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. Так, формальные модели процесса закупки ГИС освещены в работах [Goodchild, Rizzo, 1987; Goodchild, 1987]. Кроме того, следует вспомнить, чем мы обычно руководствуем­ся, закупая технику и программное обеспечение. Видимо, опре­деляющим фактором являются преемственность и элементы из­вестности. Например, вряд ли кто закупит оборудование, не совместимое с тем, что использовалось ранее, и начнет работу как бы заново, не используя ничего из того, что было наработа­но. Ориентируемся мы и на то, что уже используется в аналогич­ных организациях. 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; анализа; выдачи.

Каждая подсистема 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. моделями, которые корректно поддерживаются в СУБД и подси­стеме анализа.

Рассмотрим современные подходы к реализации этих подси­стем.

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

Чаще всего такими источниками являются геоинформаци­онные системы, в которых необходимые данные уже имеются, или универсальные программы ввода информации. В этом слу­чае информация или передается 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 чи­
  тать GeoMedia Professional (например, формат Mid/Mif системы
  Maplnfo Professional);
• использовать текстовой формат, в том числе для обмена дан­
  ными с системами глобального позиционирования;
• осуществлять чтение данных напрямую из форматов тех сис­
  тем, для которых имеются соответствующие драйвера. Длясисте­
  мы GeoMedia Professional это: Arclnfo; Arc View; 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 стано­вится 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 вставать 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 записаны позиционная и атрибутивная информации в некотором обменном формате, в какую-нибудь ГИС, называется импортом ее в среду ГИС.

Начнем с того, что подавляющее число широко используемых обменных форматов не передают топологические отношения между объектами. К таким форматам относятся DXF (AutoCAD), MIF (Maplnfo), GEN (Arclnfo), Shape (ArcView), F1-F20V, SXF и т.д. Для нетопологических карт никаких проблем нет; раз они не учи­тывают топологии, то, стало быть, возможностей упомянутых форматов в этом случае вполне достаточно. А как быть с тополо­гическими ГИС? Для них возможны два подхода:

1) использование обменных форматов, передающих топологи­ческие отношения (например, S57 —формат международной гид­рографической организации);

2) импорт с использованием нетопологического обменного формата и построение топологии в ГИС.

Еще одна проблема при обмене данными — это взаимодей­ствие систем, работающих с аналогичными по сути материалами, например топографическими картами масштаба 1: 50 000, 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 Роскартографией, 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 инфор­
  мации;
• сетевая организация с файл-серверным режимом доступа к
  данным и многопользовательским режимом обновления атрибу­
  тивной информации;
• сетевая организация с файл-серверным режимом доступа к
  данным и многопользовательским режимом обновления метри­
  ческой информации;
• сетевая организация с клиент-серверным режимом доступа к
  данным и многопользовательским режимом обновления инфор­
  мации, записанной в формате сервера;
• сетевая организация с клиент-серверным режимом доступа к
  данным и многопользовательским режимом обновления инфор­
  мации, с сервером, поддерживающим работу с данными в раз­
  личных форматах;
• Инетнет-Интранет-режим с пассивным клиентом, позволя­
  ющим выполнять запросы к серверной информации;
• Инетнет-Интранет-режим с активным клиентом, позволяю­
  щим 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, к их защите и надежности системы (за-

щиты 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 ГИС 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 опять же различны.

Не всегда имеющееся программное обеспечение 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 нами из книги [Konecny, 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. Превышение этого оптимального числа может быть лишь помехой. Организация работы бригад по созданию программ­ного обеспечения современных географических информационных систем должна исходить из следующих основных принципов:

1. задание распределяется таким образом, чтобы над относи­
тельно самостоятельными его разделами работали небольшие груп­
пы людей;

2. во главе проекта и каждой группы стоит руководитель, ко­
торый принимает участие во всех этапах реализации. Обычно у
него есть заместитель, работающий с ним в течение всего перио­
да реализации и являющийся соучастником всех решений; в слу­
чае необходимости он заменяет руководителя в решении вопро­
сов, касающихся отдельных частей проекта;

3. остальные члены бригады действуют совместно в качестве
программистов либо обеспечивают разного рода службы при ком-

пыотере в качестве составителя документации, контролера, заве­дующего библиотекой программ, секретаря, а также следят за вы­полнением проекта, а в случае необходимости исполняют обя­занности системного аналитика, представителя заказчика и т.д.

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. Она соответствует представлению сети в виде коллекции пространственных объектов.

Основные преимущества модели геометрической сети, по мне­нию разработчиков, следующие:

• упрощается редактирование сетей. Корректное добавление
  объектов обеспечивается правилами связности сети;
• сетевые пространственные объекты могут представлять слож­
  ные части сети, например переключатели;
• Arclnfo содержит комплект готовых решателей для простого
  и сложного сетевого анализа;
• база геоданных использует двойственное представление ли­
  нейных систем, состоящее из геометрической и логической сетей;
• геометрическая сеть всегда связана с логической сетью, ко­
  торая является графом, представляющим сеть и состоящим из
  элементов — ребер и соединений.

Совместно эти два представления сети обеспечивают развитую модель данных для хранения и анализа линейных систем.

Центральной частью логической сети является таблица связ­ности, которая описывает, как связаны сетевые элементы.

Каждая строка таблицы связности указывает все смежные со­единения вместе с ребрами, которые их связывают. С помощью таблицы связности поддерживается целостность сети.

Естественно, что логическая сеть содержит также таблицу со­единений и таблицу ребер.

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 ребра и простое и сложное соединения.

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 — соединение, через которое в сеть поступает про­дукт. Сток — 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 модели атрибутивных данных. В настоящее время, как уже говорилось, в ГИС применяются следующие модели атрибутивных данных: ре­ляционная (записи фиксированного формата); объектно-ориен­тированная; объектно-реляционная.

По мнению Р. Ф.Томлинсона, каждая из этих моделей имеет свои преимущества и недостатки.

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

Недостатки: 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: эта модель является компромиссом между объек­тно-ориентированной и реляционной моделями. Не происходит инкапсуляции данных.

Средства связи пользователя со средой ГИС {интерфейс пользо­вателя) — очень важный элемент функционирования всей сис­темы. Пользователь может непосредственно или с помощью опе-

ратора взаимодействовать с ГИС, например обращаясь к базе дан­ных, а может в качестве конечного пользователя использовать 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 большинстве случаев использовались английские сло­ва, но сейчас почти весь программный продукт предлагается пользователю русифицированным. Для не владеющих английским языком было сложно в точности, соблюдая все правила орфогра­фии и пунктуации, набирать разнообразные команды, учитывая еще и то, что число команд может приближаться к тысяче;

меню — текстовые или пиктографические, позволяющие 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 его «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

1. Назовите три основные категории управленческой деятельности.

2. Как изменяются характеристики информации в трех основных ка­
тегориях управленческой деятельности (положение источников, грани-

цы, уровень обобщения, актуальность, точность, частота использова­ния)?

3. Назовите основные этапы проектирования информационно-управ­
ляющей системы с базирующейся на ГИС.

4. Назовите критерии качества информационной системы.

5. Как формируется и какие сведения содержит «Общий список вход­
ных данных»?

6. Как оцениваются требования к функциональным возможностям
системы?

7. Какие параметры качества данных должны быть описаны на этапе
определения требований к используемым данным?

8. Какие причины могут привести к потере данных в ГИС? Какие
решения могут обеспечить сохранность информации?

9. Какие специалисты обеспечивают функционирование ГИС-проекта?

10. Какие документы определяют правила создания и движения ин­
формации в ГИС?

11. Из каких позиций складывается стоимость ГИС-проекта?

12. Какими могут быть выгоды от внедрения ГИС?

13. Какие могут быть риски при реализации ГИС-проекта?