Географические информационные системы, применяемые на сегодняшний день в градостроительстве, представляют собой уникальный вид информационных систем, отличающихся комплексным подходом к организации процесса обработки пространственных и графических данных. В результате данный вид информационных систем является интегрированным и многоцелевым, позволяющим пользователям находить, редактировать и анализировать информацию о конкретной местности с учетом дополнительных данных об объектах [1].

    Целью данной статьи является анализ базовых характеристик геоинформационных систем и определение связанных с ними особенностей их проектирования.

     Первым этапом исследования стало выявление функциональных возможностей, представленных на современном рынке геоинформационных систем. В результате было установлено, что все основные характеристики существующих в настоящее время геоинформационных систем можно свести к выполнению следующих функций:

1) сбор, хранение и представление графических и атрибутивных градостроительных данных в соответствии с едиными классификаторами;

2) интеграция векторных и растровых форматов данных без их конвертации в общей базе данных;

3) применение математического аппарата для организации пространственного анализа, например для расчета статистики по конкретным территориям;

4) разработка открытой структуры баз данных с возможностью интеграции с корпоративными информационными системами разных уровней для организации совместной работы над проектом;

5) создание цифровой модели для визуализации информации и представления ее в виде графиков, диаграмм, тематических объемных моделей;

6) проектирование модульной структуры приложений для изменения в дальнейшем рабочего функционала;

7) комплексная интеграция всех программных решений в рамках единого интерфейса.

    В результате сопоставления основных характеристик геоинформационных систем было отмечено, что все перечисленные функции могут быть сгруппированы в три базовых функциональных блока: хранение данных, анализ данных и экспертное решение, то есть алгоритм оптимизации, позволяющий сделать наиболее рациональный выбор из предложенных заранее сгенерированных информационной системой вариантов.

      С технической точки зрения для реализации функционала могут быть использованы следующие средства: для сбора, обработки и хранения информации – базы данных; для статистического анализа данных – различные приложения, реализованные с помощью встроенного в систему языка программирования; в качестве модуля системы поддержки принятия решений – инструментарий математического моделирования, размещаемый на специализированном сервере и отвечающий за импорт и экспорт данных.

     На основе выявленных базовых принципов организации геоинформационных систем и их классификации был выполнен второй этап исследования – определены особенности проектирования геоинформационных систем.

    Так же, как и любые информационные системы, геоинформационные системы строятся на основе систем управления базами данных. В связи с этим процесс разработки данных систем включает в себя те же самые основные этапы. Несмотря на это, проектирование геоинформационных систем имеет и свои собственные уникальные особенности. Так, геоинформационные системы содержат не только атрибутивные данные, но и одновременно графическую информацию, характеризующую пространственные характеристики объектов. Следовательно, при проектировании геоинформационных систем должны быть учтены особенности обработки данного типа данных.

     С учетом достаточно большого объема информации, размещаемой в геоинформационных системах, а также с весьма продолжительным периодом формирования и согласования технического задания на разработку системы процесс проектирования геоинформационных систем является более длительным и более финансово затратным по сравнению с разработкой информационных систем, связанных с другими видами деятельности.

     Помимо этого, при разработке геоинформационных систем еще одной отличительной особенностью является подход к разработке инфологической и даталогической моделей данных.

    При проектировании геоинформационной системы последовательно осуществляются три основные стадии разработки:

1) концептуальное проектирование, то есть сбор, анализ и редактирование требований к тем данным, которые предполагается хранить и обрабатывать в информационной системе (инфологическая модель данных);

2) логическое проектирование, представляющее собой преобразование требований к данным в структуры данных (даталогическая модель данных);

3) физическое проектирование, то есть определение особенностей хранения данных, методов доступа и т. д. (физическая модель данных).

   Центром архитектуры геоинформационных систем является концептуальный уровень, так как именно концептуальная запись моделирует объект информационной системы, причем в ее состав входят только семантически значимые поля, представляющие свойства (атрибуты, реквизиты) объекта. Никаких служебных полей, необходимых прикладным программам, в ее структуре не предусмотрено. Таким образом, инфологическая модель основывается на исследовании информационных потоков и напрямую связана с предметной областью, то есть с градостроительной спецификой.

     В отличие от инфологической, даталогическая концепция построения информационной системы поддерживает локальные представления данных, необходимые конкретному пользователю. Каждая логическая схема (подсхема) является частью (подмножеством) концептуальной схемы или выводится из нее посредством однозначных преобразований. Кроме базовых схем, на этом уровне разработки информационной системы представлены определения форм, отчетов, запросов и другие компоненты приложений. С помощью внешних схем поддерживается интерфейс конечного пользователя и санкционированный доступ к данным и приложениям.

    Таким образом, очевидно, что наиболее важной задачей при проектировании геоинформационной системы является возможность обеспечения прикладным программам доступа к данным на логическом уровне. Это связано с тем, что подобная парадигма на этапе разработки позволяет снять вопрос зависимости прикладных программ непосредственно от самих данных. Для реализации данной задачи в геоинформационных системах необходимо предусмотреть следующие функции:

   1. Контроль согласованности и целостности данных при выполнении операций их обновления. Выполнение данной функции защищает данные от ошибок, которые неизбежны при их вводе пользователями.

   2. Управление многопользовательским доступом к данным. Набор записей в геоинформационных системах должен быть доступен всем прикладным программам, даже если при этом одни и те же данные требуются одновременно нескольким прикладным программам. Однако особенность практически любой операционной системы заключается в том, что в ней заложен механизм блокировок, обеспечивающий управление многопользовательским доступом на уровне файлов. Данный механизм блокирует доступ для всех прикладных программ, кроме какой-то одной. Для предотвращения подобной ситуации в разрабатываемых географических информационных системах должен быть заложен более тонкий механизм управления многопользовательским доступом. Так, если различные прикладные программы будут запрашивать непересекающиеся подмножества записей одного и того же файла, им будет предоставлен одновременный доступ к этой информации.

   3. Защита данных от несанкционированного доступа. При проектировании геоинформационных систем должна быть предусмотрена функция защиты данных от несанкционированного доступа, препятствующая получению доступа к любому файлу системы и предотвращающая возможность злоумышленника воспользоваться данными или повредить их.

  4. Защита данных от разрушений вследствие аварий. Под разрушениями данных понимается нарушение целостности, утрата фрагмента данных или всего набора данных. Данные могут быть разрушены вследствие ошибки исполнения программы, системного сбоя, аварийного отключения питания, сбоев и отказов технических устройств, хакерской атаки, пожара, наводнения и т.д. Так как последствия частичного или полного разрушения данных могут обернуться катастрофой для владельца данных, то в создаваемых геоинформационных системах должны быть учтены механизмы защиты и возможности восстановления данных.

    Таким образом, при проектировании географических информационных систем, помимо перечисленных мероприятий, необходимо дополнительно выполнить следующие действия:

1) разработка ряда требований по отношению к исходным картографическим материалам, в том числе указание проекции, масштаба, системы координат;

2) определение размерности исходных пространственных данных и модели их представления;

3) проектирование послойного состава атрибутивной и пространственной информации в структуре базы данных;

4) установка цифровых карт исходных территорий;

5) применение различных подходов и методов математического моделирования для сбора, анализа и формирования экспертных решений.

Библиографический список

1. Карманов А.Г., Кнышев А.И., Елисеева В.В. Геоинформационные системы территориального управления: учеб. пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2015. – 121 с.

IDENTIFICATION OF THE BASIC PRINCIPLES OF THE GEOINFORMATION SYSTEMS ORGANIZATION FOR DETERMINING THE FEATURES OF THEIR DESIGN

Istratova E.E., Candidate of Technical Sciences

Lastochkin P.V., Head of Technical Support Department

Evtushenko A.Y., Student

Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

Abstract. The article presents the results of the analysis of the main characteristics of domestic and foreign geographical information systems, on the basis of which their classification was developed and the design features of this class of information systems were determined.

Keywords: geographical information systems, development of geoinformation systems, design features of geoinformation systems.