Проектирование GUI веб-ориентированных ГИС агропромышленного комплекса: стандарты и технологии веб-разработки

DOI:

Научно-технический прогресс и динамика привлечения инвестиций в высокотехнологичные отрасли задают вектор государственной политики на внедрение цифровых технологий в аспекты деятельности ключевых отраслей экономики в качестве фундаментальных основ устойчивого развития. С учетом деградации состояния окружающей среды важным аспектом интеграции цифровых технологий в экономикобразующие отрасли, в частности, в сферу сельского хозяйства, является применение современных способов бережливого и экологичного производства. Мировая практика показывает, что актуальность внедрения IT – стратегий и решений в бизнес-процессы предприятий агропромышленного комплекса обусловливается необходимостью повышения устойчивого развития, эффективности его функционирования, а также снижения негативного влияния на окружающую среду за счет изменений качества управления технологическими процессами. Одним из реализуемых направлений IT – стратегий выступает применение геоинформационных систем [1-5].

К вопросу о применении ГИС

В стек технологий, применяемых на сельскохозяйственных предприятиях и закрепленных в стратегии цифровой трансформации как на федеральном уровне, так и на региональном, в частности, в стратегии цифровой трансформации отрасли сельского хозяйства Красноярского края, входят геоинформационные системы (сокращенно – ГИС), которые являются одной из наиболее перспективных технологий в сельском хозяйстве. Актуальность внедрения геоинформационных систем в аспекты деятельности предприятий агропромышленного комплекса обуславливается рядом преимуществ, выраженных в следующих положениях.

Традиционные способы управления бизнес-процессами сельскохозяйственных предприятий являются эффективными, но существует ряд проблем и ограничений их применения, большинство которых решаются посредством интеграции современных технологий и инновационных подходов. Одной из характеристик информационного общества является увеличение объема информации и возрастание ее роли в аспектах деятельности агропромышленного комплекса, что делает актуальным вопрос качественной обработки и аналитики, т.к. только качественные характеристики входных данных (полнота и объем, точность, валидность, релевантность, актуальность, изменчивость и верифицируемость) могут обеспечить эффективное функционирование предприятий сельского хозяйства. Помимо качественных характеристик входные данные должны находиться в одной системе и иметь координатную точность. Для интеграции, обработки и совместного анализа различных пространственных показателей и описательных данных применяются прикладные системы, специализирующиеся на работе с пространственной информацией, к которым относятся ГИС. В мировой практике, в частности и в Российской Федерации, ГИС используются для создания и обновления карт, а также для пространственного анализа данных, что позволяет получить информацию о распределении различных объектов и их характеристиках на определенной территории; для управления земельными ресурсами, обеспечивая точные и актуальные данные о границах земельных участков, их статусе, правах собственности и возможных ограничениях; для планирования и управления инфраструктурой, что помогает определить оптимальные маршруты, места установки объектов и возможные проблемы в инфраструктуре; для мониторинга и анализа состояния окружающей среды и использования природных ресурсов, позволяя отслеживать изменения в состоянии почвы, воды, воздуха, растительности и животного мира, а также определять источники загрязнения и возможные последствия для экологии; для оценки производственных рисков, анализа взаимосвязей различных факторов, влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур. Возможности и гибкость этих систем обеспечивают их применимость на различных уровнях ведения хозяйства [6-9].

Терминологические аспекты

Геоинформационная система - это система, функциями которой являются различные операции с данными, в частности, сбор, хранение, интеграция, анализ и графическая интерпретация пространственно-временных данных (геопространственные данные, геоданные), а также связанной с ними атрибутивной информации о представленных в системе объектах. Источниками пространственно-временных данных и информации (в частности, метаданных) об объектах ГИС являются картографические материалы, данные дистанционного зондирования, результаты геодезических измерений, данные государственных статистических служб и данные стационарных измерительных постов наблюдений, краудсорсинговые данные, геоданные открытых источников [10].

Веб-ориентированная информационная система представляет собой клиент-серверное приложение. Клиентскую часть системы реализует браузер, который отвечает за реализацию пользовательского интерфейса, формирование запросов пользователя к серверу и обработку полученных ответов. Серверная часть (хранение, защита и доступ к данным, прием входящих запросов, формирование и отправка ответов на запросы пользователей) реализуется веб-сервером.

Геоинформационные системы являются одним из видов информационных систем и в классификации ГИС систем по аппаратной платформе геоинформационные системы, использующие клиент-серверную технологию и Web-технологии, называются как ВебГИС. В таких системах данные хранятся на сервере и становятся доступными через клиентское приложение (браузер). Считается, что данный вид ГИС является наиболее перспективным с точки зрения развития среди прочих.

Основа веб-ГИС - картографическая информация о хозяйстве на базе ГИС-технологий с широко развитой структурой информационных слоев, непосредственно связанных со специализированными БД.

Унифицированная схема функционирования ГИС состоит из следующих блоков: ввод исходных данных (атрибутивная и графическая информация), визуализация исходных данных, пространственный анализ и моделирование, визуализация и редактирование результатов, вывод результатов пользователю в поддерживаемых системой форматах.

Унифицированная структура ГИС состоит из ядра, подсистемы импорта и экспорта данных, средств расширения функционала и графического интерфейса пользователя.

Взаимодействие веб-ориентированной геоинформационной системы и пользователей представляется в виде иерархии следующих слоев:

• •    Пользовательский слой (пользовательский интерфейс или GUI) – слой, который предоставляет пользователям веб-сайта возможность взаимодействовать с геоинформационной системой (включая веб-сервисы и БД) через клиентское приложение (браузер). В пользовательский слой заложены совокупность правил и методов реализации программно-аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с геоинформационной системой.

• •    Функциональный слой – это слой, в котором заложен набор программных компонентов, обеспечивающих взаимодействие между пользовательским интерфейсом и базой геопространственных данных, для выполнения различных операций, включая формирование запросов пользователя к серверу, прием входящих запросов, формирование и отправку ответов на запросы, хранение, защиту и доступ к данным.

• •    Информационный слой – это хранилище геопространственных данных (пространственные объекты, атрибуты и метаданные), которые используются в геоинформационной системе и применяются для создания карт и выполнения пространственного анализа.

• •    Коммуникационный слой представляет собой набор алгоритмов и методов, которые позволяют обрабатывать и анализировать геопространственные данные (для принятия решения (или выводов) по результатам анализа), а также визуализацию и экспорт обработанных данных [11-13].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Веб-ГИС - это геоинформационные системы, доступ к которым осуществляется через интернет. Веб-ГИС предоставляют возможность работать с геоданными в режиме онлайн, что позволяет быстро получать актуальную информацию и обмениваться ею между различными предприятиями и организациями. В веб-геоинформационные системы агропромышленного комплекса можно интегрировать ряд современных технологий, для обеспечения их наилучшей эффективности в соответствии со слоями ГИС. В рамках исследования рассматриваются стандарты и технологии веб-разработки при работе с пользовательским слоем и геопространственными данными при проектировании GUI.

Современные веб-ориентированные геоинформационные системы должны предоставлять возможность пользователям легко и удобно взаимодействовать с системой, поэтому при проектировании необходимо учитывать свойства UI/UX дизайна. При выборе инструментальных средств разработки пользовательского интерфейса также необходимо руководствоваться рядом критериев, в частности, архитектурой сайта, состоящей из клиентской (реализация пользовательского интерфейса, формирование запросов пользователя к серверу и обработка полученных ответов) и серверной (хранение, защита и доступ к данным, приём входящих запросов, формирование и отправка ответа на запросы пользователей) частей и требуемых от веб-ориентированной информационной системы функций, текущих тенденций, наблюдаемых в веб-разработке и веб-стандартов, используемых для разработки, корректного функционирования и поддержки системы.

При проектировании и создании GUI веб-ориентированных геоинформационных систем рекомендуется применение и внедрение следующих стандартов и технологии Web-разработки.

• 1.    Проектирование и разработка интерфейса.

• •    Использование последних версий таких базовых веб-технологий, как языка гипертекстовой разметки HTML (релиз № 5), языка описания внешнего вида веб-страниц CSS (релиз № 3) и кроссплатформенного объектно-ориентированного языка скриптов JavaScript.

• •    Использование библиотек и frontend фреймворков: библиотека Bootstrap предоставляет готовые компоненты интерфейса, стили, шаблоны и компоненты, frontend фреймворки Angular, React и Vue используются для создания гибких интерфейсов, имеют обширные библиотеки компонентов и утилит.

• •    Надстройки кроссплатформенного объектно-ориентированного языка скриптов JavaScript: надстройка TypeScript добавляет статическую типизацию, что позволяет писать более безопасный код, упрощая поддержку и масштабирование.

• 2.    Работа с геоданными.

• •    Облачные вычисления: веб-геоинформационные системы могут быть размещены на облачной платформе, что обеспечивает их доступность и масштабируемость.

• •    Одноранговые сети позволяют осуществлять быстрый и надежный обмен данными между пользователями системы без необходимости использования централизованных серверов.

• •    Технологии блокчейн могут быть использованы для обеспечения безопасности и неизменности хранимых данных.

• •    Бесшовная интеграция с другими системами и базами данных используется для обеспечения эффективного обмена данными и информацией.

• •    Работа с Big Data. Веб-геоинформационные системы должны быть способны обрабатывать и анализировать большие объемы данных для получения полезной информации.

• •    Применение протокола HTTPS обеспечивает безопасное соединение между пользователем и сервером, защищая данные пользователя.

• •    RESTful API: Геоинформационные системы предоставляют доступ к своим данным через API, основанные на стандарте REST, который определяет набор методов для взаимодействия пользователя с системой.

• •    GeoJSON: формат данных, который используется для представления географических данных, позволяя обмениваться геоданными между различными приложениями и платформами.

• •    Фреймворки для работы с геоданными на стороне сервера (разработка серверной логики, интеграция с базами пространственно-временных данных): GeoDjango (Python-фреймворк), Node.js (среда выполнения кроссплатформенного объектно-ориентированного языка скриптов JavaScript).

• •    Библиотеки для работы с пространственно-временными данными и графическими объектами (обработка, анализ): RGeo (Ruby-библиотека), Shapely (Python-библиотека), GeoAlchemy (PostgreSQL), GeoNode (GeoDjango), Leaflet (библиотека JavaScript).

• •    Онлайн-платформы для работы с геопространственными данными (создание и редактирование карт, загрузка и визуализация, экспорт): CartoDB, Mapbox.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможности и гибкость веб-ориентированных геоинформационных систем обеспечивают их применимость на различных уровнях ведения хозяйства, способствуя повышению устойчивого развития, эффективности его функционирования, а также снижению негативного влияния на окружающую среду. Реинжиниринг компонентов существующих систем с учетом трендов веб-разработки и инновационных решений поможет сделать эти системы еще более эффективными.