CC BY
99
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СПРАВОЧНО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГИС, ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ
Елена Леонидовна Касьянова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики, тел. 8(383)361-06-35, e-mail: [email protected]
Павел Михайлович Кикин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пла-хотного, 10, аспирант кафедры картографии и геоинформатики, тел. 8(383)361-06-35, e-mail: [email protected]
В статье описывается инструментальная справочно-аналитическая геоинформационная система (ГИС), которая в настоящее время разрабатывается в Сибирской Государственной Геодезической академии. Описаны концепция системы, предварительные результаты и дальнейшие перспективы ее развития.
Работа проводится при финансовой поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» в рамках государственного контракта № 02.740.11.
Ключевые слова: ГИС, автоматизированное картографирование, мобильность, интуитивный интерфейс, справочная система, визуализация.
FEATURES OF REFERENCE ANALYTICAL GIS UNDER DEVELOPMENT, ITS APPLICATION FIELDS
Elena L. Kasyanova
Ph.D., Assoc. Prof., department of Cartography and GIS, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, Russia, phone: 8(383)361-06-35, e-mail: [email protected]
Pavel M. Kikin
A post-graduate student, department of Cartography and GIS, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, Russia, phone: 8(383)361-06-35, e-mail: [email protected]
This article presents the tool information analytical GIS which is developing in SSGA at present. The concept of system, preliminary results and further perspectives of its development aredescribed.
The work is conducted under the financial support of the federal target progra m “Research and educational personnel of innovation Russia in 2009-2013” in the framework of state contract № 02.740.11.
Key words: GIS, automated generation of thematic layers, mobility, intuitive user interface, reference system, visualization.
В настоящее время большинство ГИС получило различные инструменты для редактирования, визуализации, анализа и обработки пространственных данных. Было подсчитано, что примерно 85% информации, с которой сталкивается человек в повседневной жизни, имеет территориальную привязку. ГИС
можно найти применение практически в любой сфере деятельности человека, и они могут быть полезны многим специалистам, работающим в самых различных областях науки и производства [4]. В реалиях повседневности, мы не так часто встречаемся с использованием ГИС и этому можно найти множество причин. Тем не менее, существуют две, которые стоит выделить на фоне остальных.
Прежде всего, сложный интерфейс большей части ГИС, который не позволяет без надлежащей подготовки и опыта полноценно, а зачастую и вообще хоть как-нибудь использовать инструментарий ГИС. Простой пользователь ПК, впервые запустивший программу наподобие ArcGIS, просто растеряется, не представляя с чего начать и, скорее всего, прибегнет к привычным для него методам решения своих насущных задач.
Кроме того - отсутствие систематизации и научного обоснования различных проблемно-ориентированных ГИС. Существует множество частных компании занимающихся разработкой ГИС различного назначения. Тем не менее, не существует единой технологической концепции определяющей стандарты данных, структуру баз данных, программное обеспечение, которая могла бы стать каркасом для ГИС любого назначения и территориальной привязки. В связи с этим создание новой проблемно-ориентированной ГИС каждый раз требует разработки своей технологии, а также определенных денежных вложений и времени на создание и испытание пилот проекта.
Анализ вышеизложенных проблем, явился основанием для старта разработки ГИС, которая позволяет пользователям, не обладающим глубокими познаниями в этой области, легко пользоваться всем имеющимся у такой системы инструментарием, а также может послужить базой для ряда различных проблемно ориентированных модулей ГИС, с условием, что разработка модуля не будет требовать серьезных трудозатрат и будет сравнима, например, с адаптацией программы 1С под частные задачи организации.
Перед коллективом кафедры картографии была поставлена задача, разработать экспериментальный образец инструментальной справочно -аналитической геоинформационной системы (ИСА ГИС), для территорий социально-экономических регионов. В качестве экспериментального образца было решено разработать пилот проект ГИС на территорию Новосибирской области, который нацелен на решение ряда задач по управлению в социальной сфере.
Среди задач, решаемых системой, можно выделить:
- инженерное обустройство территории;
- оперативное принятие управленческих решений в сфере руководства и планирования развития территории города;
- организация диспетчерского контроля над ситуацией в городе;
- планирование и осуществление мероприятий правоохранительными структурами и МЧС;
- визуализация информации по ключевым индикаторам городского развития таким, как:
- производство;
- социально-экономическое развитие;
- жильё;
- транспорт;
- экология;
- осуществление внутрихозяйственного и межхозяйственного землеустройства и планирования мероприятий по рациональному природопользованию [2, 3].
Разрабатываемая ИСА ГИС, предназначена для использования в системах регионального, городского и муниципального управления, в отраслях экономики и социальной сферы, в работе служб занимающихся предотвращением чрезвычайных ситуаций (ЧС) и устранением их последствий.
Кроме того, проектируемая ГИС может быть востребована широким кругом потребителей для:
- выбора объектов отвечающих определенным требованиям (например: список магазинов, где продается тот или иной товар);
- оптимизации маршрута проезда;
- поиска нужного объекта на карте и получение о нем достоверной информации;
- выполнения простейших измерительных операций.
Отдельные отрасли экономики и частного бизнеса при помощи предлагаемой ГИС смогут: проектировать и строить сети различных видов коммуникаций (сеть опорных точек для размещения передатчиков сотовой связи, определение прямой видимости между двумя объектами для беспроводной сети и проч.); оптимизировать движение авто- и железнодорожного транспорта [5].
Органы управления и МЧС также смогут использовать эту систему для:
- отображения путей миграции;
- тематического картографирования;
- выполнения маркетинговых исследований, учитывая демографические данные, расположение магазинов, ассортимент товаров и т.д.
На начальной стадии проектирования геоинформационной системы были сформулированы требования, предъявляемые к ней:
- возможность интеграции различных форм данных в единую ИСА ГИС социально-экономических комплексов;
- развитая система распределенного авторизированного доступа к картографической информации ГИС;
- создание геоинформационной основы с использованием существующих требований и нормативных стандартов по созданию цифровых моделей местности;
- разработка интуитивного интерфейса инструментальной справочно -аналитической географической информационной системы;
- модульная структура, позволяющая настраивать конфигурацию системы в зависимости от целевой аудитории пользователей;
- открытость системы для подключения дополнительных расчетных модулей, необходимость в которых может появляться в ходе её эксплуатации.
В связи с тем, что система предполагает модульную структуру, различные проблемно-ориентированные модификации данной ГИС будут иметь разный
функционал и возможности. Тем не менее, ядро системы (программная оболочка) запроектировано независимым и постоянным для любой конфигурации [6].
Модули системы будут представлять собой совокупность проблемно ориентированных программных алгоритмов с прилагающимися к ним наборами данных, разработанных для решения частных задач различных групп пользователей. Для конечного пользователя модули будут выпускаться в виде дополнений к основной программной оболочке ГИС. Дополнительные картографические материалы, подобно модулям, будут подключаться к системе в виде дополнений. Схематическая модель такой организации представлена на рис. 1.
Программная оболочка
База данных
ч__________
Картощафичвская
У
Дополнительней модуль $ $ Дополттепыые карт-мате риалы
Г
--------------\
Программный
алгорили
унабор данных
У ч
Рис. 1. Схема модульной структуры ИСА ГИС
Предлагаемая ИСА ГИС сможет служить перспективной альтернативой множеству не совместимых ГИС продуктов, разрабатываемых для частных нужд различных организаций. Преимущество такого подхода к созданию ГИС, заключается в возможности быстрой и не дорогой адаптации системы под индивидуальные потребности различных пользователей.
Основные усилия при проектировании ГИС направлены на достижение максимальной простоты интерфейса. Предполагается, что конечному пользователю не потребуется специальное обучение для работы с продуктом [7]. На данной стадии разработок достижение этого условия видится вполне реализуемым. В настоящий момент имеются первые наработки в этом направлении.
В частности, разработан модуль построения тематических карт социально -экономических характеристик региона [1]. Модуль генерирует тематический слой (ТС), интересующий пользователя, на базе пользовательской карт-основы
- рис. 2. Основой может служить цифровая карта любого территориального охвата, масштаба и назначения.
Рис. 2. Результат работы ГИС
Для корректной работы модуля к карт-основе должна быть привязана базовая таблица данных. Минимальным требованием к этой таблице, является строгая территориальная привязка данных, и наличие как минимум двух полей: название территориальной единицы и геометрические данные с координатной привязкой - рис. 3. Таким образом, если таблица содержит в себе названия районов, то каждому району должна соответствовать область на карте. Иными словами таблица, содержащая названия территориальных единиц должна быть геокодированной. Исходные данные импортируются из таблиц формата mdb. Примером поля с геометрическими данными может служить поле «оЬ|» в таблицах Мар1пАэ.
Для построения тематического слоя, описываемой системе необходим ввод минимально необходимого набора данных, что обеспечивает условие простого интерфейса. В результате опытно-экспериментальных работ, Новосибирскими учеными было подсчитано, что для построения необходимой пользователю тематической карты от него требуется всего 6 кликов мыши с момента запуска ГИС, осуществив:
-выбор рабочего набора - 2 клика: выбор набора и подтверждение;
-выбор тематики карты - 2 клика: выбор темы и выбор подтемы (например: тема: «социально-экономические данные»; подтема: «численность населения»);
-выбор типа визуализации тематической карты (картограмма, картодиаграмма и.т.п.) - 1 клик;
-запуск процесса построения ТС - 1 клик.
Рис. 3. Картографическая основа с привязанной базовой таблицей с геокодированными данными
Г енерацию ТС обеспечивает программный алгоритм, заложенный в ГИС и работающий по следующему принципу: на основе базовой таблицы и таблицы с исходными данными создается третья временная таблица, которая содержит в себе следующие поля:
-название территориальной единицы;
-поле с геометрическими данными и координатной привязкой территориальной единицы;
-поле с тематическими данными, по которым будет построен тематический слой.
Для построения временной таблицы алгоритм сравнивает поля с названиями территориальных единиц в первой и второй таблицах. Далее по нахождению одинаковых имён совпавшее имя копируется в третью временную таблицу в соответствующее поле с названием территориальной единицы (ТЕ). Затем для этой ТЕ копируется поле с геометрическими данными из первой и поле с тематическими данными из второй таблицы.
Поле с тематическими данными третьей таблицы может быть не просто результатом прямого копирования. В некоторых случаях его значение может быть вычислено из нескольких показателей второй таблицы и на промежуточном этапе занесено во временную переменную. Схема работы алгоритма представлена на рис. 4.
Второй, и наиболее сложной задачей, при создании описываемой ГИС, является реализация универсальной модульной структуры ГИС. Для её реализации необходимо разработать внутрисистемные стандарты для источников данных и программное ядро адаптированное под работу с разработанными стандартами.
Имя
ОБІ
Имя
Тем-е
Тем-е
Name x.y.z
данные 1 данные 2
Name b c
a = b+c
Имя OBJ Тем-е данные 3
Name x.y.z a
Рис. 4. Схема работы алгоритма
Построение тематических карт один из основных инструментов данной системы, призванный осуществлять поддержку пользователей в принятии решений. Тематические карты различного назначения и типа позволяют решать множество задач [1].
Например, узкие проблемно ориентированные модули ИСА ГИС, такие как модуль автоматического построения наиболее вероятных зон возникновения пожара и его распространения, призванные облегчить задачи МЧС. Данный модуль предполагает построение тематической карты в виде картодиаграммы средствами сложного программного алгоритма построения тематического слоя, требующего множества расчетов на основе различных статических и динамических (постоянно обновляемых) данных - рис. 5.
Рис. 5. Пример карты вероятных зон возникновения пожара
В работе такого алгоритма необходимы ежеминутно обновляемые данные о температуре и влажности воздуха, скорости и направлении ветра в совокупности со статичными данными о растительности и типе почв.
Модуль построения тематических карт динамики изменения популяции различных видов животных и растений, а так же карт изменения ареала обитания популяций позволит облегчить ряд задач решаемых департаментом природных ресурсов в повседневной работе [2].
Также, возможно использование данной технологии гражданскими лицами в ЧС, например в поисках наиболее безопасных мест укрытия.
В завершении статьи целесообразно отметить важное направление дальнейшего развития разрабатываемой ГИС, обусловленное современными тенденциями развития рынка мобильных устройств и увеличением пропускной способности беспроводных каналов доступа к сети интернет. По прогнозам компании Ericsson объем трафика данных в мобильных сетях к 2016 году вырастет в 10 раз. И уже к 2014 году сравняется с объемами трафика приходящегося на настольный интернет. В совокупности с техническими характеристиками современных мобильных устройств, которые почти не уступают стационарным компьютерам, складывается оптимальная технологическая база для появления мобильных ГИС.
Разработка сетевой версии, разрабатываемой ГИС, находится на начальной стадии. Тем не менее, к настоящему моменту существует функционирующий тестовый образец сетевой версии, интерфейс которого представлен на рис. 6.
Рис. 6. Интерфейс тестового образца сетевой версии ГИС
В финальной версии сетевой версии планируется реализовать:
- развитую иерархическую систему меню;
- встроенную систему поиска пространственной информации по заданному критерию;
- использование облачных технологий для доступ к информационной базе.
- внедрение мультимедийного контента (фотографии, видеоролики, анимационные эффекты);
- возможность построения тематических слоев на основе данных загруженных пользователем.
Таким образом, финальная версия ГИС будет иметь свои уникальные возможности, которые в совокупности с упрощенным интерфейсом позволят держать рыночную конкуренцию и занять свою нишу на рынке ГИС продукции.
Работа проводится при финансовой поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» в рамках государственного контракта № 02.740.11. 0735
Работа проводилась при финансовой поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» в рамках государственного контракта № 02.740.11. 0735.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации инструментальной справочно-аналитической информационной системы / С.С. Дышлюк, О.Н. Николаева, С.А. Сухорукова, Л.А. Ромашова // Вестник СГГА. -
2011. - Вып. 1 (14). - С. 49-54.
2. Дышлюк С.С., Утробина Е.С. Формирование и наполнение базы данных статистического учета экономических характеристик региона в ИСА ГИС // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-
2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 110-116.
3. Лисицкий Д.В. Инструментальная справочно-аналитическая ГИС - новый геоинфор-
мационный документ для широкого круга пользователей // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Пленарное заседание : сб. материалов (Новосибирск,
10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 213-219.
4. Писарев В.С. Справочно-картографические ГИС: назначение, сущность, технология и опыт реализации // Геодезия и картография. - 2008. - № 2. - С. 31-35.
5. Писарев В.С. Использование мультимедиа приложений в справочно-картографических ГИС // ГЕ0-Сибирь-2008. IV Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 5 т. (Новосибирск, 22-24 апреля 2008 г.). - Новосибирск: СГГА, 2008. Т. 1, ч. 2. - С. 118-120.
6. Утробина Е.С., Матерук А.Ю. Семантически дружественный интерфейс в инструментальной справочно-аналитической ГИС (ИСА ГИС) // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 52-56.
7. Утробина Е.С., Писарев В.С. Разработка структуры пользовательского интерфейса инструментальной справочно-аналитической системы (ИСА ГИС) // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 8-12.
© Е.Л. Касьянова, П.М. Кикин, 2013
