Выбор программного обеспечения ГИС

Имеется множество публикаций с оценками применяемых технических средств и ГИС-пакетов для разнообразных проектов и задач. Однако психологические аспекты их выбора рассматриваются гораздо реже.

Значительное влияние на выбор оказывает также программное обеспечение аналогичных организаций. Реклама, конечно, играет некоторую роль, но вот какова ее доля в процессе принятия решений, оценить довольно трудно.

Как известно, в ГИС выделяют четыре основные подсистемы:

ввода данных;

хранения данных;

пространственного анализа;

выдачи данных. '

Каждая из этих подсистем может быть по-разному организована и построена на различных программных продуктах. Использование тех или иных возможностей, кроме всего прочего, определяется моделями данных, принятыми и реализованными в системе, т. е. теми моделями данных, которые корректно поддерживаются в СУБД и подсистеме анализа.

Рассмотрим более подробно современные подходы к реализации этих подсистем.

Подсистема ввода данных. Исходными данными служат карты, планы, снимки. Источниками сведений при создании конкретной системы могут быть кроме карт также другие внешние источники, позволяющие получить цифровые данные.

Чаще всего такими источниками являются другие ГИС, в которых необходимые данные уже имеются, или универсальные программы ввода информации. В этом случае информация передается или через обменные форматы, или (если это позволяют системы) импортируется из них в форматы создаваемой системы, или, наконец, используется в формате исходной системы без конвертации, если программные средства создаваемой системы имеют специальные модули или драйверы, обеспечивающие работу с данными в форматах других систем.

Например, если работа будет осуществляться в системе GeoMedia Professional, то необходимые данные можно:              . вводить непосредственно в системе; вводить, используя векторизаторы, например EasyTrace, с сохранением в одном из обменных форматов, которые может читать GeoMedia Professional (например, формат Mid/Mif системы Maplnfo Professional); читать, используя текстовой формат, в том числе и для обмена данными с системами глобального позиционирования; читать напрямую из форматов тех систем, для которых имеются соответствующие драйверы. Для системы GeoMedia Professional это:

—Arclnfo —ArcView Framme Maplnfo -MGE -CAD.

Другим классом источников данных являются различные датчики, в том числе приемники глобального позиционирования (ГЛОНАСС или НАВСТАР).

Важным классом систем, в которых производится подготовка данных для ГИС, являются системы специализированной обработки материалов дистанционного зондирования, прежде всего системы фотограмметрической обработки и дешифрирования информации.

Все более популярным источником получения данных является Интернет-Интранет. В этом случае речь идет об информационных системах широкого пользования в качестве источников информации.

В зависимости от предполагаемой схемы ввода и обновления данных должно быть выбрано ПО, позволяющее приводить все материалы к согласованному виду и возвращать их партнерам в приемлемом для них виде. При этом может возникнуть проблема обмена цифровыми картами между различными ГИС.

Обменными форматами данных называются правила кодирования позиционной и атрибутивной информации вне среды ГИС.

Преобразование данных из внутреннего представления системы в другой формат называется экспортом данных. Наоборот, ввод содержимого файла, где записана позиционная и атрибутивная информация в некотором обменном формате, в какую-нибудь ГИС, называется импортом ее в среду ГИС.

Подавляющее число широко используемых обменных форматов не передают топологические отношения между объектами.

Еще одна проблема при обмене данными — это взаимодействие систем, работающих с аналогичными по сути материалами, например, топографическими картами масштаба 1:50000, при описании которых использованы разные правила цифрового описания и классификаторы. Так, в течение 2000—2001 гг. решалась проблема обмена данными между Военно-топографическим управлением Генерального штаба РФ и Роскаргографией, поскольку составленные ими классификаторы объектов топографических карт масштабов 1:25 000 и 1:50 000 отличались примерно на 30 %. При этом в обоих случаях при составлении классификаторов использовался один и тот же документ — Условные знаки топографических карт.

Подсистема хранения данных. Реализация этой подсистемы зависит от варианта организации работы пользователей с системой.

Возможны следующие варианты: локальное рабочее место; сетевая организация с файл-серверным режимом доступа к данным без многопользовательского режима обновления информации; сетевая организация с файл-серверным режимом доступа к данным и многопользовательским режимом обновления атрибутивной информации; сетевая организация с файл-серверным режимом доступа к данным и многопользовательским режимом обновления метрической информации; сетевая организация с клиент-серверным режимом доступа к данным и многопользовательским режимом обновления информации, записанной в формате сервера; сетевая организация с клиент-серверным режимом доступа к данным и многопользовательским режимом обновления информации, с сервером, поддерживающим работу с данными в различных форматах; Интернет-Интранет режим с пассивным клиентом, позволяющим выполнять запросы к серверной информации; Интернет-Интранет режим с активным клиентом, позволяющим выполнять обновление информации на сервере.

До недавнего времени при организации хранения данных в ГИС позиционная и атрибутивная составляющие хранились в разных СУБД, при этом обе СУБД не являлись коммерческими, а были частью ГИС. На следующем этапе для хранения и обработки атрибутивной информации стали использоваться коммерческие СУБД, при этом появилась возможность с одной и той же ГИС использовать разные СУБД в зависимости от требований к объемам и скорости обработки данных, их защиты и надежности системы (защиты от разрушений, несанкционированного проникновения и использования материалов). Одной из таких СУБД для большинства ГИС является Oracle.

И наконец, на современном этапе коммерческие СУБД во многих географических информационных системах используются и для хранения позиционной информации.

Требования к системе в отношении используемой СУБД в основном определяются схемой работы системы и требованиями к надежности работы. Понятно, что, например, система земельного кадастра для крупного города будет сетевой и должна иметь практически 100%-ю надежность. Навигационная система автомобиля, скорее всего, будет реализована для работы на персональном рабочем месте (в автомобиле) и требования к ее надежности будут существенно ниже.

Подсистема пространственного анализа и визуализации результатов анализа. Первые две подсистемы несомненно являются важными подсистемами ГИС, но без подсистем пространственного анализа, а также визуализации и вывода они не были бы ГИС. Возможности пространственного анализа в различных системах различны.

Не всегда имеющегося программного обеспечения достаточно для решения всех задач, стоящих перед проектом. Необходимо дописывать некоторые фрагменты и модули.

При создании оригинального программного обеспечения любопытны рекомендации по организации работы программистов, заимствованные авторами из книги [М.Копеспу, К. Rais, 1985]. Так, организация работы должна отвечать не только размерам поставленной задачи, но и возможностям участников работы; при этом следует помнить, что так называемый метод «монгольской орды» не может быть использован; иначе говоря, каждому проекту, каждому этапу отвечает некоторое оптимальное число людей, с толком участвующих в работе.

Возможности программного обеспечения при выполнении анализа данных определяются, кроме всего прочего, теми моделями данных, которые позволяет использовать система. Поэтому самые современные разработки (Arclnfo 8.* и др.) поддерживают большой набор моделей данных.

Одним из наиболее сложных элементов в моделях данных Arclnfo 8! является новая сетевая модель данных — геометрическая сеть.

Геометрическая сеть — это набор классов объектов, Участвующих в линейной системе. Геометрическая сеть соответствует представлению сети в виде коллекции пространственных объектов.

Основными преимуществами модели геометрической сети по мнению разработчиков являются следующие: упрощается редактирование сетей. Корректное добавление объектов обеспечивается правилами связности сети; сетевые пространственные объекты могут представлять сложные части сети, например, переключатели; Arclnfo содержит комплект готовых решателей для простого и сложного сетевого анализа; база геоданных использует двойственное представление линейных систем, состоящее из геометрической и логической сетей; геометрическая сеть всегда связана с логической сетью, которая является графом, представляющим сеть и состоящим из элементов — ребер и соединений.

В геометрической сети может участвовать любое число классов пространственных объектов. Например, один класс соединений (города) и два класса ребер (основные рельсовые пути и маршруты грузовых автомобилей).

Эта модель включает четыре типа сетевых объектов: простое и сложное ребро и простое и сложное соединение.

В приложениях для инженерных коммуникаций направление потока по ребрам должно быть встроенной частью сети. При определении направления указывается, совпадает ли оно с направлением пространственного объекта или противоположно ему, а кроме того вводятся два особых вида соединений — источники и стоки.

Источник — это соединение, через которое в сеть поступает продукт. Сток — это соединение, через которое весь попавший в него поток продукта удаляется из сети.

Это далеко не полное описание новой модели данных, которая необходима для характеристики всего многообразия сетевых объектов: дорог, инженерных коммуникаций, сетей, линий электропередач и др.

Важным звеном в организации данных в ГИС являются и модели атрибутивных данных.

В настоящее время, как было отмечено выше, в ГИС применяются следующие модели атрибутивных данных: реляционная (записи фиксированного формата); объектно-ориентированная; объектно-реляционная.              '

По мнению Р.Ф. Томлинсона, каждая из моделей имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим их более подробно.

Реляционная модель. Достоинства: простая структура; была оптимизирована для возможностей построения запросов и анализа; работает быстро и эффективно благодаря прямому доступу к данным. Около 90 % всех данных в мире хранятся именно в этой модели данных.

Недостатки: модель дает ограниченное представление реального мира; обладает ограниченной гибкостью построения запросов и управления данными.

Объектно-ориентированная модель. Достоинства: обеспечивает очень сложное представление реального мира; поддерживает множественные уровни обобщения, объединения и ассоциации; хорошо сочетается с методами имитационного моделирования; возможно множественное синхронное обновление (контроль версий).

Недостатки: комплексные модели более сложны для разработки и построения (критическим является выбор объектов); сложно производить обмен с другими базами данных (импорт и экспорт); большие и сложные модели замедляют скорость работы.

Объектно-реляционная модель. Достоинства: объекты являются факультативными по отношению к реляционной модели и используются главным образом для поддержания целостности реляционной базы данных и для создания специального режима работы; расширенные таблицы реляционной базы данных используются для документирования правил атрибуции, сетевых правил, правил деления и слияния, а также правил построения пространственных отношений.

Недостатки: является компромиссом между объектно-ориентированной и реляционной моделями; не происходит инкапсуляции данных.

Средства связи пользователя со средой ГИС (интерфейс пользователя) являются очень важным элементом функционирования всей системы. Пользователь может непосредственно или с помощью оператора взаимодействовать с ГИС, например, обращаясь к базе данных, а может в качестве конечного пользователя применять материалы в своей работе, допустим, принимая архитектурные решения на основе ряда предложенных вариантов, даже не представляя, каким путем эти варианты были созданы. Запросы подразделяют на явные и неявные: например, двойной щелчок мыши на объекте задает неявным образом вывод на экран содержательных сведений о нем, что заранее запрограммировано производителем программного обеспечения. Для явных запросов используются диалоговые окна или какой-либо специальный язык запросов, например SQL. Принято выделять несколько типов интерфейсов: команды — специальные записи, которые оператор должен набрать в командной строке, например сору (копировать файл), print (распечатать файл), sort (сортировать файлы) и т.д. Для этих целей ранее в подавляющем числе случаев использовались английские слова, но сейчас почти весь программный продукт пред лагается пользователю русифицированным. Для пользователей, не владеющих английским языком, представлялось сложным точно, соблюдая все правила орфографии и пунктуации, набирать разнообразные команды, учитывая еще и то, что число команд может приближаться к тысяче; меню — текстовые или пиктографические — позволяют выбрать какую-либо команду из возможного в данное время их перечня, задаваемого словесно (текстовые меню) или в виде схематизированной или символической фигурки, например изображения принтера (пиктографические меню); окна — одновременный или последовательный вывод на экран изображений или текста (в том числе и гиперизображений и гипертекста, когда отдельные выделенные объекты или слова как бы переводят пользователя на другой уровень и дают более детальное изображение, объяснение термина и др.). Причем в разных окнах может демонстрироваться один и тот же объект, допустим при разных углах его наклона, с изменением масштаба, с «разрезом» по профилям и т.д.; комбинированные способы — иногда сочетающие сразу все ранее упомянутые типы интерфейсов. Эффективны диалоговые подходы, позволяющие путем выбора ответов на вопросы достигать требуемого результата.

Активно развиваются сенсорные (осязательные) методы интерфейса, когда пользователь прикосновением пальца к высвечиваемому на экране меню управляет работой компьютера.

Контрольные вопросы Назовите три основные категории управленческой деятельности. Как изменяются характеристики информации в трех основных категориях управленческой деятельности (положение источников, границы, уровень обобщения, актуальность, точность, частота использования)? Назовите основные этапы проектирования информационно-управ- ляющей системы, базирующейся на ГИС. Назовите критерии качества информационной системы. Как формируется и какие сведения содержит «Общий список входных данных»? Как оцениваются требования к функциональным возможностям системы? Какие параметры качества данных должны быть описаны на этапе определения требований к используемым данным? Какие причины могут привести к потере данных в ГИС? Какие решения могут обеспечить сохранность информации? Какие специалисты обеспечивают функционирование ГИС-проекта? Какие документы определяют правила создания и движения информации в ГИС? Из каких позиций складывается стоимость ГИС-проекта? Какими могут быть выгоды от внедрения ГИС? Какие могут быть риски при реализации ГИС-проекта? Назовите основные различия проектирования карты и ГИС.