Серединин Е.С., Председатель правления, Козлитин В.Е., директор Департамента ГИС и ДЗЗ проектов, e-mail: valk@ecomm.kiev.ua, ЗАО «ЕСОММ Со.», Украина, г.Киев, e-mail: info@ecomm.kiev.ua, Web: www.ecomm.kiev.ua
Municipal GIS of Lugansk city (Ukraine)
Муниципальные образования – это территория с расположенными на ней объектами инфраструктуры, представляющими ресурсный потенциал города: землей и другой недвижимостью (здания и сооружения), инженерными и транспортными сетями, объектами окружающей среды.
Стабильное развитие города обеспечивается деятельностью городской администрации и ее органов за счет сбалансированного решения социальных и экономических задач при условии сохранения здорового состояния окружающей среды и природно-ресурсного потенциала. Эта деятельность теснейшим образом связана с географией (привязкой к территории), и в ней очевидна потребность в широком применении инструментов для работы с пространственными данными, то есть в технологии геоинформационных систем (ГИС).
В принципе, любая система, которая, с одной стороны, использует геоинформационную технологию, а с другой осуществляет информатизацию организаций, принимающих участие в управлении городом, может считаться муниципальной ГИС (МГИС). Однако следует различать ГИС организаций учетно-эксплуатационного уровня управления городом, построенных по отраслевому принципу, и ГИС территориального управления, используемых органами местного самоуправления. Отраслевые ГИС отражают конкретную специфику и являются, по существу, системами управления активами. В данном случае, активы – это пространственно распределенные материальные ресурсы предприятия, информация о местоположении которых, а также об их состоянии и поведении принципиально важна для качественного выполнения основных производственных задач предприятия (например, ГИС «Водоканал», ГИС «ГорГАЗ», ГИС «Транспорт» и т.п.). Каждая такая ГИС строится в соответствии с отраслевыми решениями и стандартами и предназначена для удовлетворения информационных нужд отдельно взятой организации. В то же время, территориальное управление на уровне городского совета требует объединения усилий большого количества организаций, каждая из которых координирует развитие того или иного сектора городского хозяйства.
Каждая организация в соответствии с родом своей деятельности имеет дело с большим объемом как общей (базовой), так и специфической информации, значительная часть которой имеет пространственную компоненту, то есть напрямую или опосредованно привязана к местности и расположенным на ней объектам инфраструктуры. Необходимые данные поступают из разнообразных источников и в разных форматах, их необходимо хранить, обработать, структурировать и представить в удобном для работы, восприятия и анализа виде.
Единого универсального подхода в построении таких систем нет. Нет и готовых алгоритмов создания распределенных корпоративных муниципальных ГИС, ориентированных на интеграцию данных и создание единого информационного пространства. Но мировой опыт успешного внедрения таких систем достаточно широк.
Он свидетельствует о том, что в рамках разработки МГИС на первый план выходят задачи информационной и системной интеграции субъектов градостроительной деятельности и развития территории, а одной из основных решаемых с ее помощью задач является информационная поддержка принятия решений на разных уровнях управления.
О муниципальной ГИС г. Луганск
Для создания единой информационной базы эффективного управления городским хозяйством в г.Луганск в 2008-2010гг. разработана и внедрена 1-я очередь Муниципальной ГИС информационной поддержки принятия решений городской администрации и ее органов в сфере градостроительной деятельности и развития территории города. Рассмотрим некоторые решения, которые были использованы в этой МГИС.
Цифровая модель территории
Цифровая модель городской территории основана на пространственных данных различного типа: растр, вектор, рельеф. Она в первую очередь нацелена на моделирование местности, а ее основное назначение – дать правильное представление о местоположении, метрических параметрах и взаимоотношениях (в т.ч. пространственных) между объектами инфраструктуры.
Все элементы, которые составляют градостроительную модель территории (кадастры и реестры, зонирование территории города и т.п.), представлены в цифровой модели как пространственные объекты, объединенные в соответствующие слои. Для пространственного объекта определяется его геометрия и местонахождение, а также атрибутивные данные: кадастровые характеристики, например, этажность, тип и адрес зданий, название улиц, номер земельного участка, данные об арендаторе, и т.д.
Цифровая модель территории может быть составным элементом общей градостроительной модели и предназначена для интеграции различных пространственных данных в единое информационное пространство, состоящее из взаимосвязанных тематических блоков. Каждый из этих блоков, в свою очередь, содержит множество тематических слоев, которые освещают различные аспекты градостроительной деятельности и развития города.
Количество слоев в наборе и их качество (точность) определяют адекватность цифровой модели. Слои, составляющие цифровую модель территории, создаются различными организациями с использованием разных технологий и могут быть представлены в различных форматах. Перед включением в состав модели эти слои должны быть пространственно согласованы.
При создании цифровой модели Луганска мы использовали специальную методику информационной интеграции и согласованности пространственных данных, полученных от разных организаций, ведомств и компаний различных профилей и форм собственности. В ее основу положены подходы, входящие в идеологии построения инфраструктуры пространственных данных (ИПД).
Были определены базовые пространственные объекты (БПО), то есть объекты, отнесенные к специально выделенным типам, которые отличаются стабильностью пространственного положения во времени, а также обеспечивают интеграцию всех информационных ресурсов на территории. Эти БПО были пространственно согласованы с обработанным космическим снимком и использованы в качестве своеобразных пространственных классификаторов, ссылка на которые или пространственная привязка к которым обеспечивает возможность интеграции пространственных данных от различных поставщиков.
В результате был сформирован набор согласованных пространственных слоев 1-й очереди цифровой модели территории города и создана инфраструктурная основа последующего развития и расширения этой модели при соблюдении пространственной согласованности всех входящих в нее составляющих.
Администрация города (сама или через уполномоченные структуры) должна играть роль поставщика БПО и координатора, заранее определяющего состав необходимых наборов БПО (растровых, векторных и метаданных) для подрядных организаций. А подрядчики должны использовать эти БПО при выполнении своих работ и пространственной привязки к ним своих тематических пространственных данных и формировании соответствующих метаданных.
В соответствии с концепцией ИПД все данные, включенные в состав цифровой модели территории, должны сопровождаться метаданными (стандартизированными описаниями данных).
Рис. 1. Цифровая модель территории города Луганск.
В состав цифровой модели территории 1-ой очереди МГИС г. Луганск вошли следующие слои данных (рис. 1):
- обработанный (планово-высотная привязка и ортофотопреобразование) космический снимок QuickBird территории города высокого пространственного разрешения (50 см в пикселе);
- слои (около 20) базовой цифровой векторной карты города масштаба 1:10000;
- отсканированные и привязанные планшеты (растры) масштаба 1: 2000;
- градостроительные кадастры: адресный реестр; реестры улиц, зданий, реестр земельных участков (более 10000 участков); реестр прав и реестр субъектов предпринимательской деятельности.
Служба каталогов
Цифровая модель территории города и структура базы геоданных МГИС г. Луганск построена в соответствии с требованиями теории реляционных баз данных: например, отсутствие дублирования данных, использование таблиц перекрестных ссылок для определения связей типа «многие ко многим» и т.п. Структура базы геоданных содержит большое количество объектов, таблиц, полей, реляционных связей. Для корректной работы с ней необходимо знать ее структуру, а также методы, которыми надо пользоваться, чтобы извлечь необходимую информацию из этой БД.
Пользователь, работающий с цифровой моделью, работает со слоями пространственных данных, хранящихся в базе геоданных в виде таблиц и классов объектов. На основе одного класса объектов может быть создано много слоев, в каждый из которых могут включаться только те объекты, которые удовлетворяют заданным требованиям, например, по значениям определенных атрибутов. Один слой может формироваться из данных, хранящихся в разных базах данных, входящих в МГИС. Кроме базы геоданных в процессе создания слоев могут использоваться и другие типы источников пространственных данных, например шейп-файлы. Состав данных, которые могут использоваться в качестве источников построения слоев, может постепенно пополняться, и для информирования пользователей об этих изменениях требуются специальные средства.
Все это создает определенные трудности использования корпоративных баз данных больших объемов, так как требует от пользователя знаний структуры всего информационного хранилища и каждой используемой базы данных, а также навыков формирования из этих данных необходимых слоев. Кроме того, ошибки, допущенные пользователями при создании слоев, могут исказить представление о городе и привести к неправильным решениям. При этом, разные пользователи могут допустить разные ошибки, что может привести к несовместимым решениям, хотя на первый взгляд и основанным на использовании одной и той же БД.
Особенно это важно при использовании Web-доступа к данным цифровой модели города, который должен строиться как доступ к набору тематических электронных карт.
В связи с этим, было решено организовать работу пользователей с объектами городской инфраструктуры с использованием специально созданных средств, а именно – Службы каталогов. Концепция службы каталогов включает в себя следующие положения. Все пространственные информационные ресурсы должны быть зарегистрированы в каталогах базы геоданных. При регистрации в каталог должна заноситься следующая информация:
- метаданные ресурса – например, источник поступления данных, дата поступления, точность привязки, система координат и т.п.;
- имя ресурса, его описание и т.п.;
- служебная информация: тип хранения (БД, шейп-файл, растр), место расположения (путь к БД, к шейп-файлу и т.п.).
Каталоги представляют собой иерархический список, который обеспечивает создание тематических групп, состоящих из слоев, формируемых из источников данных.
Доступ пользователей к информационным ресурсам осуществляется только через службу каталогов с помощью набора специальных программных средств, которые должны выполнять следующие функции:
- регистрация ресурса (определение метаданных ресурса и служебной информации);
- просмотр каталогов (просмотр метаданных пользовательского уровня);
- поиск ресурса по атрибутам;
- загрузка ресурса в рабочую область в виде слоя.
Служба каталогов предоставляет доступ к данным только через каталоги зарегистрированных ресурсов. То есть пользователям для выбора и загрузки ресурса не обязательно знать текущий формат и местоположение ресурса (имя БД, путь к этой БД, имя таблицы в этой БД и т.п.).
Такой порядок работы с данными обеспечивается комплексом программных средств «Служба каталогов», созданных для МГИС г.Луганск (рис. 2).
Рис. 2. Организация работ с цифровой моделью территории с использованием службы каталогов.
Сервер службы каталогов основан на функционале ArcEditor и предназначен для выполнения следующих функций:
- регистрация ресурса, удаление ресурса из каталогов (добавление нового источника данных);
- ведение иерархии тем;
- добавление (редактирование) темы загрузки;
- удалением темы;
- включение ресурса в тему, удаление ресурса из темы;
- добавление слоя в каталог с определением следующих метаданных
- определение имени слоя;
- установка источника данных (БД, таблицы, поля связи и т.п.) для слоя;
- установка условий формирования слоя (Definition Query);
- привязка слоя к теме (должна быть обеспечена возможность привязки одного слоя к нескольким темам);
- формирование и привязка легенды слоя, которая должна сохраняться в Мета БД или в виде связанного со слоем .lyr файла;
- удаление слоя из каталога;
- привязка слоя к теме, удалением слоя из темы.
Клиент службы каталогов функционирует в составе клиентских рабочих мест и предназначен для просмотра каталогов и осуществления загрузки выбранных данных в свое рабочее пространство (экран). Клиент службы каталогов включает в себя набор специальных программных инструментов на основе ArcGIS Engine Standard Runtime (или в составе любого настольного программного продукта Esri) на рабочем месте пользователя.
Ведение распределенной базы геоданных
Одной из основных задач корпоративных МГИС является организация функционирования и ведения единого информационного пространства в распределенной ГИС, узлами которой являются отдельные подсистемы.
Единое информационное пространство (ЕИП) МГИС г.Луганск сформировано как распределенная база геоданных, узлами которой являются: центральная БГД, БГД функциональных подсистем и локальные БД клиентских приложений конечных пользователей.
Проблема заключается в том, что необходимо решить целый ряд взаимосвязанных задач, а именно – обеспечить возможность:
- автономного функционирования каждого узла (подсистемы);
- распределенного редактирования данных пользователями разных подсистем, результаты которого должны содержаться в центральной БД и быть доступными пользователям других подсистем;
- использования разных СУБД (уже используемых в том или ином Управлении городского совета или определяемых Заказчиком исходя из собственных соображений) в различных узлах системы.
Для решения перечисленных задач применена технология компании Esri, которая включает в себя механизмы поддержки версий центральной базы и автономного редактирования (технологии реплицирования баз геоданных). Были разработаны специальные утилиты для автоматизации процессов создания и синхронизации реплик.
Эти средства ведения распределенной БД созданы и функционируют с учетом требований клиент-серверной архитектуры и включают такие компоненты:
- клиентраспределенной БД (КРБД) – устанавливается на клиентском рабочем месте, созданном на основе ArcGIS Engine Standard Runtime (или в составе любого настольного программного продукта фирмы Esri в объеме лицензии ArcView). Эта компонента отвечает за передачу запросов на сервер и получение результатов работы серверной компоненты;
- сервер распределенной БД (СРБД) – должен располагаться на сервере в составе кастомизированного программного продукта ArcEditor. Он должен постоянно находиться в режиме ожидания поступления запросов от своих клиентов. После получения запроса эта компонента должна обеспечивать выполнение запрошенных работ.
Общий алгоритм работы с распределенной цифровой моделью территории города заключается в следующем (рис. 3). Нормальный режим работы каждого рабочего места должен осуществляться с использованием информационных ресурсов серверной Центральной базы геоданных (ЦБГД) в режиме просмотра. Перед выполнением редактирования данных ЦБГД необходимо выбрать редактируемый слой, активировать процесс получения локальной реплики, перейти в режим редактирования полученной реплики, осуществить редактирование и после его завершения запросить серверную синхронизацию своих локальных изменений и ЦБГД.
Рис. 3. Организации ведения распределенной БД.
Ситуационная осведомлённость
Использование принципов ситуационной осведомлённости при построении МГИС г. Луганск означает создание системы, обеспечивающей возможность получения знаний и понимания текущей ситуации путем комплексного пространственно согласованного представления разнородной информации об этой ситуации в целях выработки и принятия решений. В состав таких данных должны входить все имеющиеся в наличии данные: фактографические (комические снимки, слои базовых векторных карт, отсканированные планшеты); результаты проведенных экспертиз, выполненных по анализу ситуации; результаты прогнозирования возможных вариантов развития ситуации; специальные тематические карты и т.п.
Поддержка принятия решений означает, что для каждого важного вопроса, который возникает у соответствующих органов самоуправления города, создается карта ситуационной осведомленности, которая становится основой выработки решения. В процессе создания таких карт используются все имеющиеся в наличии готовые информационные ресурсы и создаются новые, проясняющие ситуацию с необходимых ракурсов. При этом может потребоваться заключение договоров со специализированными организациями на проведение необходимых исследований.
Кроме того, при создании 1-й очереди МГИС был разработан и внедрен специальный механизм маркирования объектов городской инфраструктуры. Он позволяет устанавливать тематический ситуационный статус состояния объектов городской инфраструктуры (например, пометить те земельные участки, решение вопросов по которым выносится на заседание горсовета, или те участки, в отношении которых имеются проблемы), а также задавать специальными условными обозначениями тип, остроту, важность вопросов, которые необходимо решить (например, имеются возражения близлежащих жителей против перепрофилирования участка территории, имеются нарушения экологического законодательства и т.п.).
Эти маркеры присваиваются объектам инфраструктуры специалистами профильных управлений горадминистрации на базовом уровне и используются для классификации объектов при создании карт ситуационной осведомленности, используемых при вынесении решений, в т.ч. на заседаниях горсовета. Таким образом, локальные знания отдельных специалистов становятся доступными широкому кругу лиц, задействованных в процессе принятия решений.
Механизм маркирования объектов городской инфраструктуры включает следующий набор средств, разработанный и внедренный в составе 1-й очереди МГИС г. Луганск: средства создания тематических карт, их публикации в качестве Web-сервисов, регистрации сервисов в специальных каталогах, запуска выбранных сервисов с помощью специально созданного Web-приложения.
Архитектура системы
Архитектура 1-й очереди МГИС г.Луганск представляет собой иерархическую структуру (рис. 4), которая состоит из центральной подсистемы и функциональных подсистем двух управлений горадминистрации: Управления Архитектуры и градостроительства и Управление недвижимым имуществом (управление земельных ресурсов).
Рис. 4. Архитектура развертывания 1-й очереди МГИС г. Луганск.
Центральная подсистема образует информационное ядро корпоративной ГИС города, в состав которого входят:
- ГИС-сервер МГИС на базе ArcGIS Server Basic Enterprise;
- корпоративная СУБД MS SQL, под управлением которой функционирует Центральная база геоданных;
- программный комплекс «Администратор», созданный на основе базового продукта ArcEditor, дополненного специальными программными инструментами: сервер службы каталогов, сервер репликации, администратор политики безопасности.
Подсистемы Управлений имеют одинаковую структуру, состоящую из программных комплексов, созданных с использованием ArcGIS Engine. Функционирование этих комплексов направлено на автоматизацию текущих работ специалистов соответствующего Управления (ввод, учет, регистрация), а также на реализацию функций поддержки принятия решений. С этой целью в состав этих ПК включены специальные компоненты:
- инструментарий реализации механизма маркеров ситуационной осведомленности;
- клиент службы каталогов;
- клиент службы репликаций.
Конфигурация архитектуры 1-й очереди МГИС определялась возможностями Заказчика на момент внедрения. Эта архитектура может рассматриваться только как стартовый вариант. Дальнейшее развитие системы должно происходить по трем направлениям:
- Масштабирование уже установленных подсистем (установка серверов, средств администрирования, а также средств поддержки принятия решений на уровне Руководства Управления);
- Создание новых подсистем;
- Развитие центральной подсистемы.
Заключение
Ориентация муниципальных ГИС на информационную интеграцию и поддержку принятия решений требует использования специальных подходов к проектированию и разработке программных компонент таких систем.
Эти подходы предназначены для перевода системы из разряда средств автоматизации текущей деятельности отдельных специалистов и подразделений в систему поддержки принятия решений в сфере градостроительной деятельности органов местного самоуправления, в которой результаты работы отдельных специалистов становятся базовыми данными для построения карт ситуационной осведомленности.
Использование специальных подходов к построению Муниципальной ГИС г.Луганск как на уровне проектирования, так и компонентной реализации создало предпосылки дальнейшего масштабирования системы как по горизонтали (расширение функций уже установленных подсистем и внедрение новых подсистем), так и по вертикали (от базовых функций конечного пользователя до создания тематических карт ситуационной осведомленности).
Описанный подход может быть использован в качестве методической основы создания комплексных распределенных корпоративных муниципальных ГИС (МГИС), ориентированных на интеграцию данных, поддержку принятия решений и создание единого информационного пространства города.
Литература
- Серединин Е.С., Козлитин В.Е. Муниципальные ГИС Украины. // ArcReview. – М., 2009. — № 4(51). – С. 7-9. (www.dataplus.ru/Arcrev/Number_51/7_CorpGIS.html)
