Сравнение возможностей хранения изображений и организации многопользовательского доступа к ним с помощью ArcGIS Image Server, ArcGIS Server и ArcSDE

Копин Ю.Е., Стрельцов И.В., ESRI CIS, г. Москва, e-mail: ykopin@ esri-cis.ru, igor@esri-cis.ru, Web: www.esri-cis.ru

Введение

Все рассматриваемые системы представляют собой серверы для обработки пространственной информации, но все они имеют некоторые различия в архитектуре и в специфике применения.

ImageServerExtensionпоставляется в виде расширения (дополнительного модуля) ArcGIS Server. ImageServerExtensionслужит для публикации больших массивов изображений в виде виртуальных мозаик. Виртуальная мозаика не хранится в виде отдельного изображения, а создается по запросу пользователя согласно заранее созданному проекту. Как и все рассматриваемое ПО, Image Server Extension представляет собой службу (сервис), к которой подключаются клиентские приложения.

ArcGISServerпредназначен для предоставления картографической (растровой и векторной) информации по запросу клиента. Обычно на основе ArcGIS Server создаются интернет- или интранет системы, которые в качестве клиентов используют стандартные браузеры. Но ArcGIS Server позволяет обслуживать и настольные приложения ArcGIS Desktop, и бесплатные клиенты (ArcReader, ArcExplorer), и приложения, работающие на карманных компьютерах на основе ArcGIS Mobile, и приложения других фирм-разработчиков.

ArcSDEв настоящее время не является самостоятельным программным продуктом, а входит в состав ПО ArcGIS Server Enterprise Basic, Standard или Advanced. Теперь ArcSDE позиционируется как «технология». При этом, ArcSDE остается самостоятельной программой со своим дистрибутивом, документацией, API и т.д. ArcSDE представляет собой шлюз для предоставления пользователю пространственной (растровой и векторной) информации в/из СУБД. Поддерживаются СУБД MS SQL Server, Oracle, DB2, Informix, PostgreSQL.

Загрузка и хранение изображений

ImageServerExtensionподдерживает прямое чтение различных форматов растровых данных (см. табл. 1), что позволяет, в ряде случаев, исключить этап импорта данных в форматы, которые поддерживает ArcGIS и другие клиенты. Существует возможность прямого подключения к сервису таких программных продуктов, как AutoCAD, MapInfo, MicroStation, GeoMedia.

ArcGISServer работает напрямую с теми форматами, которые поддерживаются ArcGIS, позволяет использовать растры, хранящиеся в разных внутренних форматах базы геоданных ArcGIS: отдельные растры, каталоги растров, мозаики. Для обеспечения наивысшей производительности желательно предварительное построение объединенного изображения в различных масштабах отображения – растрового кэша, что требует немалого дискового пространства.

ArcSDE требует загрузки исходных изображений в базу данных в виде отдельных растров или каталога растров – совокупности разнородных растров с единой системой координат.

Таблица 1. Прямое чтение форматов растровых данных (ImageServerExtension и Мозаика растров).

Многопользовательский доступ к снимкам

ImageServerExtensionобладает масштабируемой архитектурой, включающей сервер, получающий запросы клиентов, и провайдеров, занимающихся непосредственно обработкой данных. Один сервис могут обслуживать несколько провайдеров. Имеется гибкий механизм кэширования, включающий создание аналога пирамидальных слоев (derived images), копии исходных изображений в максимальном разрешении (derived rasters), изображений высокого разрешения, разбитых на фрагменты (derived tiles). С помощью этих средств администратор Image Server может сконфигурировать сервис таким образом, чтобы соотношение размеров кэша и производительности было оптимальным. Программа поддерживает открытые стандарты сервисов пространственных данных. Клиент сервиса работает с исходными изображениями и может сохранить их на свой локальный диск.

ArcGISServer имеет аналогичную Image Server архитектуру. В систему может быть включено несколько обрабатывающих запросы компьютеров, в этом случае запросы распределяются по всем обработчикам, повышая пропускную способность системы. Сервисы, обслуживаемые Image Server, могут быть опубликованы через ArcGIS Server. В этом случае ArcGIS Server служит мостом, связывающим клиента и сервис изображений. Сервисы изображений, обслуживаемые Image Server, могут использоваться и как компонент картографических сервисов, снижая тем самым нагрузку на ArcGIS Server.

В случае, когда изображения предоставляются клиентам без использования Image Server Extension, необходимо учитывать следующие ограничения:

• При загрузке большого числа снимков в картографический сервис может резко снизиться скорость доступа. Это преодолевается с помощью кэширования сервиса.
• ArcGIS Server создает кэш в заданных пользователем уровнях масштаба. Соответственно, для того чтобы клиент мог работать с изображением в оригинальном разрешении необходимо создать слой кэша с пространственным разрешением, равным разрешению исходных данных, т.е. создается копия исходных данных, что требует соответствующих объемов дискового пространства и времени для проведения вычислений.
• После процедуры кэширования картографического сервиса в ArcGIS Server клиент может работать только с компрессированными копиями (кэш) изображений.

ArcSDE. Скорость многопользовательского доступа в основном определяется производительностью программной и аппаратной части соответствующей базы данных. ArcSDE предоставляет данные из БД по запросу клиента. Поддерживаются создание пирамидальных слоев, ускоряющих работу с большими изображениями, а также различные алгоритмы компрессии растровых данных. Загрузка растров в СУБД обычно занимает длительное время. Загружать растры в БД через ArcSDE имеет смысл только в том случае, когда требуется обращение к этим растровым данным большого числа пользователей (десятки-сотни-тысячи) либо через ArcSDE, либо напрямую из БД. При использовании в качестве промежуточного звена ArcGIS Server или Image Server Extension большой необходимости в загрузке данных в БД для их многопользовательского использования нет.

Обобщенная информация по возможностям взаимодействия с сервисами приведена в табл. 2.

Таблица 2. Доступк сервисам, опубликованным с помощью Image ServerExtensionи ArcGIS Server.

*Через ArcGIS for AutoCAD или через стандартные сервисы WMS, WCS, WFS, KML

Селективный доступ и защищенность информации

ImageServerExtension. Аутентификация пользователя локальной сети при подключении к серверу имеется в качестве опции. Возможен контроль доступа пользователей к отдельным сервисам. При подключении к сервисам изображений через ArcGIS Server на них распространяются все соответствующие настройки безопасности ArcGIS Server. Клиент, получивший доступ к сервису, может читать метаданные исходных изображений, экспортировать выбранные участки в исходном разрешении.

ArcGISServer. Предоставляется возможность настройки прав доступа к серверу для каждого пользователя локальной сети. Поддерживаются различные методы аутентификации пользователей, подключающихся к сервису через интернет, позволяющие использовать настройки безопасности и учетные записи пользователей как в операционной системе, так и непосредственно в базе данных, если она используется (с дополнительными настройками веб-приложений). Возможно управление доступом пользователей как к серверу, так и к отдельным сервисам.

ArcSDE. Предоставляется самая гибкая и надежная система для обеспечения защищенности информации. Наследуются все преимущества СУБД. Клиент работает непосредственно с исходными данными, хранящимися в базе данных. Система контроля доступа предоставляет администратору широкие возможности по настройке прав пользователей: начиная с прав на чтение отдельных растров и заканчивая правами создания и удаления изображений в базе данных.

Обработка изображений

ImageServerExtensionобладает встроенными средствами динамической обработки изображений. Прежде всего, это различные алгоритмы объединения изображений в мозаики, в том числе с использованием линий сшивки. С помощью Image Server можно определить границы, в рамках которых будет показано каждое конкретное изображение, убрать лишние элементы. Также поддерживаются различные процессы для обработки изображений “на лету”. Это процессы комбинирования каналов, растяжки гистограммы, простейшей классификации, вычисления индекса NDVI. Отдельно надо отметить процессы визуализации рельефа, обеспечивающие создание, например, отмывки рельефа или карты экспозиции склонов динамически, в момент обращения пользователя. Это позволяет изменять параметры обработки без длительного и ресурсоемкого пересчета всей цифровой модели рельефа и сохранения результатов вычислений в виде растров в базе геоданных, отдельных файлов или мозаики. Image Server также позволяет проводить привязку или ортотрансформирование исходных изображений в случае, если параметры преобразования содержатся в метаданных или есть файлы готовых фотограмметрических проектов. Сервис изображений может использоваться как источник данных для инструментов геообработки ArcGIS, поддерживающих работу с растрами.

ArcGISServer. Обработка изображений доступна в рамках возможностей ArcGIS Desktop, результаты могут быть сохранены в виде документа карты (.mxd). Поддерживается геообработка растров. Начиная с версии 10, при хранении растра в виде мозаики растров доступны все возможности обработки Image Server.

ArcSDE не имеет собственных средств обработки растров.

Совместное использование ArcSDE, ArcGIS Server и Image Server Extension

В зависимости от типа клиента и исходных данных, совместное использование рассматриваемых продуктов может быть различным. ArcSDE является программным продуктом, предназначенным, прежде всего, для хранения пространственных данных в корпоративной базе данных, и имеет ряд существенных преимуществ в этой сфере. Подключившись к ArcSDE, пользователь с соответствующими правами может редактировать базу данных, но он работает лишь с отдельными растровыми или векторными слоями. ArcGIS Server и Image Server предоставляют пользователю сервисы – заранее скомпонованные наборы данных и инструментов для их редактирования или геообработки. Хранение исходных данных внутри ArcSDE никак не препятствует их публикации в сервисах. Другими словами, эти программные продукты могут успешно дополнять друг друга.

Полный цикл предоставления растровой информации можно представить следующим образом.

В случае, если нужна максимальная производительность сервиса при работе с большим количеством одновременно подключенных клиентов, наиболее оптимально использование кэшированных картографических сервисов (map services) ArcGIS Server. В ArcGIS Desktop готовится mxd или msd проект, состоящий из растровых данных: отдельных растров, каталогов растров или мозаики растров. Также в созданный проект могут быть включены не только растровые, но и векторные данные. Этот проект публикуется в качестве сервиса ArcGIS Server и для него строится кэш – пирамидальные слои на указанные масштабы отображения. В данном случае нагрузка на сервер будет на порядок меньше, чем при применении технологии Image Server.

Если нужно создать большое количество картографических сервисов, содержащих общую растровую подложку, то использование Image Server Extension в связке с ArcGIS Server поможет сэкономить массу времени и дискового пространства при кэшировании данных. Особенно в том случае, когда растровый слой имеет большие размеры и высокое разрешение. Растровые данные могут быть опубликованы с помощью Image Server Extension как сервис изображений. Сервис изображений, в свою очередь, может использоваться как слой публикуемой серии картографических сервисов. Преимущество данного подхода в том, что растровый слой уже не будет требовать кэширования, и пользователь сможет просматривать его на любых уровнях масштаба. Это может в разы сократить место, требуемое для хранения кэша, и время, требуемое для его вычисления.

В версии ArcGIS 10 появился новый тип данных – мозаика растров. С одной стороны, он предоставляет пользователям ArcGIS практически все возможности по созданию виртуальных мозаик и обработки растров, которые предоставляет Image Server Extension, и, с другой стороны, расширяет функциональность сервисов изображений в случае, если источником данных является мозаика растров. Такая мозаика может быть в кратчайшие сроки обновлена при поступлении более актуальных данных, при этом не требуется ее перерасчет. К изображениям могут быть применены различные процессы обработки “на лету”, в том числе ортотрансформирование. Другим важным нововведением опубликованной мозаики растров является возможность скачивания исходных данных клиентом.

Варианты выбора технологии представления данных зависят и от клиентского программного обеспечения.

Например, если клиентом является ArcGIS Desktop (ArcView, ArcEditor, ArcInfo), то в качестве поставщика данных может выступать любая технология. К тому же, в данном случае потребности возможно удовлетворит новая функциональность ArcGIS 10, которая включает возможности Image Server уже на уровне ArcGIS Desktop при работе с новым форматом мозаики растров.

Если в качестве клиента выступают САПР-приложения, то источником данных могут служить либо сервисы Image Server (через клиентское ПО), либо сервисы ArcGIS Server (через ArcGIS for AutoCAD), а получать векторные данные САПР-приложения могут из ArcSDE (через приложение CAD Client).

Если клиентом является web-приложение или ПО ГИС других производителей, то для доступа к информации они могут использовать сервисы ArcGIS Server, которые, в числе прочих достоинств, отвечают промышленным стандартам на доступ к данным.

Image Server Extension поставляется как дополнительный модуль ArcGIS Server. А технология ArcSDE является составной частью ArcGIS Server, начиная с версии 9. Таким образом, все три технологии объединяются на общей базе ArcGIS Server. Тем не менее, вы можете обращаться к предоставляемой этим ПО функциональности как по отдельности, так и в сочетании друг с другом – в зависимости от решаемых задач. Производительность системы на базе этих программных продуктов может быть масштабирована до уровня корпоративных решений, обслуживающих тысячи пользователей.

Таким образом, однозначного ответа на вопрос «что лучше», как видите, не существует. Зато есть широкие возможности выбора среди хорошо интегрируемого программного обеспечения, способного удовлетворить практически любые запросы и пожелания клиента.