Геоинформационные платформы



страница1/19
Дата09.01.2018
Размер0.68 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Геоинформационные платформы
Существует множество способов классификации геоинформационных систем (ГИС), которые строятся на анализе различных характеристик ГИС, например, связанных с областью их применения, набором имеющихся функций, способом хранения и отображения данных, моделью распространения (платные, свободно распространяемые) и т. п. В последующем обзоре наиболее распространённых в Российской Федерации ГИС-платформ будет использоваться классификация поколений ГИС, основанная на внутренней организации системы и модели хранения пространственных данных.

Можно выделить следующие основные технологические поколения ГИС с точки зрения внутренней организации и модели хранения пространственных данных:


Первое поколение ГИС — одна или несколько программ, объединённых в программную систему, которые запускаются на компьютере пользователя. Для хранения используется внутренний формат данных, часто закрытый от использования правообладателем (ограничения в лицензионном соглашении, наличие патентов и т.п.).

Достоинства: часто имеет высокое быстродействие и различные уникальные функциональные возможности, поскольку собственный формат данных позволяет реализовывать уникальные алгоритмы и методики обработки и хранения данных, особенно при решении специализированных задач. Достаточно просты в использовании и администрировании.

Недостатки: большие проблемы при обмене данными с другими системами, пользователь оказывается привязан к поставщику ГИС, поскольку переход к использованию другой системы вызывает массу проблем с переносом накопленного массива данных в другой формат. Наличие ограничений на использование формата данных, часто сопровождающаяся отсутствием официального описания, а также возможность изменения формата правообладателем в любой момент времени, затрудняет или делает невозможной разработку дополнительных модулей для работы с пространственными данными, интеграцию с другими информационными системами. Возможности совместной работы с пространственными данными в компьютерной сети сильно ограничены, обычно на уровне совместного использования файлов данных и тех функций управления доступом к данным, которые предоставляет сетевая операционная система на уровне файловой системы.
Второе поколение ГИС — основано на технологии клиент-сервер, для организации совместной работы с данными в компьютерной сети. Имеет программу-клиента для конечного пользователя и программу-сервер, который ведёт базу пространственных данных. При этом используется структура базы данных и внутренние форматы данных, часто защищённые авторскими правами. Многие системы являются дальнейшим развитием ГИС первого поколения для организации совместной работы в компьютерной сети.

Достоинства: остаются преимущества, связанные с использованием собственного уникального формата данных, имеющиеся у первого поколения ГИС. Наличие выделенного сервера данных позволяет организовать эффективную работу в компьютерной сети.

Недостатки: остаются недостатки по обмену данными и интеграции с другими ГИС, пользователь также оказывается привязан к поставщику форматом хранения данных. Более сложны в использовании, требуют грамотного обслуживания. Сервер данных собственной разработки часто имеет ограниченный функционал по работе с базой данных, разграничении прав пользователей, в отличие от тех же SQL серверов, использует упрощённые алгоритмы обработки данных, что сказывается на быстродействии, особенно при больших объёмах данных.
Третье поколение ГИС — приложение для конечного пользователя или система построенная по схеме клиент-сервер, которые для хранения пространственных данных используют одну из распространённых систем управления базами данных (СУБД), в последнее время в основном на базе одного из распространённых SQL серверов (Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL, PostgreSQL и т. п.). При этом внутренняя структура хранения пространственных данных являются уникальной для данной ГИС, часто закрытой от использования правообладателем.

Достоинства: использование мощной СУБД позволяет разработчику сконцентрироваться на основном функционале ГИС, при этом предоставляя пользователю современные средства для работы с СУБД, особенно при больших объёмах данных. В некоторых случаях, когда разработчик не закрывает внутреннюю структуру или она легко восстанавливается с использованием штатных инструментов СУБД, упрощается процесс интеграции данной ГИС с другими системами.

Недостатки: не смотря на использование внешней СУБД, внутренняя структура по прежнему остаётся уникальной для конкретного решения, что ограничивает пользователя как в работе с пространственными данными, так и при смене используемой ГИС. Возможности обмена пространственными данными зависят от того, для каких форматов данных разработчик ГИС предоставляет возможность импорта/экспорта данных. На практике часто встречается ситуация, когда импорт данных внутрь системы возможен из большего числа форматов и с лучшим качеством, чем экспорт данных из системы в другие ГИС.

Данные системы также требуют грамотной настройки и администрирования, которое помимо самой ГИС включает в себя также настройку и администрирование соответствующей СУБД или SQL сервера. Хотя, если организация уже использует данный SQL сервер для решения других задач, то эта проблема упрощается.


Четвёртое поколение ГИС, наиболее прогрессивное на сегодняшний день, основано на использовании в качестве хранилища пространственных данных специализированных расширений для наиболее распространённых SQL серверов, которые на сегодня имеются у всех основных поставщиков подобных решений, в том числе Oracle Locator/Spatial для Oracle SQL Server, Microsoft Spatial для Microsoft SQL Server, PostGIS для PostgreSQL, MySQL Saptial для одноименного сервера (права на последнюю редакцию принадлежат фирме Oracle), SpatialLite для SQLLite и т. п. Данные расширения добавляют необходимый функционал для хранения пространственных данных в соответствующих SQL серверах, облегчающих ускоряющих, а также стандартизирующих работу с пространственными данными на данном сервере БД.

Ещё одной тенденцией, характерной для решений данного поколения ГИС, является переход к использованию в качестве рабочего места конечного пользователя ГИС решения на основе WEB-браузера, а также встраивания необходимого набора скриптов для работы с системой в геоинформационные интернет-порталы. В некоторых случаях данные решения являются вспомогательными и выполняют в основном функции просмотра пространственных данных, а в качестве редактора используется обычная программа, но также имеются решения, когда весь функционал по работе с ГИС, включая её администрирование, реализован в виде WEB-приложения работающего через WEB-браузер.

Достоинства: структура хранения пространственных данных не зависит от разработчика конкретной ГИС, что резко расширяет возможности по работе с пространственными данными и обмену ими, интеграции с другими системами, использованию программного обеспечения сторонних разработчиков, в том числе класса FreeWare (свободно распространяемое) и OpenSource (с открытым исходным кодом). У всех разработчиков хранилищ пространственных данных имеется обширная техническая документация (правда, в основном на английском языке). При использовании данных решений пользователь ГИС в гораздо меньшей степени зависит от конкретного поставщика, может сменить используемую ГИС или расширить имеющийся функционал за счёт использования других ГИС, работающих с тем же хранилищем пространственных данных. При этом затраты по переносу данных существенно меньше, чем для остальных вариантов, либо отсутствуют вообще.

Данные решения позволяют также реализовывать распределённые ГИС, когда с одним общим хранилищем пространственных данных работают несколько различных ГИС разных организаций, в том числе территориально находящихся в разным местах и объединённых каналами передачи данных (либо интернет, либо защищённые каналы передачи данных). Кроме этого для Oracle, Microsoft и PostgreSQL имеются штатные средства создания распределённых БД и поддержания их целостности на уровне базового SQL сервера. Это позволяет создать систему с несколькими независимыми хранилищам пространственных данных, которые периодически производят синхронизацию изменений для поддержания логической целостности единой БД.

Недостатки: данные решения существенно сложнее в установке, настройке и администрировании, чем все остальные варианты, особенно при использовании решений на основе WEB-технологий, поскольку помимо самой ГИС, SQL сервера с хранилищем пространственных данных добавляются ещё и работы по интернет-серверу и системе безопасности. Решения на базе WEB-технологий также обладают заметно меньшим быстродействием, а также весьма ограниченным функционалом по сравнению с традиционными приложениями. Фактически на данный момент они реализуют необходимый минимум функций, без которых использование ГИС будет невозможно, а для решения специализированных или аналитических задач необходимо использовать другие программы (что для данного варианта построения системы обычно не вызывает проблем).
Также необходимо отметить, что далеко не всегда можно отнести конкретную ГИС к тому или иному поколению ГИС, перечисленных выше. Часто разработчики развивают свои решения добавляя новые функции и возможности, постепенно переходя от старой модели построения системы к новой. При этом для обеспечения совместимости с предыдущими версиями своих систем они оставляют поддержку старых технологий работы и форматов данных, поскольку у пользователей уже накоплены большие объёмы данных и имеется множество специалистов, привыкших к старым методикам работы. В результате у наиболее старых и крупных разработчиков ГИС систем, таких как ESRI (ArcGIS), на сегодня имеются продукты, которые при необходимости позволяют построить ГИС любого из четырёх технологических поколений.
Говоря о современных тенденциях развития геоинформационных систем необходимо обязательно отметить деятельность международной организации Open Geospatial Consortium (открытый геопространственный консорциум OGC), организованный в 1994 году. На момент написания данного обзора в консорциум входит 474 активных члена (полный список http://www.opengeospatial.org/ogc/members) из всех регионов мира, в том числе все крупнейшие университеты Мира, коммерческие организации и корпорации так или иначе связанные с созданием и использованием пространственных данных, а также практически все крупные и средние зарубежные разработчики ГИС (к сожалению, на данный момент среди активных членов OGC нет ни одной организации или университета из Российской Федерации). Основным направлением деятельности OGC, которая закреплена и в их основополагающих документах, является разработка единых стандартов обмена геопространственными данными, использование которых не было бы ограничено авторским правом той или иной коммерческой организации. Все разработанные OGC стандарты открыты для свободного использования (утверждённые на данный момент стандарты можно найти тут http://www.opengeospatial.org/standards/is ), незначительная плата взимается только за сертификацию программ на соответствие данным стандартам и право указывать соответствующие ссылки и упоминания стандартов OGC в документации, описаниях и при рекламе данной программы.

Список выданных в настоящее время сертификатов соответствия программ стандартам OGC: http://www.opengeospatial.org/resource/products/compliant

В настоящее время большинство зарубежных и основные отечественные разработчики поддерживают как минимум основные стандарты обмена геопространственными данными, которые разработаны OGC, из которых следует выделить следующие:

OpenGIS Web Map Service (WMS) Implementation Specification — стандарт обмена геопривязанными растровыми изображениями, построенными на основе данных из одной или нескольких баз пространственных данных по протоколу HTTP. Этот стандарт принят также без каких либо принципиальных изменений, как международный стандарт ISO 19128.

OpenGIS Web Feature Service 2.0 Interface Standard — стандарт получения и изменения свойств пространственных объектов, в том числе их координатных описаний, по протоколу HTTP. Утверждён также, как международный стандарт ISO 19142.

OpenGIS Geography Markup Language (GML) Encoding Standard — стандарт кодирования пространственных данных на языке XML. Утверждён как международный стандарт ISO 19136:2007.

Утверждению данных стандартов OGC в качестве международных стандартов ISO (международная организация по стандартизации) активно способствовали страны Европейского Союза, что было необходимо для реализации директивы INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in the European Community – инфраструктура для пространственной информации Европейского Содружества). В настоящий момент данные стандарты являются основой для создания единой среды обмена геопространственной информацией не только в странах ЕС, но и в общемировом масштабе, поэтому полноценная поддержка стандартов OGC, как минимум перечисленных выше, на сегодняшний день становится одним из ключевых требований при выборе программного обеспечения для создания ГИС.
Наряду с деятельностью OGC, занимающейся разработкой открытых стандартов в области хранения и обмена геопространственной информацией, в последнее время в области ГИС систем всё заметнее роль сообществ по разработке свободно распространяемых программных систем с открытым исходным кодом (OpenSource). Для поддержки данных проектов создана некоммерческая неправительственная организация Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) http://www.osgeo.org/ . Из наиболее значимых разработок можно отметить:

Хранилище пространственных данных PostGIS на основе OpenSource сервера данных PostgreSQL http://www.postgis.org/ . В настоящее время данное решение поддерживает наиболее количество стандартов разработанных OGC.

Библиотека GDAL http://www.gdal.org/ , которая обеспечивает возможность работы с множеством форматов пространственных данных, включающих более 50 растровых и более 20 векторных форматов, в том числе и коммерческих систем (ArcGIS, Mapinfo, Autodesk) и хранилищ пространственных данных.

Библиотека Proj 4 http://trac.osgeo.org/proj/ , обеспечивающая проекционные преобразования и преобразования систем координат для большинства используемых видов картографических проекций и систем координат. Имеется язык описания, который позволяет добавлять собственные системы координат, например аналоги широко используемых в России местных систем координат.

WMS сервер для отображения пространственных данных MapServer http://www.mapserver.org/ , обеспечивает возможность формирования изображения в соответствии с требованиями стандарта WMS, при этом в качестве источников пространственных данных можно использовать практически любой из форматов, поддерживаемых библиотекой GDAL, в том числе поддерживаются хранилища пространственных данных Oracle Spatial, PostGIS/PostgreSQL, Microsoft Spatial, SpatiaLite. Очень популярен у разработчиков интернет геопорталов и различных WEB-приложений с использованием протокола WMS в качестве источника данных.

Набор скриптов OpenLayers http://openlayers.org/ для разработки различных WEB приложений для работы с пространственными данными, в том числе геопорталов.

Рабочее место пользователя ГИС Quantum GIS (QGIS) http://www.qgis.org/ , которое предоставляет массу инструментов по просмотру, созданию и анализу геопространственных данных, в том числе возможность оформления и печати картографических материалов и документов содержащих пространственные данные. Имеются версии для Linux, Unix, Mac OSX, Windows и Android. Имеется локализация для множество языков, в том для русского. Поскольку основана на библиотеке GDAL, то позволяет в одном проекте гибко комбинировать данные в любом из форматов, которые поддерживаются данной библиотекой, включая работу с хранилищами пространственных данных.

Это далеко не полный перечень, с полным списком проектов можно ознакомиться на сайте OSGeo.


В качестве основных тенденций в области развития программного обеспечения для создания ГИС можно отметить:

1. Стремление разработчиков к поддержке стандартов OGC по обмену пространственными данными, поскольку это существенно расширяет возможности интеграции их решений с существующими или создаваемыми инфраструктурами пространственных данных, как национальными, так и корпоративными. Даже если в качестве основного остаётся собственный формат файлов, в систему добавляются возможности подключать данные по стандартам WMS, WFS, а также импорт и экспорт данных в формате GML.

2. В связи с развитием рынка мобильных устройств, появлением нового класса в виде планшетных компьютеров, а также перехода к 64 битным вычислениям, становится актуальной наличие версий программы под разные платформы, в том числе Windows 32x и 64x (Microsoft), Linux 32x и 64x, iOS (Apple), Android (Google). Многие ведущие разработчики программ для ГИС предлагают версии программ для мобильных систем, которые позволяют взаимодействовать с ГИС построенными на их платформе, часто с ограниченным набором функций, обеспечивающим основные операции просмотра и поиска информации, реже возможности редактирования данных.

3. Многие разработчики включают в свои продукты возможность работы с наиболее распространёнными хранилищами пространственных данных, о которых говорилось выше. При этом заметна тенденция обеспечить возможность работать с как можно большим вариантом источников и хранилищ данных, в том числе объединять в одном проекте данные из разных хранилищ пространственных данных, построенных на основе разных платформ. Наиболее часто встречается поддержка сразу и Oracle Spatial, и Microsoft Spatial, и PostGIS, как наиболее распространённых и функциональных хранилищ данных.



      1. Активное использование наработок из OpenSource проектов OSGeo в платных решениях, особенно среди средних и мелких разработчиков. Во многих проектах используются библиотеки GDAL и Proj 4, реализуется интеграция с хранилищем данных PostGIS. Также весьма часто предлагается использование связки MapServer + OpenLayers в качестве модуля для создания WEB-приложений для той или иной платной ГИС системы. В дальнейшем эта тенденция будет только нарастать, так как у мелких и средних фирм нет возможности привлечь такое большое количество ресурсов, в первую очередь квалифицированных разработчиков из разных областей, для разработки необходимых модулей и функций, которые имеются у сообщества OSGeo. В итоге средние и мелкие коммерческие разработчики всё больше будут концентрироваться на решении специализированных прикладных задач, используя в качестве базовой платформы работы с пространственными данным свободно распространяемое ПО, базирующееся на стандартах OGC, что будет лишь способствовать формированию единой открытой инфраструктуры пространственных данных.

      2. Поддержка работы с трехмерным представлением данных, как минимум, и возможность полноценного построения и качественной визуализации трехмерных моделей территорий, как максимум, становится уже необходимым не только для сферы развлечений или традиционных областей 3D САПР, но и для геоинформационных систем. Уровень быстродействия современных компьютеров и наработанные методики создания и работы с 3D моделями территорий сегодня позволяют не только демонстрировать потенциальным заказчикам красивые картинки, часто подготовленные заранее, но и решать множество реальных задач трехмерного анализа. Из-за существенно более высоких требований к ресурсам для решения данного класса задач, более-менее приемлемые результаты могут быть получены только на 64-битных системах.




Каталог: file
file -> Истоки и причины отклоняющегося поведения
file -> №1. Введение в клиническую психологию
file -> Общая характеристика исследования
file -> Клиническая психология
file -> Валявский Андрей Как понять ребенка
file -> К вопросу о формировании специальных компетенций руководителей общеобразовательных учреждений в целях создания внутришкольных межэтнических коммуникаций
file -> Русские глазами французов и французы глазами русских. Стереотипы восприятия


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница