Города и ГИС

В начале этого года в Обнинске прошла 3-я Всероссийская конференция "Муниципальные геоинформационные системы – 96". Как показали ее итоги, в нашей стране интерес к использованию геоинформационных технологий (ГИТ)для управления городским хозяйством с каждым годом все возрастает.

В Мосгосэкспертизе, входящей в состав Правительства Москвы и ведающей вопросами экспертизы проектов городских сооружений, в последнее время велись работы по изучению возможностей интеграции глобальных компьютерных сетей с уже существующими и вновь создаваемыми ГИТ. С отдельными результатами этих работ я и хочу ознакомить вас в этой статье.

Прежде всего стоит заметить, что основной интерес для нас представляли не задачи сбора, подготовки и хранения пространственных данных, не вопросы организации телекоммуникационной среды для удаленного доступа и обмена информацией между территориально распределенными организациями и подразделениями, а проблемы формирования промежуточных решений – своеобразного моста, соединяющего эти два берега одной реки.

Проработкой связи баз данных геоинформационных систем (ГИС) с сетевыми средствами для решения задач муниципального управления специалисты в области ГИТ стали заниматься сравнительно недавно. Так, к примеру, на прошедшей в конце марта этого года в Барселоне крупнейшей европейской конференции по геоинформации ("JEC-GI'96" – Joint European Conference and Exhibition on Geographical Information) представитель муниципалитета Вены выступил с докладом, который носил следующее название: "ГИС в городском хозяйстве: крайняя потребность в сетевых средствах".

Как показывает практика использования ГИТ для нужд различных городов мира, муниципальные ГИС в меньшей степени стали ориентироваться на решение статичных во времени задач ведения земельного кадастра и все чаще смещают акцент на решение задач оперативного управления городом. В этом случае основная нагрузка падает не столько на точность представления пространственных данных (карта), и даже не столько на аккуратную привязку объектов к координатам, сколько на контроль за изменением состояния этих объектов. Если принять во внимание, что каждый объект обладает статическими (атрибуты) и динамическими (состояния) параметрами, формирование которых находится в ведении различных территориально распределенных муниципальных служб, то нетрудно сделать вывод, что в этом случае просто невозможно обойтись без телекоммуникационной среды, обеспечивающей оперативный обмен информацией (смена состояния объектов, модификация атрибутов, изменение привязки и т.п.).

Понимание особенностей задач, стоящих перед муниципальными ГИС, нашло свое отражение в создании специальных организаций. В России в рамках ГИС-Ассоциации [1] в ближайшее время планируется создать Комитет по муниципальным ГИС. Если говорить о международных организациях, то здесь хотелось бы выделить профессиональную ассоциацию городских и региональных информационных систем URISA (Urban and Regional Information Systems Association) [2], которая насчитывает в своем составе более 3500 членов. Среди них, помимо известных компаний, специализирующихся в области ГИТ (ESRI, Intergraph, Map Info, Geolnfo Systems и др.), такие чисто компьютерные фирмы, как Autodesk и Sun Microsystems. Представлено также большое число университетов и научных организаций; количество же муниципалитетов просто впечатляет: Вашингтон, Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Чикаго, Даллас, Портленд, Мельбурн, Токио, Мадрид, Лондон, Берлин, Вена.

ГИС в Интернете

Использование ГИТ в рамках всемирной компьютерной сети Интернет – одно из наиболее молодых и бурно развивающихся направлений развития ГИС. С одной стороны, к настоящему времени в мире уже создан необходимый задел в виде множества экспериментальных и коммерчески доступных инструментальных средств для разработки и ведения ГИС самого разного масштаба и назначения, прошли проверку временем десятки тысяч практических систем. С другой стороны, активно развивающиеся Internet-технологии, большая часть которых нашла свое воплощение в свободно доступном программном обеспечении, создают необходимую коммуникационную основу интеграции ГИТ с глобальными компьютерными сетями. Если добавить сюда еще и большой спрос в мире со стороны пользователей Интернета на системы региональной и глобальной навигации, на различные туристические и справочные ГИС, то сразу станет ясна причина бурного развития подобных систем.

Уровень существующих реализаций пока очень и очень скромный: дело в основном ограничивается простейшим языком запросов, а результатом поиска служат растровые планы территорий с упрощенными обозначениями искомых объектов и их географическими координатами. Для примера мы рассмотрим наиболее крупные из подобных систем.

В исследовательском центре известной фирмы Xerox (Xerox Palo Alto Research Center) создана электронная карта территории США, для доступа к которой используется специально разработанный сетевой навигатор – Xerox PARC Map Viewer [3]. Помимо непосредственного применения этой карты для ориентации на местности некоторые фирмы и организации за счет открытого характера карты и стандартизации обмена пространственной информацией приступили к разработке различных сетевых ГИС, использующих эту карту в качестве своей основы.

Фирма Yahoo! [4] (Саннивейл, Калифорния) создала одно из крупнейших в мире хранилищ навигационной информации, содержащее сведения о различных Internet-источниках. В настоящее время эта система (YahoolMaps [5]) выдает картографическую информацию о 50 городах США. В процессе создания находится база данных о 2500 городах, среди которых будут представлены наиболее крупные столицы мира.

Сетевые ГИС с более высокоуровневой информацией в Internet ныне являются редкостью. Это и понятно – нужно преодолеть начальный этап развития. Однако нечто подобное все-таки уже имеется, хотя трудно назвать эти системы полноправными ГИС даже со скидкой на использование в глобальных компьютерных сетях. Примером может служить система GIC (Global Interactive City) [6], разработанная фирмой Global KnowledgeBase. Она содержит в себе всевозможную информацию по различным объектам крупных городов мира (ныне их число в системе не превышает 50, среди них есть и Москва). Пока в ней довольно скромно представлены бизнес, туризм, искусство, спорт, новости и различные события городского масштаба. Планируется более тесная интеграция GIC с картографической информацией.

А как обстоит дело с инструментарием для разработки конечных систем? Сегодня одним из наиболее заметных решений здесь является программное обеспечение канадской фирмы Universal Systems [7]. Она создала специальный сервер (CARIS Internet Server), где отрабатываются запросы к пространственным данным, а также обеспечивается навигация по электронной карте. Причем, как и в случае с Xerox PARC Map Viewer, система открыта для привязки к ней тематических слоев из сторонних организаций. Структура сервера достаточно проста – всего четыре уровня: CARIS Image Module (обработка графической информации), Database Query Module (база данных + язык запросов), Accounting Module и Delivery Module (учет и доставка данных по коммуникационным линиям). Для разработки внешних сетевых ГИС-оболочек недавно создано инструментальное средство под названием CARIS++.

Геоинформационная инфраструктура

Возвращаясь к обсуждению путей создания муниципальных ГИС нового поколения, давайте рассмотрим подробно один любопытный подход, разработанный специалистами Мосгосэкспертизы. Возможно, этот опыт окажется ценным для многих специалистов.

В основе этого подхода лежит концепция геоинформационной инфраструктуры (ГИИ). Это важный момент. На наш взгляд, для больших городов ГИИ более удобна, чем традиционные способы использования ГИС. ГИИ нельзя рассматривать ни как очень большую ГИС, ни даже как совокупность нескольких отдельно взятых ГИС. Скорее, это открытая среда, в которую "погружены" различные ГИС. Сама среда заведомо носит территориально распределенный характер, четко следует принципу расширяемости программных систем, обеспечивает функционирование всех своих составляющих, включая кластеры ("погруженные" ГИС), на разнородных аппаратно-программных компьютерных платформах, даже предусматривает поддержку авторизованного доступа с разграничением прав (информационная безопасность) и предотвращением намеренного искажения информации (карты, расположение и геометрия объектов) для разных категорий пользователей (не только из муниципальных служб).

Фактически ГИИ играет роль, с одной стороны, своеобразного конструктора, с помощью которого собираются различные ГИС, а с другой – среды распределенной работы и взаимодействия конечных муниципальных ГИС.

Что касается "погруженных" ГИС, работающих в рамках ГИИ, то их структура несколько отличается от традиционной Во-первых, им нет надобности хранить внутри себя метаданные. Во-вторых, за счет разделения тематических слоев на внутренние и внешние меняется технология формирования и внесения изменений в эти слои. В-третьих, каналы связи и наличие в ГИС помимо чисто навигационных средств еще и блока аналитической обработки(процессора логического вывода) создает принципиально новые условия для тесного взаимодействия различных ГИС.

Основу телекоммуникационного обмена могут составить так называемые корпоративные интрасети (интеграция Internet-технологий с защитой данных и авторизацией доступа). Однако web-структура, принятая в Интернете, напрямую использована быть не может и требует значительной переработки. Распределенное хранение информации наряду с достоинствами имеет и серьезные недостатки, это связано в первую очередь с ненадежной и низкоскоростной связью по телекоммуникационным каналам (особенно в условиях российских телефонных линий). И все же интенсивность обмена информацией можно резко снизить за счет принятия определенных мер, в числе которых:

 – хранение большей части требуемых данных на локальном компьютере пользователя, а не на удаленном сервере, причем с автоматической синхронизацией рассогласований (по примеру Lotus Notes);

 – регулярная поставка пользователям метаданных и ссылочных слоев на лазерных компакт-дисках;

 – переход от обмена данными к обмену командами (так, растровое изображение карты разумнее строить на компьютере пользователя, а не передавать по сети, – это касается также перемещения по карте и масштабирования ее участков).

Технология Bravo(представление двумерной информации и оптимизация передачи ее по Internet), недавно разработанная силами Adobe Systems и в начале мая этого года лицензированная фирмой Sun Microsystems, позволит уйти от тех ограничений визуализации, которые ныне господствуют в Интернете.

Решение задач доставки информации и реализации распределенных программных агентов, поставляющих информацию блокам диспетчеризации, возлагается на технологии Java (Sun Microsystems) и Oberon (ETH Zurich). Этот подход позволяет автоматически добиться и функционирования различных компонентов ГИИ на разнородных аппаратно-программных платформах. Технология активных Oberon-объектов (процессов, представленных в форме классических объектов), разрабатываемая в Институте компьютерных систем (ЕТН) в Цюрихе, создает предпосылки для построения компонентов различного контроля, оповещения и слежения, характерных для ГИИ.

Кстати, схема, подобная ГИИ, позволяет получить еще один очень полезный побочный эффект: можно не только автоматически собирать информацию, которая заключена в состояниях объектов, изменяемых соответствующими муниципальными службами, но и на основе полученной сети объектов моделировать различные ситуации в работе городского хозяйства(в том числе и аварийные).

Подытоживая сказанное, хотелось бы отметить, что практическое воплощение концепции региональной ГИИ позволит решить большой комплекс задач городского хозяйства, обеспечит унифицированную открытую среду для распределенной работы разнородных ГИС, а также существенно облегчит сопровождение и актуализацию тематических слоев, находящихся в ведении разных муниципальных служб.

WWW-ссылки в Internet по упомянутым в статье системам и организациям:

[1] http://www.ru/gisa/ – Российская ГИС-Ассоциация

[2] http://www.unsa.org – Ассоциация URISA

[3] http://pubweb.pare.Xerox.com/map/ – Xerox PARC Map Viewer

[4] http://www yahoo.com – Yahoo

[5] http://www.proximus.com/yahoo/ – YahoolMaps

[6] http://gkb.com – Global Interactive City

[7] http://www.universal.ca – Система CARIS (Universal Systems Ltd)