Использование программных пакетов для решения экологических задач



Для решения задач, связанных с обработкой пространственной информации, существует немало программных пакетов. Среди них можно выделить GRASSGIS, QuantumGIS, OpenLayers, MapServer, PostGIS, ArcGIS, ERDASImagine, Scanex и многие другие. Однако не все эти пакеты являются универсальными и направлены на решение лишь узкого круга задач. Самыми распространенными и универсальными в этой области являются программные продукты, предоставляемые компанией ESRI (Environmental Systems Research Institute). Компанией ESRI было разработано целое семейство геоинформационных программных продуктов (ArcGIS).

ArcGIS — это платформа для выработки и принятия ответственных решений на основе географического подхода. Она позволяет проводить глубокий анализ, извлекать новые знания из имеющихся данных и делать правильный выбор. Одним из преимуществ ArcGIS является то, что он работает везде: в интернете или интранете, на мобильных устройствах, на настольном компьютере.

Корпоративная платформа ArcGIS дает всем пользователям возможность получать, создавать, использовать и обмениваться картами и географически привязанной информацией на любом вычислительном устройстве, в любом месте, в любое время.

Инструменты настройки и разработки ArcGIS позволяют:

− Создавать простые карты из собственных корпоративных данных пользователей;

− Конструировать приложения с картами на различных платформах;

− Публиковать и использовать веб-сервисы геоинформационных систем (геосервисы);

− Просматривать, адаптировать и использовать примеры кода, шаблоны приложений, онлайн данные и др.

Эти возможности ArcGIS и помогут в решении поставленных задач. В данной работе используется сразу несколько продуктов ArcGIS, такие как ArcGISforDesktop, ArcGISAPIforJavaScript, PortalforArcGIS и ArcGISServer.

Одной из наиболее острых экологических проблем, характерных для промышленно развитых регионов Российской Федерации, в частности, для Республики Башкортостан являются проблемы, связанные с захоронением, переработкой и утилизацией промышленных и бытовых отходов. В комплексе проводимых мероприятий по организации безопасного и экологичного захоронения отходов ключевыми становятся аспекты рационального использования территорий при условии достижения приемлемого качества окружающей среды. На территории Республики Башкортостан функции контроля и управления в сфере обращения с отходами возложены, главным образом, на Министерство природопользования и экологии РБ, в соответствии с региональным и федеральным законодательством [1–3]. В рамках деятельности по улучшению экологической обстановки важным аспектом стало принятие постановления Правительства РБ от 01.02.2010 № 26 «О республиканском кадастре отходов производства и потребления», в соответствии с которым Министерством природопользования и экологии РБ предусмотрено ведение автоматизированной информационной системы по формированию и ведению регионального кадастра отходов (АИС «Кадастр отходов»). Также предусмотрено ее дальнейшее развитие в соответствии с постановлением «Совершенствование системы управления твердыми бытовыми отходами в Республике Башкортостан» на 2011–2020 годы. Министерство природопользования и экологии РБ (далее Минэкологии РБ) обязано формировать систематизированный свод сведений о происхождении, количестве, составе, свойствах, классе опасности отходов, условиях и конкретных объектах размещения отходов (ОРО), технологиях их использования и обезвреживания на территории Республики Башкортостан. На основе этих сведений осуществляется государственный контроль деятельности в области обращения с отходами, они служат основанием для принятия управленческих, хозяйственных и иных решений в этой сфере. При проектировании картографического сервиса на интернет-порталах и программировании можно использовать подходы, изложенные в [4–10].

АИС «Кадастр отходов». АИС «Кадастр отходов» предназначена для ввода и накопления сведений о видах отходов, объектах размещения, технологиях переработки, лицензиях, а также количественных показателях образования отходов у хозяйствующих субъектов. Однако функциональные возможности системы не предполагают визуализацию пространственных данных на карте.

Кроме того, в соответствии с Федеральным законом «Об обеспечении доступа к информации о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления», Минэкологии РБ необходимо своевременно предоставлять в открытый доступ в сети Интернет актуальную информацию о технологических установках с учётом требований законодательства Российской Федерации о государственной тайне и о персональных данных.

Цели и задачи. В связи с вышесказанным актуальной задачей является предоставление информации о расположении технологических установок по утилизации и обезвреживанию отходов специалистам Минэкологии и для публичного доступа. Публичный доступ к информации о расположении технологических установок направлен на совершенствование системы управления отходами в Республике Башкортостан, а именно:

1. Юридические лица и индивидуальные предприниматели, деятельность которых образует отходы, должны иметь информацию о местах утилизации и обезвреживания отходов;
2. Юридические лица и индивидуальные предприниматели, планирующие коммерческую деятельность в сфере утилизации и обезвреживания отходов.

Сказанное выше определяет цель работы: Обеспечение широкого круга пользователей актуальной пространственной и атрибутивной информацией о технологических установках по утилизации и обезвреживанию отходов на территории Республики Башкортостан.

Задачи:

1. Идентификация мест расположения технологических установок, сведения о которых содержатся в АИС «Кадастр отходов»;
2. Подготовка и публикация картографического слоя с расположением технологических установок, который обеспечивает актуальными атрибутивными данными об установках за счет интеграции с блоком технологических установок в АИС «Кадастр отходов»;
3. Разработка картографического веб-приложения с использованием программной платформы ГИС-компоненты АИС «Кадастр отходов» (ArcGISforServer);
4. Размещение веб-приложения на геопортале Минэкологии РБ для публичного доступа.

Использование веб-приложения в составе ГИС-компоненты автоматизированной информационной системы позволит специалистам Минэкологии РБ центрального аппарата и территориальных управлений:

− получать доступ к актуальной пространственной и атрибутивной информации через веб-браузер без установки какого-либо специализированного ПО;

− поддерживать как атрибутивные, так и пространственные сведения о технологических установках в актуальном состоянии;

− осуществлять мониторинг состояния технологических установок и в целом экологической обстановки в этой сфере на всей территории Республики Башкортостан.

Использование веб-приложения сторонними пользователями, заинтересованными в этом, обеспечит их актуальной и достоверной информацией, доступа к которой ранее они не имели.

Структура и архитектура АИС «Кадастр отходов». При разработке картографического приложения требуется обеспечить интеграцию атрибутивной информации электронной карты с расположением технологических установок с блоком «Технологии утилизации и обезвреживания отходов» (Рис. 1).

Рис. 1. Структура АИС «Кадастр отходов»

Картографическое веб-приложение «Технологические установки» является частью ГИС-компоненты АИС «Кадастр отходов» (Рис. 2).

Рис. 2. Архитектура АИС «Кадастр отходов»

Проектирование картографического веб-приложения. При проектировании картографического веб-приложения были построены диаграммы UML. UML является языком широкого профиля, это открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. Он помогает в описании и проектировании программных систем, в особенности систем, построенных с использованием объектно-ориентированных технологий. Диаграммы рисуются для визуализации системы с разных точек зрения, затем они отображаются в систему. Для наглядного представления о том, как специалисты Минэкологии или обычные пользователи взаимодействуют с веб-приложением необходимо разработать диаграммы прецедентов и последовательности.

Диаграммой прецедентов (UseCaseDiagram) называется диаграмма, на которой показана совокупность прецедентов и актеров, а также отношения между ними.

На рисунке 3 изображено как пользователь может использовать разрабатываемое картографическое веб-приложение. Он может осуществлять поиск конкретной технологической установки, просмотреть расположение технологических установок на карте или посмотреть сведения о них.

Рис. 3. Диаграмма прецедентов

Диаграмма последовательности — это диаграмма, на которой изображено упорядоченное во времени взаимодействие объектов. Диаграммы последовательности создаются для того, чтобы наглядно показать жизненный цикл, для моделирования взаимодействия объектов, спецификации динамики поведения систем, и для возможности рассмотрения структурных особенностей взаимодействия объектов.

При разработке диаграммы последовательности были определены действия при работе с картографическим веб-приложением «Технологические установки». Диаграмма описывает, как пользователь взаимодействует с системой: при поиске или идентификации технологических установок происходит обращение к базе данных, пользователь только выбирает нужные ему действия и получает сообщение о возращении. Объекты, участвующие во взаимодействии, располагаются в верхней ее части вдоль оси X: инициирующий взаимодействие объект размещают слева, а остальные — правее. Затем вдоль оси Y размещаются сообщения, которые объекты посылают и принимают. Это показывает наглядную картину, позволяющую понять развитие потока управления во времени (Рис. 4).

Пользователь через веб-браузер сначала открывает Геопортал Минэкологии, и только оттуда попадает в картографическое веб-приложение «Технологические установки». В приложении на главной странице располагается карта со слоем технологических установок. Пользователь может сразу идентифицировать «понравившуюся» установку, либо перейти к поиску определенной установки. Поиск осуществляется только по типу отхода. Найдя нужную установку, пользователь может посмотреть ее расположение на карте, либо посмотреть подробные сведения о ней.

Рис. 4. Диаграмма последовательности

Публикация картографических веб-сервисов. Картографический сервис — это способ предоставления веб-доступа к картам, объектам и данным атрибутов с помощью ArcGIS. Картографический веб-сервис может быть опубликован из ArcGIS for Desktop двумя способами:

− Используя собственный сервер организации пользователя. Если у организации есть ArcGIS for Server, то можно публиковать картографические сервисы непосредственно в Интернете и включать их в веб-карты ArcGIS Online. Кроме того, можно публиковать другие типы сервисов, такие как сервисы геообработки.

− Используя ArcGIS Online. При наличии у организации ArcGIS for Desktop версии 10.1 и подписки на ArcGIS Online для организаций можно публиковать картографические сервисы, находящиеся на узле (где узлом является Esri), без ArcGIS for Server. Это облегчает преобразование данных ГИС в веб-сервисы, т. к. не требуется установка или администрирование программного обеспечения сервера.

Для публикации слоя в качестве картографического сервиса был подготовлен точечный слой технологических установок в ArcGISforDesktop и опубликован первым способом. На сегодняшний день на территории республики Башкортостан имеется 95 действующий установок, которые и были нанесены точечным слоем.

Использование ArcGIS API for JavaScript. Разработка веб-ГИС-приложений происходит на основе геоданных, публикуемых с использованием программного продукта ESRI ArcGIS Server. ArcGIS Server предусматривает два основных варианта создания Веб-приложений: c использованием ArcGIS Javascript Application Program Interface (АPI) или ArcGIS Web Application Developer Framework (ADF) для платформы Microsoft.NET. ArcGIS JavaScript API предназначен для добавления функциональных возможностей ГИС напрямую в веб-страницы. Для работы с API необходим только доступ к опубликованным через ArcGIS Server ресурсам, при этом API предоставляет все преимущества Javascript: интерактивность, выполнение функциональных возможностей на стороне клиента, увеличение быстродействия работы системы, интеграцию в html-страницы, простоту написания программ.

Интерфейс ArcGIS JavaScript API позволяет внедрять карты в веб-страницы, создавать картографические веб-приложения и ГИС-клиенты, интегрирующие данные из различных источников на JavaScript, предоставляет широкие возможности визуализации, картографирования, геокодирования и геообработки.

Javascript API построен на основе «dojo javascript toolkit» (dojo) — открытой (распространяемой под двойной лицензией: BSD License и Academic Free License) библиотеки Javascript. Dojo представляет собой набор инструментов, позволяющих разрабатывать надежные, эффективные приложения без необходимости установки специальных утилит на стороне клиента и использования дополнительных компонент на стороне сервера.

Dojo включает в себя набор базовых элементов пользовательского интерфейса — «dijits» (dojo widgets), в котором реализованы меню, кнопки, панели инструментов и многое другое. Одним из преимуществ использования таких компонент в составе приложения является их надежность: все элементы интерфейса протестированы на совместимость с современными веб-браузерами, благодаря чему обеспечивается стабильность работы веб-приложения.

При построении интерфейса веб-приложения автоматически был сгенерирован код на JavaScript.

Картографическое веб-приложение «Технологические установки» в составе ГИС-компоненты АИС «Кадастр отходов». В результате на корпоративном Геопортале Минэкологии РБ было опубликовано картографическое веб-приложение «Технологические установки» (Рис. 5). Главная страница веб-приложения содержит карту, окно поиска, линейку, есть возможность приближаться и отдаляться от объектов и возможность идентифицировать объект (Рис. 6).

Для идентификации определенной технологической установки, необходимо нажать левой кнопкой мыши по нужной установке. Поиск по видам отходов осуществляется с помощью специального окошка в верхней части главной страницы веб-приложения. После нажатия кнопки «Поиск» появляется список установок, удовлетворяющих критериям поиска. Далее можно выбрать нужную установку и посмотреть ее расположение на карте. Преимущества такого поиска в том, что можно визуализировать на карте технологические установки, отсортированные по видам отходов.

Рис. 5. Геопортал Минэкологии РБ

Рис. 6. Главная страница веб-приложения

Заключение. На базе различных промышленных пакетов можно создать картографические веб-приложения, осуществляющие: отображение общегеографической и пространственной информации о технологических установках в регионах Российской Федерации; навигацию по карте; выбор технологической установки на карте, вывод атрибутивной информации, содержащейся в БД АИС «Кадастр отходов» по всем объектам в виде таблиц.

Литература:

1. Симонов А. В. Интерактивный картографический сервис на образовательных интернет-порталах // В сб. научных статей «Интернет-порталы: содержание и технологии». Вып. 2. / Редкол.: А. Н. Тихонов (пред.) и др.; ГНИИ ИТТ «Информика». — М.: Просвещение, 2004. — С. 369–393.
2. Смирнова Г. Н. Проектирование информационных систем / Смирнова Г. Н., Тельнов, Ю.Ф. — М.: Прогресс, 2002.
3. Христодуло О. И. Разработка ГИС-компоненты в составе информационной системы «Кадастр отходов» для Республики Башкортостан. // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем. Межвузовский научный сборник. — Уфа: УГАТУ, 2011. — С. 156–161.
4. Федеральный закон от 9 февраля 2009 г. № 8-ФЗ «Об обеспечении доступа к информации о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления» (с изменениями и дополнениями) [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://base.garant.ru/194874, свободный, дата обращения: 25.05.16.
5. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан в 2013 году [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://ecology.bashkortostan.ru/presscenter/lectures/, свободный, дата обращения: 5.05.16.
6. Отчет о Разработке автоматизированной системы по формированию и ведению регионального кадастра отходов на территории Республики Башкортостан [Электронный ресурс]; Режим доступа: https://ecology.bashkortostan.ru, свободный, дата обращения: 15.04.16.
7. Разработка ГИС-приложений для ArcGIS Server // Разработка программного обеспечения, информационных/ геоинформационных систем (ПО, ИС, ГИС) [электронный ресурс]; Режим доступа: http://gisworks.blogspot.com /2009/02/4-razrabotka-na-arcgis-javascript-api.html дата обращения: 06.05.2016.
8. Картографический дизайн, ориентированный на интернет: проектирование и оформление карт для веб-сервисов Самсонов Т. Е., [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://www.dataplus.ru/news/arcreview, свободный, дата обращения 20.05.16.
9. Сервис-ориентированная архитектура программного обеспечения корпоративных геоинформационных систем С. В. Павлов, Т. М. Усов, Р. А. Шкундина [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://gistechnik.ru/pub/3-publik/90-korpop, свободный, дата обращения: 06.06.16.
10. Язык JavaScript — Программирование [Электронный ресурс]; Режим доступа: http://allrefs.net/c20/3j6tn/p7/свободный, дата обращения: 22.04.16.