Учебно-методический комплекс дисциплины
|
Скачать 1.61 Mb.
|
Лекция № 4 Системы управления базами данных, способы их интеграции с ГИС. Цифровые карты. Система управления базами данных (СУБД) – совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных. Основные функции СУБД управление данными во внешней памяти (на дисках); управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша; журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев; поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными). Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты: ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию, процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода, подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД, а также сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы. Классификации СУБД По модели данных Примеры: Иерархические Сетевые Реляционные Объектно-ориентированные Объектно-реляционные По степени распределённости Локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере) Распределённые СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах). По способу доступа к БД Файл-серверные В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. СУБД располагается на каждом клиентском компьютере (рабочей станции). Доступ СУБД к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на процессор файлового сервера. Недостатки: потенциально высокая загрузка локальной сети; затруднённость или невозможность централизованного управления; затруднённость или невозможность обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Применяются чаще всего в локальных приложениях, которые используют функции управления БД; в системах с низкой интенсивностью обработки данных и низкими пиковыми нагрузками на БД. На данный момент файл-серверная технология считается устаревшей, а её использование в крупных информационных системах – недостатком. Примеры: Microsoft Access, Paradox, dBase, FoxPro, Visual FoxPro. Клиент-серверные Клиент-серверная СУБД располагается на сервере вместе с БД и осуществляет доступ к БД непосредственно, в монопольном режиме. Все клиентские запросы на обработку данных обрабатываются клиент-серверной СУБД централизованно. Недостаток клиент-серверных СУБД состоит в повышенных требованиях к серверу. Достоинства: потенциально более низкая загрузка локальной сети; удобство централизованного управления; удобство обеспечения таких важных характеристик как высокая надёжность, высокая доступность и высокая безопасность. Примеры: Oracle, Firebird, Interbase, IBM DB2, Informix, MS SQL Server, Sybase Adaptive Server Enterprise, PostgreSQL, MySQL, Caché, ЛИНТЕР. Встраиваемые Встраиваемая СУБД – СУБД, которая может поставляться как составная часть некоторого программного продукта, не требуя процедуры самостоятельной установки. Встраиваемая СУБД предназначена для локального хранения данных своего приложения и не рассчитана на коллективное использование в сети. Физически встраиваемая СУБД чаще всего реализована в виде подключаемой библиотеки. Доступ к данным со стороны приложения может происходить через SQL либо через специальные программные интерфейсы. Примеры: OpenEdge, SQLite, BerkeleyDB, Firebird Embedded, Microsoft SQL Server Compact, ЛИНТЕР. Лекция № 5 Проблемы выбора ГИС для решения туристских и рекреационных задач. Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы. Аппаратные средства. Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров. Программное обеспечение ГИС. ПО ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных (DBMS или СУБД); инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам и функциям. Данные. Это наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных, а также может использовать СУБД, применяемые многими организациями для упорядочивания и поддержки имеющихся в их распоряжении данных Исполнители. Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы. Методы. Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации. Лекции № 6, 7, 8 ГИС как средство принятия решений в системе управления туристской деятельностью. ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.  Рисунок 1. Послойное представление географической информации в ГИС. Любая географическая информация содержит сведения о пространственном положении, будь то привязка к географическим или другим координатам, или ссылки на адрес, почтовый индекс, избирательный округ или округ переписи населения, идентификатор земельного или лесного участка, название дороги или километровый столб на магистрали и т.п. При использовании подобных ссылок для автоматического определения местоположения или местоположений объекта (объектов) применяется процедура, называемая геокодированием. С ее помощью можно быстро определить и посмотреть на карте где находится интересующий вас объект или явление, такие как дом, в котором проживает клиент туристической компании или находится нужная организация, памятное место где произошло историческое событие и имеющуюся об этом информацию, по какому маршруту проще и быстрее добраться до нужного пункта или дома и т.д. Векторная и растровая модели. ГИС может работать с двумя существенно отличающимися типами данных - векторными и растровыми. В векторной модели информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата координата). Местоположение точки (точечного объекта), например памятника, описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат. Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов. Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами. Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки. Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных. Лекция № 9 Создание приложений, представление результатов анализа и использование электронных карт. ГИС общего назначения, в числе прочего, обычно выполняет пять процедур (задач) с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию. Ввод. Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ, данные можно вводить с помощью дигитайзера. Некоторые ГИС имеют встроенные векторизаторы, автоматизирующие процесс оцифровки растровых изображений. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами. Манипулирование. Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. Управление. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД), специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных) (см. рис. 5). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях. Запрос и анализ. При наличии ГИС и географической информации можно получать ответы как на простые вопросы (Кто владелец данного земельного участка, отеля, курорта? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты? Где количество номеров в данных гостиницах?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Где есть места для строительства нового кемпинга? Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств. С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу "что будет, если…". Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения. Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько домов находится в пределах 100 м от этого водоема? Сколько покупателей живет не далее 1 км от данного магазина? Какова доля доходов от туристического бизнеса в казну города с данного участка побережья? Есть ли участки зон отдыха недостаточно обслуживаемые сервисными службами? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога. Визуализация. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными. Связанные технологии. ГИС тесно связана с рядом других типов информационных систем. Ее основное отличие заключается в способности манипулировать и проводить анализ пространственных данных. Хотя и не существует единой общепринятой классификации информационных систем, приведенное ниже описание должно помочь дистанциировать ГИС от настольных картографических систем (desktop mapping), систем САПР (CAD), дистанционного зондирования (remote sensing), систем управления базами данных (СУБД или DBMS) и технологии глобального позиционирования (GPS).Системы настольного картографирования используют картографическое представление для организации взаимодействия пользователя с данными. В таких системах все основано на картах, карта является базой данных. Большинство систем настольного картографирования имеет ограниченные возможности управления данными, пространственного анализа и настройки. Соответствующие пакеты работают на настольных компьютерах - PC, Macintosh и младших моделях UNIX рабочих станций. Лекция № 10 Классические ГИС профессионального уровня. Классические ГИС настольного типа (Atlas GIS, ArcView, Mapinfo, WinGis). В настоящее время геоинформационные системы (ГИС) завоевывают все большую популярность в различных областях науки и экономики. ГИС сейчас можно встретить практически в любой сфере деятельности - от экологического мониторинга до службы транспортных перевозок. Вместе с тем ясно, что было бы абсурдным выдвигать перед пользователями ГИС требование быть еще и специалистами в области геоинформатики. Для большинства пользователей геоинформационные системы - не более, чем инструмент для решения их повседневных задач. Очевидна необходимость в настольных геоинформационных системах, то есть ГИС класса desktop. Одним из важнейших критериев массовости является наличие версии программного продукта для PC, которые составляют около 60% работающей вычислительной техники в мире, и, наверное, более 90% в России. Другой важный критерий, особенно актуальный для России - невысокая стоимость систем указанного класса, из которых в России и СНГ наиболее известны: ArcView (ESRI), MapInfo (MapInfo Corp.), Atlas GIS (Strategic Mapping Inc.), GeoGraph (ЦГИ ИГ РАН), Sinteks/Tri (Трисофт), WinGIS (Progis). Указанные системы отличает не слишком высокие требования к аппаратной платформе (процессор от 386 и, в среднем, около 8 Мб оперативной памяти) и относительная простота в освоении. Данные Первое, с чего начинает пользователь при выборе ГИС - средства представления данных. Сами собой возникают три вопроса: - какие модели и форматы пространственных данных система поддерживает? - какие базы данных могут быть использованы? Типы пространственных данных как эти два типа информации могут быть связаны друг с другом, или с другой информацией? Из пространственных данных во всех рассмотренных системах применяются векторные и растровые, в некоторых - поверхности и сети. Два первых типа заслуживают детального рассмотрения как наиболее распространенные. Типы пространственных данных Векторная информация Структура Векторная информация представляют собой набор слоев (покрытий), каждый из которых содержит ряд векторных объектов (как правило, точек, линий и полигонов). Такая концепция - концепция слоев - поддерживается во всех рассматриваемых ГИС, но с некоторыми вариациями. Так, в одних системах каждый слой однороден, то есть содержит в себе объекты только одного типа - например, точки. В других системах в слое могут лежать объекты различных типов. В целом, это непринципиально, кроме случаев, когда речь идет о визуализации информации. Однако на однородность слоев все же следует обратить внимание, так как это теоретически может быть необходимым условием решения одних задач и препятствием для решения других. Подготовка Несколько слов о подготовке векторной информации. Средства ввода и редактирования графической (метрической) информации редко бывают встроены в ГИС desktop-класса, Так, отечественная разработка GeoGraph обычно поставляется с картографическим редактором GeoDraw (самостоятельный программный продукт), в котором выполняется не только ввод графической информации, но и ее географическая привязка, а также присоединение атрибутивной таблицы. Если средства редактирования и присутствуют, то лишь как дополнение к функциональной части системы. На пример, в популярном пакете ArcView есть встроенный редактор шэйпов (shapes) (shapefile - собственный объектно-ориентированный нетопологический формат, воспринимаемый ArcView помимо покрытий Arc/Info), но он, на мой взгляд, не может рассматриваться как профессиональное средство создания карт, поскольку имеет весьма ограниченный набор функций. В большинстве случаев графический редактор по отношению к ГИС является отдельным продуктом. Отображение Итак, множество объектов на карте перекрывается при их отображении, и требуется как-то отличать отдельные элементы карты. Для этого их отображают по-разному, о чем сообщается в легенде карты - дающей информацию о способе визуализации объектов. Отображение может быть различным в зависимости от того, к какому слою принадлежат объекты на карте (линейные - дороги и реки отображаются по-разному), или в зависимости от некоего количественного или качественного параметра, связанного с самим объектом (точечные - города, размер пунсона на карте зависит от количества населения). Легенда несет в себе информацию о том, каким цветом и каким заполнителем будут обозначены в разных слоях полигоны, каким типом линии проведены линейные объекты, какими значками показаны точные объекты и т.д. В легенде также отражается зависимость между внешним видом объектов и связанными с ним количественными или качественными параметрами (площадь, периметр, загрязненность, национальность...). При отображении на плоскости участков сфероидической поверхности (к которым относится и земная) неизбежно возникают искажения. В зависимости от того, какая из характеристик: площадь, направление или расстояние,. - являются наиболее значимыми при показе, какие районы являются наиболее важными, в работе используют различные способы проектирования земной поверхности на плоскость (картографические проекции). Для получения исходной информации могут быть использованы картографические материалы, составленные в различных проекциях. Для решения задач совмещения исходной информации и ее наиболее адекватного отображения на экране монитора большинство из указанных систем поддерживает работу с наиболее упротребительными проекциями (Меркатора, Гаусса-Крюгера, UTM и т.д., всего около 20). В некоторых системах есть средства для описания пользовательских проекций. Генерализация Важно заранее представлять себе ту карту, которая появится перед конечным пользователем на экране или на бумаге, то есть какие элементы и как будут изображаться в зависимости от масштаба карты. Весьма полезна возможность при увеличении масштаба показать какие-то более мелкие объекты, более детализировать увеличенный фрагмент карты. Так, нефтегазовые месторождения на карте России масштаба 1:1000000 логично показать небольшими полигонами, а при увеличении одного из них показать отдельные нефтяные скважины, прилежащие здания, мелкие пути сообщения и коммуникации. Поэтому очень полезно, если в ГИС можно задать, какие объекты при каких масштабах будут видны, а при каких скрыты. Это организуется заданием для каждого слоя, от какого и до какого масштаба слой будет виден. Далее, организация визуализации карты включает "защиту" от попадания нескольких деталей на карте в одно и то же место при переходе к мелкому масштабу. Это, в принципе, должно реализовываться автоматически системой - к примеру, чтобы, изрезанные береговые очертания при мелком масштабе не слились в сплошную широкую линию. Продумывая структуру электронной карты, нужно помнить и о вложенности электронных карт. Дело в том, что некоторые системы предоставляют возможности hot link(а - горячей связи, или открытия нового документа при "выборе" объекта на карте. Простой пример, когда это может понадобиться - переход от просмотра мелкомасштабной карты страны с городами, к просмотру крупномасштабной карты выбранного города. Растровая информация Растры представляют собой, по сути, привычные для нас сплошные изображения. Это обычно отсканированная картографическая основа, аэро- или космические снимки, хотя растры могут представлять и статистическую информацию - распределение чего-либо на территории. В ГИС класса desktop не используются изощренные возможности обработки изображений (image processing). Растры отображаются как подложка под векторными слоями карты. С точки зрения карты растр - такой же слой, лежащий, естественно, ниже всех векторных. В качестве растров в большинстве систем берутся изображения в хорошо известных форматах BMP, GIF, TIFF, JPEG, Targa, PCX, и в некоторых других. Отображаемые системой ArcView grid(ы, или сетки, принципиально не отличаются от других видов растров, для их представления используются те же средства. При работе с растром нужно обратить внимание на три момента - картографическую привязку, поддержку многокомпонентных изображений, и средства коррекции изображения. Привязка растра может представлять некоторые сложности, так как интегрирована не во все ГИС. В некоторых продуктах она выполняется отдельной программой, в других предполагается, что середина растра находится в центре системы координат, что является наименее удобным решением. Обработка многокомпонентных изображений (в том числе и спутниковых) не входит в прямые задачи настольных ГИС. Коррекция изображения реализована не во всех рассматриваемых системах. Цветовая коррекция может понадобиться для редакции палитры изображения с индексированными цветами (так называемые pseudocolor, или псевдоцветные изображения). Необходимость корректировки яркости или контраста растра в составе карты возникает очень редко. Средства геометрической коррекции изображений в настольные ГИС не встроены. Для этого существуют мощные специализированные средства image processing(а. Однако, следует знать, что и в настольных ГИС присуствуют некоторые минимальные средства работы с растрами. Можно встретить немного задач, в которых применение ГИС ограничивалось бы только отображением векторных и растровых слоев. Требуются, как правило, хотя бы самые минимальные средства обработки этих данных. В зависимости от мощности системы это могут быть и простейшие картометрические операции, и запросы различной сложности (как к векторным графическим объектам, так и к базе данных) и простейшие функции пространственного анализа. Пространственный анализ Пространственные запросы - запросы к графическим объектам - являются одной из главных задач любой ГИС. Самый простой и известный из них - ручное выделение объектов на карте, когда Вы "мышью" выделяете один или несколько объектов. При этом подсвечиваются объекты, а также связанные с ними записи атрибутивной таблицы. Более же серьезные задачи решаются с помощью операций определения пространственного положения объектов( лежит внутри, лежит вне, включает,пересекает) относительно друг друга и относительно буферных зон . Оверлейные операции заключаются в частичном или полном пересечении нескольких объектов на карте. Что с чем пересекается, задается при организации запроса, и попавшие под условие пересечения объекты выделяются на карте (а связанная с ними атрибутивная информация - в таблице). Пересечение - частный случай, может быть задано полное попадание объекта в объект, пересечение на заданный процент площади и т.д. Буферные зоны организуются логически вокруг графических объектов. Для точки буфером будет обычно круг, для линии и полигона - полигон. Буфер сам не является обычно объектом карты, он лишь служит для выделения пересекших его или целиком лежащих в нем объектов, то есть работает, в конечном счете, с помощью оверлеев. Хотя в отдельных системах можно и создать графический объект из буферной зоны. Атрибутивная информация Структура Выше я неоднократно упоминал об атрибутах графических объектов. Действительно, реальные физические объекты не только существуют, но и обладают некоторыми свойствами. Так, у города есть размер населения, у района - периметр и имя главы администрации, у страны - общая площадь и тип государственного управления. И для хранения всей этой информации применяются атрибутивные таблицы. В них каждому картографическому объекту соответствует запись базы данных, отдельные поля которой - числовые, символьные, логические - определяют различные атрибуты объекта: номер, уникальное имя, степень загрязнения, дату создания, и еще что угодно. В зависимости от числовых и логических параметров можно по-разному показать разные типы объектов, скажем, различить асфальтовые, грунтовые и проселочные дороги. Необязательно хранить все атрибутивные данные слоя в одной таблице - можно информацию из разных источников держать в разных таблицах, и связывать их (горизонтально, запись к записи) логически в одну большую таблицу. Для этого можно использовать одинаковое во всех таблицах и в то время уникальное в пределах отдельно взятой таблицы поле - номер объекта. Это важно, поскольку в современном мире информация постоянно меняется, то есть достаточно обновлять только одну из исходных табличек. Логическая связка будет действовать следующим образом - при выделении атрибутивной информации объекта в одной таблице выделение отобразится и во все другие. Таким вот методом можно связать несколько таблиц не только логически, но и физически "сшить" их в одну большую, хотя такая операция редко приносит пользу, скорее добавит проблем, связанных с ограничением на размер БД. Обработка В ГИС обычно встроены не только средства отображения базы данных, а есть также небольшая СУБД - модуль работы с таблицами. Он позволяет создать новую атрибутивную таблицу, заполнить ее (добавляя записи и поля), и, в отдельных системах, привязать ее к карте. К сожалению, операции реструктуризации базы поддерживается далеко не везде. Так, в известном продукте ArcView после того, как база создана, нельзя даже переназначить имена полей - пользователю остается только задать отображаемые вместо истинных имен полей псевдонимы (aliases) или "спрятать" от пользователя отдельные поля в таблице. При этом никаких изменений в самой БД реально не происходит. Не следует понимать, что графические объекты живут сами по себе, а атрибутика - сама по себе. Напротив, интеграция достигает порой той степени, когда графический объект физически хранится как одно из полей атрибутивной таблицы, несколько же других полей реально в таблице базы данных не существуют, а отображают автоматически отслеживаемые географические параметры объекта (длину, периметр, площадь...) Логический запрос. Предположим, мы обрабатываем базу данных по ряду квартир. Нам нужно выбрать все те, у которых число комнат более 2-х. На языке SQL этот запрос выглядел бы так: SELECT ( FROM Sells WHERE Roomcount > 2 В ArcView (а его язык запросов базируется на SQL) этот же запрос задается следующим образом: Тот же запрос с помощью шаблона QBE. (поддерживаются только элементарные логические операции; поля, значения которых безразличны, оставляются в шаблоне чистыми). Анализ Атрибутивные базы данных не только помогают по-разному отобразить объекты с различными свойствами. При выполнении пространственных запросов атрибутика помогает более точно идентифицировать объект - в самом простом случае мы можем указать объект на карте и получить о нем подробную информацию (номер, имя, размер и т.д.) Можно, разумеется, организовывать выбор объектов на карте посредством запросов к атрибутивной таблице, так как мы знаем, что выделение объектов связано с выделением их атрибутивных записей. В любой ГИС можно организовать запрос к атрибутике. Предпочтение отдается двум формам: языку запросов наподобие SQL (Structured Query Language), или шаблону, совпадающие с которым записи и выделяются. Последний называется QBE (Query By Example). Говоря о запросах вообще (и пространственных, и атрибутивных), затронем логические операции. Первое, что надо знать - это операции с выборкой. В идеальном случае должны быть команды "выбрать все объекты слоя", "отменить выборку для всех" и "инвертировать выборку". Второе - логические операции при запросах. Везде результаты более нового запроса перекрывают результаты предыдущего, но полезны бывают также "логическое умножение" (AND), "логическое сложение" (OR) и "исключающее или" (XOR) с предыдущей выборкой. Подходы В наиболее простом случае используются внутренние базы данных - то есть ГИС работает с ними на уровне файлового обмена, и поддерживает только несколько определенных. Это почти всегда dBase, более экзотичны Paradox и R:Base. Применение ASCII Delimited хотя и обеспечит восприятие Вашей базы данных большинством систем, однако скоростные характеристики при работе с ним весьма низки. У наиболее популярного в ГИС формата dBase II есть серьезное ограничение в 65 тыс. записей и размер одной записи не более 4 Кб, у других форматов ограничения также реальны. Чтобы избежать проблем при росте БД, можно прибегнуть к помощи внешних баз данных. Внешние базы данных Технология обмена с внешними базами данных заключается не в работе с их файлами напрямую, а в обращении к интегратору баз данных. В среде Windows из таких наиболее известный ODBC (Open DataBase Connectivity), другой интегратор - IDAPI производства Borland. Суть состоит в том, чтобы уже интегратор брал на себя проблемы работы или с файлами баз данных, или выполнял свою работу через "большие" СУБД, такие как Oracle, Informix и т. д. Во-первых, "верхняя планка" размерных ограничений таких баз гораздо выше, а во вторых, в руки ГИС дается простое и эффективное средство работы практически с любой БД. Однако взаимодействие с внешней базой все же сильно отличается от внутренней. Самым лучшим вариантом для ГИС было бы, несомненно, если бы работа с внешней БД проходила идентично внутренней, реально же в каждой геоинформационной системе оно имеет свою специфику. Так, ArcView, Atlas GIS, скажем, ограничиваются копированием по SQL-запросу части внешней базы данных во временную внутреннюю, что, конечно, не является удовлетворительным решением для серьезных задач анализа информации. Такая система обмена является по сути и односторонней - об обновлении данных из ГИС во внешнюю базу речь не идет. Технология Типичная схема обмена с внешними БД Поскольку "большие" СУБД применяются в основном тогда, когда обрабатываемая база данных достигает размера в десятки и сотни тысяч записей, становится уже невозможным хранить весь этот объем на локальном диске пользовательского компьютера. Приходится специально выделять высокопроизводительную систему с большим дисковым пространством - сервер баз данных - и хранить атрибутивные таблицы на нем в виде внешних баз данных под управлением Oracle, Informix и им подобных; обмен данными с рабочими местами осуществляется через сеть. На сетях мы остановимся подробнее. Типичная схема обмена с внешними БД Многопользовательский доступ Одной из важнейших тенденций современного компьютерного мира является переход в сетевую среду. И в нашей стране, и за рубежом множество малых и средних компаний или уже соединили свои компьютеры в сеть (насколько эффективно, это уже другой разговор), или собираются это сделать в обозримом будущем. Важно то, что такая работа дает не только новые преимущества, но и принципиально новые проблемы. Первая - совместный доступ к данным. На заре развития PC, еще в MS DOS версии 3.30 были заложены определенные возможности по разделению доступа. Блокировка осуществлялась на уровне файлов - если файл модифицируется кем-то одним, то другие, в лучшем случае, могут его только просматривать. Можно было блокировать файл и частично... Операционная оболочка Windows полностью наследовала DOS'у. Перспективы Но шли годы, развивались системы управления базами данных, и таких примитивных средств стало явно недостаточно. Поэтому желанию "тянуть" в будущее совместимость со старыми приложениями, с одной стороны, и необходимость достичь высокой производительности, с другой, побудили искать разработчиков свои средства сетевой поддержки. Первым по-настоящему серьезным шагом в области ГИС к полноценной сетевой поддержке стало появление Spatial Data Option корпорации Oracle. Причиной к этому стало создание альянса ESRI-Oracle. Вообще, в последние годы крупные производители стремятся создавать альянсы - ESRI вступает в союз с Oracle, MapInfo углубленно сотрудничает с Microsoft, а IBM представляет продукцию Vision Solutions. Насколько это выгодно пользователю - покажет время, однако уже ArcView версии 3.0 работает как клиент по отношению к серверу SDO (Spatial Data Option), что открывает возможности сетевого многопользовательского доступа к пространственным данным. Суть метода состоит в том, что с клиентского рабочего места подаются запросы на получение или модификацию графического объекта, а SDO-сервер уже управляет разделением доступа. Так появляется понятие не только внешних и внутренних атрибутивных, но также внешних и внутренних графических баз данных. О сетевом функционировании внешних атрибутивных баз данных специально говорить не нужно: для Oracle, Informix, Sybase сеть - естественная среда обитания. Прикладные задачи Мы рассмотрели теоретическую часть геоинформационной технологии применительно к настольным ГИС, но пока это, так сказать, существовало все абстрактно, без учета практического применения в жизни. Настал черед поговорить и о том, как геоинформационные системы помогают решить конкретные задачи. ГИС вообще давно уже перестали быть чисто научными инструментами исследователя. Геоинформатика - наука прикладная, решающая проблемы других, тематических областей. Даже самый полнофункциональный ГИС не может учесть потребности всех и каждого. Реальные же применения имеют свою специфику, которая может сильно расходиться с тем, что предполагал разработчик системы. Наращиваемая функциональная часть - вот одна из важнейших черт современных геоинформационных систем. Вы можете создать свою, новую функцию, соединяющую сотню уже существующих в ГИС. Другая причина - напротив, "облегчение" системы. Пользователю не нужны средства работы с сетями, графами и рельефом, когда он только смотрит отдельные объекты на карте. Да и многое из того, что входит в основной модуль ГИС (а современная архитектура, в том числе подразумевает и модульность), может никогда не пригодиться. Зачем вся мощь системы, когда используется только малая часть ? Конечному пользователю ГИС-проекта нужно только самое необходимое (под ГИС-проектом мы в данном случае подразумеваем очень широкое понятие: и исходные данные, обрабатываемые в рамках задачи, и удобную в отдельно взятом случае настройку системы, и алгоритмы обработки данных, разработанные специально для решения поставленной задачи). "Облегчение" системы снизит аппаратные требования пользовательского рабочего места и поможет не запутаться в своей работе самому пользователю. Вот эти причины - наращивание системы и устранение лишних функций - и вызывают необходимость в наличии инструментария, или инструментальных средств разработчика. Сам инструментарий включает две вещи: средства настройки пользовательского интерфейса и создания приложений. Результатом (в идеальном случае) должен быть runtime-модуль - минимальная версия ГИС, делающая только то, что ей предписано в рамках поставленной задачи, и так, как это в данном случае удобнее всего. Пользовательский интерфейс - это средства общения программы с человеком. Он, что важно, является "лицом" программы, по нему пользователь составляет первое впечатление о программном продукте. Это, в конечном счете, серьезно влияет на потребительские качества продукта. Удобно организованный интерфейс зачастую не менее важен для пользователя, чем функциональная часть. Типичные возможности настройки интерфейса позволяют изменить главное меню программы, создать новые диалоговые окна программы, определить "горячие клавиши" (hot keys) для убыстрения наиболее часто повторяющихся операций. Настройка удобного интерфейса осуществляется или внутри самого ГИС, или отдельной программой, поставляемой вместе с ним. Решения Под ГИС-приложениями мы будем понимать специально разработанные для решения каких-то конкретных задач алгоритмы обработки данных. Если обобщить известные средства создания приложений, их можно четко разделить на две неравные группы. Первая - преобладающая - располагает собственной, встроенной средой разработки, имеет свой оригинальный язык программирования. Это ArcView, MapInfo, Sinteks. Такие ГИС живут каждая "внутри себя", то есть и речи не идет о том, чтобы быстро и эффективно перенести приложение с одной ГИС на другую - слишком уж разные языки и идеология построения. Однако сам подход обладает тем несомненным достоинством, что обеспечивает 99-процентную межплатформенную переносимость. Попробуйте перенести приложение ArcView или MapInfo с PC на Macintosh - почти 99 процентов кода останется работоспособным ! Хотя, с другой стороны, достоинства платформенно-независимого кода можно и оспорить: в угоду переносимости мы существенно теряем в производительности. Поэтому другая (меньшая) часть ГИС только помогает разработчику создать геоинформационное приложение, а сами среды разработки не несут в себе. GIS Component (Геоконструктор) GeoGraph - это библиотека для Visual-сред программирования (Visual C, Delphi); WinGIS вообще работает в режиме DDE-сервера, обслуживая запросы внешних программ, поэтому тут уже вообще сложно говорить о собственных средствах разработки ГИС-приложений. В этой, второй, группе очень сложно также говорить о будущем перенесении Ваших приложений на другие платформы, однако относительно просто достигнуть высокой производительности - за программу целиком отвечаете Вы сами, программа ориентирована на конкретную архитектуру системы, оптимизация целиком в Ваших руках. В обеих перечисленных группах в последние годы наметились следующие тенденции: переход к объектно-ориентированному методу, ориентация на непрофессионала даже в плане создания приложений, объединение максимума потенциальных возможностей (а именно - обмена с GPS, доступа к "большим" БД, средств импорта из форматов множества других систем) в рамках единой, интегрированной среды. Схема DDE-взаимодействия. Интеграция Остановимся более подробно на вышеупомянутых средствах интеграции - DDE и OLE. DDE (Dynamic Data Exchange) - принятый де-факто в Windows стандарт динамического обмена данными. Это значит, что несколько программ в системе в реальном масштабе времени обмениваются информацией и вызывают функции друг друга. DDE - незаменимое средство интеграции различных технологий: ГИС и GPS, например. В идеологии DDE основными считаются следующие понятия: DDE-клиент, DDE-сервер и сеанс связи (conversation). Взаимодействие происходит слудующим образом: два процесса через интерфейс DDE открывают сеанс связи; при этом один из них выполняет запросы другого, и, соответственно, является сервером. Термин процесс здесь выбран не случайно - он означает программу, выполняющуюся в системе изолированно от других; общепринятый в рамках многозадачных операционных систем, он лишний раз подчеркивает, что наш динамический обмен проходит абсолютно "прозрачно", незаметно для пользователя. OLE - Object Link & Embedding - технология внедрения и связи объектов. Заключается она в том, что в один документ (скажем, в текст) внедряется другой (например, географическая карта). Внешне это выглядит как небольшое изображение, вставленное в текст, но "нажатие" мышью на карту может активизировать вызов другого приложения (скажем, ГИС) для обработки карты. У технологии есть две вариации - Link, когда внедренный документ физически хранится отдельно, и Embedding, когда внедрение происходит реально, "файл в файл". В рамках OLE тоже есть понятия клиента и сервера, но они очень условны: клиентом будет документ, в который внедрена наша карта; сервером - приложение, вызываемое для ее обработки. Коммерческая сторона вопроса Пытаясь сравнить несколько ГИСов, нельзя забывать и о коммерческой стороне вопроса: на российском рынке простые системы, стоящие не более 1000 долларов, сразу уже становятся более привлекательными для неискушенного пользователя, чем полнофункциональные продукты, которые стоят в 2-3 раза дороже. Проблемы Остро стоит у нас в стране вопрос лицензирования. Нормой жизни стало незаконное пользование краденным программным обеспечением. Но в этом виноват не пользователь - практикуемая на PC защита ключом несовершенна, отечественные "взломщики" программ высококвалифицированны, а западные производители далеки от реалий нашей жизни. Действительно, кто станет покупать более чем за 1000$ операционную систему Windows NT, если ее можно получить за сумму в 200 раз меньшую, или вообще бесплатно? Спрос на ГИС не так высок, но он растет и рождает предложение - уже можно увидеть на "пиратских" компакт-дисках MapInfo с MapBasic версии 2.0 : Если говорить о специфике рынка, то надо отметить высокую потребность в локализации, т.е. не только о переводе справочного руководства и меню ГИС на русский язык, а о детальном переводе всех компонентов. С ГИС чуть лучше общего отношения западных производителей программных продуктов к странам СНГ. На примере Microsoft, Borland, Symantec мы видим и запоздалое, мягко говоря, появление новых версий, и крайне неохотную локализацию продукта, и большие сложности с технической поддержкой. Новые версии лучших программных продуктов выходят на всех мировых языках, но русскоязычных версий ждать приходится долее всего, часто безуспешно. Говоря о русификации ГИС, нужно отдать должное MapInfo Corp., которая первая серьезно отнеслась к российскому рынку. Два других продукта, при работе с которыми не будет языкового барьера, - GeoGraf и Sinteks/Tri, но это уже чисто российские разработки. Если же продукт не отечественный и не русифицирован, надо хотя бы предложить пользователю краткое руководство, как поступили в случае с ArcView. Требования Последнее, о чем хотелось бы подробно рассказать, - аппаратные требования. С сожалением отметим, что для пользователя этот вопрос зачастую первый и определяющий дальнейший выбор. Вначале уже было сказано, что нормой жизни считается 486 с 8 Мб памяти. Некоторые системы (GeoGraf, MapInfo) довольствуются меньшим, и только ArcView проявляет "повышенные" на первый взгляд, аппетиты - 12 Мб. Впрочем это оправдывается обширной функциональной частью. Если система уже хоть как-то работает на ПК, то главный параметр, определяющий производительность - объем установленной памяти. При его увеличение производительность растет не линейно, а с ощутимыми скачками при достижении 8 Мб, затем 12 - 16 Мб и, наконец, между 24 - 32 Мб. Причиной тому - специфика MS Windows. Все же оптимальной конфигурацией для функционирования большинства ГИС следует считать 486 PC с 16 Мб памяти, быстрым дисковым контроллером (E-IDE или SCSI) и хорошим графическим ускорителем (S3 и Diamond Stealth). Несколько десятков мегабайт свободного дискового пространства - само собой разумеющееся. Это нормальное пользовательское рабочее место, на котором можно решать большинство задач. Итак, мы увидели из сказанного, что в современной геоинформатике наметился ряд тенденций: Приобретенной стала ориентация на массового непрофессионального пользователя, что способствует развитию интуитивного и стандартизированного пользовательского интерфейса. Широкое распространение Windows способствует этому. ГИС стремятся вырваться из сдерживающих их развитие устаревших форматов типа dBase. Все большее предпочтение отдается внешним форматам данных, причем преобладает клиент - серверная идеология. Всеобщая интеграция данных пришла и в геоинформатику - современные средства динамического обмена позволяют интегрировать не только геоданные, но и функциональную часть в другие приложения. Компьютерные сети все более определяют направление развития программных продуктов - сетевой становится сама идеология построения программ. |
Похожие:
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины «Торговое оборудование» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины архитектура ЭВМ 090104. 65... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «римское право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «коммерческое право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «защита прав потребителей» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «иностранный язык по специальности» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины русский язык и культура речи... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Компьютерная подготовка» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «информационные технологии управления» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «стратегический менеджмент» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |