Щукова, К. Б.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

    537     СЕКЦИЯ 9. НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ  В ГЕОЭКОЛОГИИ. ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОБОТАНИЧЕСКИМИ И ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ДАННЫМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС GOOGLE MAPS И GOOGLE EARTH К.Б. Щукова Научные руководители доцент О.С. Токарева, доцент Е.А. Мирошниченко Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия  В результате геоботанического изучения ландшафта местности накапливаются большие объемы текстовых, графических, а также пространственных данных. В связи с этим в последнее время наблюдается возрастающий интерес к ГИС-технологиям, как инструменту, позволяющему осуществлять картирование растительного покрова для мониторинга и оценки его состояния [1], составление ландшафтных и лесных карт, а также планов лесонасаждений, в том числе на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса, 2D и 3D-моделирование ландшафта местности и пространственный анализ разнородных данных [2]. Имеющиеся аналогичные разработки TurboVEG, Juice и IBIS [3-4] не в полной мере удовлетворяют требованиям отдельных пользователей, и их доработка не представляется возможной из-за закрытого кода или использования устаревших технологий. В связи с этим для автоматизации процесса работы с большими объёмами разнородных эколого-геоботанических пространственных данных, интеграции таких данных, полученных из различных источников, в единое информационное пространство, а также решения задач картографирования и моделирования с использованием ГИС-технологий была создана информационная система (ИС) для управления такими данными [5]. Функциональные возможности ИС обсуждались совместно с сотрудниками Института степи УрО РАН, г. Оренбург. Для проектирования информационной системы использован нисходящий метод функционального моделирования в нотации IDEF0, для формирования структуры концептуальной модели данных – объектный подход, для интеграции разнородных данных – метод распространения данных, для реализации системы – методы объектно-ориентированного программирования. При разработке ИС использованы современные технологии, такие как языки программирования С#, JavaScript, HTML и CSS, СУБД – MS SQL Server 2008, технология доступа к данным – ADO.NET, среда проектирования физической и логической модели БД – Toad Data Modeler 5.2, платформа – .NET Framework 4.5. Исследованы эколого-климатическая и геоботаническая области знаний с позиции информационного обеспечения деятельности этих сфер. На этапе проектирования БД информационной системы определены взаимосвязи и семантика между геоботаническими объектами, а также выявлены типовые структуры в их описании. Разработанная БД содержит 41 таблицу, среди которых 22 справочника. Справочники предназначены для хранения часто вводимых названий, что облегчает работу пользователей и позволяет избежать разночтений при дальнейшем анализе данных. БД позволяет хранить не только эколого-геоботанические, но и пространственные характеристики объектов. В развитие описанной выше ИС для хранения геометрии пространственных объектов и географических координат использованы типы данных – geometry и geography, поддерживаемые в выбранной СУБД.  Разработанная ИС включает следующие основные подсистемы: сбор, обработка и загрузка данных; управление данными; формирование отчетности;                                                         538                                                                                 ТВОРЧЕСТВО ЮНЫХ – ШАГ В УСПЕШНОЕ БУДУЩЕЕ визуализация данных; резервное копирование; картографирование. В подсистеме картографирования интегрированы ГИС Google Earth и Google Maps. ИС обладает клиент-серверной архитектурой под управлением реляционной БД. Она предоставляет следующие функциональные возможности: импорт/экспорт данных из GPS-файлов и MS Excel в БД; функции управления эколого-геоботаническими и пространственными данными; многопользовательский доступ к данным; генерация отчетов в формате MS Word и Excel; валидация данных; резервное копирование БД; создание меток, 2D и 3D-моделей местности, смешанных геометрических слоев (полигональных, точечных, полилинейных), тематических карт, путей, маршрутов наземных исследований на картах Google Earth и Google Maps с сохранением в БД. Поддержка многопользовательского доступа к БД обеспечивает параллелизм работы и целостность данных. В данной работе предложен принцип интеграции пространственных данных с эколого-геоботанической информацией, а также взаимодействия системы информационного обеспечения с ГИС Google Earth и Google Maps посредством разработки алгоритма локального геосервера. На рис. 1 представлена схема взаимодействия ИС с ГИС Google Earth и Google Maps.   Рисунок 1 – Схема взаимодействия ИС с ГИС Google Earth и Google Maps  Взаимодействие клиента с веб-сервером Google Earth осуществляется посредством передачи HTTP-запросов и ответов локальному геосерверу, который обеспечивает коммуникацию между клиентом и веб-сервисом Google Earth и Google Maps. На данный момент система находиться в тестовой эксплуатации в Институте степи УрО РАН.  Литература 1. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова: Учебное пособие. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. – 304 с. 2. Попов С.Ю. Геоинформационные системы и пространственный анализ данных в науке о лесе. – Санкт Петербург: Интермедия, 2013. – 400 с. 3. Hennekens M. Stephan, Schaminee H.J. Joop. TurboVEG, a comprehensive data base management system for vegetation data // Journal of Vegetation Science. – 2011. – V. 12. – P. 589-591. 4. Lubomír Tichý. Juice, software for vegetation classification // Journal of Vegetation Science. – 2002. – V. 13. – P. 451-453. 5. Shchukova K.B. Information system for maintaining a database of geobotanical descriptions while studying a landscape // IOP Conference Series: Materials and Engineering. – 2015. – V. 93. – P. 2-5  

Информационная система управления эколого-геоботаническими и пространственными данными с использованием ГИС Google Maps и Google Earth

     Секция 2: Информационные технологии интеллектуальной поддержки  принятия решений в экономике  1841) научный потенциал в сфере управления, в формате методов, моделей, проектов, технологий и готовых решений;  2) административные конкурентные преимущества в формате лоббирования интересов участ-ников организаторами проекта;  3) общественно-политические преимущества в формате придания совместной деятельности более высокого федерального статуса;  4) конкурентные экономические и коммерческие конкурентные преимущества в формате от-ложенного партнерского капитала на будущее;  5) конкурентные профессиональные и карьерные преимущества посредством учебно-образовательных программ.  Проект (от лат. projectus – брошенный вперёд, выступающий, выдающийся вперёд) – замысел, идея, образ, воплощённые в форму описания, обос-нования, расчётов, чертежей, раскрывающих сущность замысла и возмож-ность его практической реализации.  Управление проектами – это процесс решения проектом определенных проблем в соответствии с бюджетом и техническим заданием. Оно позволяет оптимально распределить имеющиеся ресурсы, со-ставить график выполнения работ; оценить риски и провести их идентификацию. Управление проекта-ми включает в себя умение действовать в условиях неопределенности и риска. Все это невозможно без экспертного сопровождения, оно помогает оценить себя и ситуацию максимально быстро и адекватно; стать конкурентоспособным, эффективно действовать и принимать правильные решения.  Экспертиза определяется как исследование, истолкование и установление таких фактов и об-стоятельств, для удостоверения которых необходимы специальные познания. Продуктом такой экс-пертизы являются образы и модели будущего, основными элементами которых выступают новые управленческие технологии [3].  Таким образом, обществу и власти предлагаются эффективные модели для разных уровней управления, где одновременно реализуются «реформирование» (новая форма), «модернизация» (но-вое содержание) и «реинжени-ринг» (новый источник развития), разработанные «Русской школой управления». Модели реализуются посредством внедрения в практику триединства концепций: «Проектно-целевое управление процессами, системами, ресурса-ми», «Экспертное управление про-ектами», «Социальная экспертиза и оценка объективности, эффективности и полезности принимае-мых властью решений».  Литература. 1. Макаров, В. Л. Экономика знаний: уроки для России // Наука и жизнь. – 2003. – № 5.  2. Многоуровневый анализ формирования инновационной экономики: мир-система, регион, пред-приятие / под ред. В. А. Логачева, Е. Е. Жернова; Мин-во образ. и науки РФ; Кузбасский гос. тех. ун-т имени Т.Ф. Горбачева; каф. экономики. – Кемерово : Кузбассвузиздат, 2014. – 331 с.  3. Протасов, А. Ф. Причины и пути устранения слабости внешнеэконо-мической деятельности России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://viperson.ru/wind.php?ID=663659&soch=1. – [15.04.2015].    ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ И ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ДАННЫМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС GOOGLE EARTH И GOOGLE MAPS К.Б. Щукова, магистрант 2 курса Томский политехнический университет 634050, г. Томск пр. Ленина, 30, тел. (3822)-12-34-56 E-mail: embrre@yandex.ru В настоящее время для различных научных организаций характерно нецентрализованное хранение данных, слабоформализованное представление информации, колоссальные объемы бумажного докумен-тооборота, отсутствие контроля ошибок в документации и сохранности информации, негибкий доступ к данным, отсутствие многопользовательской работы с данными. Это приводит к таким негативным по-следствиям, как потеря и путаница в данных, наличие серьезных ошибок в документации, низкая ско-рость создания, обработки и передачи документов и информации на бумажных носителях. В частности, в геоботанике и экологии в процессе изучения ландшафта местности накаплива-ются большие объемы разнородных данных, например, файлы GPS-навигаторов, файлы в формате      Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых  «Современные технологии поддержки принятия решений в экономике»  185MS Word и Excel, бланки с данными в бумажном виде, изображения ландшафта местности, 3D-модели, различные карты и др.  В последнее время также наблюдается активные интерес со стороны специалистов в области эко-логии и природопользовании к использованию данных дистанционного зондирования (ДЗЗ) Земли и ГИС-технологиям [1], как инструменту для решения задач картирования растительного покрова террито-рий для мониторинга и оценки его состояния, 2D и 3D моделирования рельефа местности, пространст-венного анализа данных, составления ландшафтных и лесных карт, а также планов лесонасаждений [2]. Как показал проведённый анализ аналогичных разработок, ориентированных на работу с бо-танико-экологической информацией, на сегодняшний день наиболее известны три крупные инфор-мационные системы для хранения и анализа данных геоботанических описаний: TurboVEG, Juice и IBIS [3-4]. Данные программы поддерживают фитоценотическую базу данных, а также позволяют автоматизировать процесс анализа и классификации растительных сообществ. Однако они не в пол-ной мере удовлетворяют требованиям отдельных пользователей, и их доработка не представляется возможной из-за закрытого кода или использования устаревших технологий. В связи с этим существует потребность в автоматизации процесса работы с большими объё-мами разнородных эколого-геоботанических и пространственных данных, интеграции таких данных, полученных из различных источников, в единое информационное пространство и создании инфор-мационной системы (ИС) для управления такими данными, а также решения задач картографирова-ния и моделирования с использованием ГИС-технологий. Целью работы является создание информационной системы управления эколого-геоботаническими и пространственными данными с использованием ГИС Google Earth и Google Maps. Функциональные возможности ИС совместно обсуждались с Институтом степи УрО РАН, г. Оренбург. Для проектирования информационной системы использован нисходящий метод функциональ-ного моделирования в нотации IDEF0, для формирования структуры концептуальной модели данных – объектный подход, для интеграции разнородных данных – метод федерализации и распространения данных, для реализации системы – методы объектно-ориентированного программирования. При раз-работке ИС использованы современные технологии, такие как языки программирования С#, JavaScript, HTML и CSS, СУБД – MS SQL Server 2008, технология доступа к данным – ADO.NET, среда проектирования физической и логической модели БД – Toad Data Modeler 5.2, платформа – .NET Framework 4.5. Исследованы эколого-климатическая и геоботаническая области знаний с позиции информацион-ного обеспечения деятельности этих сфер. На этапе проектирования БД определены взаимосвязи и семан-тика между геоботаническими объектами, а также выявлены типовые структуры в их описании.  Разработанная БД содержит 41 таблицу, среди которых 22 справочника. Справочники предна-значены для хранения часто вводимых названий, что облегчает работу пользователей и позволяет избежать разночтений при дальнейшем анализе данных. БД позволяет хранить не только геоботани-ческие, но и пространственные характеристики объектов [5]. Разработанная ИС включает 5 основных подсистем, обеспечивающих сбор, обработку и за-грузку данных, хранение и управление данными, формирование отчётности, визуализацию данных и взаимодействие с ГИС Google Earth и Google Maps.  ИС обладает клиент-серверной архитектурой под управлением реляционной БД и следующи-ми функциональными возможностями: импорт/экспорт данных из GPS-файлов [6] и MS Excel в ре-ляционную БД; функции управления геоботаническими и пространственными данными (добавление, удаление, обновление, поиск, фильтрация); ведение геоботанических бланков с сохранением данных в БД; многопользовательский доступ к данным; генерация отчетов в формате MS Word и Excel; ва-лидация данных; резервное копирование БД; создание меток, 3D-моделей местности, смешанных геометрических слоев, тематических карт, путей, маршрутов наземных исследований на картах Google Earth и Google Maps с сохранением в БД. Поддержка многопользовательского доступа к БД обеспечивает параллелизм работы и целостность данных. Предложен принцип интеграции пространственных данных с эколого-геоботанической ин-формацией, а также взаимодействия системы информационного обеспечения с ГИС Google Earth и Google Maps посредством разработки алгоритма локального геосервера. Взаимодействие клиента с веб-сервером Google Earth осуществляется посредством передачи HTTP-запросов и ответов локаль-ному геосерверу, который обеспечивает коммуникацию между клиентом и веб-сервисом Google Earth и Google Maps.       Секция 2: Информационные технологии интеллектуальной поддержки  принятия решений в экономике  186Примеры функционирования ИС приведены на рисунках 1 и 2.    Рис. 1. Подсистема картографирования Google Earth   Рис. 2. Подсистема картографирования Google Maps  На данный момент система выпущена в тестовую эксплуатацию в Институте степи УрО РАН. Литература. 1. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова: Учебное по-собие. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. – 304 с. 2. Попов С.Ю. Геоинформационные системы и пространственный анализ данных в науке о лесе. – Санкт Петербург: Интермедия, 2013. – 400 с. 3. Hennekens M. Stephan, Schaminee H.J. Joop. TurboVEG, a comprehensive data base management sys-tem for vegetation data // Journal of Vegetation Science. – 2011. – V. 12. – P. 589-591. 4. Lubomír Tichý. Juice, software for vegetation classification // Journal of Vegetation Science. – 2002. – V. 13. – P. 451-453. 5. Батурина Г.М., Чернобаева М.Б., Сыткин А.К. База данных «Гербарные коллекции, коллекторы и гербарное дело в России и сопредельных государствах, библиографический обзор» // Ботаниче-ский журнал. – 2006. – Т. 91. – №7. с. 1135-1137. 6. Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощеков А.Н. Геоинформационные системы и дистанцион-ное зондирование в экологических исследованиях: Учебное пособие для вузов. – М: Академиче-ский проспект, 2005. – 352 с.  

Информационная система управления экологическими и пространственными данными с использованием ГИС Google Earth и Google Maps

  155 ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОБОТАНИЧЕСКИМИ И ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ ДАННЫМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС GOOGLE EARTH И GOOGLE MAPS Щукова К.Б. Научные руководители: Токарева О.С., Мирошниченко Е.А. Национальный исследовательский Томский политехнический университет embrre@yandex.ru  Введение В результате изучения ландшафта местности накапливаются большие объемы текстовых, графических, а также пространственных данных.  В связи с этим в последнее время наблюдается возрастающий интерес к ГИС-технологиям, как инструменту, позволяющему осуществлять картирование растительного покрова для мониторинга и оценки его состояния [1], составление ландшафтных и лесных карт, а также планов лесонасаждений, в том числе на основе данных дистанционного зондирования Земли из космоса, 2D и 3D-моделирование ландшафта местности и пространственный анализ разнородных данных [2].  В [5] описана структура ранее разработанной базы данных и функциональные возможности информационной системы (ИС) для ведения базы данных (БД) геоботанических описаний при изучении ландшафта. Цель работы Целью работы является модернизация структуры базы эколого-геоботанических данных для работы с пространственными объектами, расширение функциональных возможностей информационной системы, представленной в [5], и реализация локального геосервера для интеграции веб-сервисов Google Earth и Google Maps в разработанную ИС.  Методы решения поставленных задач Для проектирования информационной системы использован нисходящий метод функционального моделирования в нотации IDEF0, для формирования структуры концептуальной модели данных – объектный подход, для интеграции разнородных данных – метод федерализации и распространения данных, для реализации системы – методы объектно-ориентированного программирования.  При разработке ИС использованы современные технологии, такие как языки программирования С#, JavaScript, HTML и CSS, СУБД – MS SQL Server 2008, технология доступа к данным – ADO.NET, среда проектирования физической и логической модели БД – Toad Data Modeler 5.2, платформа – .NET Framework 4.5. Описание полученных результатов Исследованы эколого-климатическая и геоботаническая области знаний с позиции информационного обеспечения деятельности этих сфер. На этапе проектирования БД определены взаимосвязи и семантика между геоботаническими объектами, а также выявлены типовые структуры в их описании.  Разработанная БД содержит 41 таблицу, среди которых 22 справочника. Справочники предназначены для хранения часто вводимых названий, что облегчает работу пользователей и позволяет избежать разночтений при дальнейшем анализе данных. БД позволяет хранить не только эколого-геоботанические, но и пространственные характеристики объектов.  Расширенная физическая схема БД приведена на рисунке 1.   Рис.1. Расширенная физическая схема БД Для хранения геометрии пространственных объектов и географических координат использованы типы данных – geometry и geography, поддерживаемые в выбранной СУБД.  Разработанная ИС включает следующие основные подсистемы: 1. Подсистема сбора, обработки и загрузки данных. 2. Подсистема управления данными. 3. Подсистема формирования отчетности. 4. Подсистема визуализации данных. 5. Подсистема резервного копирования. 6. Подсистема картографирования.  В подсистеме картографирования интегрированы ГИС Google Earth и Google Maps. ИС обладает клиент-серверной архитектурой под управлением реляционной БД.  Добавлены следующие функциональными возможности в ИС, описанную в [5]:  1. импорт/экспорт данных из GPS-файлов и MS Excel в реляционную БД;  2. функции управления эколого- геоботаническими и пространственными данными (добавление, удаление, обновление, поиск, фильтрация);  3. ведение эколого-геоботанических бланков с сохранением данных в БД;  4. многопользовательский доступ к данным;      5. генерация отчетов в формате MS Word и Excel;  6. валидация данных, в том числе проверка орфографии;  7. резервное копирование БД и восстановление БД из резервной копии;  8. создание меток, 2D и 3D-моделей местности, смешанных геометрических слоев (полигональный, точечных, полилинейных), тематических карт, путей, маршрутов наземных исследований на картах Google Earth и Google Maps с сохранением в БД. Поддержка многопользовательского доступа к БД обеспечивает параллелизм работы и целостность данных. Предложен принцип интеграции пространственных данных с эколого-геоботанической информацией, а также взаимодействия системы информационного обеспечения с ГИС Google Earth и Google Maps посредством разработки алгоритма локального геосервера.  На рисунке 2 представлена схема взаимодействия ИС с ГИС Google Earth и Google Maps.  Рис. 2. Схема взаимодействия ИС с Google Earth и Google Maps  Взаимодействие клиента с веб-сервером Google Earth осуществляется посредством передачи HTTP-запросов и ответов локальному геосерверу, который обеспечивает коммуникацию между клиентом и веб-сервисом Google Earth и Google Maps. Таким образом, локальный геосервер является связующим звеном между пользователями Google Earth и веб-сервером Google Earth, а также обеспечивает общение между ними.  В качестве HTTP-клиента выступает настольное приложение, а в качестве локального геосервера – компьютер, на котором установлено приложение. Запросы от локального геосервера к веб-серверу Google Earth передаются посредством сетевого протокола TCP/IP. Аналогичным образом поступают ответы от веб-сервера Google Earth на локальный геосервер. Такой локальный геосервер позволяет устранить проблемы доступа к данным, возникающие между JavaScript и локальной файловой системы, через HTTP-соединения.  Данный геосервер поддерживает ограниченное число форматов файлов и изображений: .txt, .html, .kml, .xml, .kmz, .jpg, .png, .gif, .collada. Геосервер использует версию HTTP 1.1. По умолчанию сервер принимает соединения только от пользователей Google Earth. Примеры функционирования системы приведены на рисунках 3.  Рис. 3. Рабочее окно подсистемы картографирования Заключение Результатом выполненной работы является информационная система, включающая модернизированную базу эколого-геоботанических и пространственных данных и позволяющая автоматизировать традиционную работу с большими объемами разнородных данных, а также процессы картографирования и моделирования. Следует отметить, что на данный момент продукт выпущен в тестовую эксплуатацию для Института степи УрО РАН.  Автор выражает благодарность сотруднику Института степи Уральского отделения РАН, Калмыковой О. Г., за предоставленные эколого-геоботанические материалы, а также обсуждение функциональных возможностей ИС. Литература 1. Зверев А.А. Информационные технологии в исследованиях растительного покрова: Учебное пособие. – Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. – 304 с. 2. Попов С.Ю. Геоинформационные системы и пространственный анализ данных в науке о лесе. – Санкт Петербург: Интермедия, 2013. – 400 с. 3. Hennekens M. Stephan, Schaminee H.J. Joop. TurboVEG, a comprehensive data base management system for vegetation data // Journal of Vegetation Science. – 2011. – V. 12. – P. 589-591. 4. Lubomír Tichý. Juice, software for vegetation classification // Journal of Vegetation Science. – 2002. – V. 13. – P. 451-453. 5. Щукова К. Б. Создание информационной системы для ведения базы данных Геоботанических описаний пробных площадей при изучении ландшафта [Электронный ресурс] // Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов XII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 2 т., Томск, 12-14 Ноября 2014. - Томск: ТПУ, 2014 - Т. 2 - C. 68-69.  

Информационная система управления экологическими и пространственными данными с использованием ГИС Google Earth и Google Maps

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University