CC BY
287
Application of multisets for solving the practical problems
Galina Maltugueva, Programmer Alexander Yurin, PhD, Head of laboratory
The paper describes the methods for solving the problem of group multi-criteria decision-making that allow to process different forms of individual preferences and based on the use of multisets. Examples of solving practical problems by using the methods are described.
Keywords - multisets, group multi-criteria decision-making, decision-making.
УДК 004.4, 912.4
РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНЫХ ГИС НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ГЕОПОРТАЛА
Александра Константиновна Матузко, аспирант Тел.: 8 923 284 7994, e-mail: [email protected],
Олег Эдуардович Якубайлик, к.ф.-м.н., доцент, старший научный сотрудник Тел.: 8 902 990 6432, e-mail: [email protected] Институт вычислительного моделирования СО РАН http://icm.krasn.ru
Рассматривается программно-технологическое обеспечение для разработки прикладных веб-систем, ориентированных на обработку и представление пространственных данных. Предлагаемое решение представляет собой специализированную систему управления контентом веб-сайта, которая учитывает специфику геоинформационных веб-приложений.
Ключевые слова: веб-ГИС, Интернет-ГИС, веб-картография, геопортал, пространственные данные, система управления веб-контентом, картографические сервисы, каталог пространственных метаданных, WMS-сервис.
На сегодняшний день существует необходимость решения различных задач при помощи геоинформационных технологий. Важным источником для формирования информационных ресурсов служат электронные документы (статистические, информационно-аналитические и финансовые отчёты, нормативно-правовые документы и т.д.), содержащие табличные данные - результат обработки информации, представленной
изначально в базах тематических или j^^^bt
пространственных данных. Особое внимание уделяется организации доступа к пространственным данным. Пространственные данные - это цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. В последнее время пространственные данные получили широкое распространение через сеть Интернет. При этом доступ к пространственным данным в Интернете не требует специального программного обеспечения и особых навыков работы с компьютером.
Применение геоинформационных систем становится шире и разнообразнее. Расширяются сферы применения ГИС, меняются подходы и концепции, лежащие в основе
Якубайлик
технологии, становятся более доступными и качественными пространственные данные, карты, сопутствующая информация.
Геоинформационных системы являются полноценным помощником в решении большого числа задач в различных областях, таких как картография, геология, метеорология, землеустройство, экология, муниципальное управление, транспорт, экономика, оборона и другие области. Решение многих задач упрощается при использовании картографического материала.
Большинство прикладных геоинформационных систем предназначены не для домашнего использования, а для работы в крупных организациях и учреждениях, коллективу которых необходимо оперативно обрабатывать большие объёмы пространственной информации. В такой ситуации инструментальная ГИС должна обеспечивать возможность работы с одним набором геоинформационных данных нескольким пользователям в пределах локальной компьютерной сети. Задачу осложняет тот факт, что необходимо производить не только просмотр информации, но и совместное - часто одновременное - внесение изменений в пространственные данные. При совместной работе в сети приходится искать решение следующих проблем:
1) внесение изменений в базу данных со стороны нескольких клиентов может привести к нарушению целостности базы данных;
2) для приведения в актуальное состояние информации, размещенной в оперативной памяти клиентской программы, необходимо предусмотреть систему оповещения клиентов об изменениях, вносимых в общие данные со стороны одного из клиентов;
3) необходимо вводить блокировку одновременного изменения одного объекта со стороны нескольких клиентов;
4) создание новых объектов требует генерации уникальных идентификаторов независимо от того, какой клиент инициировал создание объекта.
Необходим инструмент, позволяющий использовать картографический материал не только ГИС-специалистам, но и специалистам из других областей. Таким инструментом на сегодняшний день становятся геопорталы, являющиеся перспективным сочетанием геоинформационных и веб-технологий. Они представляют собой электронные географические ресурсы, размещаемые в локальной сети или в сети Интернет. Главная цель создания геопортала - предоставление доступа к актуальным пространственным данным всем заинтересованным лицам [1].
Согласно общепринятому определению геопортал - это единая точка доступа к геопространственной информации. Геопортал обеспечивает поиск, просмотр, загрузку метаданных, а также скачивание и публикацию пространственных данных и веб-сервисов в соответствии с правами доступа и видом лицензии на использование материалов.
Можно рассматривать геопортал, как специализированное программное обеспечение ГИС, которое предназначается для решения прикладных задач [2].
Системная архитектура прикладной геоинформационной веб-системы
Современные программно-технологические решения в области ГИС все чаще используют сервис-ориентированную архитектуру (SOA - service-oriented architecture), и в этом смысле они становятся похожими на корпоративные информационные системы. SOA - это парадигма проектирования и разработки приложений как набора взаимосвязанных сервисов в вычислительной среде, модульный подход к разработке программного обеспечения, основанный на использовании распределенных слабо связанных заменяемых компонентов, оснащенных интерфейсами для взаимодействия по стандартизированным протоколам.
Концепция SOA нашла отражение в картографических веб-сервисах Консорциума OGC (Open Geospatial Consortium), которые являются технологической основой современных геопространственных приложений, обеспечивают эффективную взаимосвязь между клиентскими приложениями и распределенными в сети Интернет простран-
ственными данными. Хорошей иллюстрацией этого подхода является использование картографических и спутниковых данных Google (а также Яндекс, и проч.) как составной части приложений различного назначения - с оперативными данными по пробкам на дорогах и движению автобусов, в приложениях социальных сетей с функциями геопозиционирования и проч. [3]
Можно выделить несколько основных принципов сервис-ориентированной информационной системы:
• Система строится на основе набора сервисов - независимых компонентов с опубликованными стандартизированными интерфейсами. Внутренняя реализация сервисов может быть выполнена на любом языке программирования, платформе, операционной системе. Сервисы взаимодействуют между собой и вспомогательными службами посредством открытых стандартов.
• Каждый сервис информационной системы реализует отдельную функцию, которая является логически обособленной, повторяющейся задачей.
• Сервисы могут быть реализованы вне зависимости от других элементов системы, необходимо только знание интерфейсов других сервисов.
Применение на практике основных принципов SOA повышает эффективность процесса разработки и внедрения приложений, обеспечивает повышение производительности и сокращение времени реализации, более быструю и менее дорогую интеграцию приложений.
Большинство современных геоинформационных систем корпоративного уровня разрабатываются на основе рассматриваемого подхода - концепции SOA. При этом одна часть функций - задачи визуализации карты и формирования запросов к пространственным данным - обеспечивается веб-приложениями (веб-ГИС), а другая - традиционными средствами для Windows/Unix, например, сбор, хранение и предварительная обработка геопространственных данных. Веб-ГИС - это геоинформационная система в сети Интернет/Интранет, в которой могут быть реализованы практически любые функции, доступные в настольной ГИС - навигация по карте, редактирование данных, пространственный анализ, поиск, геокодирование. Для работы в веб-ГИС пользователю не требуется специализированное программное обеспечение или квалификация ГИС-специалиста, достаточно наличие веб-браузера.
Сервис-ориентированная архитектура геопространственного веб-приложения основана на модели клиент-сервер, в которой клиентское приложение (интерфейс вебсайта) предоставляет пользователю доступ к геоданным, которые, в свою очередь, размещены на одном или нескольких серверах пространственных данных. Интерфейс пользователя может предусматривать доступ к различным представлениям данных, для реализация которых может потребоваться создание отдельных самостоятельных сервисов приложения [4].
Будем рассматривать технологии картографических веб-сервисов как системообразующий элемент программного обеспечения прикладной ГИС на основе технологий геопортала. Анализ возможностей существующих программных систем и тенденций в развитии технологий в рассматриваемой предметной области позволил выделить несколько актуальных задач и направлений в разработке программно-технологического обеспечения, решение которых может заметно повысить эффективность выполняемых работ по созданию прикладных региональных геоинформационных систем, обеспечить тиражируемость отдельных компонент между различными системами. Было выделено четыре основных блока:
- подсистема ведения архива базовых геопространственных данных;
- система прикладных программных (картографических) веб-сервисов;
- подсистема управления пространственными метаданными;
- веб-портал.
Автоматизация решения этих задач позволяет заметно сократить время разработки систем для конечных пользователей.
Программные инструменты геопортала для создания веб-ГИС
В Институте вычислительного моделирования СО РАН на протяжении нескольких последних лет ведутся исследования, посвященные проектированию и разработке математического и информационно-вычислительного обеспечения для распределенных геоинформационных аналитических систем на основе веб-технологий. Результатом этих работ стал комплекс программно-технологических решений для построения прикладных геоинформационных веб-систем (геопорталов) - система управления пространственными данными и связанный с ней программный инструментарий [5; 6].
В состав разработанного программно-технологического обеспечения входит набор инструментальных библиотек и компонентов, прикладных веб-сервисов, картографических интерфейсов, веб-приложение для навигации по пространственным метаданным, веб-система управления данными, подсистема картографической веб-визуализации, и проч. [7]
В настоящей статье мы ограничимся рассмотрением структуры и функций библиотеки интеграции веб-приложений - одного из созданных программных инструментов, отметим некоторые особенности ее реализации. Пользователями библиотеки являются программисты, которые занимаются разработкой прикладных веб-систем для конечных пользователей.
Центральным звеном системы управления пространственными данными с точки зрения доступа пользователей к ее функциональным модулям является геопортал, представляющий собой веб-сайт (Интернет-портал). Функциональные модули - это различные веб-сервисы и веб-приложения, предоставляющие средства для работы с пространственными данными, зарегистрированными в каталоге ресурсов системы. Поскольку архитектура системы управления была разработана с расчетом на гибкое расширение функциональных возможностей, в состав системы могут быть внедрены совершенно различные функциональные модули, которые могут быть разработаны с применением самых разнообразных систем и средств [8; 9; 10; 11].
Разработанная библиотека интеграции веб-приложений предоставляет разработчикам набор средств для объединения логики разработанных приложений с предоставляемыми системой функциями аутентификации, авторизации, работы с каталогом ресурсов и т.д. Кроме того, библиотека предоставляет средства визуального оформления некоторых элементов пользовательского интерфейса. Рассмотрим состав и основные функции этой библиотеки.
Общие настройки компонентов системы
В число общих настроек входят: корневой URL системы, заголовок (название) системы, данные гостевой учётной записи, адрес страницы входа в систему, адрес доступа к сервису каталога ресурсов.
Компоненты пользовательского интерфейса
Библиотека обеспечивает пользователей средствами базовой навигации по основным разделам геопортала. В текущей версии подобные компоненты интерфейса представляют собой набор из двух горизонтальных блоков, расположенных в верхней («шапка») и нижней части («подвал») веб-страницы приложения.
Верхний блок содержит следующие компоненты: логотип (заголовок) текущей реализации системы, являющийся ссылкой на главную страницу, многоуровневое главное меню по основным разделам системы, область для частных элементов интерфейса, которую могут использовать разработчики веб-приложений, кнопку входа в систему или имя пользователя, под которым осуществлён вход, и кнопку выхода.
Блок, расположенный в нижней части страницы, традиционно содержит полное название системы, информацию об авторских правах, ссылки на сайты разработчиков, описание проекта, и т.д.
Средства аутентификации и авторизации пользователей
Для осуществления аутентификации и авторизации пользователей был создан набор средств, включающих в себя:
- Класс GPAuth, предоставляющий основные функции входа в систему, проверки прав доступа и т.д.;
- Класс GPCookie, предназначенный для осуществления работы с файлами Cookie;
- Страница входа в систему, на которую перенаправляются пользователи, желающие осуществить первичный вход в систему в текущем сеансе.
Постоянная информация, которую содержат Cookie-файлы, содержит помимо всего прочего данные о текущей версии структуры Cookie. Данное решение сделано для поддержки дальнейших возможных изменений формата хранимых данных.
Для осуществления безопасной работы и пресечения попыток взлома системы все данные, хранимые в Cookie-файлах, подвергаются шифрованию. В текущей версии библиотеки используется криптографический алгоритм blowfish, реализующий блочное симметричное шифрование. При желании данный метод можно изменить на любой другой, поддерживаемый расширением PHP mcrypt.
Страница входа в систему состоит из одного раздела, содержащего форму из двух текстовых полей для ввода логина и пароля пользователя, и кнопки «Войти», осуществляющей отправку данных. В случае неудачного ввода данных страница выдает сообщения об ошибке.
Примеры реализации
Рассмотрим несколько прикладных геоинформационных веб-систем, разработка которых была выполнена с использованием программно-технологического обеспечения геопортале ИВМ СО РАН.
В разделе геопортала, посвященном исследованию водных экосистем в ИВМ СО РАН, представлены результаты анализа особенностей пространственного распределения байкальских амфипод в р. Енисей, полученные в результате использования методов геоинформационного моделирования. Здесь доступен сформированный набор картографических данных, обобщающий многолетние экспедиционные исследования. В качестве статистических данных представлены диаграммы «Численность и биомасса амфипод по видам», «Численность и биомасса амфипод по левому и правому берегу», «Распределение численности и биомассы амфипод по глубине», «Распределение численности и биомассы амфипод по типу грунта», «Количество амфипод в зависимости от наличия высшей водной растительности». Диаграммы и общая информация по исследованию представлены на геопортале как веб-страница (рис. 1).
Стандартный веб-браузер обеспечивает возможность интерактивной навигации по картографическому изображению с изменением масштаба, построение запросов по объектам карты щелчком мыши, управление видимостью слоев карты в легенде, выбор картографической основы (подложки) - карты различных поставщиков, мозаики спутниковых снимков, цифровой рельеф, и проч.
Другим успешным примером внедрения разработанных технологий геопортала стала реализация программного обеспечения ведомственной геоинформационной аналитической веб-системы «Карта здравоохранения Красноярского края» министерства здравоохранения Красноярского края. Она связана с централизованным хранилищем медицинских данных министерства, получает из него агрегированные сведения по му-
ниципальным образованиям и медицинским учреждениям; краевой геопортал обеспечивает актуализацию топоосновы (рис. 2).
в □ X
£ Исслслэм-ияа >>:->+—' - к
С А дв^а4П.ш/Ы09/е105у51ет/ е * Р Р5 □ Ли*-» »»ели
з » □ ГМС □ Сцми □ СО 'АН . ь^и □ СЗ СЗ С Ян О О ГЧр«»<ив<
Данные и сервисы Тематические разделы О портале Войти
Исследования водных экосистем в ИВМ СО РАН
Геопортал ИВМ СО РАН
Гпанная г Иг-сгиуумашя » вддиых жпсмстеы н ИВМ СО РАН
Исследования зообентоса в р. Енисей
Зообентос - это совокупность животных организмов, обитающих на грунте и в фунте дна водоёмов.
1. Численность и биомасса амфипод по видам
Пространственная динамика численности и биомассы амфипод отличалась неоднородным распределением, однако наблюдается четкое снижение показателей ЕиНтподаттагиз НгкИз от верховья исследованного участка к устью Ангары. При этом для СтеНпсхйез ГавдаЬаэ картина обратно противоположная, что, вероятно, указывает на конкурентные взаимоотношения байкальских вселенцев при освоении биотопов (мест обитания) в р. Енисей, В целом, количественно в Енисее преобладает ОгпепгкжЗез Гэзйашз - его численность превышает таковую для ЕЫипподаттапк члгМ15 более чем вдвое
Численность амфипод (по видам) 1000-1--
800
Рис. 1. Тематический раздел по водным экосистемам ИВМ СО РАН
Содержание раздела
Исследования
Исследования водных экосистем в т ИВМ СО РАН
Общая характеристика научных исследований
Гидробиологические исследования р. Енисей
Исследования зообентоса в р. т Енисей
Общая характеристика исследований зообентоса
Результаты исследований зообентоса в р, Енисей
Карты с результатами
Г 6 Банк Пространствен То ЧИШ, X' '
||Я [ & map.kmiac.ru Здравоохранение Красноярского края ф )
ф МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ КРАСНОЯРСКОГО В КРАЯ <3 И ЗДРАВООХРАНЕНИЕ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
1е«ущ»г Планируете Показатель* му Показателе МО 01 &пкавд|с*0мв*1т1в
л и Красноярский кра й
& О Бдауч*нс*ая группе районов Ё> О восточная группа районов С* О Город Красноярск а _) Западная групп» районов С _| Биемгоосский Район О] Бельижупуйский Район
* Город Ачинск и Ачинский Район ▻ Ачинская ЦР6
: ♦' Городская больница г Ачинска I * ■ Городскав детская больница г Ачинска + Городская попнкяини«а N1 г Ачинск« [+1 Городская поликлиника 42 г Ачинска С?) Городская стоматологическая поликлиника N (4 ] Городская стоматологическая поликлиника N 1*9*1 Клиииш>-диагностический центр городе Ачин [+■) Отделенческая больница »а станции Ачинск ГРодильный дом г Ачинска (*ф*|1 Станция скорой медицинской помощи г Ачит
• О) Город Боготол и Богат опьский Район
Рис. 2. Геоинформационная веб-система «Карта здравоохранения Красноярского края»
Рис. 3. Карта загрязнения территории в «Экологическом атласе заповедника Столбы»
Еще один пример - веб-ГИС «Экологический атлас заповедника «Столбы». На основе ресурсов и сервисов геопортала создан автономный тематический веб-сайт с развитыми средствами интерактивной веб-картографии. Пользователям предоставлена возможность просмотра результатов научных исследований загрязнения территории заповедника, поиска и визуализации объектов (скал, рек и ручьев) на его территории (рис. 3).
Заключение
Авторы считают, что в данной работе продемонстрирована эффективность геопорталов для решения прикладных задач в различных областях с применением геоинформационных технологий. Эти технологии особенно эффективны для таких исследований как экологический мониторинг с применением данных дистанционного зондирования.
Литература
1. Кадочников А.А., Попов В.Г., Токарев А.А., Якубайлик О.Э. Формирование геоинформационного Интернет-портала для задач мониторинга состояния природной среды и ресурсов. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2008. Т. 1. № 4. С. 377-386.
2. Якубайлик О.Э., Кадочников А.А., Попов В.Г., Токарев А.В. Модель геоинформационной аналитической Интернет-системы для анализа состояния и презентации региона // Вестник Сиб-ГАУ. 2009. № 4. С. 61-66.
3. Кадочников А.А., Якубайлик О.Э. Разработка программных средств сбора и визуализации данных наблюдений для геопортала Института вычислительного моделирования СО РАН // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2014. Т. 12. № 4. С. 23-31.
4. Якубайлик О.Э. Проблемы формирования информационно-вычислительного обеспечения систем экологического мониторинга // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 3(43). С. 96-102.
5. Якубайлик О.Э., Гостева А.А., ЕруноваМ.Г., Кадочников А.А., Матвеев А.Г., Пятаев А.С., Токарев А.В. Разработка средств информационной поддержки наблюдений за состоянием окружающей природной среды // Вестник КемГУ. 2012. № 4/2(52). С. 136-142.
6. Yakubailik O., Kadochnikov A., Tokarev A. Applied software tools and services for rapid Web GIS development. // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015, www.sgem.org, SGEM2015 Conference Proceedings, June 18-24, Bulgaria 2015. Book 2, V. 1. P. 487494.
7. Yakubailik O.E. Web mapping applications and geo-portals as the basis of modern software and technological support for environmental monitoring tasks. ENVIR0NMIS-2014: International Conference on Measurement, Modelling and Information Systems for Environmental Studies, Tomsk, June 28. July 5. 2014. - Tomsk: Publishing House of Tomsk CSTI. 2014. P. 173-176.
8. Токарев А.В., Якубайлик О.Э. Каталог ресурсов для ГИС мониторинга состояния окружающей природной среды в зоне действия предприятий нефтегазовой отрасли // Горный информ.-аналит. бюл. 2009. Т. 18. № 12. С. 215-219.
9. Матвеев А.Г., Якубайлик О.Э. Проектирование и разработка программно-технологического обеспечения для геопространственных веб-приложений // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-15. С. 3358-3362.
10.Кадочников А.А., Якубайлик О.Э. Сервис-ориентированные веб-системы для обработки геопространственных данных // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2015. Т. 13. № 1. С.37-45.
11.Матвеев А.Г., Якубайлик О.Э. Разработка веб-приложения для обработки и представления пространственных метаданных геопортала. // Вестник СибГАУ. 2012. Вып. 2(42). С. 48-54.
Development of GIS-applications based on geoportal technologies
Alexandra Konstantinovna Matuzko, Post-graduate Student
Oleg Eduardovich Yakubailik, PhD, Associate Professor, Senior Researcher
This paper discusses software tools and technologies for development of the applied web-based software systems focused on processing and presentation of geospatial data. The proposed solution is a specialized content management system for website, which takes into account the specificity of GIS web applications.
Keywords: web GIS, Internet GIS, web mapping, geoportal, spatial data, content management system, CMS, web mapping services, spatial metadata catalog, WMS service.
УДК 004.6
ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ РАСЧЕТА МНОГОМЕРНЫХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В ВИДЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИЙ НАД OLAP-КУБОМ
Анна Михайловна Метус, аспирант Тел: + 7 391 290 7453, e-mail: [email protected] Институт вычислительного моделирования СО РАН www.icm.krasn.ru
В работе выполнено формальное описание операций над OLAP-кубом. Представлен пример расчета многомерного аналитического показателя в виде последовательности операций над OLAP-кубом на основе предложенного формального описания для задачи гидрологического мониторинга.
Ключевые слова: оперативная аналитическая обработка данных, OLAP-куб, аналитическая операция.
Исследование выполнено при финансовой поддержке грантов РФФИ № 16-37-00014 и №16-07-01001
Введение
Технология оперативной аналитической обработки данных (On-line Analytical Processing, OLAP) широко используется для информационно-аналитической поддержки управления во многих сферах человеческой деятельности [1]. Технология OLAP пред-
