CC BY
42
УДК 004.6:004.9
WEB-ГИС ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ
О.В. Ловцкая, К.Б. Кошелев, Н.А. Балдаков
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, E-mail: lov@iwep.ru
В статье описаны средства визуализации в составе проблемно-ориентированной ГИС, предназначенной для принятия решений по социально-экономическим последствиям наводнений. Создан инструментарий для разработки интерактивных карт, позволяющих выявлять зоны затопления при различных обеспеченностях; получать информацию о площадях затопления и особенностях затопляемой территории, использовать стандартный сервис карт Google для отображения, способствовать принятию экономически целесообразных решений по защите от затопления.
Ключевые слова: визуализация данных, геоинформационные системы, веб технологии, моделирование опасных гидрологических ситуаций.
Большое количество населенных пунктов Сибири находятся в долинах рек с высокой вероятностью их затопления. Постановлением Правительства РФ «Об определении границ зон затопления, подтопления» [1] сформулированы требования к территориям, входящим в границы зон затопления, подтопления: «Зоны затопления определяются в отношении: ...территорий, которые прилегают к незарегулированным водотокам, затапливаемых при половодьях и паводках однопроцентной обеспеченности (повторяемость один раз в 100 лет) либо в результате ледовых заторов и зажоров. В границах зон затопления устанавливаются территории, затапливаемые при максимальных уровнях воды 3, 5, 10, 25 и 50-% обеспеченности (повторяемость 1, 3, 5, 10, 25 и 50 раз в 100 лет)».
В рамках реализации указанного Постановления департаменты природных ресурсов и охраны окружающей среды регионов планируют создание карт затопления территорий [2], предназначенных для принятия решений, исключающих возведение нового жилья, садовых и дачных строений, производственных и социальных объектов,
транспортной и энергетической инфраструктуры в выделенных зонах. Для определения зон затопления в зависимости от временных и пространственных параметров используется комплекс картографических, гидрологических и гидродинамических моделей. Независимо от используемых расчетных моделей на этапе интерпретации результатов моделирования необходимо привлечение средств ГИС для картографического отображения затопляемых территорий, оценки опасности затопления, определения возможных социально-экономических последствий от опасных гидрологических ситуаций [3].
Постановка задачи и методы решения
В последние несколько лет успешно развиваются технологии публикации пространственных данных через сеть Internet. Эта тенденция обусловлена преимуществами архитектуры ГИС проекта, в которой клиентом служит любой современный Web-браузер. Наиболее важной тенденцией является появление большого числа бесплатных проектов, реализующих концепцию предоставления предобработанных данных; увеличение возможностей персонификации сервисов; возможности ин-
теграции собственных данных с существующими сервисами [4]. Современная WEB-ГИС должна предоставлять возможность загрузки и стилизации пространственных данных с помощью в достаточной степени простого и ясного интерфейса.
Стиль слоя создается на XML-подобном языке разметки «Style Layer Descriptor» (SLD). Стиль задает цвета геометрических объектов, тип и толщину линий, символику для точечных слоев, текстовые подписи. В стандарт SLD включена возможность представлять тот или иной объект в зависимости от приданной ему атрибутивной информации и текущего для пользователя масштаба карты, что позволяет выполнять генерализацию и решать другие геоинформационные задачи. Использование SLD в качестве языка визуального представления пространственных данных при создании картографического веб-сервиса имеет следующие преимущества:
- предсказуемость развития используемого формата (вследствие его открытости);
- гибкость визуального представления пространственных данных (например, использование одного источника данных с несколькими его представлениями);
- упрощение переноса символики с одной системы на другую.
Однако непосредственно описание стиля слоя на языке SLD является весьма нетривиальной задачей, что затрудняет возможность формирования и настройки ГИС-проектов клиентами -экспертами предметной области.
Для визуального определения стиля слоя существуют генераторы SLD-файлов, предоставляющих пользователю возможность стилизации и публикации пространственных данных с использованием простого и интуитивно понятного интерфейса [5-6]. Использование SLD-генераторов не полностью решает проблему конвертации про-
странственных данных, подготовленных в настольных ГИС.
В ИВЭП СО РАН наибольшее распространение получили продукты семейства ArcGIS компании ESRI, в которых информация о символике хранится в файлах внутреннего «закрытого» формата. При размещении подобных данных на картографическом веб-сервисе совместимом со стандартами Open Geospatial Consortium (OGC), чтобы не выполнять заново работу по описанию символики, необходимо преобразовать легенду, сохраненную в проекте ArcGIS, в набор файлов в формате SLD.
В качестве инструмента для решения этой задачи было использовано программное средство с открытым кодом «ArcGIS-map to SLD Converter» (далее ArcMap2SLD), разработанное в Institute for Spatial Information and Surveying Technology, Mainz University. «Converter» запускается параллельно ArcMap-процессу, анализирует загруженный проект ArcGIS и генерирует один или несколько файлов SLD формата, максимально близко представляющих используемую в проекте символику из палитры стандартных символов [7]. ArcMap2SLD разработан на Visual Basic.NET, анализ проекта ArcGIS реализован фреймворком ArcObjects ©ESRI, генерация SLD файлов производится с помощью технологий XPath и XSLT. Модульная архитектура ArcMap2SLD обеспечивает его расширяемость и упрощает внесение изменений в исходный код.
Визуализация зон затопления на Web-портале
Для визуализации предобработан-ной пространственной информации разработана проблемно-ориентированная ГИС «Зоны затопления» с использованием кроссплатформенного карто-графического сервера Geoserver. В качестве физической модели данных используется объектно-реляционная
Рис. 1. Структура базы данных ГИС «Зоны затопления»
Рис. 2. Зоны затопления 1, 3 и 5 % обеспеченности, Барнаул [8]
Рис. 3. Зоны затопления 1, 3 и 5 % обеспеченности, г. Киренск (Иркутская обл.)
Рис. 4. Зоны затопления 1, 3 и 5 % обеспеченности, с. Намцы (р. Саха (Якутия))
СУБД PostgreSQL/PostGIS [4]. На рисунке 1 представлена структура базы данных ГИС «Зоны затопления». Пространственные данные хранятся в двух PostGIS-таблицах: floоdzones.places и floodzones.lines, которые связаны отношением один-ко-многим по полям places.gid, lines.placeid. Первая таблица содержит точечную геометрию пунктов, подверженных затоплению, вторая -линейную геометрию уровня воды в случае наводнений различных обеспе-ченностей. Для каждого рассмотренного значения обеспеченности (1, 5, 20, 25 и 50 %) созданы материализованные представления one_percent, five_percent, ten_percent, twentyfive _percent,
fifty_percent, хранящие вычисленный результат запроса:
SELECT lines.gid, places.name, lines.percent, lines.level, lines.geom
FROM floodzones.lines lines, floodzones.places
WHERE lines.percent = %обеспеченность% AND places.gid = lines.place id.
Поскольку в данном случае пространственные данные относятся к редко изменяемым, то использование материализованных представлений существенно ускоряет обработку запросов к ГИС.
Согласованность базы поддерживается двумя триггерными функциями: floodzones.update _places_geometries и floodzones.update_views. Первая функция реагирует на события INSERT и UPDATE таблицы lines, обновляя геометрию и границы в таблице places, вторая является стандартным триггером обновления материализованных представлений. Таблица floodzones.places и представления отображаются один к одному на слои Geoserver.
Клиентская часть ГИС «Зоны затопления» является AJAX-приложением, построенным на основе связки ExtJS и OpenLayers2. При использовании библиотеки GoogleMaps V3 API к функциональности клиентского приложения добавлена возможность использовать в качестве базового слоя слои GoogleEarth по выбору пользователя (рис. 2-4).
Выводы
Создан инструментарий для разработки интерактивных карт зон затопления, позволяющих выявлять зоны затопления при различных обеспеченностях; получать информацию о площадях затопления и особенностях затопляемой терри-
тории; использовать стандартный сервис карт Google для отображения; способствовать принятию экономически целесообразных решений по защите от затопления. Предложена технология преобразования легенды, сохраненной в проекте ArcGIS, в набор файлов в формате SLD.
Работа выполнена в рамках проектов по программам фундаментальных исследований СО РАН: VIII.76.1.1. «Исследование процессов формирования стока и разработка информационно-моделирующих систем оперативного прогнозирования опасных гидрологических ситуаций для крупных речных систем Сибири»; IV.38.2.5. «Разработка информационно-аналитического обеспечения для исследования водно-экологических процессов в водоемах, водотоках и водосборах Сибири»; IV.38.2.5 «Разработка информационно-аналитического обеспечения для исследования водно-экологических процессов в водоемах, водотоках и водосборах Сибири».
Список литературы
1. Постановление Правительства РФ № 360 «Об определении границ зон затопления, подтопления» от 18 апреля 2014 г. [Электронный ресурс]. - URL: http://base.garant.ru/70641858 /#ixzz3sxTAN2EG.
2. Геоинформационный портал ГИС-Ассоциации. Новости за 30.09.2015, [Электронный ресурс]. - URL: http://gisa.ru/111272.html.
3. WMO Manual on Flood Forecasting and Warning, World Meteorological Organization [Электронный ресурс]. - URL: http://www.wmo.int/pages/prog/hwrp/publications/flood_forecasting_warning/WMO%201072_en.pdf.
4. Зиновьев А.Т., Ловцкая О.В., Балдаков Н.А., Дьяченко А.В. Геоинформационное обеспечение для решения гидрологических задач // Вычислительные технологии. -2014. - Т. 19. - № 3. - С. 60-72.
5. Балдаков Н.А., Кошелев К.Б., Ловцкая О.В., Черкашин А.А. Инструментальные средства создания web-ГИС на базе GEOSERVER // Тр. Всерос. научн. конф. «Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии». - Барнаул, 2012. - Т. 3. - С. 211-217.
6. AtlasStyler. Редактор стилей объектов [Электронный ресурс]. - URL: http://live.osgeo.org/ru/overview/atlasstyler_overview.html (дата обращения 29.10.2015).
7. A tool for reading out styling information from ArcMap and converting into Styled Layer Descriptor-Files (SLD) of OGC [Электронный ресурс]. - URL: http://arcmap2sld.i3mainz.hs-mainz.de/ArcMap2SLDConverter_Eng.htm.
8. http://geoinfo.iwep.ru/geoserver/www/floodzones-test/index.html.
WEB-GIS FOR VISUALIZATION OF MODELLING RESULTS OF DANGEROUS HYDROLOGICAL EVENTS
O.V. Lovtskaya, K.B. Koshelev, N.A. Baldakov
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, E-mail: lov@iwep.ru
The purpose of this study is to describe the visualization tools included in the problem-oriented GIS for decision making in social economic effects of floods. The toolkit for the construction of interactive maps of flood areas using Google Maps as a background has been created. The maps help users to make decisions on flood protection providing capabilities to highlight flooded zones with different flood probability of exceedance and get the information on areas and details of a flooded territory.
Keywords: data visualization, GIS, web technology, modelling of dangerous hydrological events.
