(на примере ГИС Росводресурсов)

Павлов С.В., Шкундина Р.А., Усов Т.М., Кафедра геоинформационных систем Уфимского государственного авиационного технического университета, г. Уфа, E-mail: psvgis@mail.ru

Service-oriented architecture based approach to corporate GIS development using ArcGIS platform (GIS of Rosvodresources as a case study)

 В статье проведен анализ различных типов физической архитектуры корпоративных геоинформационных систем, выявлены их достоинства и недостатки на примере разработки корпоративной ГИС Росводресурсов. Описан переход от настольной версии к интернет-приложению, реализованному на основе сервис-ориентированного подхода к созданию ГИС на платформе ArcGIS.

Современные корпоративные геоинформационные системы (ГИС) используются для решения широкого круга задач, в том числе для обеспечения информационной поддержки принятия решений в областях, связанных с обработкой больших объемов оперативных пространственных данных по обширным территориям, например, в области управления водными ресурсами. Примером такой системы является геоинформационная система Федерального агентства водных ресурсов (Росводресурсов) [2, 3], программная архитектура которой в рамках классической клиент-серверной архитектуры с «толстым» клиентом показана на рис. 2 (на рис. 1 приведены обозначения типов программных компонент для ГИС Росводресурсов, показанных на рис. 2-4). База пространственных данных реализована на основе программного обеспечения ESRI ArcSDE и Microsoft SQL Server и размещается на сервере, а все функциональные возможности ГИС реализуются в рамках «толстого» настольного клиента ArcGIS Desktop, при этом задачи решаются средствами:

• стандартных функций ArcMap, например, отображение пространственных и атрибутивных данных в ГИС Росводресурсов;
• разработанных моделей геообработки ArcToolbox, например, система моделирования зон возможного затопления при подъеме воды в речной сети;
• специальных программных модулей, разработанных на платформе .NET и функционирующих в среде приложения ArcMap, например, подсистема классификации пространственных данных по показателям водных ресурсов.

Рис. 1. Обозначения типов программных компонентов ГИС Росводресурсов.

Рис. 2. Клиент-серверная архитектура ГИС Росводресурсов с «толстым» клиентом.

Рис. 3. Клиент-серверная архитектура с «толстым» клиентом и «тонким» клиентом ГИС Росводресурсов.

Рис. 4. Сервис-ориентированная архитектура ГИС Росводресурсов.

Ограничениями такой архитектуры корпоративной ГИС являются:

• организационная и техническая сложность развертывания и сопровождения «толстых» клиентов у географически распределенных пользователей;
• высокие требования к аппаратному обеспечению – так как большинство задач решаются на клиентских компьютерах;
• высокие требования к программному обеспечению рабочих мест пользователей;
• малая степень переносимости подсистем ГИС – их использование в других геоинформационных системах требует существенных затрат;
• сложность организации взаимодействия ГИС с другими информационными системами предприятия – так как в рамках классических типов архитектур корпоративных информационных систем нет единых механизмов обмена данными. Интеграция с каждой отдельной информационной системой требует написания специальных промежуточных программных модулей, что необходимо, например, для получения информации о тематических объектах – гидротехнических сооружениях, постах гидрологического и гидротехнического контроля, водопользователях – из таких информационных систем, как: программный информационно-аналитический комплекс «Лицензирование», Российский регистр гидротехнических сооружений, база данных Федеральной адресной инвестиционной программы (водохозяйственных строек).

Кроме того, решение задач сбора и поддержания в актуальном состоянии пространственной информации о тематических объектах требует использования не только настольных клиентов, но и мобильных устройств (оборудованных системами местоопределения GPS или ГЛОНАСС).

Для обеспечения возможностей эффективного решения названных проблем, связанных с ограничениями клиент-серверной архитектуры с «толстым» клиентом, разработчики ГИС-платформ, в том числе компания ESRI, на протяжении ряда лет уделяют внимание новым подходам к разработке программного обеспечения геоинформационных систем, прежде всего – предоставлению разработчикам ГИС-решений возможностей реализации средств ГИС на основе сервис?ориентированной физической архитектуры. В рамках такой архитектуры создается единая среда обмена данными между программными модулями информационных систем предприятия, называемыми веб-сервисами. При этом значительно упрощается решение задач интеграции, реализуемое преимущественно на стороне серверов, а не клиентов. Этот подход снижает требования к аппаратному и программному обеспечению пользователей, повышает удобство сопровождения и развития системы – функционирующий на сервере программный модуль (веб-сервис) может быть использован различными типами клиентов посредством стандартных интерфейсов обмена данными. Такие возможности предоставляет серверное ПО ArcGIS Server [1].

Применение новых подходов к реализации программного обеспечения ГИС требует также решения задачи использования уже существующих программных модулей в рамках новой архитектуры и интеграции между собой всех компонент корпоративной информационной системы (в том числе ГИС).

С точки зрения используемых подходов к разбиению программного обеспечения на отдельные физические модули и организации взаимодействия между ними сервис-ориентированная архитектура представляет собой результат эволюционного развития предшествующих типов физической архитектуры (компонентной, клиент-серверной).

Упомянутая выше настольная ГИС Росводресурсов по мере развития была преобразована в интернет-приложение (веб-сайт) с функциональными возможностями, сопоставимыми с возможностями настольных решений. Одной из основных задач преобразования являлся перенос программных модулей (.NET и моделей геообработки) со стороны клиента на сторону сервера. При этом сохранялся основной программный код модуля, но менялись (создавались заново) механизмы взаимодействия с пользователем, в том числе пользовательский интерфейс. Клиентская часть интернет-приложения реализована на платформе Flex, серверная часть представлена ГИС-сервисами на основе ArcGIS Server и разработанными .NET-модулями (рис. 4). То есть большая часть задач, ранее решаемых посредством настольного клиента (рис. 2), теперь решается на стороне сервера посредством набора веб-сервисов. Промежуточным шагом на этапе перехода к работе в Web является использование веб-приложений на основе ArcIMS (или ASP.NET). При этом решение части или всех задач также переносится на сторону сервера, и они становятся доступными посредством веб-приложения (рис. 3), то есть решаются три первые возможности, предоставляемые ГИС на основе настольного клиента. Однако вопросы переносимости и взаимодействия ГИС с другими информационными системами предприятия при этом остаются открытыми, так как изменения архитектуры (способов разбиения на модули и организации их взаимодействия) как такового не происходит: выполняется лишь перенос части ГИС-приложения с клиентских компьютеров на сервер.

Платформа ArcGIS предоставляет разработчикам ряд технологических возможностей по реализации сервис-ориентированного подхода к созданию ГИС (использование которых рассматривается ниже на примере некоторых подсистем ГИС Росводресурсов):

• ГИС-сервисы (то есть веб-сервисы, решающие ГИС-задачи) ArcGIS Server – картографические, геообработки, геоданных и другие – позволяют использовать карты, пространственные данные, модели и инструменты геообработки ArcToolbox, размещенные на серверах ArcGIS Server, различными типами клиентов;
• программное расширение возможностей ГИС-сервисов ArcGIS Server (посредством создания программных модулей .NET);
• использование функциональных возможностей, предоставляемых компонентами ArcObjects, при создании собственных веб-сервисов.

Применение перечисленных технологий ArcGIS Server позволило реализовать в рамках интернет-приложения функциональные возможности, ранее доступные только пользователям настольных продуктов ArcGIS Desktop, а также предоставлять доступ к одним и тем же задачам, реализованным в виде сервисов, различным типам клиентского аппаратного и программного обеспечения. Например, в ГИС Росводресурсов реализованы подсистема редактирования пространственных данных, ресурсоемкие задачи моделирования природных и техногенных процессов: зон затоплений, аварийных разливов нефтепродуктов, построение речных бассейнов.

Подсистема редактирования пространственных и атрибутивных данных тематических объектов – водопользователей, постов контроля, гидротехнических сооружений и других типов объектов – в ГИС Росводресурсов доступна как в рамках интернет-приложения, так и в рамках приложения для мобильных устройств. Подсистема ввода и редактирования данных интернет-приложения ГИС Росводресурсов позволяет пользователям центрального аппарата агентства в Москве, а также пользователям бассейновых водных управлений и территориальных отделов, которые владеют более актуальной информацией о состоянии водных объектов, чем сотрудники центрального аппарата Росводресурсов, выполнять ввод и редактирование положения тематических объектов в центральной базе геоданных ГИС Росводресурсов без использования специального программного обеспечения. На рис. 5 представлена панель для редактирования постов контроля (вверху справа) и выбранный пост контроля для редактирования на реке Чеховка (на карте – слева). Используя программное обеспечение ГИС Росводресурсов для мобильного клиента, пользователи могут осуществлять добавление, удаление и перемещение объектов на местности, например, уточнение местоположения водопользователей, постов гидрохимического и гидрологического контроля, гидротехнических сооружений. На рис. 6 слева показано меню «Карта» для выбора инструментов навигации, а справа – «Меню» для выбора типов объектов, сохранения данных, организации поиска и других операций с редактируемыми данными.

Рис. 5. Интерфейс подсистемы ввода и редактирования данных ГИС Росводресурсов.

Рис. 6. Интерфейс программного обеспечения ГИС Росводресурсов для мобильного клиента.

Примером ГИС-задачи, ранее доступной только пользователям настольных ГИС (ArcGIS Desktop), является задача моделирования зон возможного затопления при подъеме воды на основе данных об уровнях воды на постах контроля. Подсистема моделирования была преобразована в модель геообработки ArcToolbox (рис. 7) и опубликована в виде сервиса геообработки, что позволило обеспечить доступ к этой задаче пользователям интернет-приложения (веб-сайта) ГИС Росводресурсов посредством элементов управления ArcGIS Flex API (рис. 8).

Рис. 7. Модель геообработки ArcToolbox: моделирование зон возможного затопления при подъеме воды.

Рис. 8. Результат формирования зоны возможного затопления при подъеме воды в речной сети (Белая, Уфа, Дема).

Таким образом, платформа ArcGIS предоставляет широкие возможности для реализации корпоративных геоинформационных систем в рамках сервис-ориентированной архитектуры. Решение ряда задач геоинформационной системы Росводресурсов с использованием сервис-ориентированного подхода позволило преодолеть проблемы, свойственные настольным системам: сложность развертывания и сопровождения, высокие требования к аппаратному и программному обеспечению рабочих мест пользователей, сложность интеграции информационных систем. И за счет этого удалось повысить эффективность решения задач конечных пользователей, в частности, в области управления водными ресурсами: оперативный обмен данными между территориальными отделами водных ресурсов, бассейновыми водными управлениями и центральным аппаратом Росводресурсов; доступ к актуальным сведениям о состоянии водных объектов, о наблюдениях на постах контроля, о гидротехнических сооружениях, о водопользователях и других тематических объектах; интеграция с другими информационными системами Росводресурсов.

Литература

• Geospatial Service-Oriented Architecture (SOA). An ESRI White Paper. – June 2007.
• Организация обмена пространственными данными в распределенной ГИС Росводресурсов на основе ArcGIS Server. / Иванов И.Г., Павлов С.В., Никитин А.Б. // ArcReview, №4 (47), 2008. – СС. 2–4.
• Распределенная обработка пространственной информации по водным ресурсам в геоинформационной системе Росводресурсов / Иванов И.Г., Павлов С.В., Плеханов С.В., Никитин А.Б., Усов Т.М. // Сборник докладов конференции «Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях» – Москва, 2008. – С. 323.