The technology of development of applied geoportals combining spatial and tabular data, means of their processing for a complex estimation of the investigated territory is considered. An example of existing systems for monitoring the environmental impact of a coal mining enterprise and preserving the biodiversity of the region is given. To update the individual layers of the system, remote sensing data (multi and hyperspectral) are used, which are organized as a specialized database connected to the server.
отображение пространственных данных: GeoServer + OpenLayers. разработка приложений: язык Java + контейнер сервлетов Tomcat. клиент: HTML + CSS + JavaScript (jQuery + Bootstrap).
Представленное ПО достаточно хорошо известно, активно развивается сообществом и имеются примеры его использования в работах ряда коллективов институтов СО РАН [4-5]. Используя его можно построить цепочку (рис. 1), которая обеспечит отображение пространственных данных по запросу от клиента.
Рис. 1. Взаимодействие компонентов отображения пространственных данных.
Однако рассмотренная комбинация решений не содержит средств управления компоновкой и хранения сформированных электронных карт, контроля доступа к ним со стороны разных групп пользователей. Исходя из указанных недостатков предложен и реализован специальный компонент «Электронные карты» информационной системы. В качестве основной идеи взят принцип организации слоев, применяющийся во многих настольных геоинформационных системах, например, ArcGIS, QGIS. Таким образом в компоненте выделяем три основные сущности: 1. Слой – экземпляр пространственных данных, соответствует слою в GeoServer, таблице в базе данных или файлу. Задается через обязательные название и ключ для получения данных по протоколам WMS, WFS, содержит дополнительные параметры для правильного отражения в списке слоев, определения реакции на нажатие пользователем и т.д. 2. Категория (группа) – позволяет объединить несколько близких по смыслу слоев, используется только для организации карты. 3. Карта – структурированный категориями список слоев, который предоставляется для отображения пользователю. В рамках карты определяется порядок вывода данных и их видимость по умолчанию.
На рис. 2 представлен фрагмент пользовательского интерфейса с электронной картой и панелью управления слоями дополненной поясняющими подписями.
Рис. 2. Фрагмент электронной карты с панелью управления слоями.
27 Так как различные электронные карты могут отображаться в разных модулях системы, то для решения этой задачи в компонент «Электронные карты» добавлена возможность управления списком страниц. Каждая страница идентифицируется через свой URI, к которому привязывается подготовленная карта. Дополнительно могут накладываться ограничения на основе прав доступа пользователя в систему.
Вторым компонентом информационной системы является средство администрирования (управления) данных, основную часть которого составляет CRUD-приложение (create, read, update, delete — «создать, прочесть, обновить, удалить») [6]. Разработка таких модулей является длительным рутинным процессом, требующим написания большого количества однообразного кода. Для ускорения этого этапа разработки геопортала была выбрана библиотека Spring Framework с дополнением в виде инструмента быстрого прототипирования Spring Roo [7]. Данное средство позволяет сгенерировать приложение на основе ранее подготовленного сценария и интерактивно перестраивать код при вводе новых команд. На его основе разработан алгоритм создания CRUD-модулей (схематично отражен на рис. 3), включающий следующие шаги: 1. Разбиение будущего геопортала на отдельные модули, выбор их названий и структуры взаимодействия. 2. Подготовка информационной модели классов каждого модуля, например, с помощью диаграммы классов в нотации UML, схем баз данных. 3. Разработка и тестирование сценариев Spring Roo для каждого модуля (App). 4. Генерация программного кода и его тестирование. 5. Слияние готовых блоков в единое «большое» приложение (Big App) и его тестирование. 6. Внедрение компонента «Электронные карты». 7. Публикация геопортала в сети Интернет/Интранет.
Рис. 3. Схема построения приложения.
Отметим, что в актуальной версии Spring Roo 2.0.0 можно упростить шаги 3 - 5 и сразу перейти к созданию «большого» приложение, однако на практике целесообразно отрабатывать каждый блок отдельно. Полученные в результате отдельные командные сценарии можно слить в один файл и получить цельное приложение после выполнения нужных команд.
Третий компонент геопортала, предназначенный для решения прикладных задач, представляет собой набор сервисов. На основе сравнения множество стандартов для организации взаимодействия удаленных приложений в сети Интернет, среди которых можно выделить SOAP [8], REST [9], XML-RPC [10], для запуска вычислений выбран протокол Web Processing Service (WPS) [11], который располагает всеми необходимыми инструментами (таблица 1). Основным преимуществом WPS является наличие средств описания своих сервисов и полная поддержка пространственных типов данных. К недостаткам стоит отнести узкую специализацию. В настоящее время создано и активно развивается множество программных решений, Название Независимость
от языка Независимость от платформы Транспорт Протокол сообщений Описание сервисов Поддержка геоданных реализующих протокол WPS, среди которых выбран GeoServer WPS [13] (язык Java, содержит ряд встроенных процедур обработки данных, возможно расширение возможностей). Данное решение обосновано стремлением сократить число компонентов необходимых для построения и функционирования геопортала.
При создании непосредственно вычислительных модулей предложен следующий порядок работы. Сначала создается консольное приложение и выполняется тестирование расчетных алгоритмов. Далее подготавливается прототип интерфейса, формируются фильтры пользовательского ввода. После выполнения этих операций на основе подготовленного шаблона (содержит стандартный программный код для сопряжения с API GeoServer WPS) разрабатывается конечный WPS-сервис.
Сравнение протоколов организации удаленных вычислений.
WPS SOAP REST
XML-RPC
XML, JSON и любой тип MIME Формального нет Формального нет + + HTTP XML + + + HTTP
XML XML (собственная схема), WSDL
HTTP, SMTP,
JMS + + XML WSDL +/+ + HTTP +/Таким образом рассмотренная выше технология позволяет достаточно просто и оперативно создать прикладной геопортал. Для этого разработчику необходимо в первую очередь сконцентрироваться на предметной области, построении ее модели и реализации средств обработки данных. Предложенное решение упрощает процесс создания средств администрирования данных и отражения их на электронной карте. На основе данного подхода в КФ ИВТ СО РАН уже разработана ИИВС ДОЭС, Информационно-аналитическая система «Сохранение биоразнообразия» (http://biodiv.ict.sbras.ru:8080/redbook/), планируются другие системы. Тем не менее технология не лишена недостатков и ее необходимо развивать дальше. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-45-420277-р_а). [1] Oracle Database 12c Release 2. http://docs.oracle.com/database/122/index.htm (дата обращения 20.06.2017). [2] Fusion Middleware User's Guide for Oracle MapViewer. http://docs.oracle.com/middleware/12212/lcm/JIMPV/toc.htm (дата обращения 20.06.2017). [3] OGC Standards and Supporting Documents – каталог международных стандартов.
http://www.opengeospatial.org/standards (дата обращения 20.06.2017). [4] Якубайлик О. Э., Кадочников А. А., Токарев А. В. Программно-технологическое обеспечение геопространственных веб-приложений // Инфраструктура научных информационных ресурсов и систем: Сб. избр. науч. ст. Тр. IV Всерос. симпозиума (С.-Петербург, 6–8 октября 2014 г.) / Под ред. Е. В. Кудашева, В. А. Серебрякова. В 2 т. М.: ВЦ РАН, 2014. Т. 2. С. 107-115. [5] Гордов Е.П., Титов А.Г., Притупов А.А., Ботыгин И.А. Разработка веб-гис приложения для вычисления коэффициента корреляции для климатических и метеорологических характеристик // Известия Томского политехнического университета. 2014. Т. 325, № 5. С.91-98. [6] Martin James Managing the Database Environment. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1983, p. 766. ISBN 0135505828.