Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 1 (44) | 2008 Интеграция ГИС-приложения в систему «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области»

    Кузьмина О.А., Шелемотов А.А., Лаборатория геоинформационных технологий ГУ "ААНИИ", Санкт-Петербург, тел.: (812) 352-37-02, e-mail: shel@aari.nw.ru

     

    С 2005 года в практику работ Комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Ленинградской области внедрена информационно-аналитическая система «Особо охраняемые природные территории Ленинградской области» (ИАС ООПТ ЛО, далее ИАС). Статья о ней опубликована в ArcReview №4 (39) 2006, с.6-7.Ее разработчик – Лаборатория геоинформационных технологий государственного учреждения «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт».

    Новые задачи

    В начале 2007 года перед разработчиками была поставлена задача кардинального изменения системы. Развиваясь, ИАС достигла того момента, когда функциональных возможностей используемых приложений стало не хватать. Основными препятствиями к дальнейшему развитию системы стали слабая взаимосвязь фактографических и картографических данных, существенные различия интерфейсов для работы с табличными и картографическими данными. На этот момент представленные в ИАС информационные ресурсы можно было разделить на три группы по типу данных, способу их хранения и основным принципам работы с ними.

    Первую группу составляли разделы c наборами данных фактографической информации, хранящимися в табличном виде: «Установочные сведения», «Ресурсы ООПТ», «Охрана ООПТ», реестры нормативной документации и т.д. Их хранилищем являлась база данных под управлением SQL Server 2000. Работа с этими разделами ведется традиционными для баз данных способами – отбор данных, их просмотр и анализ в виде списков и простых форм, в виде диаграмм или графиков, а также программный анализ и обработка табличных данных. Для данной группы средствами MS Access был разработан пользовательский интерфейс, но он не поддерживал работу с ГИС.

    Ко второй группе относились информационные ресурсы, представленные в виде отдельных файлов – фотографии в формате jpg, тексты нормативных документов, научных работ и отчетов в формате MS Word. Для данной группы использованы стандартные приложения Windows, в том числе программа просмотра рисунков, или их аналоги.

    И третья группа – картографические материалы. Данные этой группы хранились в MS Access. Каждой ООПТ соответствовал свой набор данных и своя база данных. Одной тематике и одной ООПТ соответствовал отдельный проект-карта ГИС. На начало 2007г. для работы с данными этой группы использовалось свободно распространяемое приложение ArcReader от компании ESRI.

    На первой стадии разработки ИАС способ хранения данных и их представления с применением ArcReader был признан оптимальным как по цене, так и в связи с тогда еще небольшим объемом накопленных картографических данных. Однако функциональность ArcReader сильно ограничена. Основным преимуществом является его общедоступность, что было достаточно значимо для пользователей ИАС. Но он не покрывает многие потребности потребителей системы, такие как объектное рисование, текстовые метки, возможность сохранения текущего вида карты, печать карты в нормальном разрешении и ряд других функций. Также в ArcReader отсутствует возможность расширения функциональности, в том числе обеспечение совместной работы с табличными данными, не имеющими картографического отображения.

    В целом, список неудобств и возможных проблем, связанных с использованием раздельных баз фактографических и пространственных данных, достаточно большой:

    • Часть поступающих в систему данных дублируется из-за необходимости их использования в сходных тематических проектах разных ООПТ. Некоторые блоки данных используются и в первой, и в третьей группе информационных ресурсов, что тоже приводило к их копированию;
    • Некоторые данные, поступающие в систему единым блоком, приходилось «разрезать» на части – по количеству баз геоданных;
    • Сложности корректировки данных, связанные с необходимостью одновременного редактирования нескольких баз геоданных;
    • Накопление несоответствий в структуре баз данных (отдельные объекты могли в них присутствовать или отсутствовать) приводило к различиям в легендах тематических карт на разные ООПТ;
    • Отсутствие единой общей структуры базы геоданных по многим объектам исследований усложняло работу разработчиков;
    • Отсутствие единообразия в оформлении тематических карт;
    • Накапливающиеся несоответствия в кодировке справочников.

    Потребности в интеграции

    На данный момент набор предоставляемых ИАС карт включает топографические основы, карты землеустройства и лесоустройства, схемы функционального зонирование территорий, карты полевых наблюдений.

    Определить, к какой группе относятся те или иные данные можно однозначно. В то же время информационные ресурсы, с точки зрения их использования, могут входить во все три группы. Примером может служить раздел лесных ресурсов. Для полного охвата данного раздела необходимы возможность анализа и просмотра его содержимого с помощью традиционных средств работы с базами данных и наличие карты лесоустройства. Кроме того, имеются нормативные документы, научные отчеты и фотографии, имеющие прямое отношение к лесоустройству.

    Потенциал системы постоянно возрастал, соответственно, повышались и требования к ней. По мере развития функциональности ИАС и наполнения ее данными возникла проблема рационального использования растущего объема разнородной информации. Появилась потребность проведения сводных анализов данных, полученных из различных источников, например:

    • Сравнение площадей, утвержденных нормативными документами, с фактическими площадями, полученными в результате полевых работ и отображенными в картографических материалах
    • Анализ метеоусловий конкретных ООПТ по данным, полученным с ближайших метеостанций.

    Такого рода анализ полезен при решении задач актуализации нормативных документов, привязки табличных данных к географическому местоположению и многих других.

    Разнообразие информационных ресурсов, собранных в единой системе, спровоцировало рост интереса пользователей к комплексному анализу данных. Например, рассмотрение наложенных картографических данных лесоустройства, землеустройства и выявленных в процессе полевых работ нарушений режима природопользования позволяет выявить нарушителей режима охраны заказников и памятников природы.

    Пути решения

    При использовании различных приложений, таких как MS Access интерфейс для работы с фактографической базой данных и, например, ArcReader для работы с картографическими материалами, трудно создать удобный для пользователя интерфейс, поддерживающий решение таких комплексных задач.

    В результате, разработчики решили:

    1. Объединить базы пространственных данных, созданные по отдельным территориям
    2. Создать сводный ГИС-проект, включающий картографические материалы различного масштаба и тематики
    3. Обеспечить возможно более тесное взаимодействие фактографической и пространственной баз ИАС
    4. Заменить ArcReader на приложение, полнее отвечающее потребностям пользователя или более удобное с позиций расширения функциональности.

    Объединение баз геоданных в единую корпоративную базу и ее последующее объединение с базой фактографических данных. Корпорация Microsoft предоставляет разработчикам и пользователям свободно распространяемое приложение «эконом класса» – SQL Server Express 2005. Он имеет удобный интерфейс и не имеет ограничений на количество подключений к базе. А компания ESRI в прошлом году обеспечила возможность использовать SQL Server Express в качестве хранилища базы геоданных. Для разработчиков это требует наличия лицензии на ArcSDE или ArcGIS Server, так как свободное использование SQL Server Express не распространяется на создание баз геоданных.

    Разрозненные базы геоданных были объединены под SQL Server Express. Использование единой базы геоданных позволило избавиться от ряда уже перечисленных затруднений (отсутствие единообразия, наличие несоответствий, дублирование данных и т.д.), от источника возможных дальнейших ошибок и помогло существенно оптимизировать работу разработчиков картографических материалов. База фактографических данных также была переведена в эту среду. Такой подход значительно облегчил доступ к пространственным данным из интерфейса ИАС. Теперь система считывает координаты различных точек напрямую из базы геоданных, например, производит расчет ближайших метеостанций, выполняет сравнение площадей, утвержденных нормативными документами, с фактическими площадями, отраженными в базе геоданных и т.п. Все это позволяет более корректно работать с данными и пространственными характеристиками (координаты, площади, протяженность и т.д.), избавиться от возможно допущенных ошибок, вовремя выявить устаревание нормативной документации и многое другое. Еще больше ожидается реализовать в дальнейшем. Предполагается прямое использование пространственной информации по лесоустройству, землеустройству, распространению биологических видов, ввод пространственных данных через интерфейс обычной базы данных по координатным точкам и т.п.

    Объединение тематических карт в единый проект. Объединение разрозненных баз геоданных в единую корпоративную под управлением SQL Server позволило также объединить различные тематические карты по разным ООПТ в единый проект. Для удобства пользователя данные, отображаемые в проекте, были объединены в тематические наборы: топографические основы двух уровней детальности (соответствующих масштабам 1:200 000 и 1:25000), лесоустройство, землепользование, зонирование и полевые наблюдения. Каждый набор может быть включен/выключен независимо от других и является самодостаточным в рамках тематики. Разумеется, такого рода проект получился значительно объемнее отдельных карт по отдельным ООПТ. Для компенсации такого утяжеления проекта было реализовано динамическое отображение наборов данных в зависимости от текущего масштаба окна карты. В результате, при смене текущего масштаба окна карты переход между разными масштабами топографической карты происходит практически незаметно для пользователя. Прочие наборы данных отображаются только в том случае, если выбранный масштаб окна карты позволяет нормально разглядеть объекты. Такого рода объединение позволяет пользователю наглядно увидеть взаимосвязь между различными наборами данных, например, связь неких объектов топографической основы и лесоустройства (рис. 1).


    Рис. 1.
    Объединение тематических карт в единый проект.

     

    Сращивание интерфейсов БД MS Access и ГИС приложений. Использование средств ArcEngine основано на элементах ActiveX – control-ах, которые позволяют просматривать карты различных форматов без установки дополнительных программ. Так, например, встроив ArcReaderControl в свое приложение, можно просматривать опубликованные проекты – файлы формата pmf. MapControl более лоялен к форматам просматриваемых карт, с его помощью можно читать три формата – pmf, mxd и mxt. Использование этих средств позволило расширить функционал основного интерфейса ИАС за счет поддержки отображения картографической информации в формах. Это решило еще одну часть поставленных задач – пользователь получил возможность сразу оценить местоположение интересующего объекта, его размеры и т.д., не совершая дополнительных действий и не дожидаясь открытия дополнительной программы (даже на запуск предельно облегченного ArcReader без карты требуется около пяти секунд). В частности, с помощью MapControl была встроена карта-схема, показанная на рис. 2. К нему «подвязана» облегченная карта, которая содержит только границы административно-территориального деления и границы ООПТ. Выделение интересующей ООПТ выполняется без дополнительных действий пользователя. Программно считываются геоданные по текущей ООПТ, затем, в соответствующем месте карты-схемы, размещается отметка. Аналогичные схемы используются в разделе «Климат» (рис. 3). По мере поступления данных, сходного вида карта (схема распространения биологических видов на территории Ленинградской области) будет разработана для раздела «Биоразнообразие ООПТ» и справочника «Биологические виды».


    Рис. 2.
    Поддержка отображения картографической информации в формах с помощью MapControl.


    Рис. 3.
    Пример отображения карт-схем в разделе «Климат».

     

    Разработка ГИС-приложения

    Однако, использование Control всего лишь расширило возможности и наглядность отображения данных в интерфейсе Access. Ощущение необходимости разработки ориентированного ГИС-приложения появилось практически с самого начала разработки системы. К 2007 году эту необходимость осознали все:

    • Функциональности свободно распространяемых программных продуктов типа ArcReader не хватало
    • Pmf формат был признан неудобным для разработки
    • Стоимость лицензии на использование ArcGIS такова, что заказчики не были готовы пойти на такие затраты;
    • Имелись варианты разработки ГИС-приложения, ориентированного на задачи ИАС.

    Изначально была предпринята попытка встроить в интерфейс ИАС (т.е. в Access) ГИС-приложение, созданное на базе MapControl. Довольно скоро выяснилось, что такие нагрузки Access выдерживает плохо. И было принято решение разрабатывать отдельное ГИС-приложение, но полностью совместимое с основным интерфейсом ИАС. Среда разработки Visual Studio .Net была продиктована самой фирмой ESRI, поскольку в состав комплекта разработчика Engine Developer Kits for .Net Framework входит пакет интеграции в среду Visual Studio .Net.


    Рис. 4.
    ГИС приложение, разработанное в среде Visual Studio .Net

     

    На данный момент это ГИС приложение уже введено в эксплуатацию (рис. 4), хотя его полномасштабная разработка еще не завершена. Пока в основном реализована его базовая функциональность:

    • Легенда и базовые возможности работы с наборами данных (включение/выключение) реализованы с помощью отдельного control – TOCControl;
    • Стандартный для ГИС-приложения набор навигации: zoom in/out (увеличение/уменьшение масштаба карты), fixed zoom in/out (пошаговое изменение масштаба), pan (перемещение карты), full extent (показать все);
    • Дополнительный набор навигации: переход между ООПТ, выделенную ООПТ в центр, показать выделенную ООПТ (во все окно), подсветка выделенной ООПТ на карте;
    • Набор инструментов, характерных для ГИС приложений: identify (идентифицировать), find (найти), measure (измерение расстояний и площадей), hyperlink (вызов связанных с объектами внешних файлов), refresh (перерисовать карту);
    • Сохранение карт.

    Остальной функционал предназначен для работы с графическими объектами:

    • Инструменты объектного рисования (прямоугольник, круг и т.д.);
    • Инструмент для размещения текстовых подписей;
    • Набор средств редактирования свойств графических объектов: изменение цвета заливки, цвета и толщины линий;
    • Панель «формат текста»;
    • Набор инструментов правки: копирование, удаление, вырезание, вставка.

    Часть функционала реализована на базе инструментов MapControl, предоставленных разработчикам фирмой ESRI – identify, find, measure и ряд других. Другие инструменты разрабатывались самостоятельно с помощью ArcObjects (работа с цветом, блок инструментов для работы с текстовыми подписями).

    Приложение не предоставляет пользователю возможности редактирования объектов карты. Данное ограничение было введено намерено, поскольку конечный пользователь ИАС не является разработчиком карт. Также отсутствует возможность открыть с его помощью какую-либо другую карту кроме встроенной – в задачи разработки не входило создание универсального просмотрщика карт форматов ArcGIS. Впрочем, при необходимости, такого рода функционал достаточно легко добавить.

    Дальнейшее развитие

    В конце 2007г. ожидается появление новой версии с существенно расширенными возможностями. Будет реализована работа с PageLayout карты, возможность вывода карт на печать. Планируется добавить еще один инструмент для рисования – «маркер», который применяется в ArcReader. Крайне полезным для пользователя будет возможность изменения прозрачности слоев карты. Будут дорабатываться имеющие инструменты с учетом пожеланий заказчиков. Разработка функций, связанных непосредственно с тематикой ИАС, на данном этапе пока не планируется.

    Практически весь функционал, как уже разработанный, так и запланированный на ближайшее время, не относится к специализированному. Данное приложение можно считать базой для дальнейших разработок, для создания ГИС для самых разных задач. Например, на основе ГИС будет разрабатываться еще одно приложение. Лаборатория геоинформационных технологий ГУ ААНИИ получила заказ на создание ГИС с возможностью обзора климата по данным ближайших метеостанций для произвольно указанной точки на карте. И именно наработанные по ИАС-ГИС материалы будут использоваться в качестве базы для реализации этой задачи.

    В завершение хотелось бы упомянуть о программах, необходимых для разработки и использования такого рода ГИС приложений. Для разработки ГИС приложений нами были использованы:

    1. ArcEngine SDK – для встраивания ГИС функциональности в приложение
    2. ArcGIS Desktop – для разработки самих карт
    3. ArcSDE – для создания баз геоданных под SQL Express
    4. Visual Basic .Net – среда для разработки самого приложения
    5. Framework .Net 2.0 – распространяемый свободно пакет, необходимый для разработок в среде .Net
    6. SQL server Express 2005, распространяемый свободно.

    Первые четыре пункта требуют приобретения соответствующих лицензий. В то же время, при желании, дополнительные затраты конечного пользователя можно свести к минимуму.

    Для использования ИАС-ГИС нужны: ArcEngine Runtime для запуска программ, написанных с использованием ArcEngine SDK; пакет Framework .Net 2.0; SQL server Express 2005. Все они общедоступны.

    Заключение

    Компания ESRI предоставляет очень большой спектр продуктов для самых разных слоев потребителей. Но нам хочется отдельно поблагодарить ее специалистов за возможности, предоставленные независимым разработчикам. Там, где базовой функциональности ГИС не хватает для решения поставленных задач, там, где возникает необходимость работы с данными не только на уровне карт, но и на уровне традиционных баз данных, у пользователей геоинформационных систем есть возможность создания собственных приложений, полностью отвечающих поставленным задачам.




    Версия для печати