А.Н. Бессмертный, начальник отдела геоинформационных систем Администрации Ярославской области
Е.А. Улисков, начальник управления Информатизации Администрация Ярославской области

Предыстория развития ГИС в Ярославской области
Развитие геоинформационных систем началось в Ярославской области с 1992 года. По заказу Администрации Ярославской области, в одном из оборонных предприятий (ОКБ «Омега») начались работы по созданию первой очереди геоинформационной системы анализа региональной инфраструктуры «TERRA». На тот момент рынок прикладных ГИС на базе персональных компьютеров был практически пуст. Зарубежные системы этого направления функционировали на специализированных рабочих станциях и стоили очень дорого. Было ясно, что при ориентации на данные разработки невозможно массовое внедрение ГИС. Анализ рынка отечественных наработок показал, что большинство программ находятся в зачаточной стадии и речи об их промышленной эксплуатации быть не может. Было принято решение о начале разработки собственной ГИС, ориентированной на реально существующий парк вычислительной техники. В ходе разработки системы проводились активные консультации со специалистами из организаций, традиционно занятыми в этой области, таких как 29 НИИ, академия им. Куйбышева и другими. Была произведена оцифровка карты Ярославской области масштаба 1:100 000, карты Ярославля масштаба 1:10 000. По заказу сотрудников аналитического центра Администрации Ярославской области разрабатывались прикладные задачи с привязкой данных к электронной карте. Очень большое внимание уделялось оптимизации форматов хранимых картографических данных, для получения приемлемых реактивных характеристик отрисовки электронной карты и скорости выполнения запросов. Первая версия системы функционировала под управлением операционной системы MS-DOS, и включала в себя программу оцифровки картографического материала, поддерживающую наиболее распространенные модели устройств ввода (дигитайзеры, планиметры), программу визуализации электронных карт, и прикладные базы данных, связанные с картой. С течением времени, при смене поколений персональных компьютеров стало ясно, что для обеспечения более полного функционала системы необходимо перевести ее под управление MS Windows. Этим самым снимался вопрос о большинстве ограничений, накладываемых на программы операционной системой. На данный момент программа визуализации электронных карт имеет богатые возможности для просмотра и редактирования картматериала, не уступающие зарубежным аналогам. Новые прикладные задачи разрабатываются с использованием наиболее прогрессивных технологий хранения и обработки информации. На базе ГИС «TERRA» создан ряд расчетных задач (мониторинг объектов, модели ЧС) и программ обработки картографической информации (обработка фотоснимков, построение фотопланов, построение рельефных моделей местности и т.д.). Следующим шагом в развитии ГИС «TERRA» является предоставление имеющейся информации удаленным пользователям, т.е. создание Интернет-ГИС.
Работы в данном направлении начались в 1997 году. К этому времени начали появляться первые подобные системы. Анализ появляющихся в Интернет ресурсов позволил выделить несколько основных подходов к реализации поставленной задачи.
Анализ основных подходов при реализации ГИС в Интернет
1. Растровый подход
Наиболее распространенный на сегодняшний день способ предоставления картографической информации. Принцип действия: на сервере устанавливается программное обеспечение, генерирующее изображение интересующего участка территории и передающее его удаленному пользователю в одном из стандартных графических форматов (GIF или JPEG). Имеет неоспоримые преимущества в том, что в этом случае обеспечивается максимальная совместимость практически со всеми версиями Интернет-обозревателей. К недостаткам можно полную статичность полученного изображения, и возможно большую загрузку сервера при одновременной обработке большого количества запросов. К недостаткам можно отнести и объем передаваемых клиенту данных - как наиболее оптимальный по сжатию формат обычно используется GIF, хранящий изображение в палитре из 256 цветов, что может оказаться недостаточным при отображении карты. Другой распространенный формат JPEG, имеющий 32-битную глубину цвета сжимает изображение с потерей качества, что опять-таки нежелательно. В случае передачи полноцветного несжатого изображения очень сильно увеличивается объем передаваемых данных и как следствие увеличивается время реакции системы.
2. Векторный подход
Реже применяемый в настоящее время способ отображения картографической информации. Заключается в передаче клиенту координат объектов, с их последующей обработкой программным обеспечением, установленным на компьютере пользователя. Используется несколько вариантов для реализации данного подхода.
Использование Plug In и ActiveX элементов. Данные элементы являются интегрированными в Интернет-обозреватели объектами. По сути своей являются специальным образом написанными программами, имеющими возможность получать данные по протоколам удаленного доступа. Имеют неоспоримое преимущество в вопросе скоростной обработки полученной информации и способов ее представления. При использовании этого метода пользователь имеет богатые возможности при просмотре электронных карт, способов вывода картографической информации (задание атрибутов выводимых слоев, так как цвет, заливки, типы линий и т.д.), кэширования данных и создания собственных настроек, загружаемых с клиентской машины при отрисовке карты. К недостаткам этого подхода можно отнести следующие: не все Интернет-обозреватели поддерживают данные объекты, нет ни одного браузера поддерживающего оба типа объектов, в случае кэширования данных встает вопрос об их своевременной актуализации. Также в случаях, когда данные кэшируются на клиентской машине, в результате работы может оказаться, что вся информация находится у пользователя, и, таким образом мы можем получить локальный вариант системы.
Использование Java-апплетов. В последние годы бурно развивается новый язык для написания сетевых приложений Java. Написанные на нем программы, называемые апплетами, поддерживаются большинством браузеров и являются многоплатформными, т.е. они могут работать не только под управлением операционной системы Microsoft Windows, но и в других ОС. К явным недостаткам данного подхода можно отнести очень большое количество ограничений, накладываемых на разработчика системы. Это объясняется тем, что, в первую очередь очень трудно реализовать приложение таким образом, чтобы оно одинаково функционировало под управлением различных операционных систем на компьютерах различной архитектуры. Во вторых, особый упор в языке сделан на обеспечение безопасности, и как следствие апплет не может использовать массу возможностей, доступных Plug In и ActiveX элементам.
Использование в ГИС возможностей получения данных из распределенной сети. Многие из современных средств разработки приложений, так как Microsoft Visual C++, Borland C++ и другие, предоставляют программисту возможность использовать в качестве источника данных ресурсы, находящиеся в распределенных сетях, в том числе в Интернет. Данный подход, с точки зрения авторов, является наиболее перспективным с точки зрения создания ГИС в Интернет. Это касается и способов получения данных, их интерпретации и некоторых вопросов конфиденциальности передаваемой информации. Однако данный подход является сугубо профессиональным, и не способствующим массовому использованию геоинформационных ресурсов в Сети. По сути, этим путем видимо будут двигаться профессиональные ГИС, предоставляющие пользователям специфическую информацию на коммерческой основе.
Проблема передачи картографических данных в Интернет
Главная задача при построении ГИС в Интернет - минимизировать обращения клиентской части к удаленному серверу. В локальных системах программа имеет доступ ко всему банку данных, и в большинстве случаев берет их больше чем нужно, для повышения реактивности системы. Рассмотрим подробнее механизм работы некой абстрактной ГИС. Изначально система открывает проект, считывает информацию о его границах, количестве имеющихся слоев, масштабах их видимости, состоянии (включен/выключен), способах отображения и т.д. Затем открываются базы описаний слоев, из которых выбираются объекты попадающие в область просмотра, и только после этого начинается считывание координат объектов и их обработка. Понятно, что все вышеперечисленные действия вызывают активный обмен информацией с хранилищем данных. В глобальной сети оптимальным является получение только той порции информации, которая необходима. Для выбора такой порции могут использоваться промежуточные программы-шлюзы, либо специальное программное обеспечение (MS SQL Server, Oracle Server) которые, находясь на сервере, обрабатывают пришедший запрос и выдают нужные данные клиентской части.
Проблема конфиденциальности передаваемых данных
Следующий немаловажный аспект проблемы - конфиденциальность и безопасность при работе с картой. Как известно Интернет - изначально открытая система, поэтому не может быть никаких гарантий, что передаваемая информация не будет перехвачена и использована не по назначению. Это сильно замедляет внедрение ГИС в Интернет, так как картографическая информация в ряде случаев имеет коммерческую ценность для ее владельца, а иногда вообще имеет различные степени секретности. Сейчас эта проблема решается самым простым путем - в сети выставляются проекты, не содержащие ни коммерческой, ни закрытой информации. Нельзя сказать, что они совершенно бесполезны, но и претендовать на роль серьезных информационных ресурсов также не могут.
Описание реализации Интернет-ГИС на сервере органов власти Ярославской области

В настоящее время на сервере органов власти Ярославской области реализован первый вариант Интернет-ГИС «TERRA-Online». Принципиальная схема работы системы представлена на рисунке ниже.
Источником информации системы является геоинформационная система «TERRA». Функционально разработка представляет собой Java-апплет, отображающий картографическую информацию и базы данных, реализованные в технологиях CGI (Common Gateway Interface) и ASP (Active Server Pages). Для получения картографических данных используются программы-шлюзы, получающие и обрабатывающие запросы, поступающие от Java-апплета. В ответ на запрос сканируется база данных картографических объектов, из которых выбираются только попадающие в область просмотра, обрабатываются их координаты - для каждого объекта передается только одна затравочная точка, остальные координаты даются в виде смещения относительно ее. При этом игнорируются точки, совпадающие друг с другом. Такой подход позволил на порядок уменьшить объем передаваемой информации. Часть прикладных баз данных использует тот же подход. При идентификации объекта, программа - шлюз производит выборку из базы и отсылает пользователю всю имеющуюся атрибутивную информацию по объекту. Другая часть программ использует более прогрессивную технологию ASP. На сервере создается ODBC-источник данных, и посредством выполнения SQL-запросов выдается информация по интересующему объекту. При использовании данной технологии пользователю предоставляются возможности сортировки объектов, выборки групп объектов по какому либо признаку.
В системе представлены: карта Ярославской области масштаба 1:100 000, карты городов масштаба 1:50 000 до уровня кварталов и карта Ярославля масштаба 1:5000 до уровня городской застройки. Карта связана со следующими базами данных: адресатор г. Ярославля, детские дошкольные учреждения, общеобразовательные учреждения, учреждения дополнительного образования, система профтехучилищ, высшая школа, медицинские учреждения, памятники истории и культуры, населенные пункты, паспорта районов и городов, объекты, строящиеся за счет областного бюджета.
Перспективы развития ГИС в Интернет
Основным недостатком Интернет - ГИС «TERRA-Online» является ее узкая специализация. Данные представленные в ней необходимы очень небольшому количеству пользователей в Ярославской области. В основном это работники соответствующих управлений и департаментов Администрации области. Для повышения востребованности системы предполагается наполнять ее информацией общего характера - маршруты движения городского транспорта, гостиницы, объекты инфраструктуры и т.д. Фиксированный размер окна просмотра электронных карт также является существенным недостатком. Система разрабатывалась с учетом рабочего разрешения экрана 800х600 точек. Сейчас многие пользователи имеют более качественную технику и соответственно желают увеличить область отображения. Работы в этом направлении ведутся, и в ближайшее время на сайте будет выставлен новый вариант ГИС, в котором вышеописанные недостатки будут устранены.
В дальнейшем планируется внедрение в систему новых проектов, так как адресные планы районных центров области и крупных населенных пунктов, прорабатываются возможности создания крупных обзорных проектов так как карта России, ведутся работы по улучшению интерфейса системы и придания ей новых возможностей.