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.
Потапов В.П., Гиниятуллина О.Л., Харлампенков И.Е. Кемеровский филиал Института вычислительных технологий СО РАН, Кемерово Рассмотрена технология разработки прикладных геопорталов объединяющая пространственные и табличные данные, средства их обработки для комплексной оценки исследуемой территории. Приводится пример существующих систем мониторинга экологического воздействия угледобывающего предприятия и сохранения биоразнообразия региона. Для актуализации отдельных слоев системы используются данные дистанционного зондирования (мульти и гиперспектральные), которые организованы в виде специализированной БД подключаемой к серверу.
Ключевые слова: геоинформационные системы, пространственные данные, web-приложения, технология, разработка информационных систем.
C 2011 года в Кемеровском филиале Института вычислительных технологий СО РАН (КФ ИВТ СО РАН) возникла потребность в создании Интернет-ресурсов, которые объединили бы в единое целое пространственные данные (векторные и растровые), реляционные базы данных и расчетные комплексы (модели, вычислительные модули). Разрабатываемая система должна была обеспечивать выполнение минимум трех задач:
1. Накапливать данные по нескольким тематикам. 2. Предоставлять доступ к накопленным данным широкому кругу пользователей как в виде электронных карт, так и в табличном формате. 3. Решать прикладные задач в различных областях.
Для обозначения данного класса информационных систем предложено использовать широко известный термин -геопортал. Первым примером геопортала стала информационная система мониторинга экологического состояния территории угледобывающего разреза («Интегрированная информационно-вычислительная система динамической оценки экологического состояния угледобывающих районов (ИИВС ДОЭС)», http://iivs.ict.sbras.ru/bungur/). Система объединяет несколько модулей различного назначения: электронная карта, почвы, водные ресурсы, растительность, атмосфера, модели и пользователи. Основной структурной единицей системы является угледобывающее предприятие, к которому привязываются данные с точек мониторинга и объекты на электронных картах. Рассматриваемая в настоящей статье технология формировалась в процессе создания и развития указанного геопортала.
Стоит отметить, что ранее коллективом авторов получен опыт публикации пространственных данных в сети Интернет на основе программного обеспечения компании (ПО) Oracle. Для хранения данных применялась СУБД Oracle Database [1], за генерацию фрагментов электронных карт и их отображение отвечала связка из Oracle Fusion Middleware MapViewer и Oracle Maps [2]. Рассмотренная комбинация программных продуктов предоставляет разработчику широкие возможности по демонстрации пользователю геоданных и созданию новых Web-приложений, однако обладает очень высоким уровнем связанности компонентов между собой, таким образом, делая замену любого ее звена почти невозможным. К недостаткам также можно отнести специфический подход к поддержке стандартов от Open Geospatial Consortium (OGC) [3] 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. 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. 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, 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. 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).
ЛИТЕРАТУРА