Терешенков А.В., Кубанский государственный университет, географический факультет, студент 5-го курса, г.Краснодар, E-mail: tereshenkov@nm.ru
В настоящее время на территории Краснодара происходят значительные изменения: ведется активная застройка, реконструируется центральная часть города, возводятся и открываются новые предприятия.
При столь динамичном развитии города и у муниципальных служб, и у граждан возрастает потребность в получении актуальной картографической и прочей информации с ее привязкой к местности. И все более очевидной и актуальной становится задача создания и широкого использования единой общегородской справочно-картографической информационной системы, которая могла бы удовлетворить большинство запросов разнообразных пользователей.
Муниципальная геоинформационная система
Как известно, для решения задач эффективного хранения, оперативного извлечения данных об объектах городской территории и выполнения с ними аналитических операций наилучшим образом подходит муниципальная геоинформационная система (МГИС). МГИС может объединить пространственные данные городского уровня, хранимые разными службами, в единую геоинформационную среду, эффективно решить задачи консолидации данных, формируемых из разных источников, и предоставить многоуровневый доступ к этим данным.
Однако, несмотря на то, что в современных условиях у административных органов города существенно возросла потребность в мощной информационной поддержке, а у городских служб – в использовании данных единой ГИС-среды, адекватных ресурсов (специалистов, финансирования, аппаратно-программной базы) для реализации подобной системы сразу и в полном виде у них пока зачастую не хватает.
Поэтому современная муниципальная ГИС, особенно для наших условий, должна отвечать требованию масштабируемости по функциональности и объему данных. Иначе говоря, в ней должны быть реализованы возможности поэтапного наращивания ее масштаба (инфраструктуры) и сложности (функциональности). Наличие возможности постепенного расширения системы очень важно, поскольку, как отмечалось выше, для полной реализации всех востребованных функций системы, для ее обслуживания и развития у муниципальных органов в текущий момент времени может не быть достаточных средств. И для того, чтобы можно было использовать систему уже на начальных этапах ее разработки, логично было начать с запуска ее упрощенного варианта, обеспечивающего минимально необходимый набор функций и объем данных. А затем, по мере осознания ее реальной полезности и выделения дополнительных ресурсов, увеличивать мощность системы, количество и разнообразие хранимых в ней данных.
Важно отметить, что в процессе использования такой системы у муниципальных органов могут более четко сформироваться требования к интерфейсу, функциональности или среде работы МГИС. И эти пожелания могут быть учтены при дальнейшем расширении системы, что в конечном итоге поможет обеспечить более эффективную и удобную работу и взаимодействие с геоинформационной системой муниципального уровня сотрудников разных департаментов и обычных граждан.
Подходы к проектированию МГИС
После анализа мирового рынка программного обеспечения, которое может стать основой проектирования, разработки и запуска проекта МГИС, выбор был остановлен на решениях от компании ESRI. Эта компания при создании программных продуктов ориентируется на удовлетворение современных потребностей пользователей ГИС, в том числе и в сфере муниципального управления. По каждому из программных продуктов семейства ArcGIS имеется подробная документация, примеры использования, инструментарий для разработчиков, обеспечивается техническая поддержка, активно работают форумы пользователей.
После выбора программной платформы необходимо провести инфологическое (концептуальное) проектирование системы. На данном этапе должны быть определены основные логические компоненты МГИС, их структура и взаимосвязи. Функциональная схема взаимодействия компонентов муниципальной ГИС представлена на рис. 1. В левом нижнем углу указаны соответствия типа «значок – программа».
Рис. 1. Функциональная схема компонентов муниципальной ГИС.
Серверный блок представлен набором компонентов, которые отвечают за хранение, извлечение, обработку и анализ имеющихся данных. На логическом уровне в этом блоке располагается сервер баз геоданных, в котором хранятся пространственные данные, и сервер баз данных, в котором хранятся непространственные, например, текстовые данные. Сервер баз данных выступает в роли хранилища данных, не используемых в ГИС напрямую. ГИС-сервер представляет собой компьютер (или кластер компьютеров), который выполняет серверные функции по извлечению ГИС-данных и их передаче клиентам. На логическом уровне ГИС-сервер не включает в себя Web-сервер, однако на физическом уровне эти компоненты могут быть размещены на одном компьютере. Web-сервер (Internet Information Services от Microsoft) представляет собой компонент, который отвечает за динамическое формирование Web-страницы в случае доступа к ГИС-данным по Web-протоколу.
Блок внутренних пользователей (редакторов) объединяет набор аппаратно-программных средств и группу людей, участвующих в формировании (редактировании, обновлении) содержания баз данных и баз геоданных в серверном блоке. Доступ к данным на серверах баз данных/геоданных может осуществляться мобильными пользователями (ArcGIS for Tablet PC, ArcPad), офисными пользователями (ArcGIS Desktop) или средствами прочих приложений (ГИС-приложений других компаний, пользовательских приложений ESRI, приложений третьих лиц).
Пользователями внутреннего блока могут быть сотрудники муниципальных служб, которые принимают непосредственное участие в работе с базовыми ГИС-данными (например, кадастровыми данными, данными адресного плана и пр.), специалисты государственных служб, занимающихся обновлением тематической информации (например, пожарные части, обновляющие данные о местоположении пожарных гидрантов и т.д.), сотрудники муниципальных картографических служб.
Пользователи внешнего блока, в отличие от пользователей внутреннего блока, не выполняют редактирование и обновление данных, а осуществляют просмотр данных, производят пространственные и атрибутивные запросы к данным, выполняют анализ данных.
Условно все внешние пользователи системы МГИС делятся на использующих «толстые» и «тонкие» приложения (клиенты). К «толстым», или тяжелым, клиентам можно отнести приложения, которые требуют дополнительной установки на компьютер, имеют расширенный функционал и занимают значительный объем дисковой памяти компьютера (приложения ArcGIS Desktop). К «тонким», или легким, клиентам относят не требующие установки приложения, которые обычно поставляются в комплекте с операционной системой (например, Web-браузер), а также ГИС-приложения с ограниченной функциональностью (ArcGIS Explorer).
Пользователи «толстых» клиентов внешнего блока могут выполнять такой же объем операций, что и офисные пользователи внутреннего блока. Впрочем, современные Web-технологии могут предоставить пользователям «тонких» клиентов почти все основные функции анализа ГИС-данных, доступные пользователям «толстых» клиентов. Примерами могут служить операции построения буферной зоны вдоль магистральной дороги или редактирования геометрии пространственного объекта с помощью обычного Web-браузера. В этом случае речь идет о сервис-ориентированной архитектуре (СОА) системы. Суть этого подхода заключается в идее предоставления функциональности программного обеспечения в виде сервиса. При этом отпадает необходимость установки дополнительного программного обеспечения на компьютеры пользователей, а также обеспечивается возможность многопользовательской работы. Таким образом, ГИС-пользователи могут производить операции пространственного анализа, визуализации данных и подготовки расширенных отчетов по сети Интернет. Будучи элементами сервиса, данные и инструменты могут располагаться физически на нескольких компьютерах, и к ним может быть обеспечен доступ для поддержки бизнес-функций всех конечных пользователей.
Задачи реализации сервис-ориентированной архитектуры могут быть успешно решены с помощью программного продукта ArcGIS Server от компании ESRI, который предоставляет мощные средства для реализации многопользовательской многоуровневой распределенной ГИС.
На этапе создания схемы базы геоданных МГИС весьма эффективным оказался также дополнительный инструмент ArcGIS Diagrammer с удобным интерфейсом и всеми необходимыми функциями для создания модели данных базы данных. С его помощью была создана схема базы геоданных МГИС, которая стала основой прототипа системы (рис. 2).
Рис. 2. Модель данных базы геоданных муниципальной ГИС.
Наполнение МГИС данными
В ходе физической разработки проекта МГИС были собраны имеющиеся источники данных: в ArcGIS Desktop 9.2 были переведены в векторный вид отсканированные растровые карты города, а полученные данные картографических слоев были организованы в набор классов объектов (feature dataset). Эта технология оказалась очень удобной и функционально мощной, она позволила в интерактивном режиме управлять топологией объектов, устанавливать правила пространственных отношений между ними и создавать атрибутивные домены.
Рис. 3. Созданная в рамках проекта электронная карта г.Краснодар (приложение ArcMap).
В результате из растровых карт были получены следующие векторные слои (рис. 3):
- Массив кварталов: парки, лесопарки, скверы, жилая и промышленная застройка, незастроенные территории, сады, дачные участки, стадионы, водные и другие объекты;
- Адресный план: номера угловых строений, номера крупных зданий, адреса прочих объектов;
- Транспортная сеть: основные магистрали города, улицы и проезды, маршруты общественного транспорта;
- Социально-культурные объекты: рынки, кинотеатры, школы, поликлиники, больницы и пр.
После получения базовых картографических слоев масштаба 1:25000 для их актуализации был использован космический снимок территории города за 2007 год, находящийся в открытом доступе в Интернет-сервисе GoogleEarth. По этому снимку были обновлены данные геометрии крупных строений, уточнены границы зеленых зон и водных объектов. Впоследствии мозаичные данные космосъемки были организованы в каталог растровых изображений.
Все имеющиеся данные (растровые и векторные) были организованы в базу геоданных ArcSDE, физически хранимую в СУБД MS SQL Server 2005. Поскольку логическая схема базы геоданных была уже создана, перенос данных из файловой базы геоданных в базу геоданных ArcSDE заключался лишь в выполнении их импорта с помощью соответствующего Мастера. Использование баз геоданных ArcSDE в будущем может обеспечить выполнение операций многопользовательского редактирования, упростит процесс обслуживания и хранения данных.
В ходе выполнения проекта значительная часть атрибутивных данных (номера домов, функциональное назначение построек) уточнялась на местности средствами полевой ГИС ArcPad 7.0, установленной на карманном компьютере.
Организация удаленного доступа
После этого на основе полученной электронной карты программными средствами ArcGIS Server 9.2 было создано Web-приложение. В качестве Web-сервера использовался продукт Internet Information Services от Microsoft. Созданное Web-приложение было расширено функциями удаленного Web-редактирования, а также возможностью выполнения задач геообработки (рис. 4). Пользователи могут обращаться к геоданным через обычный Web-браузер.
Рис. 4. Веб-приложение для работы с электронной картой города.
Заключение
В итоге реализации проекта на основе рассмотренной технологии было создано единое хранилище пространственных данных о городской территории и электронная карта г.Краснодар. Также разработаны удобные средства доступа к данным через Web-интерфейс и стандартные ГИС-приложения от компании ESRI.
Abstract
Tereshenkov A.V. Prototype of Krasnodar city municipal GIS.
The prototype of Krasnodar city municipal GIS is built on the base of its geodatabase modeling concept. System requirements were analyzed and its infrastructure is proposed. The main results of the project are digital city map, centralized citywide spatial and attribute data repository, and Web-based application for multilevel access to thematic data layers and basic GIS functions.
