CC BY
13Ивашкевич Олеся Андреевна1,
программист; Кузьмичев Андрей Алексеевич1, главный инженер проекта; Ракова Валерия Владимировна^,
программист
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ НА ГЕОПОРТАЛЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
12 3
' ' Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Лаборатория «Промышленные системы
потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ,
1 2
olesya.ivashkevich@spbpu.com, andrey.kuzmichev@spbpu.com 3 valeriya.rakova@spbpu.com
Аннотация. В настоящее время Арктическая зона Российской Федерации требует повышенного внимания к проблемам сохранения благополучия населения. Геопортал необходим для решения задач обработки и анализа большого блока данных со всех территорий Арктической зоны Российской Федерации.
Ключевые слова, геопортал, ГИС, картографические данные, ArcGIS, слои, GeoJSON, автоматизация.
Olesya A. Ivashkevich1, Programmer; Andrei A. Kuzmichev2, Chief Project Engineer; Valeria V. Rakova3, Programmer
DATA VISUALIZATION ON THE GEOPORTAL FOR MONITORING THE SANITARY AND EPIDEMIOLOGICAL SITUATION IN THE ARCTIC ZONE OF THE RUSSIAN FEDERATION
12 3
' ' Laboratory of Industrial Systems for Streaming Data Processing of the SPbPU National Technology Initiative Center for Advanced Manufacturing Technologies, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic
University, St. Petersburg, Russia,
1 2
olesya.ivashkevich@spbpu.com, andrey.kuzmichev@spbpu.com,
3 valeriya.rakova@spbpu.com
УДК 004.9:91
doi:10.18720/SPBPU/2/id21 -385
Abstract. Now the Arctic zone of the Russian Federation requires increased attention to the quality of the well-being of the population. A Geoportal is necessary for solving problems of processing and analyzing a large block of data from all territories of the Arctic zone of the Russian Federation.
Keywords, geoportal, GIS, cartographic data, ArcGIS, layers, GeoJSON, automation.
Введение
В настоящее время Арктическая зона Российской Федерации (АЗРФ) требует повышенного внимания к проблемам сохранения благополучия населения. Важно учитывать санитарно-эпидемиологическую и медико-демографическую ситуацию для реализации задач освоения Российской Арктики. Для комплексной и многоплановой работы по сохранению здоровья и жизни людей в этом регионе необходим анализ блока данных, включающего в себя медико-демографические показатели, данные о заболеваемости населения, состоянии факторов среды обитания и социально-экономические показатели. Таким образом, нужно обрабатывать внушительный объем данных для формирования выводов о состоянии населения на территории АЗРФ.
При создании отчетной документации затрачивается значительный отрезок времени на ручной ввод и перенос данных. Замена ручного труда на машинный позволяет повысить точность результатов, использовать меньше времени для получения конечных данных и открывает возможность использования более сложных методов оценки показателей. Для обработки и визуализации данных разработан геоинформационный портал.
Геоинформационный портал позволяет с помощью средств визуализации и анализа формировать выводы о состоянии Арктической зоны Российской Федерации для принятия своевременных мер по обеспечению благополучия населения.
1. Геоинформационный портал «Санитарно-эпидемиологическое благополучие населения в Арктической зоне Российской Федерации»
Геопортал «Санитарно-эпидемиологическое благополучие населения в Арктической зоне Российской Федерации» — информационно-аналитическая система для работы с большим объемом данных, предназначенная для подготовки обоснованных управленческих решений органами и организациями Роспотребнадзора, федеральными и региональными органами государственной и исполнительной власти по снижению неблагоприятного влияния факторов среды обитания на здоровье населения и совершенствованию системы социально-гигиенического мониторинга (СГМ) [1].
Источником данных являются сводные файлы на основе федерального информационного фонда данных СГМ (ФИФ СГМ), данных федеральной и отраслевой статистической отчетности в формате *.xlsx.
Геопортал осуществляет взаимодействие с хранилищем данных и геоинформационной системой.
2. Средства разработки
Для визуализации геоинформационных данных существует множество готовых решений, таких как открытые библиотеки (OpenLayers, Leaflet), ГИС (MapBox, ArcGIS), API (Яндекс.Карты, Google Maps) и другие.
Для обоснованного выбора ГИС были использованы методики структуризации целей и функций и проведен сравнительный анализ функциональных возможностей приведенных выше систем сбора, обработки и визуализации геоинформационных данных, в том числе сбора, анализа и обмена географической информацией, поддержки различных режимов загрузки визуальной информации, наличия библиотек для автоматизации процессов работы с картографическими данными, а также для написания собственных внешних модулей и расширений. В результате проведенного сравнительного анализа для реализации Геопортала была выбрана ГИС ArcGIS.
На серверной части использовалась ГИС ArcGIS [2]. Данная система позволяет собирать, анализировать географическую информацию и обмениваться ею [3]. Поддерживает различные режимы загрузки визуальной информации: по запросу пользователя и с помощью кэша. Для предоставления пользователю комфортного доступа к данным в Геопортале используются оба режима. ArcGIS является целой платформой, состоящей из множества компонентов, таких как программное обеспечение, интерактивная облачная инфраструктура, профессиональные инструменты, настраиваемых ресурсов, например, шаблоны веб- и мобильных приложений, базовые карты, ресурсы, распространяемые сообществом пользователей [3]. Обладает собственными библиотеками для автоматизации процессов работы с картографическими данными, а также для написания собственных внешних модулей и расширений.
Для серверной части Геопортала использовались следующие компоненты ArcGIS:
- ArcGIS Data Store — ПО для хранения данных размещенного слоя;
- ArcGIS Server — серверный компонент ArcGIS, который хранит в себе инструменты обработки геоданных, имеет в себе интерфейс для управления ГИС-сервисами и отслеживания их состояния;
- ArcGIS Portal также позволяет управлять ГИС-сервисами, в отличие от ArcGIS Server имеет более понятный для пользователя интерфейс и доступ к сообществам и публичному контенту других пользователей ArcGIS;
- ArcGIS Web Adaptor необходим для взаимодействия ArcGIS Server с веб-сервисами.
Рис. 1. Структура Геопортала
В качестве исходных данных используются сводные файлы, созданные в Microsoft Excel. В таком виде их не предоставляется возможным визуализировать, поэтому необходимо ПО, которое будет преобразовывать данные в доступный для ГИС формат.
Данное ПО написано на языке Python 3.8 с использованием ArcGIS API for Python для доступа к компонентам ArcGIS.
ArcGIS, являясь масштабной платформой для работы с геоданными, поддерживает различные входные данные. Наиболее удобным форматом является GeoJSON [4]. Этот формат имеет простую структуру и может быть легко преобразован в векторные слои ArcGIS. Поддерживаемые объекты: точки, полигоны, мультиполигоны, линии [4]. Помимо геометрической составляющей содержит в себе атрибуты (properties), в которых и будут храниться статистические данные из сводных файлов.
После преобразования данных в формат GeoJSON необходимо отправить их в ArcGIS Portal. На этом шаге в разработке ПО использовалась библиотека arcgis, а именно модуль arcgis.gis, включающий в себя методы для подключения к ArcGIS Portal и ArcGIS Server.
Таким образом в ПО сначала преобразуются данные в формат GeoJSON, затем отправляются в ArcGIS Portal, публикуются в качестве векторного слоя, а затем открываются для просмотра пользователям
на карте. В зависимости от типа данных (точечные объекты, полигональные объекты) используются различные методы загрузки на сервер. В ArcGIS существует ограничение на размер файла GeoJSON — не более 100 мб. Файл GeoJSON с точечными объектами имеет меньший размер, в отличие от файла с полигональными объектами, поэтому для отправки полигональных данных используется REST API Add Features [5]. Данный способ позволяет досылать объекты в уже созданный слой. Помимо возможности создания нового слоя ПО может обновить данные старого. Для этого с помощью Delete Features [6] удаляются данные по SQL-запросу и досылаются новые через AddFeatures.
В программе также предусмотрена обработка некорректных данных, удаление существующих слоев перед их повторной загрузкой, проверка предоставления доступа к слоям, работа с хранилищем данных MiniO через MiniO Api для взятия актуальных сводных файлов.
Для визуализации карты со слоями на сайте Геопортала использовалось ArcGIS API for JS 4.18. В качестве альтернативы можно было использовать открытые библиотеки OpenLayers, Leaflet и др. Но так как в качестве ГИС использовался ArcGIS, то для наилучшей стыковки клиентской составляющей с серверной выбран API от самого ArcGIS.
3. Визуализация данных
С помощью ArcGIS API for JS в сайт была встроена карта со слоями, включающая в себя различные виджеты для изменения масштаба, переключения слоев, просмотра легенды, печати карты, фильтрации объектов слоя, градиентной закраски по показателям.
На рисунке 2 представлен вид карты при ее первом открытии. Слева находятся виджеты: масштаб, полный экран, поиск, список слоев, печать и выбор базовой карты. Справа: фильтрация и закраска объектов и таблицы данных для слоев.
Рис. 2. Карта на сайте Геопортала
На рисунках 3 и 4 представлены изображения различных слоев.
Sverlç^^
Рис. 3. Слой с точками
Рис. 4. Слой с полигонами
Для анализа данных реализован виджет фильтрации по одному или нескольким условиям и закраски данных по выбранному показателю, а также возможность построить графики прогнозирования показателя. Пример графиков по данным со слоев см. на рисунке 5.
у « ¿53 2£х * И H3419-U, г*: О Н Пролюы из ЯНО: 601 » 32 исиздюе замиь»: 1 I пжчд
• 1M27.SÜI • -11299918.521, I*: О ВД, Прогнои на М20 SÛ045.9S
H исходное дам» _ . I ] тренд
iiiiimi тпниш
2МТ 2006 2009 2010 2011 2012 20» 2014 2013 2016 2017 201в 2019 2020 2021 2022 200Т 2006 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2016 2016 201Г 201S 2019 2020 2021 2022
Рис. 5. Графики прогнозирования показателей
На рисунке 6 изображен слой с фильтрацией по году и с градиентной закраской по показателю.
Рис. 6. Градиентная заливка слоя с фильтрацией по году
Заключение
Геопортал является эффективным инструментом для обработки и анализа данных по территориям Арктической зоны Российской Федерации. Геоинформационная система ArcGIS позволяет легко преобразовывать данные в векторные слои, которые затем можно проанализировать на карте.
Список литературы
1. Ивашкевич О. А. Разработка системы сбора и обработки данных для Геопортала «Санитарно-эпидемиологическое благополучие населения в Арктической зоне Российской Федерации» [Электронный ресурс]. // Электронная библиотека СПбПУ. -URL: https://elib.spbstu.ru/dl/3/2021/vr/vr21-665.pdf/info (дата обращения: 10.10.2021).
2. ArcGIS. Discover your power with ArcGIS [Электронный ресурс]. // Сайт компании Esri. - URL: https://www.esri.com/en-us/arcgis/about-arcgis/overview (дата обращения: 10.10.2021).
3. Введение в ArcGIS [Электронный ресурс]. // Сайт компании Esri. - URL: https://resources.arcgis.com/ru/help/getting-start (дата обращения: 10.10.2021).
4. ArcGIS Online - GeoJSON [Электронный ресурс]. // Сайт компании Esri. -URL: https://doc.arcgis.com/en/arcgisonline/reference/geojson.htm (дата обращения: 10.10.2021).
5. ArcGIS REST API - Add Features [Электронный ресурс]. // Сайт компании Esri. - URL: https://developers.arcgis.com/rest/services-reference/enterprise/add-features.htm (дата обращения: 10.10.2021).
6. ArcGIS REST API - Delete Features [Электронный ресурс]. // Сайт компании Esri. - URL: https://developers.arcgis.com/rest/services-reference/enterprise/delete-features.htm (дата обращения: 10.10.2021).
