CC BY
146
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СПРАВОЧНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГИС - НОВЫЙ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ШИРОКОГО КРУГА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
Дмитрий Витальевич Лисицкий
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой картографии и геоинформатики, тел. (383) 361-06-35, e-mail: [email protected]
В докладе рассматриваются концепция и некоторые результаты разработки инструментальной справочно-аналитической ГИС (ИСА ГИС), выполняемой в Сибирской государственной геодезической академии по государственному контракту № 02.740.11.0735 в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям. Тема направлена на расширение сферы применения ГИС в среде пользователей, не имеющих специальной геоинформационной подготовки. Приводятся обоснование выявленной проблемы, пути достижения поставленных целей, основные методические и технологические решения.
Ключевые слова: геоинформационная система, справочно-аналитические функции, формализация технологических процессов, web-технология, облачная технология, инструментальная программная система, программный робот.
REFERENCE-ANALYTICAL GIS TOOL AS A NEW GEOINFORMATION INSTRUMENT FOR A WIDE RANGE OF USERS
Dmitry V. Lisitsky
Ph.D., Prof., head of cartography and GIS department, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo st., 630108, Novosibirsk, phone: (383) 361-06-35, e-mail: [email protected]
The concept and some results of reference-analytical GIS tool development are considered. It is being implemented in Siberian State Academy of Geodesy by state contract # 02.740.11.0735 in the framework of the Federal target program “Research and educational personnel of innovation Russia” for 2009-2013 under the financial support of the Federal agency for science and innovations. The research is aimed at the expansion of GIS applications for users inexperienced in this field. The revealed problems, the ways for achieving the goals and basic methodical and technological decisions are substantiated.
Key words: GIS, reference and analytical functions, formalization of technological processes, web-technology, cloud-technology, software tool, program-controlled robot.
Геоинформационные системы являются сегодня основным инструментом для введения, анализа и представления пространственных данных во всех отраслях и во всех областях жизнедеятельности общества. Они непрерывно совершенствуются и развиваются, реализуются новые функциональные возможности, появляются новые сферы их применения. Однако при этом проявляется и усиливается противоречие, связанное с дальнейшим
распространением ГИС в среде широкого круга пользователей: с одной стороны, совершенствование ГИС должно способствовать расширению сферы их применения, а с другой стороны, неизбежное усложнение программнотехнологического обеспечения ограничивает круг пользователей ГИС узкими профессионалами, что наоборот начинает сдерживать распространение этих систем.
Для сглаживания указанного противоречия и снижения степени его влияния на распространение ГИС среди широких кругов пользователей в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) ведется разработка инструментальной справочно-аналитической ГИС (ИСА ГИС), рассчитанной на использование различными потребителями, не имеющими профессиональной геоинформационной подготовки. Тема выполняется по государственному контракту № 02.740.11.0735 в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям.
Концепция достижения поставленной цели заключается в автоматизации формирования технологической цепочки типовых геоинформационных процедур в соответствии с поставленной пользователем геоинформационной задачей.
В общем случае, для работы с геопространственными данными и решения любой геоинформационной задачи необходимо использовать определенное программное обеспечение и осуществлять соответствующие технологические процессы. Выбор программно-технологического обеспечения определяется исходя из всего комплекса потенциальных ГИС- задач, а конкретные технологические процессы - из потребностей отдельных конечных пользователей. Следует учитывать тот факт, что в настоящее время практически любая геоинформационная система обладает свойством универсальности, т. е. рассчитана на работу со всеми пользователями, без учета их индивидуальных потребностей. Однако при этом сами пользователи должны обладать рядом специальных знаний о структуре используемой ГИС, основных методах её работы, а также для формирования пространственных запросов и технологии решения задач. Эти требования и ограничивают существенно распространение ГИС в разных сферах экономики и жизнедеятельности общества, т.к. большинство пользователей не имеют необходимого объема требуемых знаний в области ГИС-обработки.
Представим теперь любое взаимодействие пользователя, не имеющего навыков работы с ГИС, с системой геопространственных данных как работу с черным ящиком. Нужно лишь послать системе некий входной сигнал в виде запроса и получить отклик, ответ на запрос в виде обработанных числовых, текстовых, картографических и других данных. При этом сам пользователь может не знать, по каким алгоритмам был обработан его запрос, как осуществлялась передача информации, какие модули ГИС были задействованы , по каким каналам и так далее. Для реализации такого метода взаимодействия неподготовленного пользователя с ГИС необходимо разработать специальное
управляющее модельно-алгоритмическое и программное обеспечение для пользователя. Такое программное обеспечение может работать локально на компьютере пользователя, либо устанавливаться на специальном удаленном сервере. Оно базируется на индивидуальных особенностях конкретного пользователя, создавая его модель с точки зрения геоинформационных интересов. Во время работы пользователя происходит постоянная корректировка модели на основании новых поступающих данных и предыдущих запросах к ГИС. Таким образом, модель будет всегда отражать актуальные геоинформационные интересы пользователя.
Разрабатываемая ИСА ГИС является распределенной информационной системой, в которой отдельно выделена роль разработчика (а в процессе функционирования - системного администратора) и конечного пользователя продукта (сервиса). Разработчику (системному администратору), как правило, известно, на какой круг пользователей и решаемых задач ориентирована система. Также разработчик (системный администратор) создает информационное наполнение такой системы, так называемый контент, выбирает, в каком виде и как будет храниться информация, каким образом будут организованы переходы между информационными блоками. При этом основная задача - выбрать правильный способ организации информационного наполнения, способ хранения, способ взаимосвязи блоков информации, способ представления в каждый момент только необходимой конечному пользователю информации, обеспечивая тем самым удобство работы с системой для ее пользователей. Это достигается использованием модели конечного пользователя и предметной области, а также алгоритмом динамического изменения контента в зависимости от состояния системы, как совокупности состояний модели пользователя и модели предметной области.
В основу выполняемой НИР приняты несколько важных принципиальных положений:
- Геоинформационные процессы подвергаются предварительной формализации, разбиению на простые геоинформационные процедуры и типизации этих технологических процедур;
- Каждая процедура реализуется путем создания программного модуля, управляющего процессом обработки на базе стандартного программного обеспечения ГИС;
- Предлагаемый геосервис предоставляется в форме «облачной технологии» через сеть Интернет в категории SaaS (Software as a service -программное обеспечение как сервис);
- Взаимодействие пользователя с ИСА ГИС осуществляется посредством специального интерфейса и программных роботов (www-боты), функционирующих в сети IRC (Internet Relay Chat- Система диалогового общения по Интернету; IRC - протокол, предназначенный для общения в режиме реального времени по Интернету с архитектурой клиент-сервер);
- Рабочее компьютерное устройство пользователя имеет минимальное программное обеспечение, практически только браузер для выхода в Интернет;
например, в качестве такого устройства может быть использован планшетный компьютер.
В соответствии с приведенными концепцией и принципиальными положениями нами предложено новое техническое решение и разработан макет инструментальной справочно-аналитической геоинформационной системы -ИСА ГИС. Это решение защищено патентом Российской Федерации на полезную модель №113599 в 2012 году [1].
Система ориентирована на предоставление специального набора инструментов для осуществления профессиональной ГИС-обработки пользователям, не владеющим геоинформационными технологиями. Это обеспечивается использованием библиотеки стандартных процедур, разработанной на основе формализации технологических процессов и формулирования типовых задач предметной области с позиций методов ГИС-обработки. Библиотека содержит специальные программные процедуры, реализующие технологические процессы ГИС-обработки при решении формальных типовых задач. По сути дела, это специализированные программные роботы (боты), автоматически выполняющий жесткие программы, как для поиска необходимых исходных данных, так и реализующие набор формализованных процессов ГИС-обработки. В соответствии с указанной концепцией, в СГГА выполнены разработки по формализации процессов составления тематических карт[2] и блока представления мультимедийной информации[3].
Структурно, ИСА ГИС реализуется в соответствии с комплексной технологией и состоит из 3-х взаимодействующих технологических подсистем:
- Интерфейсной подсистемы, функцией которой является передача в процедурную подсистему запросов конечного пользователя, получение и отображение выходных документов;
- Процедурной подсистемы, функцией которой является автоматическая обработка справочных запросов, аналитическая обработка, формирование выходных документов и передача их в интерфейсную подсистему;
- Административной подсистемы, функцией которой является подготовка и формирование типовых технологических процедур для автоматической обработки запросов к системе.
Указанные подсистемы размещены на одном или нескольких серверах и соединены между собой и с рабочими компьютерными устройствами пользователей с помощью каналов связи через компьютерную сеть (Рис.1).
Интерфейсная подсистема (1) включает два блока (4, 5), отвечающих за ввод данных и создание изображения на рабочих компьютерных устройствах пользователей (12). Процедурная подсистема (2) включает два блока (6, 7), отвечающих за взаимодействие с пользователем и выполнение аналитических процедур по выбранным типовым результатам с использованием полнофункциональной геоинформационной системы (13). Административная подсистема (3) включает четыре блока (8, 9, 10, 11), отвечающих за хранение
пространственных, атрибутивных данных, служебных данных, управление системой и предоставлением доступа, обеспечивающих формирование и интеграцию в систему программных процедур решения нового типа задач.
Пользователь инструментальной справочно-аналитической
геоинформационной системы в соответствии с собственной задачей пространственного анализа с помощью рабочего компьютерного устройства (12), блока отображения пользовательского интерфейса (5) и блока взаимодействия с пользователем (6) в интерактивном режиме выбирает из набора типовых результатов нужный ему. Набор типовых результатов представляет собой совокупность образцов решения различных типовых геоинформационных задач с возможностью ввода пользователем собственных исходных данных и настройкой параметров отображения результата.
Рис. 1. Принципиальная схема ИСА ГИС
Блок ввода и отображения пространственных и атрибутивных данных (4), входящий в интерфейсную подсистему (1), организует ввод данных пользователем и формирует изображение для вывода результата на рабочие компьютерные устройства пользователей (12). Блок выполнения аналитических
процедур (7) в процедурной подсистеме (2) по выбранному пользователю типовому результату автоматически берет из блока хранения служебных данных (10) технологическую последовательность выполнения задачи и организует взаимодействие с полнофункциональной геоинформационной системой (13), которая выполняет базовые и аналитические геоинформационные процедуры.
Результат выполнения аналитических задач передается в интерфейсную систему (1), которая предоставляет его на рабочее устройство пользователя. При необходимости пользователь имеет возможность с помощью визуальных элементов управления изменить входные данные и настройки отображения итогового результата. В случае, если при решении собственной задачи пользователь не находит нужный образец в наборе типовых результатов, административная подсистема (3) отправляет запрос на создание нового типа задач (9) специалисту в области ГИС-технологий.
Пространственные и атрибутивные данные пользователей могут храниться, как на рабочих устройствах пользователей, так и в блоке хранения пространственных и атрибутивных данных геоинформационной системы (S). Управление инструментальной справочно-аналитической геоинформационной системой осуществляет администратор с помощью блока управления системой и предоставления доступа (11).
Функционирует ЖЛ ГИС в 2-х режимах (рис. 2):
- В режиме решения формализованных задач ГИС-обработки;
- В режиме пополнения библиотеки процедур ГИС-обработки.
Рис. 2. Режимы функционирования ИСА ГИС
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструментальная справочно-аналитическая геоинформационная система. Патент Российской Федерации на полезную модель №113599. Авторы: Лисицкий Д.В., Кацко С.Ю., Писарев В.С., Бугаков П.Ю. Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия».
2. Дышлюк С.С. Научно-методические основы формализации процессов составления тематических карт для реализации в ИСА ГИС. [Текст]/С.С. Дышлюк, О.Н. Николаева, Л.А. Ромашова, С.А. Сухорукова//ГЕО-Сибирь-2011. Т.1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч. 2: сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011, с.45-49.
3. Лисицкий Д.В. Проектирование интерфейса мультимедийного блока инструментальной справочно-аналитической ГИС. [Текст]/ Д.В. Лисицкий, Е.С. Утробина, А.А. Колесников, Е.В. Комиссарова//ГЕО-Сибирь-2011. Т.1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч. 1: сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011, с.205-209.
© Д.В. Лисицкий, 2012
