АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТЕЙ МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ PYTHON ДЛЯ РОБОТИ З ПРОСТОРОВИМИ ДАНИМИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК:004.045 + 004.416.6

DOI: 10.15587/2313-8416.2019.164784

АНАЛ1З МОЖЛИВОСТЕЙ МОВИ ПРОГРАМУВАННЯ PYTHON ДЛЯ РОБОТИ З ПРОСТОРОВИМИ ДАНИМИ

© М. А. Кухар

В poôomi проводитися анал1з 3ada4i використання сучасних програмних 3amôie для тдтримки роботи з просторовими даними. Аналiзуються можливостi мови програмування Python для роботи з цими прос-торовими даними.

Базуючись на особливостях ще1 мови програмування та вже кнуючих програмних засобах роботи з просторовими даними ArcGIS та ArcPy проаналiзованi ïï можливостi в цш галузi Ключовi слова: Python, ArcGIS, ArcPy, програмування, просторовi, данi, анал1з, модель

N

ТЕХШЧШ НАУКИ

V J

1. Вступ

Матерiальнi об'екти мають ряд властивос-тей, одшею з яких е просторове розмщення цих об'еклв. Просторову прив'язку використовують в рiзних галузях дгяльносп людини для ïx структу-рування, контролю та попередження можливих насладив подiбноï дiяльностi. Одним з найсуттевь ших об'еклв, який зав'язаний на просторову прив'язку е земля та прив'язаш до не)! неруxомi об'екти. З цього приводу розробляються спещаль зоваш програмш засоби, серед яких свгговим лще-ром е ArcGis.

ArcGIS представляе собою програмний продукт, який дозволяе проводити збiр, зберiгання, ана-лiз та вiзуалiзацiю просторових даних. ArcGIS дозволяе обробляти географiчну iнформацiю для використання будь-якими користувачами, якi мають доступ до цих даних. Система доступна в будь-якш точщ простору, де можливе використання веб-браузерiв, мобiльниx пристроïв у виглядi смартфонiв, а також наспльних комп'ютерiв.

В ArcGIS використовуються спещальш модулi для обробки геоданних. Одним з цих модулiв е ште-рпретатор Python, в якому представлений пакет даних ArcPy, метою якого е створення основи для ус-тшного i продуктивного виконання аналiзу геогра-фiчниx даних, конвертаци даних, управлiння даними i автоматизацп карти в Python.

За допомогою використання мови програму-вання Python та пакету ArcPy можливо проводити додатковi операцп з просторовими даними, а також створювати автономш карти за рахунок вже юную-чих баз даних в ArcGIS. Це розширюе можливосп

ГIС-спецiалiстiв та програмiстiв для роботи з просто-ровими даними.

2. Лiтературний огляд

У роботах [1, 2] представлений аналiз та по-дання сучасних аспекпв використання принципiв мови програмування Python в вищих навчальних закладах Украши.

У роботах [3, 4] представлений аналiз викори-стання мови програмування Python, а також засвоен-ня практичних аспектiв побудови базових алгоршшв та програм рiзного рiвня складносп для професюна-льного застосування, яш вже пiдтвердженi часом.

У роботах [5, 6] представлений розгляд основ-них можливостей пакету ArcPy та особливостей ви-користання мови програмування Python для роботи з просторовими даними в ArcGIS.

У робот [7] представлений аналiз програмного продукту ArcGIS компанп ESRI та його основнi мож-ливосп. У роботi [8] наведенi характеристики функ-цiï Describe iз пакету ArcPy. У робот [9] наведет характеристики функци UpdateCursor iз пакету ArcPy. У роботi [10] наведеш характеристики функцй' ListLayrs iз пакету ArcPy.

Так, отриманi з аналiзу свiтовоï та вггчиз-няно1' лiтератури даннi свiдчать про те, що iснуе незначна кiлькiсть робгг присвячених викорис-танню мови програмування Python для роботи з просторовими даними, тому виникае необхвдшсть реалiзацiï ряду дослвджень в цiй сфер^ наприклад, можливостей використання сучасних програмних пакетiв та визначення можливостей ix вдоскона-лення.

3. Мета та задачi дослвдження

Метою дослвдження е отримання даних про можливостi обробки просторових даних за рахунок використання мови програмування Python.

Для досягнення мети дослщження були поста-вленi такi завдання: 1. Аналiз мови програмування Python.

2. Аналiз модуля ArcPy.

3. Загальний аналiз можливостей використання мови програмування Python в ArcGIS для роботи з просторовими даними.

4. Використання Python для po6oTi з прос-торовими даними в ArcGIS

4.1. Анатз мови програмування Python

Мова програмування Python - це повноцшна (ушверсальна) мова програмування, яка тдтримуе об'ектно-орiентоване програмування.

Особливостi мови програмування Python е те, що вона представляе собою iнтерпретовану мову програмування: вихвдний код частинами перетворю-еться в машинний у процесi його читання штерпрета-тором [1].

Дизайн мови Python побудований навколо об'ектно-орiентованоï моделi програмування. Реаль зацiя об'екта-орiентованого програмування в Python е елегантною, потужною та добре продуманою, але разом з тим, достатньо специфiчною в порiвняннi з ш-шими об'ектно-орiентованими мовами [3].

Python, як об'ектно-орiентована мова програмування пвдтримуе шкапсулящю, а також мае повну тдтримку в полiморфiзму i успадкування, але з ш-шого боку, вщсутш «додатковi» функцiï, якi зазвичай доступш в багатьох основних потоках об'ектно-орiентованих мов, на вiдмiну ввд Python. Ця мова найбiльш ефективна для навчання об'ектно-орiентованому стилю програмування [4].

Так, при робот з просторовими даними мова програмування Python в пакет ArcGIS, як досить ефективний та зручний допомiжний елемент, вико-

ристовуеться для машпуляцш з iснуючими базами геоданих та створених на 1х основi електронних карт.

4.2. Аналiз модуля ArcPy.

Компанiя ESRI вибрала Python в якосп однiеï з основних розробок, так як вш дозволяе без особли-вих зусиль виконувати бiльшiсть задач користувачiв шляхом написання вiдповiдних скриптiв.

Використання бiблiотеки Г1С-функцш ArcPy, з'явилася в ArcGIS 10, що значно покращуе написання скриппв для звичайних ГIС-спецiалiстiв. Python широко використовуеться розробниками програмних засобiв, мае багато додаткових бiблiотек, що розши-рюють його функцюнальшсть [5].

Завдання географiчноï обробки, як правило, забирають багато часу i повторюються, i часто по-винш виконуватися на перюдичнш основi. Пакет ArcPy для ArcGIS надае набiр iнструментiв i сере-довищ виконання, якi можна використовувати для перетворення даних у значущi результати. Викорис-товуючи сценарiï, ви можете автоматизувати сво1 завдання географiчноï обробки та запланувати ix виконання, коли це найбшьш зручно для вашо].' ор-ганiзацiï [6].

Вивчення Python з використанням пакету ArcPy допомагае виконувати завдання автоматизацй' обробки та аналiзу даних з бшьшою гнучк1стю та ефективнiстю та з урахуванням специфiчниx потреб, як1 стосуються роботи, що виконуеться.

4.3. Загальний ана. из можливостей викори-стання мови програмування Python в ArcGIS для роботи з просторовими даними

В програмному засобi ArcGIS фiрми ESRI [7], починаючи з версii ArcGIS 10.0, можливо використовувати мову програмування Python, штерпретатор якоi при робоп з просторовими даними в ArcMap мае вигляд дiалогового вiкна (рис. 1). В цьому вiкнi i проводять манiпуляцiï з годними користуючись скрипотами, що написанi на мовi Python.

Рис. 1. Iлюстрацiя дiалогового вiкна iнтерпретатора Python в ArcMap

При робот в цьому дiалоговому BiKHi, 3fliBa прописуеться сам код срипта, а з права ввдображуеть-ся тдказка. Наприклад, при звернен до функцп Describe [8] виводиться тдказка до не! (рис. 2).

Для того, щоб оптимiзувaти роботу з функць ями пакету ArcPy в ArcGis iснуе справка, в якш опи-суються кожна з функцш та об'екти, з якими вона може працювати (рис. 3, 4).

Перш за все при використанн Python в ArcMap можливо проводити роботу з шейпфайлами. Це атрибутивна шформащя, яку можливо вивести в iнгерпретaторi та змiнити. Можливо виводити елеме-нтарну iнформaцiю таблиц aтрибутiв шейпфайлу (рис. 5, 6).

Використовуючи лопчш операцп та синтаксис Python [2] можливо працювати з множиною елеменлв таблиш атрибутв, наприклад, цикл for (рис. 6, 7).

Крiм того, що юнуе можливiсть виводити ш-формацш про шейпфайл, ïï також можливо змiнюва-ти, наприклад за допомогою функцп UpdateCursor [9] (рис. 8, 9).

Крiм роботи з атрибутивною шформашею iн-терпретатор Python в ArcMap дозволяе проводити операцй' з самими електронними картами. Наприклад, звернувшись до функцй' ListLayrs [10] та влас-тивостi transparency можливо змшити прозорiсть шару карти (рис. 10).

Рис. 2. !люстрашя звернення до функцй Describe в дiалоговому вiкна Python (ArcMap)

Рис. 3. !люстрашя вiкна справки ArcGis з перелшом об'ектiв, з якими працюе функцiя Describe

do <3 Ш- @ Скрыть Назад Домой Параметры Resource Cert et

^oaep»awe | j^aCpaMr«« S®®**1 | Type a queue r then ciok Ask * Update the cursor with the updated list * cursor.updateRow(row)

j updatecursor PMWta By An*MTiVonsS | ^ History 12 topes found ufiSfif<;Mr»o- arcp i a III ■ «airtwny'ttY ar IIIII fttCttmflflM WS .... cursors "" Sihlc^r«^^"^ 1,1 Raw fsrcov) HI 8—lihriirinr nrrr i III Cursor larcov HI faabinSfiLarscri III SaarchCursor (arcov da) III More UpdateCursor example 2 Use updateCursor to update a field of buffer distances for use with the Buffer tool, mport arcpy arcpy.env.workspace = ' c:/data/output.gdb' fc = 'ct/data/base.gdb/roads' fields « (*ROAD_TYPE', 'BUFTER_DISTANCE *] 1 Create update cursor for feature class with arcpy.da.UpdateCursor(fc, fields) as cursor: IJUpdate the field used in Buffer so the distance is based on road • type. Road type is either 1, 2, 3 or 4. Distance is in aeters. for row in cursor: • Update the BUPFER_OISTANCE field to be 100 tiaes the • RCAD_TYPE field. row[l) = rowJO] * 100 cursor.updateRow(row) t Buffer feature class using updated field values arcpy.Buffer_analysls(fc, *rosds_buffer', 'BUFFER_DISTANCE') Related Topics SearchCursor InsertCursor b Copyright C 1993-2014 Esn. All nghca reserved.

Рис. 4. 1люстращя BiKHa справки ArcGis з прикладом написания скрипта для певного об'екта

-7.651 47ДМ D

Рис. 5. Iлюстрацiя виведення атрибутивно! шформаци в iHTepnpeTaTopi Python ArcMap

Ру«юл □ x

-

<aeocroceasina describe field ooiect obiect at 0xll21ED10>

* J': : »> for field in desc.fields:

print field.name

PRY I

»>

Рис. 6. !люстращя вiкнa iнтерпретaторa Python з скриптом виводу iнформaцii про стовбщ тaблицi aтрибутiв

Рис. 7. 1люстращя BiKHa штерпретатора Python з скриптом виводу шформацп i3 строк таблицi атрибутiв

Tabic О Xj □ X

- a- *

FR X

FDrMd f iWt KS MS res MSiRI fip iwnl' 1»

Raeoad unexaimedrunaurveyeil Unknown 73 FRA FRANCE ft

»133 Une*airwedrUnaurveYad Unknown 73 FRA FRANCE

»1S2 Ra»oed Oper atonal Single 73 FRA FRANCE

»198 RwoM Operational Single 73 FRA FRANCE

Ч4Г0М Operatonai Single 73 FRA FRANCE

»241 Ra»Oad Ope'atcna Single 73 FRA FRANCE

»346 Rairoed Operational Single '3 FRA FRANCE

»347 Raiaoed Operational Single 73 FRA FRANCE

мое Ra*oad Operational Single 73 FRA FRANCE

»717 Raaoed unexeiwiad/uneorvayed Unknown 73 FRA FRANCE

»718 Ratoed UneEairwied/Una urveyed Unknown 73 FRA FRANCE

»723 Ra*oed Operatonai Mutyje 73 FRA FRANCE

»736 Raeoed unememneelMeiirveyed Unknown 73 FRA FRANCE

»793 Ra#o»d Operatcna- Single 73 FRA FRANCE

»797 Ra#oad Une*arwied/Unaurveyed Unknown 73 FRA FRAHCE

396C3 «UCM UneKanwieeainsurveyed Unknown 73 FRA FRANCE

41114 Rairoed Oper atonal Uulple 73 FRA FRANCE

< m ^ >

H I 1 • и В fRA.raib ■ (0 out Ol .'496 Selected)

»> del empty

»> ucurs = arcpy.da.UpdateCursor "FRA rails",["*"])

»> for row in ucurs:

Рис. 8. 1люстращя таблицi атрибутiв з вихвдними даними та BiKHa штерпретатора Python 3i звернення до функцп

UpdateCursor для змiни iнформaцii в деякому стовбцi

mj ,

ТаЫе

а-

FRA.ieüJ X

FC ran d EXS DESCRI FCO DtSCRI Fin r^n.r \Y)

36932 Rea-oad Operational Single 0 FRA FRAHCf

39130 Rairoed UneKamnedrtJnaurveyed Unknown 1 FRA FRANCE

» 39133 Raircad Uneiamred/Unaurveyed Unknown 73 FRA FRANCE

39182 Rairoad Operational jingle 9 FRA FRANCE

39196 Raaroad Operational Single 16 FRA FRANCE

39199 Ra»oad Operational Single 25 FRA FRANCE

39241 Rairoad Operational Single 36 FRA FRANCE

39346 Raaoad Operational Sing» 49 FRA FRANCE

39347 Rairoad Operational Single _KM FRA FRANCE

39600 Rairoed Operational Single FRA FRANCE

39717 Raacad UneKamred/Unaurveyed Unknown 100 FRA FRANCE

39718 Rairoed Une*amred/Unaurveyed Unknown 1?1 FRA FRANCE

39723 Raaoad Operational Mulple 144 FRA FRANCE

39736 Rafroad UneKamredAJnaurveyed Unknown 169 FRA FRANCE

39793 Rairoed Operational Single 196 FRA FRANCE

39797 Rairoad imexamred/Unaurveyeo Unknown 225 FRA FRANCE

39603 Reload Une*amred/Unsurveyed Unknown 2*5 FRA FRANCE

41114 Rairoed Operational Uullple 289 FRA FRANCE

« ■

M « 3 » N 'g ■ (0 out of 2498 Selected)

FRA_r»l$

»> del curs »> del empty

»> ucurs = arcpy.da.UpdateCursor("FRA_railsM,["

>» for row in ucurs:

... row{6]=row[01**2

... ucurs. updateRow(row)| 1

Рис. 9. 1люстращя тaблицi aтрибутiв з виправленими даними та BiKHa штерпретатора Python 3i звернення до функцп UpdateCursor для змши шформацп в стовбщ FID Countr

Гукол □ *

»> mxd ■ arcpy.mapping.MapDocuaiant ( ' currant ' )

»> mxd

»> layers » arcpy.napping.ListLayvra(mxd)

»> layers

»> for lyr in layers:

int lyr.nam®

»> ayLyr • layars(-1]

»» myLyr

»> my Lyr transparency

»> ■yLyr transparency • 70

>» arcpy RefreahActiveViev<)

»> myLyr transparency ■ 0

»> arcpy RefreshActiveVievO

»> 1

Рис. 10. 1люстрацгя BiKHa штерпретатора Python i3 скриптом змiни прозоросп шару карти

Ще одна можливкть Python в ArcGis - це робота з надстройками, що дозволяе створювати додат-ковi шструменти для роботи з просторовою шформа-цiею та розширюе можливостi Г1С-спещалюпв.

5. Результати дослiджень та ïx обговорення

В результaтi проведеного дослвдженш проана-лiзовaно зaгaльнi особливосп мови програмування Python. Були виявленi ïï особливостi та визнaченi на-прямки використання цiеï об'ектно-орiентовaноï мови програмування для роботи з просторовими даними.

Розкритi основнi можливостi програмування, з використанням Python, для цiлей обробки геопросто-рових даних. Для цього був використаний пакету ArcPy, що представляе собою елемент геошформа-цшно! системи ArcGis.

Практичним результатом дослвдження е пред-ставлення можливостi роботи з просторовими даними через штерпретатор Python в таблицях атрибупв, а також, можливiсть роботи з електронними картами, використовуючи для цього, як приклад, функци з пакету ArcPy: Describe, UpdateCursor, ListLayrs.

Загалом, отримaнi результати концептуально характеризують можливостi використання Python для роботи з геопросторовими даними.

6. Висновки

В стaттi проводитися aнaлiз можливостi використання сучасних програмних зaсобiв для пiдтримки роботи з просторовими даними.

1. Був проведений загальний aнaлiз особли-востей мови програмування Python. Це дало мож-ливють охарактеризувати ïï в межах постaвленоï мети. Тому, Python е мовою програмування, яку доцшьно використовувати для шдтримки в обробщ геопросторових даних.

2. Проaнaлiзовaнi функцiï вбудовaнi в пакет ArcPy та ï\ практичне застосування. Це виявило практичну цшшсть використання Python для обробки просторових даних. З цього випливае, що ArcPy мае вс необхiднi шструменти для реaлiзaцiï роботи з просторовими даними на бaзi Python.

3. Концептуально представлеш можливостi використання Python в ArcGIS для роботи з просто-ровими даними, що дало базис для загального пред-ставлення можливостей цiеï мови програмування са-ме в системi ArcGIS.

Тому, використання Python для обробки прос-торових даних в межах Г1С систем е перспективним напрямком.

Л^ература

1. Творошенко I. С. Спецiалiзоване програмне забезпечення: конспект лекцiй. Харюв: ХНУМГ iM. О. М. Бекетова, 2018. 118 с.

2. Яковенко А. В. Основи програмування. Python. Частина 1: навч. пос. Кжв: КП1 iM. 1горя Сiкорського, 2018. 195 с.

3. Sweigart А. Invent Your Own Computer Games with Python. 2010-2012. 447 p. URL: https://inventwithpython.com/ IYOCGwP_book1.pdf (Last accessed: 20.03.2019)

4. Chan A. Cooperative Object-Oriented Programming in Python // Int'l Conf. Software Eng. Research and Practice. 2011. P. 656-659. URL: https://faculty.uncfsu.edu/achan/papers/serp11.pdf (Last accessed: 20.03.2019)

5. Леонов А. Л. Введение в Python и ArcPy ArcReview // Географическое Знание: Esri: от истоков до наших дней. 2011. № 4 (59). URL: https://www.esri-cis.ru/news/arcreview/detail.php?ID=4873&SECTION_ID=194 (Дата звернення: 20.03.2019)

6. Pimpler E. Programming ArcGIS 10.1 with Python Cookbook. Packt Publishing, 2013. 304 p.

7. Зеркаль М. В., Олещенко А. В., Палеха Ю. М. Поибник користувача ArcGIS 10.х для фахшщв у сферi мютобуду-вання i просторового розвитку / ред. Олещенко А. В. Кжв: ДП «ДШПРОМГСТО», 2017. 90 с.

8. ArcGis Pro Describing data URL: https://pro.arcgis.com/en/pro-app/arcpy/get-started/describing-data.htm (Last accessed: 20.03.2019)

9. ArcGis Pro UpdateCursor. URL: https://pro.arcgis.com/en/pro-app/arcpy/data-access/updatecursor-class.htm (Last accessed: 20.03.2019)

10. ArcGis Pro ListLayrs. URL: http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/analyze/arcpy-mapping/Hstlayers.htm (Last accessed: 20.03.2019)

Рекомендовано до публжацп д-р техн. наук Метешюн К. О.

Дата надходження рукопису 19.02.2019

Кухар Максим Анатолшович, кандидат техшчних наук, асистент, кафедра земельного адшшстрування i геошформацшних систем, Харшвський нацюнальний унiверситет MicbKoro господарства iM. О. М. Бекетова, вул. Маршала Бажанова, 17, м. Харшв, Украша, 61002 E-mail: maksimposhta@gmail.com

УДК 378.147.2

Б01: 10.15587/2313-8416.2019.164597

АНАЛ1З ВИКОРИСТАННЯ МУЛЬТИМЕД1ЙНИХ КОМПОНЕНТ1В В СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГ1ЯХ МОБ1ЛЬНОГО НАВЧАННЯ

© €. М. Грабовський

В статтi проведено анализ педагогiчних умов реалгзаци мобшьного навчання, який дозволяе оптимгзува-ти процес навчальний процес у вiдкритiй дистанцшнш освiтi. Розроблено алгоритм створення яюсног iнфографiки для мобшьного навчання, що надае можливкть формування сприйнятливого контенту для користувачiв. Створено методичнi рекомендацИ стосовно забезпечення якостi використання веб-базованих мультимедшних ресурав систем мобшьного навчання, на основi яких надаеться можливiсть пiдвищення продуктивностi навчального процесу

Ключовi слова: мобшьне навчання, технологiя, мультимедшт компоненти, тфографжа, сприйнятливий контент, мультимедiйнi ресурси

1. Вступ

Швидк темпи зростання комп'ютерних та ш-формацшно-комушкацшних технологш призвели до появи та штенсивного розвитку й використання пор-тативних мультимедшних технологш. Портативш електронш мультимедшш технологи створюють ко-лосальш можливосп для адаптаци навчального сере-довища до потреб i вимог поспндус^ального сусш-льства. Внаслвдок с^мкого розвитку iндустрiï мобь льно1' телефонй' та ïï штенсивного проникнення в на-вчaльно-педaгогiчну дiяльнiсть виникло та здобуло поширення моб№не навчання, вiдмiннiстю якого е здшснення навчального процесу на основi використання мобшьних телефонiв.

Анaлiз мехaнiзмiв i технологiй побудови та використання портативних мультимедшних компо-нентiв мае вельми вагоме значення для отримання цiлiсноï картини сучасних технологiй моб№ного навчання. Саме тому на сьогодш в нaуковiй та практи-чнiй площинi виявляеться актуальною проблематика aнaлiзу використання мультимедiйних компонентiв в сучасних технологиях мобiльного навчання.

2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми

В робоп [1] пропонуеться проектування ште-лектуального користувацького штерфейсу для систем електронного навчання. Методология побудови веб-портaлiв для процеав навчання на робочому мь сщ наведена у нaуковiй прaцi [2]. В дослщженш [3] нaведенi та aнaлiзуються стaтистичнi використання систем e-learning i мобiльного навчання в захщно-

европейських навчальних закладах. Анaлiз i систе-мaтизaцiя провiдних тенденцп мобiльного та електронного навчання знайшли свого вiдобрaження в робот [4]. В нaуковiй прaцi [5] пропонуеться спе-цифiкa створення онлайн курав для дистaнцiйного навчання. В робот [6] наводиться системaтизaцiя сощальних aспектiв розробки та впровадження систем e-learning та мобшьного навчання. Анaлiз розвитку технолопчних зaсобiв мобiльного навчання пропонуеться у дослщженш [7]. В роботi [8] пропо-нуються теоретичнi та прaктичнi рекомендацп ви-кладачами для використання систем електронного та мобiльного навчання. Психолопчш аспекти використання мобiльного навчання aнaлiзуються в ро-ботi [9]. Напрями реaлiзaцiï та пiдвищення штерак-тивностi систем мобiльного та електронного навчання пропонуються в дослщженш [10].

Анaлiз спецiaлiзовaноï' лiтерaтури засвщчуе, що, з одного боку, проблеми розробки та впровадження сучасних технологш моб№ного навчання е актуальними, з шшого - мультимедiйнi компоненти стали неввд'емною частиною портативних моб№них зaсобiв. Проте визнaченi напрями дослщжень не ви-свiтлюють питань aнaлiзу використання мультиме-дiйних компонентiв в сучасних технологиях моб№-ного навчання, що обумовлюе необхiднiсть прове-дення дослiджень в цьому напрямку.

3. Мета та задач1 досл1дження

Метою дослвдження е aнaлiз використання мультимедшних компоненпв в сучасних технологиях мобiльного навчання.