CC BY
41УДК 004.4
А.Т. Гурьев, Р.А. Алешко, И.С. Васендина, К.В. Шошина, В.С. Щеников
РАЗРАБОТКА ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ОТКРЫТЫМ ИСХОДНЫМ КОДОМ
Рассмотрена задача разработки программного обеспечения на базе ПО с открытым исходным кодом. Представлен обзор технологий, используемых для решения поставленной задачи. Представлена архитектура разработанной системы мониторинга и управления лесными ресурсами на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом.
Ключевые слова: геоинформационные системы, информационные системы, система мониторинга, программное обеспечение, открытый исходный код, ГИС.
С появлением новых методов сбора пространственных данных их объём, оперативность получения, обработка, а также использование постоянно растут. Такие данные получают путем дистанционного зондирования Земли с помощью летательных аппаратов или космосъемки, в результате полевых исследований и применения навигационных систем. Все перечисленные типы данных, как и результаты их обработки, могут быть представлены в цифровом виде, что создаёт необходимость использования современных технологий представления и обработки данных.
Применение открытого программного обеспечения позволяет решить поставленные задачи. В настоящее время существует большое разнообразие инструментов на основе открытого кода, которые можно использовать для создания ГИС, помогающих решать специфические задачи.
Открытое программное обеспечение - один из технологических феноменов настоящего времени, обязанный своим ростом развитию сети Интернет, инструментов разработки и компьютерной грамотности в целом. Ключевую роль в развитии открытого программного обеспечения играют, как правило, сообщества разработчиков, формирующиеся вокруг отдельных программных продуктов.
Задачи создания ГИС на примере системы мониторинга и управления лесными ресурсами.Основные задачи и требования, предъявляемые к ГИС:
• Создание и ведение повыдельной информации о лесных территориях.
• Оперативное получение и ведение данных о лесах.
• Тематическая обработка аэрокосмических снимков лесных территорий.
• Обновление таксационных данных и контуров лесных объектов.
• Обработка информационных запросов о состоянии лесных объектов.
• Графическое отображение сети лесных дорог.
• Оперативное получение информации о дорогах.
• Отслеживание дефектов лесных дорог, в том числе по данным аэрокосмических снимков.
• Формирование отчетности по лесным территориям и лесным дорогам.
• Использование единой базы атрибутивных и пространственных данных для настольного приложения и геопортала.
Используемые технологии. Для реализации настольной географической информационной системы используются следующие программные продукты и технологии:
• QuantiumGIS (QGIS) - свободная кроссплатформенная геоинформационная система. Целью создания QGIS было сделать использование геоинформационных систем легким и понятным для пользователя, чего создатели QGIS отчасти добились: интерфейс QuantumGIS намного понятнее для неискушенного пользователя, чем интерфейс того же GRASS (на котором QGIS во многом основана), а в некоторых аспектах даже превос-
ходит широко распространённые проприетарные ГИС [1]. При разработке был использован API-интерфейс QGIS для доступа к функциям ядра системы.
• Web-ГИС (геопортал). Для реализации геопортала была задействована целая группа продуктов, предназначенная для публикации пространственных данных. К ним можно отнести такие продукты, как GeoServer, OpenLayers и др. Данные продукты поддерживают создание пользовательского интерфейса, интеграцию с базами данных (PostgreSQL). Описанные программные продукты предоставляют полный контроль над программным обеспечением и данными.
• Картографические сервисы. В настоящее время общие принципы и стандарты в области разработки программного обеспечения, предоставляющего такого рода сервисы, разрабатываются и декларируются международной некоммерческой организацией Open GIS Consortium (OGC). При реализации системы были использованы следующие сервисы: Web Map Service, Web Feature Service и Web Coverage Service [2].
• База данных. При разработке использовалась база данных PostgreSQL. PostgreSQL является мощной объектно-реляционной системой управления базами данных с открытым исходным кодом. Эта БД имеет более чем 15-летнюю историю активного развития и проверенную архитектуру, что снискало ей репутацию надежной и целостной БД. Она работает на всех основных операционных системах, в том числе на Linux, UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris, Tru64) и Windows [3].
Описание архитектуры системы на примере системы мониторинга и управления лесными ресурсами. Анализ процесса проведения на предприятиях лесопромышленного комплекса работ по мониторингу и обновлению данных позволил выделить два основных входных параметра, на которые полагается лесопользователь в своей работе:
1) сведения об атрибутивных данных лесных территорий;
2) аэрокосмические снимки и иные картографические данные.
Сведения об атрибутивных данных лесных территорий имеют единую структуру, удобную для хранения. Однако на лесных предприятиях единое хранилище данной информации вместе с картографией, как правило, не применяется.
Основным назначением системы мониторинга и управления лесными ресурсами является оперативное обеспечение предприятий лесной отрасли сведениями, необходимыми для эффективной эксплуатации лесных ресурсов.
/-N
Получение снимков лесных территорий
Полевые исследования
N
Поддержка принятия
решений задач лесного хозяйства и
лесопользования _/
Рис.1. Структура взаимодействия модулей СМИУЛР
Проектируемая система имеет модульную структуру и выполняет обработку как атрибутивных, так и картографических данных, тем самым повышает качество и автоматизирует работу лесопользователей и инженеров-лесоустроителей по следующим направлениям:
1) обработка атрибутивных данных о лесе;
2) обработка атрибутивных данных о лесных дорогах;
3) работа с картографической частью (отображение и манипулирование данными векторной и растровой основы);
4) дешифрирование спутниковых снимков (поиск выделов - однородных участков леса, а также поиск лесных дорог);
5) составление отчетов по формам государственного образца.
В качестве основы для получения информации используются снимки в виде ортофо-топланов, полученных с помощью аэрокосмической съемки. Аэрокосмические снимки предоставляются в открытом формате метаданных GeoTiff. Данный формат позволяет включать информацию о географической привязке в файлы Может включать в себя вид картографической проекции, систему географических координат, модель геоида, да-тум и любую другую информацию, необходимую для точного пространственного ориентирования спутникового снимка [4]. Каталог аэроспутниковых снимков хранится в базе данных PostGIS.
Векторные данные представляются в формате *.shp (Shapefile). Данный формат позволяет хранить различные типы геометрических объектов: точки, линии (полилинии) и полигоны. Отдельный файл может хранить объекты только одного типа. Система мониторинга и управления лесными ресурсами позволяет открывать сторонние векторные данные этого формата, сохранять их в базу данных PostGIS, а также открывать их из базы данных [4].
Картографическими данными, описанными выше, ГИС манипулирует с помощью открытых библиотек QuantumGIS версии 1.8.0. Для реализации работы интегрированной картографии в системе используются библиотеки qgis.core и qgis.gui. Модуль qgis.gui предоставляет различные элементы интерфейса, наиболее важный среди которых - окно карты (виджет карты). Он легко интегрируется в приложение и поддерживает масштабирование, панорамирование и другие основные инструменты для работы с картой. Библиотека qgis.core включает различные методы обработки геопространственных данных, такие как редактирование векторных объектов, работа с каналами растра, обработка исключений и др. Описанные библиотеки поставляются совместно с пакетом программ для работы с пространственными данными OSGeo4W, который включает в себя более 70 свободно распространяемых приложений, в том числе QuantumGIS.
За отображение картографических данных на главной форме ГИС отвечают модули работы с полигональными, линейными, точечными объектами, а также модули пространственных запросов и модули для запросов атрибутивной информации. Структура модуля работы с картографией представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структура модуля работы с картографией
При разработке системы мониторинга и управления лесными ресурсами было использовано четыре основных программных модуля (работа с картографией, атрибутивной информацией, дешифрирование снимков, построение отчетов). Для связывания их между собой и обеспечения совместимости данных всех четырех модулей было разработано главное приложение, реализующее пользовательский интерфейс для работы с графической частью, пользовательский интерфейс для обработки атрибутивных лесоустроительных данных и предоставляющее доступ к пользовательскому интерфейсу для работы с картографической частью (рис. 3).
Рис. 3. Схема взаимодействия модулей проектируемой системы
На схеме взаимодействия модулей (рис. 3) пунктирными линиями показаны отношения взаимодействия с помощью данных, принимаемых методами модулей в качестве параметров, а сплошными линиями показаны отношения взаимодействия с помощью включения библиотек и использования классов и модулей, реализованных в библиотеках.
Все основные действия с системой мониторинга и управления лесными ресурсами выполняются из главного окна приложения. Для работы с атрибутивной информацией необходимо запустить соответствующий модуль из панели меню. Запрос данных по конкретным кварталам и выделам осуществляется с помощью нумерованных списков в левой части приложения. На рис. 4 представлены изображения главной формы системы.
t ааа ИС УЛР - Ken и некое участковое лесничество - п ^^В Файл Справочники Отчеты
Ö 0 Dorogi BHjVidel - 0 H KepinskoeRaster Квартал № 1 | .»ьтр | к„рТа„ I Г Квартал □ Кат. защищен ости 17 Порода □ ту - 1 Peta 1 группы J d zi zi
Выдел № i Выдел № 6 Выдел № 9 Выдел № 12 Вщдел№15 Выдел №17 Ср™ F* п Кап. ьащнгности Порода Площздь
1 5 Запрет полос... Насажд. естест.. СОСНА 0
г 22 Janper. полос... Насажд. естест... СОСНА ÜA
3 И Пртундровые., Насажд. естест.. СОСНА М
4 20 Притундровые., Насажд. естест... СОСНА 5А
5 25 Притучцровые., Насажд. естест... СОСНА 0 5Д
s 26 Пртундровые.. Насажд. естест.. СОСНА 7 5
7 3 Притундровые., Насажд. естеп... СОСНА 5
-1 1 Чг1
Рис. 4. Главное окно системы мониторинга и управления лесными ресурсами
Реализация геопортала системы мониторинга и управления лесными ресурсами представлена на рис. 5.
Рис. 5. Главное окно геопортала
Развитие географических информационных систем на основе открытого программного обеспечения является следствием большого интереса к пространственным данным и развития их анализа и обработки. На сегодняшний день нет более эффективного способа обработки и публикации разнородной пространственной информации, чем использование настольной ГИС и геопортала для публикации данных. Следует ожидать, что в будущем будет происходить плавный отказ от настольных ГИС и приоритет будет за геопортальными решениями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефремова, Т. М. Геоинформационные системы: учеб. пособие / Т.М.Ефремова. - Сыктывкар : СЛИ, 2013. - 68 с.
2. Kolodziej, Kris. OpenGIS Web Map Server Cookbook / Kris Kolodziej. - Open Geospatial Consortium Inc. Canada US, 2004. - 42 с.
3. Riggs, Simon. PostgreSQL 9: Administration / Simon Riggs, Hannu Krosing. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 368 с.
4. Earth science satellite remote sensing: Data, computational processing and tools. - Vol.2. - 2006, Springer. -354 с.
Материал поступил в редколлегию18.07.14.
