Разработка геоинформационной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 004.4

Разработка геоинформационной системы

А.Т. Гурьев,

Р.А. Алешко,

И.С. Васендина,

К.В. Шошина,

В.С. Щеников

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 превосходит широко распространённые проприетарные ГИС [1]. При разработке был использован APIинтерфейс QGIS для доступа к функциям ядра системы.

* WebГИС (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 объектнореляционной системой управления базами данных с открытым исходным кодом. Эта БД имеет более чем 15летнюю 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, HPUX, 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. программный мониторинг управление геоинформационный

Основным назначением системы мониторинга и управления лесными ресурсами является оперативное обеспечение предприятий лесной отрасли сведениями, необходимыми для эффективной эксплуатации лесных ресурсов.

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 инженеровлесоустроителей 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 ортофотопланов, полученных с помощью аэрокосмической съемки. Аэрокосмические снимки предоставляются в открытом формате метаданных GeoTiff. Данный формат позволяет включать информацию о географической привязке в файлы *.tiff. Может включать в себя вид картографической проекции, систему географических координат, модель геоида, датум 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.

Рис. 4. Главное окно системы мониторинга и управления лесными ресурсами

Реализация геопортала системы мониторинга и управления лесными ресурсами представлена на рис. 5.

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.

Рис. 5. Главное окно геопортала

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.

Размещено на Allbest.ru