Научная статья на тему 'Система хранения и межведомственного обмена пространственной информации Terrain server'

Система хранения и межведомственного обмена пространственной информации Terrain server Текст научной статьи по специальности «Картография»

338
75
Поделиться
Ключевые слова
ГРАВИТАЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА / РЕГИОНАЛЬНОЕ ХРАНИЛИЩЕ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

Аннотация научной статьи по геодезии и картографии, автор научной работы — Пикин Сергей Федорович, Кизянов Александр Федорович, Пикина Анна Викторовна

Работа посвящена обоснованию актуальности создания централизованного хранилища геопространственной информации и краткому описанию предлагаемой системы Terrain server. Эта система позиционируется как региональная система оперативного моделирования рельефа с возможностью хранения и анализа геопространственных данных. Описаны возможность гравитационно-динамической модели рельефа, используемой в предлагаемой системе. Так же, рассмотрены основные требования к аппаратному и программному обеспечению системы.

Похожие темы научных работ по геодезии и картографии , автор научной работы — Пикин Сергей Федорович, Кизянов Александр Федорович, Пикина Анна Викторовна,

Текст научной работы на тему «Система хранения и межведомственного обмена пространственной информации Terrain server»

УДК 528.9:681.3 ББК 26.17 П 32

С.Ф. Пикин, А.Ф. Кизянов, А.В. Пикина

Система хранения и межведомственного обмена прoстрaнственнoй информации - TERRAIN SERVER

(Рецензирована)

Аннотация:

Работа посвящена обоснованию актуальности создания централизованного хранилища геопространственной информации и краткому описанию предлагаемой системы Terrain server. Эта система позиционируется как региональная система оперативного моделирования рельефа с возможностью хранения и анализа геопространственных данных. Описаны возможность гравитационно-динамической модели рельефа, используемой в предлагаемой системе. Так же, рассмотрены основные требования к аппаратному и программному обеспечению системы.

Ключевые слова:

Гравитационно-динамическая модель рельефа, региональное хранилище геопространственных данных.

В субъектах Российской Федерации накапливаются цифровые топографо-геодезические материалы, разномасштабные общегеографические и тематические карты, аэрофотоснимки и космоснимки различного разрешения. Перечисленные материалы вследствие высокой стоимости разрабатываются на отдельные участки территорий по мере возникновения насущных задач регионального управления и хранятся в ведомственных базах данных. Сложившееся положение препятствует решению проблем системного представления пространственных данных территории и их совмещенного анализа, так необходимых при текущем и перспективном планировании социально-экономического развития субъекта.

Обозначенные проблемы решает система хранения и межведомственного обмена пространственными данными, проект которой предложен ГИС-центром Адыгейского госуниверситета правительству республики для рассмотрения.

Из зарубежных аналогов предлагаемого проекта можно выделить программные системы GoogleEarth и NASA WorldWind. Данные системы поддерживают представление данных в виде пирамиды с переменной детализацией и добавление пользовательских данных, однако они не имеют встроенных средств построения цифровой модели рельефа (ЦМР), а, следовательно, не гарантируют качества и единообразия представления земной поверхности. Кроме того, они не поддерживают функций анализа рельефа местности.

Похожий проект ведёт национальный географический институт Франции. Национальное картографическое агентство Франции, при его участии, осуществляет работу с более чем 100 млн. топографическими объектами. Эти данные предоставляются на чтение/запись более чем ста полевым исследователям. Проект ведётся с использованием существующих средств связи, закрыт для публичного доступа, доступ к переданным данным регламентируется потребителем.

Примером действующей и развивающейся системы городского масштаба и сходного назначения за рубежом является ГИС-портал города Оркхард Парк, штат Нью-Йорк (Orchard Parck, st. New York). ГИС-портал города Оркхард Парк является публичным и информация на нём - открытой. Работу с данными обеспечивает сетевой сервис Cartoweb.org. Г еопространственные данные предоставляются в растровом и векторном виде, путём скачивания файлов с информацией на пользовательскую машину с последующим открытием их в соответствующих локально установленных программах. Данный способ обусловлен не только удобством для конечного пользователя, высокой степенью компьютеризации и доступностью соответствующего программного обеспечения, но и особенностями местного законодательства.

В качестве отечественного аналога также можно рассмотреть городскую информационную систему ДубльГИС (компания Дата Ист, г. Томск). Проект ДубльГИС и разработчик программного обеспечения проекта представляет профессиональную полнофункциональную ГИС для создания, редактирования и анализа карт городов. Компания-разработчик уже подготовила, регулярно обновляет и бесплатно распространяет план-схемы более 10 городов РФ. Система ДубльГИС имеет распространяется в виде файлов с данными и программы для их просмотра. Актуализация имеющейся информации может быть осуществлена только путём скачивания/установки обновлённого массива данных. План-схемы городов на основе ДубльГИС не предназначены для проведения точных контрольно-измерительных работ. Средняя точность измерений расстояния между объектами по такой план-схеме составляет около 30м.

Проект Terrain server ГИС-центра АГУ обеспечивает реализацию возможностей перечисленных систем, но главным достоинством и отличием разрабатываемой системы является то, что она позволяет строить и хранить ЦМР на территорию масштаба города, региона или государства. Terrain server - отечественная распределённая геопространственная база данных, содержащая трёхмерную ЦМР и включающая координированные данные, как растровые, так и векторные. При этом ЦМР обеспечивает точность передачи формы земной поверхности, адекватную любым задачам от авиационной навигации до архитектурного проектирования. Предельное разрешение модели может быть достаточным для архитектурного

проектирования и проектирования коммуникаций (порядка 10 см). Это достигается за счёт применения модели хранения данных в виде пирамиды детализации, предельный уровень детализации которой может различаться на разных участках в зависимости от потребности и наличия данных.

В качестве метода построения ЦМР предполагается авторская (оригинальная) гравитационно-динамическую модель, имитирующую гравитационный перенос потенциала в поверхностном слое земной коры. Модель рассматривает подстилающую породу как вязкую жидкость, позволяя учесть не только геометрическую составляющую данных о рельефе, но и текучесть геологического субстрата в каждой точке пространства. Для численного моделирования процесса используется GRID модель с регулярной структурой, в которой размер ячейки настолько мал, что все параметры внутри неё можно считать постоянными для данного уровня детализации.

Гравитационно-динамическая модель рельефа является естественной моделью процесса образования поверхности рельефа. Следовательно, она может использоваться не только для получения статической модели земной поверхности, но и для моделирования различных экзогенных процессов. Например, представляется возможным моделирование оползневых процессов с использованием данных космической съёмки местности. В силу того, что данная модель позволяет добиться гидрологической корректности ЦМР, она может эффективно применяться при выделении линий тока, бассейнов рек, а также структурных линий рельефа.

Авторская программа построения гравитационно-динамической модели рельефа «Gravity» предназначена для создания регулярной ЦМР по данным цифровой топографической карты или других источников, например GPS, ГЛОНАСС и т.д. «Gravity» представляет собой инструмент построения модели рельефа любой сложности при минимальных требованиях к топологической структуре исходных данных. Хотя, конечно, для корректной структуры точность получаемой модели повышается. Программа «Gravity» была опробована при построении ЦМР на различные участки территории Республики Адыгея и Краснодарского края с использованием карт масштабов 1:200000 — 1:10000. Полученная ЦМР была использована при моделировании катастрофического паводка 2002г. на р. Белой. Построенная модель паводка адекватно отражала известную ситуацию, наблюдавшуюся во время паводка.

Клиентская часть системы обеспечивает:

- просмотр модели рельефа в режиме симуляции полёта над местностью;

- возможность выполнения некоторых аналитических вычислений в том числе:

- экспозиция, уклон и др. дифференциальные параметры поверхности рельефа, как в точке, так и средние на заданную территорию;

- построение профилей высот вдоль произвольной линии, например проектируемого газопровода;

- выполнение пользовательских алгоритмов;

- редактирование исходных данных модели (при наличии соответствующих прав доступа к системе) путём добавления координированных данных с указанием уровня детализации:

- линейных или точечных векторных примитивов, описывающих базис ЦМР;

- готовых ЦМР участков местности в виде регулярной сетки высот (GRID данных).

В целом система Terrain server предназначена для предоставления удалённого доступа ко всему спектру геопространственной информации по региону, в соответствии с потребностями ведомств, включённых в систему. Актуализация и наполнение базы данных осуществляется заинтересованными ведомствами.

В структуре Terrain Server — центральный сервер (кластер серверов) отвечает за хранение и обработку основного массива данных. Центральный сервер выполняет построение и обновление данных в соответствии с имеющимися и вновь получаемыми данными. Вторичные серверы кэшируют информацию с центрального сервера и предоставляют её конечному пользователю.

В качестве программной платформы для создания серверной части системы предлагается использовать открытую объектно-реляционную СУБД PostgreSQL. Главными преимуществами данной платформы являются:

- свободное распространение по лицензии GNU GPL;

- поддержка операционных систем Windows, Unix/Linux, MacOS;

- открытая расширяемая архитектура, позволяющая разработку высоко эффективных пользовательских функций на языке C;

- полноценная поддержка геопространственнх данных, при условии использования PostGIS.

Разработка клиентской части приложения предлагается с использованием собственной открытой разработки - OpenGISCore (распространяется по лицензии GNU LGPL)

- поддержка сетевой пространственной СУБД позволяет эффективно работать с большими массивами данных;

- поддержка пространственных операций над геометрическими объектами;

- высокопроизводительная визуализация 2D/3D пространственных объектов с использованием OpenGL;

- каждый тип объекта обрабатывается своим собственным классом-обработчиком. Это позволяет обрабатывать специфичные для объекта свойства и связи, а также повысить эффективность визуализации объектов;

- при разработке системы используются только бесплатные (open source) сторонние компоненты, что избавляет потенциальных пользователей от необходимости приобретения дорогостоящих программных продуктов.

Региональная система Terrain server при внедрении в рамках системы Электронного правительства Адыгеи не только обеспечит эффективным инструментом целый ряд заинтересованных служб (занимающихся топосъемкой, кадастровой оценкой, архитектурным проектированием, территориальным планированием и т.д.), но и станет единым хранилищем геопространственной информации в масштабах региона.