2391.16Kb - G

СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГИОНАЛЬНОЙ ГИС НА
ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ WEB-ПРОГРАММИРОВАНИЯ (на примере
Карасайского района Алматинской области)
Керимбай Н.Н.1, Какимжанов Е.Х.2, Макаш К.К3., Керимбай Б.С.4
Университет Западной Венгрии, Факультет геоинформатики пост докторант
Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби, факультет географии и
природопользования, кафедра географии, землеустройства и кадастра, Ph.D докторант
3
Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби, факультет географии и
природопользования,
кафедра географии, землеустройства и кадастра, старший
преподаватель
2
Казахский Национальный Университет имени Аль-Фараби, НИИ проблем экологии,
ВНС.
Email address:
kerimbay64@Gmail.com (Kerimbay N. N.), erka_7717@mail.ru (Kakimzhanov E. H.),
ziko.52@mail.ru, (Makash K.K.), Bayan.Kerimbay.65@mail.ru,( Kerimbay B.S.).
1
2
Одним из новых методов организации научно-образовательной среды является
создание единого информационного пространства на базе информационно-аналитического
web-портала. В настоящее время эта область только начинает развиваться, и пока нет
общепринятой методики построения подобных систем. Поэтому являются актуальными
задачи разработки новых технологических решений и программных средств для создания
географических информационных систем в сети Интернет, предназначенных для анализа и
моделирования территориально распределенных процессов.
One of the new methods of organizing scientific and educational environment is the
creation of a common information space on the basis of the information and analytical web- portal .
Currently, this area is just beginning to develop , and there is no generally accepted method of
building such systems . Therefore an urgent task to develop new technological solutions and
software for geographic information systems on the Internet, designed for the analysis and
simulation of distributed processes.
В настоящее время наблюдается интенсивное внедрение новых информационных
методов в географические науки. Как правило, это связано с использованием
геоинформационных технологий (ГИС-технологий), которые обладают большими
возможностями отражения, анализа и моделирования географических объектов и явлений
по сравнению с традиционными способами.
Создание картографических и тематических баз данных, разработка и внедрение
географических информационных систем (ГИС) различного иерархического уровня и
территориального охвата невозможно без использования современных информационных
технологий. Их применение позволило вывести решение географических задач на
качественно иной уровень. Это нашло свое отражение в работах С.Н. Сербенюка, А.М.
Берлянта, B.C. Тикунова, А.В. Кошкарева, И.К. Лурье и др [1, 2, 3, 4, 5].
Известно, что топографические и тематические карты являются источником ряда
важнейших гидрографических характеристик рек и их бассейнов, необходимых для
анализа и выявления закономерностей гидрологического режима водных объектов. В то
же время, в имеющихся изданиях водного кадастра приведены далеко не все
гидрографические характеристики рек и их бассейнов и не по всем водомерным постам
(например, средние уклоны бассейнов и главного водотока, густота речной сети и т.д.).
Это связано с ограниченными возможностями традиционных способов определения
гидрографических характеристик водных объектов и их бассейнов.
Внедрение геоинформационных систем и технологий позволяет не только облегчить
и автоматизировать работу, но и существенно расширить использование топографических
и тематических карт, которые содержат большой объем информации, необходимой для
анализа гидрологического режима водных объектов. Сущность географических
информационных систем состоит в том, что они позволяют так или иначе собирать
данные, создавать базы данных, вводить их в компьютерные системы, хранить,
обрабатывать и преобразовывать, а потом выдавать по запросу пользователям чаще всего
в картографической форме, либо в виде таблиц, графиков, текстов. Таким образом,
использование ГИС для создания пространственных и атрибутивных баз данных и
выполнения гидрологических исследований представляется весьма перспективным.
WebGIS относится к географических информационных систем работает на вебвычислительной платформы [6]. Это продукт федерации между ГИС и вебвычислительной платформы характеризуются различными техническими протоколами,
такими как гипертекстовый транспортный протокол (HTTP), поддерживаемых вебсервером и веб-браузером. Текущие WebGlS включают в себя все типы клиентов ГИС,
которые могут взаимодействовать с ГИС-сервера через HTTP и веб-сервисов, таких как
Web Map Service (WMS) [7], Web Feature Service (WFS) [8], а также каталог услуг для Web
(Catalog Service for the Web (CSW)). Технологическое продвижение HTTP и веб-сервисов,
в сочетании с растущей потребностью в геопространственной информации привела
WebGIS из специализированного геопространственной дисциплины в русле
информационных технологий [9]. WebGIS обеспечивает геопространственной
платформой для доставки данных, информации и услуг для широкого круга пользователей
по всей планете.
На глобальном уровне, коммерческие платформы WebGIS, такие как Microsoft, Bing
Maps и Google Earth [10], интеграции глобальных геопространственных данных и
информации для обеспечения популярные, но относительно простые услуги, такие как
просмотр геопространственных данных в 3D, как используется риэлторов и покупателей
жилья , На национальном уровне различные национальные системы, такие как США
Национальная карта [11] и геопространство с одной остановкой (Geospatial One Stop (GOS
2010) обеспечивают платформу для пользователей, чтобы просмотреть и скачать
открытых, доступных наборов данных. Различные органы местного самоуправления
(например, графства) также установили WebGIS в качестве платформы для
предоставления общественных услуг, таких как кадастровая запросов и оценки. В
дополнение к функциям платформы, предоставляемых WebGIS для различных услуг, а
большого количества наборов данных дуги ставят на сайте для облегчения доступа на
основе открытого реестра, обнаружения и интеграции подхода. Например,
распределенной активной Архив центры НАСА (NASA’s Distributed Active Archive Centers
(DAACs)) обеспечивают спутниковых наблюдений массивов данных исследователей и
пользователей глобальной сети через интернет-WebGIS [12]. Правительственные
учреждения, такие как ЕРА [13] и Бюро переписи населения США (U.S. Census Bureau)
[14], а также обеспечить их наборов данных для пользователей в Интернете. Многие
правительства штатов поделиться своими геопространственных наборы данных холдингов
в режиме онлайн через WebGIS. Распространение наборов данных ГИС, вместе со сроком
погашения WebGIS технологий и растущий спрос на использование геопространственных
данных сделать WebGISs популярные платформы, чтобы использовать вебинфраструктуру и геопространственных ресурсов для поддержки принятия решений [15].
Целью статьи является в теоретической разработке и практической апробации
методов построения и использования региональной WEB GIS, ориентированной на
изучение освоенности территории. На основе этой целей решались следующие задачи:
• предложена схема функционального членения региональной ГИС на три уровня уровень исходной информации, программно-аналитический уровень и уровень
представления результатов исследований потребителю информации. Подробно
рассмотрены и даны практические примеры использования языка программирование
(HTML) и языка C# при организации последнего из названных уровней.
• Исследованы возможности использования цифровой ландшафтной карты
применительно к изучению освоенности территории на базе региональной ГИС. Дано
описание двух созданных для этой цели программных модулей, а также приемов ГИСанализа процессов и результатов освоения территории. Приведена сводка результатов
такого анализа, осуществленного в ходе конкретных работ на базе региональной WEB GIS
"Карасайского района Алматинской области".
Достигнутые практические результаты обеспечили широкое внедрение созданных
программных модулей на территории региона, их широкое использование различными
организациями и отдельными лицами. В рамках WEB GIS "Карасайского района
Алматинской области" эти модули помогли собрать, обобщить и вовлечь в научный
оборот качественно новую физико- и экономико-географическую информацию и
обеспечить такие аналитические операции, как, например, расчеты на любых временных
срезах и на территориях любого таксономического ранга широкого спектра показателей.
Объектом исследований является территория Карасайского района Алматинской
области, которая имеет площадь 2,1 тыс. км2. Из них пригодная к сельскохозяйственному
использованию площадь составляет 512,3 тыс. га в том числе 49,3 тыс. га отведено под
пашню, 22,1 тыс. га под пастбища и 1,4 тыс. га сенокосные угодия, 13,2 тыс. га
составляют лесные массивы.
Южная и юго – восточная части района заняты горным массивом (высокогорье
Заилийского Алатау), средняя часть представляет собой очень сложную водораздельную
равнину, а нижняя часть – это предгорно – подгорная равнина с общим уклоном на север.
Самая высокая точка территории района находится на истоке реки Аксай, начинающейся
с пика Айдатау, имеющим 4029 м, который покрыт льдом и снегом. Пик расположен
около границы с Кыргызстаном. В этой западной части Заилийского Алатау находится ряд
гор и перевалов (Ушконыр, Тиккия, Кебеже, Айгайтас, Кокозек, Коктобе, Кумбел,
Каскелен и др.), которые превышают 3000 метровую отметку. Густонаселенная и
плотностью освоенная часть района расположена в пределах 800-1100м высоты над
уровнем моря [16].
Проблема сопряжения всего информационного объема может быть решена при
использовании геоинформационных технологий, которые дают возможность свести все
материалы в единую систему, и обладают большой наглядностью. Но при этом возникают
новые задачи собственно картографического характера, которые также требуют решения.
Прежде всего, необходимо оценить современное состояние этой области картографии,
точнее определить цели и задачи морфометрического картографирования, наметить пути
рационального использования новых технологий и разработать методику их
использования. Этим и определяется актуальность данного исследования.
Производительность становится одним из самых сложных вопросов WebGIS, когда
большие объемы данных и число пользователей вовлечено, особенно когда большое число
пользователей доступ одновременно [17]. В отличие от традиционных ГИС. WebGIS
включает в себя вычислительные компоненты, состоящие из геопространственных
серверов данных, серверов анализа, веб-серверов, компьютерных сетей, и на стороне
клиента взаимодействия пользователей. Каждый из этих компонентов может
потенциально создать узких пределах WebGIS. Поэтому, когда производительность
становится проблемой, стратегии вычислений уровня должны быть развернуты для
решения проблем узких, расположенных на каждой из компонент. В этой главе
рассматриваются проблемы производительности WebGIS систематически вводя аспекты
архитектуры и узких мест, индикаторов, совершенствовании методов и решений.
WebGIS разработан с использованием функции ГИС и веб-вычислительных
платформах. Обе платформы играют важную роль в архитектуре. Упрощенная
архитектура представлена на рисунке 1, где система включает в себя сервер данных,
пространственное сервер, графику (или визуализация) сервер, веб-сервер и веб-браузер.
Каждый из компонентов и их соединений может быть узким местом для WebGIS, таким
образом, при рассмотрении производительности, каждый компонент должен
рассматриваться.
Сложности эффективности включают четыре показателя: время, память, надежность
и совместимость. Различные пользователи имеют различные точки зрения относительно
показателей. Есть другие показатели, такие, как безопасность и удобство, которые могли
бы представлять интерес для некоторых пользователей. Потому что эти показатели дуги
либо достаточно зрелым через рутинный процесс или систематически рассматриваются в
ИТ-областях, мы будет разрабатывать только на четыре отмечалось выше. Мы, однако,
кратко коснуться безопасностью и удобством использования. Безопасность
обеспокоенность тем, что рассматривается в стороне сервера, чтобы убедиться, что
система, данных и обработки функциями WebGIS доступны только для пользователей с
соответствующим приоритетом. Обычно это достигается посредством управления счетах
в администрации сервера. Например, в ArcGISServer [18] конфигурация, настройка карта
настроена, чтобы быть доступным только в редакторе карт, в то время как конфигурация
обслуживание и ремонт могут быть доступны только администратору. Пользователи
могут получить доступ только к опубликованным WebGIS часть [18]. Практические
анализы, как правило, проводится при разработке WebGIS. Практические анализ часто
включает в себя анализ функции требований, графические тесты пользовательского
интерфейса и пользовательских анкеты в дополнение к составлению статистики доступа
пользователей, чтобы найти самые посещаемые функции и обычные привычки обычных
пользователей [19].
Компьютерная сеть (т.е. Интернет)
Web браузер
Монитор и
Пользователь
Геопространственных
протокол
Изображение /
Визуализация
HTTP
Пространственный
анализ
Пространственный
Сервер
Обмен данных
Графический сервер
Доступ данных
Web обслуживание
Сервер
Сообщение
Хранение данных
Серверные данные
Рисунок 1 – Архитектура WebGIS [9]
Использование картографических web-интерфейсов является перспективным
методом организации доступа к широкому классу прикладных систем. Необходимы
программно-технологические решения, которые обеспечивают эффективную передачу
(сокращение трафика) и эргономичную визуализацию картографических данных в
Интернет.
Программа разработана на языке C# .Net4 и состоит из двух проектов Web_Example
и GService. Web_Example – сайт, который запускается первым и в котором находятся
меню, страницы, картинки (Рисунок 2).
Рисунок 2 – Документ Web_Exampli
На главной странице находится карта, которая считывается из шейпфалов,
находящихся в каталоге WebGIS\GService\App_data\ (Рисунок 3).
Рисунок 3 – Документ GService
Эти файлы считываются и показываются с помощью проекта GService. Также есть
возможность чертить линии, многоугольники, ломаные, окружности, увеличивать и
уменшать масштаб карты. Шейпфайлы обычно имеют большой размер. Поэтому, проект
(GService) преобразуют в шейп растр [WMS (OGC Web Map Service)]. Шейп-файлы
преобразуются в изображения в WMS. Изображения имеют размер 20 Кб, в то время как
шейпфайлы имеют размер 100 МБ. Shape-файлы в формате WGS84 загружаются в папку
WebGIS\GService\App_data\. Такие файлы можно создать, используя программу ArcGIS.
Преобразование в формат WGS84:
1) В первые до того чтобы Shapefile мог проецироваться, если проекция не быть
определена, она нуждается в определении проекции: В ArcGIS 9.3, используйте функцию
ArcToolbox "Define Projection» в инструментах управления данными, Проекции и
преобразования;
2) Ввторое преобразовать в WGS84: В ArcGIS 9.3, выберите "Batch Project"
инструмент в инструментах управления данными, Проекции и преобразования, Feature.
(Рисунок 4).
Рисунок 4- Инструмент «Batch Project»
Нажимаем команду добавить и выбераем один или несколько входные
шейпфайлов (Рисунок 5):
Рисунок 5- Выбор шейпфайлов
Перейдите к Output Workspace, выделите нужный каталог, и выберите Добавить
(Рисунок 6):
Рисунок 6- Output Workspace
Выбрать, чтобы установить выходной системы координат:
Выберите Select ... чтобы выбрать предопределенную систему координат для
вывода (Рисунок 7)
Дважды щелкните на Географические системы координат
Дважды щелкните на мир
Дважды щелкните на WGS 1984.prj
и выберите OK (Рисуное 8)
Рисунок 7- Меню Select
Рисунок 8 - WGS 1984.prj
В выходное имя шейпфала добавится "_shp". Например,
проектирования будет fx_shp.sh. (Рисунок 9).
fz.shp
после
Рисунок 9- Вид шейпфайлов
Меню в программе WebGIS состоит из трех частей, они слеующие:
1) Первое странице в меню WebGIS состоить из космического снимка и целевого слойа.
2) Второе полное описания обекта исследованийю Например, описание клмата,
гидрографий, животные и растительное мир и т.д.
3) В третем входить тематические карты, как геоморфологическое карты, почвенные
карты, климатические карты и т.д. (Рисунок 10).
Рисунок 10 – Агроландшафты Алматинской области Карасайского района в системе WebGIS
В результате составлен карта агроландшафтов Алматинской области
Карасайского района и внесен в системе WebGIS.
В качестве теоретического обеспечения автоматизированной системы состояния и
использования земель: разработана классификация программного обеспечения,
применяемого на разных этапах сбора, обработки и интерпретации пространственных
данных, характеризующих состояние и использование земель; разработаны общие
принципы построения автоматизированной системы состояния и использования земель,
предложена ее архитектура:
- разработаны требования, которым должна отвечать WEB GIS в части касающейся
использования единой системы показателей государственного мониторинга земель;
единой картографической основы; единых требований к описанию объекта; требований к
программному обеспечению, применению геоинформационных и WEB-технологий и др-;
рассмотрена программная интерпретация задачи анализа и прогноза использования и
состояния земель на основе соответствующих блоков.
- рассмотрены вопросы информационного обеспечения WEB GIS, в частности,
описания входных и выходных данные WEB GIS, изложены вопросы картографического
обеспечения WEB GIS, даны предложения по составу создаваемой картографической
продукции; рассмотрены методические аспекты применения Web-серверной технологии в
WEB GIS;
К достоинствам предлагаемой схемы построения WEB GIS можно отнести высокую
мобильность и взаимную независимость частей системы. Схема организации
информационного взаимодействия на основе WEB-технологий обеспечивает возможность
создания распределенной информационной системы WEB GIS с удаленным доступом к
районным информационным ресурсам системы и хранилищу агрегированных данных на
центральном сервере системы;
WEB GIS решает широкий круг практических задач, необходимых для дальнейшего
роста социального благополучия населения и экономической стабильности государства;
развития рыночного оборота земли, в том числе в комплексе со связанной с ней
недвижимостью; создания инфраструктуры рынка земли и другой недвижимости;
информационного обеспечения земельного рынка; установления категорий земель,
которые могут быть приватизированы, с одновременным определением земель,
ограниченных в обороте и исключенных из оборота; повышения эффективности
управления земельными ресурсами; развития ипотечного кредитования граждан и других
участников рынка, инвестирующих свои средства в недвижимости, повышение
плодородия почв, обеспечение государственного контроля за рынком земельных
закладных; расширения возможностей аренды земли, находящейся в государственной и
муниципальной собственности; совершенствование процедур предоставления земли под
жилищное и промышленное строительство.
Таким образом, мониторинг состояния и использования земель это лишь одно из
многочисленных направлений, где возникла острая необходимость в применении
современных ГИС-систем по обработке и обмену данными на основе Интернет
технологий для дальнейшего развития. Незаменимым должен оказаться опыт и
разработанные технические комплексы при реализации WEB GIS, которые могут быть
использованы для построения аналогичных автоматизированных систем по другим
направлениям.
ЛИТЕРАТУРЫ
1. СербенюкС.Н. Картография и геоинформатика их взаимодействие. -М.: Изд-во
МГУ, 1990,- 153 с.
2. Берлянт А. М. Географические информационные системы в науках о Земле //
Соросовский образовательный журнал, 1999, № 5 (42), с. 66-73.
3. Тикунов B.C. Географические информационные системы в картографии //
Экологическое картографирование на современном этапе. Кн.1. Л., 1991. - с. 14-17.
4. Кошкарев А. В., ТикуновВ.С. Геоинформатика. М.: Изд-во Картгеоцентр-
Геодезиздат, 1993 -216 с.
5. Лурье И.К. Основы геоинформационного картографирования: учебное пособие.
М.: изд-во Моск. ун-та, 2000. - 143 с.
6. Bambacus M., Yang C., Evans J., Cole M., Alamch N. & Marley S. (2007) ESG: An
interoperable portal for prototyping applications. URISA Journal, 19 (2), 15-21.
7. De La Beaujardière J. (2002) Web Map Service Implementation Specification Part 2:
XML
for
Requests
using
HTTP
POST,
[Online]
Available
from:
http://portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=1118.
8. Vretanos P.A. (2011) OWS 7 Engineering Report – Geosynchronization service
[Online] Available from:
http://portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=39476&passcode=xcj3g0vvpc03eh7y7hsw.
9. Li.W., Yang. C. & Yang. C.J. (2010) An active crawler for discovering geospatial
Web services and their distribution patter – A case stady of OGB Web Map Service.
International Journal of Geographical Information Science. 24 (8). 1127–1147.
10. Butler, D. (2006) The Web-Wide World. Nature, 439 (7078), 776–778.
11. USGS. (2010) [Online] Available from: http://nationalmap.gov [last accessed on 14th
April 2010.
12. NASA. (2010) [Online] Available from: http://eospso.gsfc.nasa.gov/ [last accessed
on 14th April 2010].
13. EPA. 2010. [Online] Available from: http://epa.gov/tribal/datamaps/ [last accessed
on 14th April 2010].
14. USC'B (2010) [Online] Available from:
http://factfinder.census.gov/faces/nav/jsf/pages/community_facts.xhtml#none [last accessed on
14th April 2010].
15. Chaowei Yang. Huayi Wu, Qunying Huang. Zhenlong Li. Jing Li. Wenwen
Li. (2011) Joint Center for Intelligent Spatial Computing and Department of Geography and
GeoInf'ormation Sciences. George Mason University. Fairfax. VA. USA 121-137.
16. Қазақ Совет Энциклопедиясы, 6-том. Алматы, 1975, Б. 534-535.
17. Cao, Y (2008) Utilizing grid computing to optimiz real-time routing. George Mason
University Ph.D. Dissertation. P. 107.
18. ESRI
(2010)
[Online]
Available
from:
http://www.esri.com/softwer/arcgis/arcgisserver/index.html [last accessed on 14th April 2010]
19. Ingensand, J. & Golay, F. (2008) User performance in with Web-GIS: A semiautomated methodology using log-files and streaming-tools. Lecture Notes in Geoinformation
and Cartography. 433-443.
20. Li. W., Yang. C. & Yang. C.J. (2010) An active crawler for discovering geospatial Web
services and their distribution patter – A case study of OGC Web Map Service. International Jornal of
Geographical Information Science, 24(8), 1127-1147.