Технология организации доступа к геопространственным данным в World Wide Web.

Министерство образования Республики Беларусь

 

Учреждение образования

«Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

 

 

Физико-технический факультет

 

контрольная работа № 1

 

по дисциплине: «Геоинформационные технологии в системах управления»

 

Вариант 21

 

 

Выполнил: студент 5 курса

Группы СЗП-ИИТ-122, заочного отделения

Специальности информационно-измерительная техника

Якусик Сергей Юрьевич

 

 

Проверил преподаватель:

 

Авласевич Наталия Тадеушевна

 

Гродно, 2016 г.

 

Технология организации доступа к геопространственным данным в World Wide Web.

 

Геопространственные данные с самого начала развития Internet органично вписались в его информационное наполнение. Это стало возможным благодаря не только их потенциально высокой востребованности со стороны разнообразных пользователей, но и тому, что геоинформатика и ГИС своевременно подготовили для использования в Internet структурированные массивы цифровой информации, разнообразные методические и технологические решения их представления, обработки и перестройки. На ранних стадиях развития информационных технологий в WWW картографическая информация предоставлялась клиенту в виде предопределенного перечня доступных для выгрузки карт. Масштаб, покрываемая территория, тематическое наполнение и полнота покрытия были четко определены и не могли быть изменены. Такой подход не мог претендовать на комплексность решения; к тому же он мало подходил для поддержки возможностей анализа геоинформационных данных. Современная методика отображения геопространственных данных в Internet основывается на предоставлении пользователю возможности динамически менять центральную точку и масштаб изображения, управлять видимостью отдельных информационных слоев, строить различного рода тематические карты, осуществлять сложные варианты пространственного поиска, комбинировать объекты с помощью операций булевой алгебры. Обеспечение подобных функциональных возможностей накладывает серьезные требования к системам публикации данных. При построении таких систем в WWW, на предоставляющем динамические геопространственные данные сервере должен выполняться набор сервисов, обеспечивающих поддержку всевозможных запросов клиента и посылающих ему очередную порцию информации в соответствии с текущим состоянием параметров проекта.

Сложность и комплексность систем во многом определяется данными, с которыми они работают, а также теми задачами, которые необходимо решить, чтобы преобразовать входные данные в иной, необходимый пользователю формат. Исходным для ГИС является набор векторных и ассоциированных с ними атрибутивных данных, а конечное представление должно отвечать потребности пользователя в получении твердой копии документа. Реализовать подобную технологическую цепочку в Internet можно двумя способами:

· Растрирование и преобразование вектора в изображение на сервере. Этот способ наиболее прост в реализации и позволяет клиенту увидеть данные на странице в виде картинки (image) или элемента формы ввода типа изображение (input image).

· Пересылка клиенту векторной информации как таковой. В этом случае клиентская сторона должна быть оснащена специальным программным обеспечением, позволяющим отображать данные этого векторного формата.

Каждый из этих методов используется в настоящее время различными системами публикации геоданных в WWW. Безусловным преимуществом первого из них является то, что он позволяет клиенту обойтись без процедуры установки дополнительных модулей визуализации данных специфического векторного формата. С другой стороны стандартные элементы гипертекстовой разметки не позволяют в полной мере обеспечить потребности, возникающие при визуализации геопространственных данных. Необходимо также отметить, что размеры векторных файлов, как правило, существенно меньше размеров растрированных изображений, покрывающих ту же самую территорию. Кроме того, географические объекты в векторном формате могут легко быть ассоциированы с атрибутивной информацией.

Рассмотрим подробнее первый способ: для обеспечения возможности удаленного доступа к геопространственным данным в Internet необходимо преобразование этих данных в формат, удобный для передачи в сети и визуализации на клиентской стороне Internet браузером. Такими форматами в настоящее время являются графические растровые форматы gif, jpeg, png. Информация, представленная в одном из этих форматов это графическое изображение, которое может быть легко помещено на WWW-страницу путем добавления стандартного тэга. Параметры отображаемой геопространственной информации, такие как масштаб карты, ее центральная точка, тематическое наполнение, количественный состав информационных слоев могут быть динамически изменены пользователем, что приводит к необходимости использования не просто статической растровой картинки, а элемента формы типа изображение - тэг. Это позволяет отследить последовательность действия пользователя на клиентской стороне и преобразовать его взаимодействие с элементами формы в запросы к серверу на получение нового варианта растровой картинки в соответствие с новыми требуемыми значениями параметров отображения. Так при задании в качестве активного инструмента процедуры перемещения центра и уменьшения масштаба в два раза, нажатие пользователем на клавишу мыши при положении курсора в пределах изображения карты приводит к посылке на сервер события обработки формы. При этом координаты пикселя элемента, на котором было произведено нажатие, передаются в качестве параметров события. Сервер преобразует полученные координаты нажатия в реальные географические координаты на земной поверхности в соответствие с текущей установленной проекцией. После чего происходит операция повторного растрирования векторных данных, но уже с использованием новых параметров для центра отображаемой зоны и масштаба. Затем новое полученное изображение предается клиенту и подменяет собой старое на HTML-странице. Подобным образом реализуется динамика отображения данных.

Сам геоинформационный сервер при получении запроса на отображение конкретной области интереса пользователя производит операцию растрирования векторной геопространственной информации. Осуществление подобной операции основывается на взаимодействии Internet-сервера со специальным программным обеспечением, отвечающим за выдачу определенного участка данных по заданным параметрам запроса. Такое ПО может функционировать как на локальном, так и на удаленном по отношению к серверному компьютере. Функционально оно обычно строится на основе элементов управления ActiveX. ActiveX элементы интегрируются в операционную систему и предоставляют программный интерфейс в виде определенного набора методов для организации повторного использования некоторого куска программного кода, представленного как OLE-объект. Разработка управляющих элементов ActiveX для их реализации в области ГИС представляется крайне эффективным решением. Потребность в интегрировании картографической информации возникает при решении широкого круга задач в сфере информационных технологий: от использования офисных приложений до организации систем слежения за военными объектами в реальном времени. На сегодняшний день функциональные возможности ActiveX-элементов ничуть не уже возможностей окончательно законченных комплексных ГИС. Этот факт позволяет разработчикам создавать специализированные приложения, в наилучшей мере учитывающие особенности предметной области и имеющие возможности для вывода и проведения анализа по геопространственным данным. ActiveX-элементы легко встраиваются в приложения, написанные с использованием Visual Basic, Delphi, Visual C++ или других объектно-ориентированных языков. Интегрирование таких элементов возможно также и в системы управления базами данных для организации совместного использования данных из различных источников. При этом управление выборкой данных осуществляется с помощью языка скриптов.

 

Функциональные возможности систем публикации геопространственных данных в Internet

Функциональные возможности, предоставляемые системами публикации геопространственных данных в Internet, принципиально мало отличаются от тех, которые доступны при использовании самих базовых ГИС. Традиционными задачами, решаемыми в ГИС, являются обработка и анализ геопространственных данных с целью отображения на карте, плане или схеме местности. Результатами анализа, как правило, являются параметры относительного сравнения тех или иных участков земной поверхности по каким-либо характеристикам (плотности населения, вероятности загрязнения промышленными отходами, устойчивости зоны приема радиосигналов, качеству обслуживания клиентов). Проведение такого сравнения и получение в качестве результата наглядного представления о превалировании или просто об отличии одних объектов и другими называется построением тематических карт (thematic mapping). Другой важной задачей, решаемой при помощи геоинформационных систем, является геокодирование - связывание записей базы данных, содержащих некоторую информацию о географическом положении того или иного объекта с реальным векторным элементом (точкой, линией или полигоном), т. е. нахождение их местоположения на земной поверхности. Геокодирование проводят по трем основным параметрам:

· по адресу: базовый набор данных содержит направленную сеть улиц с присвоенными названиями и номерами домов;

· по границам: базовый набор данных содержит информацию по странам, областям, природным образованьям и пр. Результатом геокодирования будет центральная приблизительная точка, характеризующая площадной элемент;

· по Zip-коду: актуальный для США способ геокодирования по почтовым центроидам.

Родственной геокодированию является задача поиска графического объекта по известным атрибутивным данным. На установленном масштабе система отображает найденный объект, позиционируя центральную точку окна отображения таким образом, чтобы она совпадала с центроидом геометрического объекта.

Важной вопросом при задании символизации геопространственных объектов является выборка некоторого подмножества из исходного набора данных. Основой для выбора являются либо значения атрибутивных данных, либо пространственное взаиморасположение одного или нескольких объектов (выборка всех объектов, пересекающих заданный). Также, как правило, пользователю дается возможность выбрать объекты путем прямого указания, путем охвата определенного набора объектов круговым, квадратным или произвольным площадным контуром.

Немаловажным аспектом полноценного функционирования ГИС является возможность подключения к существующему набору векторных данных растровой или матричной информации. Сканированные растровые изображения или фотографии часто используются в качестве подложки для оцифрованных векторных данных. Матрицы, как правило, представляющие собой цифровые модели рельефа местности, служат как основа для других данных в процессе присвоения им третьей пространственной координаты - высоты. Результатом такого присвоения является реальная трехмерная модель участка местности с наложенными поверх информационными слоями (гидрография, растительность, дорожная сеть, населенные пункты, линии связи).

Для решения вышеперечисленных задачи в рамках подсистемы публикации данных в Internet, разработчикам приходится создавать программные интерфейсы с базовыми элементами управления ГИС. Немаловажным фактором является также разработка пользовательского интерфейса для представления элементов управления на HTML-странице.

Варианты организации поиска геопространственных данных

Одним из важнейших вопросов, решаемым при начале работы с геоинформационной подсистемой в Internet, является локализация некоторой области интересов во всем множестве предоставляемых данных. Решением этой задачи является грамотная организация процедуры поиска географических объектов. Варианты выдаваемых пользователем запросов поиска весьма разнообразны. Поэтому от того, насколько грамотно будет организована поисковая система геоинформационного сервера, во многом зависит его популярность, а следовательно и окупаемость. Для построения картографических поисковых систем на базе Internet можно предложить два подхода:

· постепенная детализация отображаемой информации путем уменьшения масштаба карт. При этом локализация нужного участка земной поверхности производится пользователем вручную, путем указания нового центра очередного участка изображения;

· задание пользователем имени объекта (целиком или частично) и выбор одного из найденных вариантов. Для выбранного объекта автоматически вычисляется центр и масштаб отображения (центральная точка выводимого участка карты, как правило, совпадает с центроидом объекта, а масштаб вычисляется на основе минимального ограничивающего прямоугольника).

Преимуществом первого варианта является простота реализации, однако он малоэффективен, так как пользователь далеко не всегда знает, где географически расположен интересующий его объект. Тем не менее, этот подход используется в том случае, когда требуется получить четко определенный уровень детализации отображаемый информации на определенном масштабе. При этом подбирается дискретный ряд масштабов и для каждого из них выбирается тематическая насыщенность слоев карты и символизация каждого слоя.

Второй вариант наиболее универсален. Он позволяет на основе атрибутивной информации осуществлять поиск практически любого географического объекта. Построение системы поиска на его основе ведет к увеличению количества запросов к базе геопространственных данных. Первоначально выдается некоторый пробный список вариантов, удовлетворяющий введенному пользователем шаблону поиска. При этом для сужения круга предоставляемых вариантов, тематика предоставляемых объектов, как правило, выбирается перед началом поиска: нет смысла в выводе в едином списке названий городских улиц и морских заливов. Далее пользователем выбирает из предоставленного списка объект, наиболее полно удовлетворяющий критерию поиска. Для этого объекта строится еще один геопространственный запрос, определяющий его центроид и Minimum Boundary Rectangle (MBR) - минимальный ограничивающий прямоугольник. Сложность подобной операции заключается в том, что зачастую географический объект представляет собой топологически сложный комплексный векторный элемент, состоящий из нескольких более простых. Поэтому задача определения границ видимости объекта и их соотнесение с параметрами окна отображения (размерами элемента <IMG> на HTML-странице) достаточно сложна.

Оценка задач и потребностей пользователя

Основная задача, встающая перед пользователем при работе в Internet - это получение интересующих его данных. Потребность в геоинформационных данных день ото дня растет, поскольку необходимость в соотнесении семантических данных и геопространственной информации о них все время увеличивается. Ежедневно в мире происходит множество событий, имеющих конкретную географическую привязку. Обеспечение возможности визуализации картографической информации на требуемый участок земной поверхности становится насущной задачей в WWW. Помимо простого получения информации о географическом местоположении некоторого объекта зачастую у пользователя возникают задачи качественной оценки геопространственной информации. Подобные задачи решаются с помощью тематического картографирования: визуализации объектов с использованием различной символизации (размер, цвет, тип заливки) на основе ассоциированных с ними атрибутивных данных. Часто возникают задачи обнаружения ближайшего объекта по отношению к заданной точке или нахождения кратчайшего пути по дорожной сети. Такие задачи требуют построения сложных геопространственных запросов к базе данных с целью выборки тех объектов, которые наиболее полно удовлетворяют критерию поиска.