную организацию по развитию теоретических и прикладных аспектов ГИС, продвижению этой технологии во всем мире.

За это время ESRI и ГИС выросли от выполнения сравнительно простых проектов с помощью таких строительных блоков (графических примитивов), как точки, линии и полигоны, до решения комплексных задач с использованием развитых моделей данных. Компания продолжает совершенствовать технологию ГИС для обслуживания своих клиентов, поддержки работ и исследований в разнообразных сферах человеческой деятельности.

В настоящее время технология ГИС на платформе ESRI развивается по следующим основным направлениям, поэтапно реализуемым в новых версиях программных продуктов семейства ArcGIS:

• ГИС и наука – с помощью ГИС легче понять и проанализировать комплексные системы, содержащие важные пространственные компоненты. Для этого предоставляется особый (географический) подход, набор методов и инструментов.
• Корпоративные ГИС – предоставление общей инфраструктуры для создания и развертывания ГИС-решений, позволяющей легко интегрировать данные из разных подразделений организации и обеспечивающей удобный просмотр и анализ всей имеющейся информации.
• Серверные ГИС – внедряется развитая среда для предоставления современных сетевых географических информационных сервисов через широкий спектр клиентских приложений и клиентских платформ.
• Мобильные ГИС – создание и продвижение развитых ГИС с использованием беспроводных технологий для повышения эффективности и производительности деятельности организаций и их полевых, например ремонтных, бригад.
• Картография в ГИС – усовершенствование функциональности ГИС-приложений путем добавления средств создания, анализа, редактирования карт и геоданных, предоставления более развитых инструментов построения, модификации и распространения картографических продуктов профессионального качества.

В этом выпуске ArcReview мы более подробно рассмотрим последнее из упомянутых направлений, поскольку оно интересует всех без исключения людей, использующих ГИС в своей работе. Ведь без карт, как одного из важнейших результатов работы, не обходится ни один ГИС-проект. К тому же тут, впрочем, как и в других направлениях, в последние годы компания ESRI сделала существенный шаг вперед. В приведенных статьях даны как описания новых возможностей программных продуктов ArcGIS в приложении к картографии, так и примеры их использования на практике.

Картография – цели ESRI и предлагаемые решения

Основной целью ESRI в сфере картографии и производства карт является предоставление развитых возможностей поддержки рабочих процессов на основе общей базы данных, что подразумевает формирование:

• единой программной среды для всех операций: от сбора, хранения и обработки данных до их анализа и картографического представления
• централизованной корпоративной базы геоданных
• средств поддержки картографических представлений для построения множества картографических продуктов
• интуитивных и интерактивных инструментов редактирования и модификации карт
• высокоэффективной системы поддержки производства карт профессионального качества.

Основной решаемой задачей в данной области является создание карт, представляющих географические данные в понятной, хорошо скомпонованной и читаемой, точной и удобной для восприятия и анализа информации форме. Для этого разработаны и постоянно совершенствуются специализированные методы и наборы инструментов, обеспечивающие все более полную автоматизацию основных процессов построения карт, их распространения и массового производства. Так, в последних версиях ArcGIS появилось множество новых возможностей, облегчающих вашу работу по созданию и предоставлению разнообразных картографических и аналитических продуктов в виде карт и глобусов, в том числе через ГИС-сервисы, включая кэшированные, и в формате PDF с геопространственной «начинкой» (по слоям и с некоторыми атрибутами объектов) с учетом новых возможностей Adobe Acrobat 9. К ним, в первую очередь, можно отнести: картографические представления; картографические инструменты редактирования и окончательного оформления карты; картографические инструменты геообработки; инструменты, облегчающие и автоматизирующие рутинную работу картографов; средства генерализации данных при их представлении на карте; программные средства поддержки рабочих процессов на корпоративном уровне; а также инструменты для публикации карт и другой картографической продукции.

Далее мы кратко остановимся на некоторых из этих возможностей, в конечном итоге позволяющих повысить качество и улучшить внешний вид карт, легко адаптировать их под разные задачи и требования без использования внешних графических пакетов. Чтобы помочь пользователям создавать красивые информативные карты и в полной мере задействовать предоставляемые в ArcGIS возможности, компания ESRI предлагает ценный ресурс в виде специальной Web-страницы – Картографического центра. Статья о нем публикуется в данном выпуске ArcReview.

Картографические представления

Сравнительно недавно в ArcGIS была добавлена функциональность картографических представлений. Они позволяют создавать варианты отображения объектов на карте или множестве карт, основанных на единой базе данных, в соответствии с заданными правилами, хранить и представлять дополнительную информацию, связанную с географическими объектами на карте. При этом правила представления, присвоенные классу объектов – а их можно задать сколько угодно или даже создать свободное представление путем расширения модели данных – могут содержать исключения для некоторых объектов или наборов объектов в составе класса. Также при показе объектов на карте можно использовать геометрические эффекты и преобразования. Такая возможность существенно повышает гибкость и автоматизирует процесс построения отдельных карт, например, базовой карты в разных масштабах, а также серий картографических продуктов разного назначения, используя единый источник исходных данных. Информация по представлениям хранится в файлах базы геоданных, то есть там же, где и пространственные объекты.

Кроме того, для динамического контроля геометрических эффектов в представляемом слое можно использовать инструменты геообработки, а для изменения символов и/или геометрии объектов – инструменты редактирования. Важно, что геометрическая целостность данных сохраняется вне зависимости от картографического представления, применяемого в каждом конкретном случае отображения объектов на базовой или тематической карте, а также на картах в разных масштабах.

Чтобы вы могли лучше понять суть этой ценной функциональности, надо пояснить, что картографические представления меняют лишь способ отображения объектов на карте, а сами хранящиеся в базе геоданных объекты остаются неизменными, то есть целостность и связность наборов данных сохраняется вне зависимости от вариантов их представления.

Усовершенствование символов

Презентационное качество и читаемость карт помогает повысить и набор инструментов уточнения символов, позволяющих проводить их редактирование с помощью задания специальных параметров и условий. С их помощью вы сможете задать ориентацию маркеров, способы отрисовки концов двойных линейных символов, создать маски и границы символов, рассчитать геодезические углы для координатных систем, задать контрольные точки для представлений и т.д.

В ArcGIS 9.3 одними из новшеств является отображение символов на карте в режиме «что вижу, то и получаю» (WYSIWYG), что позволяет создать желаемую карту быстрее и точнее, и отображение прозрачности символов слоев в легенде в соответствии с прозрачностью слоев на карте.

Удобства для работы картографов

Для предоставления более интуитивной и удобной рабочей среды картографам необходимы знакомые действия с использованием клавиш быстрого доступа и мыши для часто используемых графических инструментов, опций меню и обращения к общей функциональности. Поэтому, по аналогии с известными графическими пакетами, эти свойства теперь можно задать в ArcGIS интерактивно или в явном виде (однозначно) для быстрого перехода к стандартным диалоговым окнам. Часто используемые инструменты позволяют вам:

• проводить навигацию по карте и слоям данных, в том числе из окна таблицы, создавать новые объекты и сразу вводить их атрибуты
• настраивать функциональность любого инструмента, добавлять собственные инструменты в любые панели инструментов
• оптимизировать производительность работы с использованием стандартных клавиш быстрого доступа и мыши, просматривать метаданные по любому слою прямо из ArcMap, не открывая ArcCatalog
• и многое другое, включая, в недалекой перспективе, 3D навигацию на глобусе и поддержку виртуального 3D города.

Генерализация

Инструменты генерализации позволяют картографам изменять места размещения и геометрию географических объектов, задавая параметры их отображения. Генерализация используется, когда требуется получить карты мелкого масштаба из данных более крупного масштаба. Обычно информация на мелкомасштабных картах отображается с меньшей детальностью, и этот процесс обобщения, преобразования и упрощения объектов при уменьшении масштаба обычно называется генерализацией.

Для выполнения генерализации необходимы соответствующие алгоритмы геообработки и решения, выполняемые на топологическом уровне до того, как объекты будут отображены в виде символов. Имеющиеся в ArcGIS инструменты, применяемые в большинстве задач генерализации, позволяют:

• упрощать полигоны: удалять небольшие искривления и выступы с сохранением общей формы объекта
• упрощать здания: удалять или упрощать контуры зданий, сохраняя их общую форму и размеры
• агрегировать полигоны: объединять разобщенные или соседние полигоны, создавая новые площадные объекты с учетом заданного значения допуска по расстоянию
• заменять двойные линии на центральную: объекты с двойной линией, такие как дороги, отображаются одной линией с учетом заданного значения допуска по ширине
• упрощать линии: эта функция расширена включением автоматического снижения значения допуска, чтобы избежать ошибок в геометрии при удалении небольших искривлений и выступов.

Включение этих инструментов в визуальные модели процессов обработки данных и процедур генерализации в приложении ModelBuilder позволяет в значительной степени автоматизировать работу картографа.

Корпоративные рабочие процессы

С помощью ArcGIS можно создавать как отдельные карты, востребованные узким кругом потребителей, так и серии разнообразных карт массового использования. Корпоративная система картпроизводства предоставляет целостную базу актуальных данных для создания множества картографических продуктов в самых разных масштабах. Модели данных ArcGIS и средства поддержки рабочих процессов обеспечивают единую информационную среду для реализации этой задачи.

Корпоративная база данных под управлением ArcGIS, которая является основой для производства как картографической, так и не-картографической продукции, иногда также называется Цифровой моделью ландшафта. Она поддерживает функции геообработки, генерализации, а также разные варианты автоматизации задач моделирования геоданных, выполняемых с учетом геометрии пространственных объектов. Она также обеспечивает возможности извлечения данных и их представления в виде Цифровой модели реального мира, в виде общей Цифровой картографической модели и, при ее адаптации под конкретные цели, в виде одной или нескольких карт, как одного из вариантов конечного картографического продукта.

Для целей массового производства картографической продукции общего и специального назначения ESRI предлагает систему PLTS (Production Line Tool Set) – набор готовых к использованию инструментов и шаблонов, дополняющих стандартные возможности ArcGIS и позволяющих обеспечить последовательную проверку качества данных в потоковом режиме, поддержку и оптимизацию всех основных этапов создания картографических баз данных и твердых копий картографической продукции, включая серии карт и атласы. Более подробное описание возможностей этого инструментария приведено в отдельной статье.

Недалекие перспективы

Текущая версия ArcGIS 9.3 появилась в августе 2008 г., а в ноябре было выпущено обновление (сервис пак) к ней, включающее более 800 усовершенствований. Следующей будет версия ArcGIS 9.3.1, которая должна появиться в середине 2009 года. В ней будут расширены возможности создания качественных динамических карт, а новый механизм рендеринга обеспечит более высокую скорость их отображения, будет сокращено время кэширования карт, повысится качество и скорость выполнения ряда стандартных функций работы с картой, таких как масштабирование и перемещение. Будет добавлена панель инструментов оптимизации карт в ArcMap, позволяющих просмотреть, проверить, настроить и сохранить в новом формате оптимизированные документы карт перед их публикацией в ArcGIS Server. Расширятся возможности и удобство поиска географической информации и обмена картами при помощи сервисов ArcGIS Online. Также станет более простой процедура инсталляции программы при переходе на ArcGIS 9.3.1, причем без необходимости удаления ArcGIS 9.3, то есть в пределах организации можно будет работать с обеими версиями без потери данных и результатов их обработки, хранящихся в базе геоданных. Однако все последующие обновления программных продуктов будут выпускаться для ArcGIS 9.3.1. Практически одновременно со следующей версией ArcGIS должен появиться новый ArcGIS Explorer 900 – легкий настольный и, что немаловажно, бесплатный клиент для ArcGIS Server. Согласно планам, инструментарий создания геопорталов GIS Portal Toolkit будет полностью встроен в среду ArcGIS в качестве стандартного коммерческого продукта под ArcGIS Server 9.3.1.

Таким образом, программное обеспечение ArcGIS становится все более эффективным и мощным средством для решения разнообразных задач, связанных с управлением пространственными данными и созданием картографической продукции профессионального качества. Интеграция ГИС и прикладной картографии продолжится и укрепится.