Применение ГИС и веб-технологий для создания интегрированных информационно-аналитических систем

В настоящее время цифровые геопространственные данные активно используются в научных исследованиях и решении большого перечня задач управления территориальным развитием.

Специфика формирования геоинформационных ресурсов обострила актуальность создания проблемно-ориентированных программных средств, интегрирующих универсальные сетевые технологии с ГИС-технологиями, поддерживающими организацию и работу с пространственно-распределенными данными, т.е. создающими интерактивную среду взаимодействия клиентских приложений с ГИС-сервером.

На начальном этапе развития картографические web-серверы обеспечивали лишь выбор и просмотр заданного набора картинок в форматах GIF, JPEG или другом графическом формате. Первым среди подобных серверов считается National Atlas Information Service (NAIS) of Canada. Следующим этапом развития систем для Web-просмотра картографической информации было подключение функций СУБД для взаимодействия с базами данных (БД), содержащими атрибутивные данные карт. Такой подход предъявил более высокие требования к программно-аппаратному обеспечению сервера, однако при этом повысилась эффективность его работы за счет структурированного представления картографических данных [3].

В институтах Иркутского научного центра (ИНЦ) СО РАН научные исследования базируются на уникальных проблемно- и предметно-ориентированных базах пространственных данных по ландшафтам и геосистемам, картографированию природы, хозяйства и населения Сибири (Институт географии СО РАН), геологической среде и сейсмическим процессам (Институт земной коры СО РАН), геохимии окружающей среды и осадочных бассейнов (Институт геохимии СО РАН), электроэнергетическим и трубопроводным систем (Институт систем энергетики СО РАН), биоразнообразию фауны и флоры оз. Байкал (Лимнологический институт СО РАН), физиологии растений, молекулярной биологии и экологии растительных организмов (Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН), дистанционному зондированию поверхности Земли (Институт солнечно-земной физики СО РАН) и т.д.

В настоящее время в данном направлении наиболее актуальны работы по разработке и созданию:

• -    интеллектных методов и инструментальных средств создания, анализа интегрированных распределенных информационно-аналитических и вычислительных систем с применением ГИС, GRID и web-технологий;

• -    единой интегрированной инфраструктуры проблемно- и предметно-ориентированных тематических баз пространственных данных институтов ИНЦ СО РАН;

• -    современных методов и технологий интеграции разноформатных междисциплинарных данных и результатов исследований, базирующихся на пространственных характеристиках и признаках;

• -    централизованного хранилища цифровой топоосновы и картографической информации с удаленным Web-доступом пользователей;

• -    системы сервисов геоданных СО РАН;

• -    новых методов и технологий исследования и обработки пространственных данных, включая разработку логических методов и методов обработки больших массивов данных;

• -    ГИС-портала институтов ИНЦ СО РАН;

• -    методов и средств планирования распределенного решения информационно-вычислительных задач;

• -    специальных баз проблемно-ориентированных и предметно-ориентированных географических данных и знаний для их размещения в Интернет;

• -    новых моделей и методов, базирующихся на результатах натурных наблюдений и на эмпирических данных, включая создание методов и технологий обработки данных дистанционного зондирования;

• -    новых методов и технологий анализа и обработки географических данных и знаний в интегрированных системах геоинформационного картографирования.

В рамках комплексного проекта информатизации науки и образования в ИНЦ СО РАН создана Интегрированная информационно-вычислительная сеть Иркутского научно-образовательного комплекса (ИИВС ИрНОК) с пропускной способностью магистрали до 1Gb/s, а также региональный узел доступа к Сети передачи данных (СПД) СО РАН.

В 2012 году российской компанией «Т-Платформы» на базе ИДСТУ СО РАН реализован проект создания «под ключ» гибридного вычислительного кластера, названного именем известного ученого, директора-организатора института, академика В.М. Матросова. В качестве вычислительных узлов кластера использована универсальная платформа Т-Blade V-Сlass V205S с процессорами AMD Opteron 6276 «Interlagos». Пиковая производительность системы составляет 33,7 Тфлопс. В 16-й редакции (от 27.03.2012) списка Топ-50 вычислительный кластер «Академик В.М. Матросов» занял 26-е место. Суперкомпьютерный центр коллективного пользования, поддерживающий информационно-вычислительное обеспечение фундаментальных и прикладных исследований, проводимых в институтах ИНЦ СО РАН и вузах Байкальского региона.

Таким образом, в ИНЦ СО РАН создана информационно-вычислительная, телекоммуникационная инфраструктура и накоплены уникальные научные проблемно- и предметно-ориентированные геопространственные данные, что служит основой формирования Центра поддержки междисциплинарных научных исследований институтов ИНЦ СО РАН.

В целом отмечается существенный рост потребностей со стороны науки и образования в доступных информационно-вычислительных ресурсах для проведения фундаментальных и прикладных исследований. Это приводит к необходимости интеграции (в том числе с использованием GRID-технологий) пространственно распределенных хранилищ разнородных данных и вычислительных мощностей, организации коллективного доступа к ним.

В связи с этим большой интерес представляют технологии, позволяющие автоматизировать процесс создания комплексных тематических геоинформационных систем.

В рамках формирования основ распределенной информационно-аналитических систем на основе ГИС и веб-технологий реализован ряд проектов для органов государственной власти и местного самоуправления, остановимся более подробно на одном из них:

Программный комплекс ГИС «Инвестор»

С целью повышения инвестиционной привлекательности территорий муниципалитетов и увеличения бюджета городов в России на протяжении ряда лет активно разрабатываются и внедряются инвестиционные карты или геоинформационные системы (ГИС) «Инвестор» [4]. Создание таких систем требует интеграции информации о городской территории, содержащейся в базах данных (БД) и на электронных цифровых картах существующих муниципальных информационных систем (МИС). Геоинформационные системы «Инвестор» являются уникальными для каждого города и не могут тиражироваться. Рассмотрим опыт создания ГИС «Инвестор» г. Иркутска на основе оригинальных технологий и технических решений.

ГИС «Инвестор» г. Иркутска создается для потенциальных инвесторов для обеспечения открытости и доступности информации, необходимой для выбора на территории города объектов, представляющих возможный коммерческий интерес.

Рис. 1. Архитектура ГИС «Инвестор»

Основным элементом ГИС «Инвестор» является информационный web-ресурс, который разработан на основе оригинальных технологий публикации пространственных и тематических данных с использованием механизмов декларативных спецификаций [1]. Остальные составляющие системы предназначены для администрирования и организации взаимодействия с муниципальными информационными системами, являющимися источниками исходной информации (Рис. 1).

В качестве базовой топоосновы используется цифровой Адресный план г. Иркутска, который актуализируется по дежурному цифровому топографическому плану города. Информация для ГИС «Инвестор» автоматически формируется из тематических слоев муниципальной геоинформационной системы г. Иркутска (МГИС). Кроме того, у системы имеется собственная БД, которая предназначена для хранения служебной информации, а также для быстрого добавления табличных данных, получаемых из внешних источников.

Структурно ГИС «Инвестор» состоит из подсистемы web-публикации (web-сервер) под управлением IIS, подсистемы «Администрирование», специальных конверторов, набора тематических и графических данных. Функционально ГИС «Инвестор» обеспечивает визуализацию всех доступных слоев МГИС, с возможностью их включения/отключения, поиском объектов, выбора объекта или группы объектов, отображение семантической информации, интегрированной по всем включенным в выборку слоям карты. Существует возможность печати и вывода в файл информации в соответствии с пользовательским запросом, что удобно для принятия инвестиционных решений.

Модуль Web-публикации – интернет-ресурс, предоставляющий информацию для анализа и оценки реализации проектов перспективного развития территории. Интерфейс представления максимально прост и доступен для восприятия пользователей, визуально компактно организован. Основным визуальным элементом пользовательского интерфейса является цифровой адресный план города.

В ГИС «Инвестор» для web-публикации картографических данных используется формат SMD (Static Map Data) – это оригинальный формат (разработка ИДСТУ СО РАН) представления векторных данных. Формат позволяет эффективно (по времени отображения и времени загрузки информации в память) визуализировать пространственные объекты. Перед публикацией данных подсистема «Администрирования» автоматически проводит конвертацию картографических материалов в этот формат.

Наиболее ресурсоемким и информативным инструментом, реализованным в интерфейсе пользователя, является блок построения запросов, который позволяет создавать отчетные выборки. Для вывода информации об объектах из базы данных используется технология декларативных спецификаций [2]. Одной из разновидностей запросной системы является выборка по произвольной (ограничивающий многоугольник) области (Рис. 2). При выполнении такого запроса формируется отчет по объектам карты указанной области из отмеченных в дереве информационных слоев. По каждому из выбранных слоев вычисляются итоговые значения, а также может выводиться список объектов данного слоя, если выборка выполняется по ограниченной области, содержащей не слишком много таких объектов. При выводе информации об объектах слоя в отчет загружаются данные из таблицы, связанной с ним.

Рис. 2. Возможности запросной системы ГИС «Инвестор»

Пользователи в системе имеют возможность дополнительно просматривать необходимые фрагменты на космоснимках. Разработана технология мониторинга данных на картографических сервисах, которая позволяет просматривать выбранный фрагмент карты на сторонних картографических онлайновых сервисах:

• •    Карты Google

• •    Карты Яндекс

• •    OpenStreetMap Свободная вики-карта мира

• •    Публичная кадастровая карта

При выборе необходимого участка карты в системе пользователь может сделать выбор в пользу нужного картографического сервиса, и ему будут предоставлены данные со сторонних карт.

Заключение

В статье изложен подход для организации инфраструктуры и создания интегрированных информационно-аналитических систем, а также описаны области применения систем подобного рода. Изложены оригинальные подходы и методы по их созданию.