Распределенная ГИС - Distributed GIS

Распределенная ГИС относится к системам GI , в которых не все компоненты системы находятся в одном и том же физическом месте. Это может быть обработка , база данных , рендеринг или пользовательский интерфейс . Он представляет собой частный случай распределенных вычислений с примерами распределенных систем, включая веб- ГИС и мобильные ГИС . Распределение ресурсов предоставляет корпоративные и корпоративные модели для ГИС (включающие несколько баз данных, разные компьютеры, выполняющие пространственный анализ, и разнообразную экосистему клиентских устройств, часто использующих пространственные возможности). Распределенная ГИС позволяет использовать модель общих сервисов , включая слияние данных (или гибридные приложения ) на основе веб-сервисов Open Geospatial Consortium (OGC). Технология распределенных ГИС позволяет использовать современные онлайн-картографические системы (такие как Google Maps и Bing Maps ), сервисы на основе местоположения (LBS), веб-ГИС (такие как ArcGIS Online) и многочисленные приложения с поддержкой карт. Другие приложения включают транспорт, логистику , коммунальные услуги, сельскохозяйственные информационные системы, системы экологической информации в реальном времени и анализ передвижения людей. Что касается данных, концепция была расширена за счет добровольной географической информации . Распределенная обработка позволяет улучшить производительность пространственного анализа за счет использования таких методов, как параллельная обработка.

Этимология

Термин распределенной ГИС был придуман Брюсом Джиттингс в Эдинбургском университете . Он отвечал за одну из первых распределенных ГИС на базе Интернета . В 1994 году он разработал и внедрил World Wide Earthquake Locator, который предоставил карты недавних землетрясений не зависящему от местоположения пользователю, который использовал картографическую систему Xerox PARC (базирующуюся в Калифорнии , США), управляемую интерфейсом, базирующимся в Эдинбурге ( Шотландия) , которые в реальном времени получали данные из Национального центра информации о землетрясениях (USGS) в Колорадо , США. Впервые Гиттингс прочитал курс по этому предмету в 2005 году в рамках магистерской программы по ГИС в этом учебном заведении. Поскольку в то время не было статьи о распределенной ГИС в Википедии, он поставил перед студентами задачу создать ее в 2007 году в качестве классного упражнения.

Типы

Корпоративная ГИС

Под корпоративной ГИС понимается географическая информационная система, которая объединяет географические данные из нескольких отделов и обслуживает всю организацию. Основная идея корпоративной ГИС состоит в том, чтобы удовлетворять потребности подразделений коллективно, а не индивидуально. Когда организации начали использовать ГИС в 1960-х и 1970-х годах, основное внимание уделялось индивидуальным проектам, в которых отдельные пользователи создавали и поддерживали наборы данных на своих собственных настольных компьютерах. Из-за обширного взаимодействия и рабочего потока между отделами многие организации в последние годы перешли от независимых автономных систем ГИС к более интегрированным подходам, которые совместно используют ресурсы и приложения.

Некоторые из потенциальных преимуществ, которые может предоставить корпоративная ГИС, включают значительное сокращение избыточности данных в системе, повышение точности и целостности географической информации, а также более эффективное использование и совместное использование данных. Поскольку данные являются одним из наиболее важных вложений в любую программу ГИС, важен любой подход, который снижает затраты на приобретение при сохранении качества данных. Внедрение корпоративной ГИС может также снизить общие затраты на обслуживание и поддержку ГИС, обеспечивая более эффективное использование ресурсов ГИС отдела. Данные можно интегрировать и использовать в процессах принятия решений во всей организации.

Корпоративная ГИС

Корпоративная географическая информационная система похожа на корпоративную ГИС и комплексно удовлетворяет потребности организации в пространственной информации. Корпоративная ГИС состоит из четырех технологических элементов: данных , стандартов , информационных технологий и квалифицированного персонала. Это скоординированный подход, который уходит от фрагментированной настольной ГИС. Дизайн корпоративной ГИС включает создание централизованной корпоративной базы данных, которая призвана стать основным ресурсом для всей организации. Корпоративная база данных специально разработана для эффективного и действенного соответствия требованиям организации. Для корпоративной ГИС необходимо эффективное управление корпоративной базой данных и установление таких стандартов, как OGC, для картографических технологий и технологий баз данных.

Преимущества включают то, что все пользователи в организации имеют доступ к общим, полным, точным, высококачественным и актуальным данным. Все пользователи в организации также имеют доступ к общим технологиям и специалистам. Это повышает эффективность и результативность организации в целом. Успешно управляемая корпоративная база данных сокращает избыточный сбор и хранение информации в организации. Благодаря централизации ресурсов и усилий это снижает общие затраты.

Мобильная ГИС

При ~ 80% всех данных считается, что они имеют пространственный компонент, современные мобильные ГИС представляют собой мощную геоцентрическую платформу интеграции бизнес-процессов, обеспечивающую Spatial Enterprise. Количество мобильных устройств в обращении превысило численность населения мира (2013 г.) благодаря быстрому ускорению распространения планшетов на iOS , Android и Windows 8 . Таблетки быстро становятся популярными для использования в полевых условиях. Недорогие корпуса, сертифицированные по стандарту MIL-STD-810, превращают потребительские планшеты в полностью защищенные, но легкие устройства для использования в полевых условиях при 10% стоимости устаревших защищенных ноутбуков.

Хотя не все приложения мобильной ГИС ограничены устройством, но многие из них. Эти ограничения в большей степени применимы к устройствам меньшего размера, таким как сотовые телефоны и КПК . У таких устройств есть: маленькие экраны с плохим разрешением, ограниченная память и вычислительная мощность, плохая (или отсутствующая) клавиатура и малое время автономной работы. Дополнительные ограничения могут быть обнаружены в приложениях для планшетов на основе веб-клиента: плохой веб-интерфейс и интеграция устройств, зависимость от сети и очень ограниченный кэш автономного веб-клиента.

Геолокационные сервисы

Услуги на основе местоположения (LBS) - это услуги, которые распространяются по беспроводной сети и предоставляют информацию, относящуюся к текущему местоположению пользователя. Эти услуги включают в себя такие вещи, как «найди ближайший…», направления и различные системы мониторинга транспортных средств, такие как система GM OnStar и другие. Услуги на основе определения местоположения обычно выполняются на мобильных телефонах и КПК и предназначены для использования широкой публикой больше, чем мобильные ГИС-системы, ориентированные на коммерческое предприятие. Устройства могут быть обнаружены путем триангуляции с использованием сети мобильной связи и / или GPS.

Услуги веб-картографии

Картографический веб-сервис - это средство отображения и взаимодействия с картами в Интернете. Первым веб-картографическим сервисом был Xerox PARC Map Viewer, созданный в 1993 году и выведенный из эксплуатации в 2000 году.

Существует 3 поколения картографических веб-сервисов . Первое поколение было выпущено в 1993 году и состояло из простых карт изображений с функцией одного щелчка. Второе поколение было с 1996 года и по-прежнему использовало карты изображений с функцией одного щелчка. Однако у них также были возможности масштабирования и панорамирования (хотя и медленные), и их можно было настроить с помощью API URL . Третье поколение было с 1998 года и было первым, которое включало скользкие карты. Они используют технологию AJAX, которая обеспечивает плавное панорамирование и масштабирование. Их можно настраивать с помощью API URL, и они могут иметь расширенные функциональные возможности, запрограммированные с использованием DOM .

Картографические веб-сервисы основаны на концепции карты изображений, посредством которой она определяет область, на которую накладывается изображение (например, GIF). Карта изображения может обрабатываться на стороне клиента или сервера. Поскольку функциональность встроена в веб-сервер, производительность хорошая. Карты изображений могут быть динамическими. Когда карты изображений используются для географических целей, система координат должна быть преобразована в географическое происхождение, чтобы соответствовать географическому стандарту начала отсчета в левом нижнем углу. Веб-карты используются для сервисов на основе местоположения .

Локальный поиск

Основная статья: Локальный поиск (Интернет)

Локальный поиск - это недавний подход к поиску в Интернете, который включает географическую информацию в поисковые запросы, чтобы ссылки, которые вы возвращаете, более релевантны тому, где вы находитесь. Он возник из-за растущего осознания того, что многие пользователи поисковых систем используют его для поиска компании или услуги в данной местности. Локальный поиск стимулировал развитие веб-картографии, которая используется либо как инструмент для использования в географическом ограничении вашего поиска (см. Карты Live Search ), либо как дополнительный ресурс, который должен быть возвращен вместе со списками результатов поиска (см. Карты Google ). Это также привело к увеличению количества малых предприятий, размещающих рекламу в сети.

Мэшапы

В распределенной ГИС термин mashup относится к общему веб-сервису, который объединяет контент и функциональность из разрозненных источников; гибридные приложения отражают разделение информации и представления. Гибридные приложения все чаще используются в коммерческих и государственных приложениях, а также в общественном достоянии. При использовании в ГИС он отражает концепцию соединения приложения с картографической службой. В качестве примера можно привести сочетание карт Google со статистикой преступности Чикаго для создания карты статистики преступности Чикаго . Мэшапы бывают быстрыми, обеспечивают соотношение цены и качества и снимают с создателя ответственность за данные.

Системы второго поколения предоставляют гибридные приложения в основном на основе параметров URL, в то время как системы третьего поколения (например, Google Maps) допускают настройку с помощью сценария (например, JavaScript).

Стратегия

Развитие инициативы Европейского союза (ЕС) « Инфраструктура пространственной информации в Европейском сообществе» (INSPIRE) указывает на то, что этот вопрос становится все более осознанным на национальном уровне и в масштабах ЕС. В нем говорится, что существует потребность в создании «качественной информации с географической привязкой», которая была бы полезна для лучшего понимания деятельности человека в отношении экологических процессов. Таким образом, это амбициозный проект, направленный на создание европейской базы данных пространственной информации.

Стратегия GI для Шотландии была представлена ​​в 2005 году для обеспечения устойчивой ИПД в рамках плана реализации «Одна Шотландия - одна география». В этой документации отмечается, что она должна обеспечивать ссылки на «Пространства, лица и места Шотландии». Хотя планы по стратегии GI существуют в течение некоторого времени, на конференции AGI Scotland 2007 было обнаружено, что недавний обзор бюджета, проведенный правительством Шотландии, показал, что не будет выделения ресурсов для финансирования этой инициативы в течение следующего срока. Следовательно, необходимо будет представить бизнес-план, чтобы обозначить рентабельность, связанную с принятием стратегии.

Стандарты

Основные стандарты для распределенных ГИС предоставляются Open Geospatial Consortium (OGC). OGC - это некоммерческая международная группа, которая стремится включить ГИС в Интернете и, в свою очередь, включить географию в Интернете. Одной из основных проблем, связанных с распределенной ГИС, является возможность взаимодействия данных, поскольку они могут поступать в разных форматах с использованием разных систем проецирования. Стандарты OGC стремятся обеспечить взаимодействие между данными и интегрировать существующие данные.

OGC

С точки зрения функциональной совместимости использование стандартов связи в распределенных ГИС особенно важно. Общие стандарты для геопространственных данных были разработаны Open Geospatial Consortium (OGC). Для обмена геопространственными данными через Интернет наиболее важными стандартами OGC являются Web Map Service (WMS) и Web Feature Service (WFS).

Использование шлюзов, совместимых с OGC, позволяет создавать очень гибкие распределенные системы GI. В отличие от монолитных систем GI, OGC-совместимые системы, естественно, основаны на веб-технологиях и не имеют строгих определений серверов и клиентов. Например, если пользователь ( клиент ) обращается к серверу, этот сервер сам может действовать как клиент для ряда других серверов, чтобы получить данные, запрошенные пользователем . Эта концепция позволяет извлекать данные из любого количества различных источников при условии использования согласованных стандартов данных. Эта концепция позволяет передавать данные с системами, не поддерживающими функции ГИС. Ключевой функцией стандартов OGC является интеграция различных уже существующих систем и, таким образом, географическая поддержка Интернета. Веб-сервисы, обеспечивающие разную функциональность, могут использоваться одновременно для объединения данных из разных источников (гибридных приложений). Таким образом, различные сервисы на распределенных серверах могут быть объединены для «цепочки сервисов», чтобы добавить дополнительную ценность существующим сервисам. Обеспечивая широкое использование стандартов OGC различными веб-службами, становится возможным совместное использование распределенных данных нескольких организаций.

Некоторые важные языки, используемые в системах, совместимых с OGC, описаны ниже. XML означает расширяемый язык разметки и широко используется для отображения и интерпретации данных с компьютеров. Таким образом, разработка веб-системы GI требует нескольких полезных кодировок XML, которые могут эффективно описывать двухмерную графику, такую ​​как карты SVG, и в то же время хранить и передавать простые функции GML . Поскольку GML и SVG являются кодировками XML, их очень просто преобразовать с помощью XSLT преобразования языка стилей XML . Это дает приложению средство визуализации GML и фактически является основным способом, которым это было реализовано среди существующих сегодня приложений. XML может представить инновационные веб-сервисы с точки зрения ГИС. Он позволяет легко переводить географическую информацию в графику, и с этой точки зрения скалярная векторная графика (SVG) может производить высококачественные динамические выходные данные, используя данные, полученные из пространственных баз данных. В том же аспекте Google, один из пионеров веб-ГИС, разработал свой собственный язык, который также использует структуру XML. Язык разметки Keyhole (KML) - это формат файла, используемый для отображения географических данных в браузере Земли, таком как Google Планета Земля, Карты Google и Карты Google для мобильных браузеров "определение Google KML" . Проверено 21 ноября 2007 .

Глобальная система мобильной связи

Глобальная система мобильной связи (GSM) - это глобальный стандарт для мобильных телефонов во всем мире. Сети, использующие систему GSM, предлагают передачу голоса, данных и сообщений в текстовой и мультимедийной форме и предоставляют услуги Интернета, телетайпа, ftp, электронной почты и т. Д. По мобильной сети. Почти два миллиона человек сейчас используют GSM. Существует пять основных стандартов GSM: GSM 400, GSM 850, GSM 900, GSM-1800 (DCS) и GSM1900 (PCS). GSM 850 и GSM 1900 используются в Северной Америке, некоторых частях Латинской Америки и Африке. В Европе, Азии и Австралии используется стандарт GSM 900/1800.

GSM состоит из двух компонентов: мобильного радиотелефона и модуля идентификации абонента . GSM - это сотовая сеть , которая представляет собой радиосеть, состоящую из нескольких ячеек. Для каждой соты передатчик (известный как базовая станция) передает и принимает сигналы. Базовая станция управляется контроллером базовой станции через центр коммутации мобильной связи.

Для усовершенствования GSM была представлена общая услуга пакетной радиосвязи (GPRS), услуга пакетной передачи данных для передачи данных, и универсальная система мобильной связи (UTMS), система мобильной связи третьего поколения ( 3G ). Оба предоставляют услуги, аналогичные 2G, но с большей пропускной способностью и скоростью.

Протокол беспроводного приложения

Протокол беспроводных приложений (WAP) - это стандарт для передачи данных интернет-контента и услуг. Это безопасная спецификация, которая позволяет пользователям мгновенно получать доступ к информации через мобильные телефоны, пейджеры, двустороннюю радиосвязь, смартфоны и коммуникаторы. WAP поддерживает HTML и XML , а также язык WML и специально разработан для небольших экранов и навигации одной рукой без клавиатуры. WML масштабируется от двухстрочных текстовых дисплеев до графических экранов на смартфонах. Он намного строже, чем HTML, и похож на JavaScript .

Геотеги

Основная статья: Геотеги

Геотегирование - это процесс добавления метаданных географической идентификации к таким ресурсам, как веб-сайты, RSS-канал, изображения или видео. Метаданные обычно состоят из координат широты и долготы, но могут также включать высоту, направление удержания камеры, информацию о месте и так далее. Веб-сайт Flickr - один из известных веб-сервисов, на котором размещаются фотографии и предоставляются функции для добавления к изображению информации о широте и долготе. Основная идея - использовать метаданные, связанные с изображениями и коллекцией фотографий. Геотег - это просто правильно сформированный тег XML, дающий географические координаты места. Координаты могут быть указаны в широте и долготе или в координатах UTM ( универсальная поперечная проекция Меркатора ).

Словарь RDFIG Geo от W3C является общей основой для рекомендаций. Он предоставляет официальные глобальные названия для свойств широты, долготы и высоты. Они даны в системе координат, известной как «точка отсчета WGS84». Географические данные определяют эллипсоидальную аппроксимацию поверхности Земли; WGS84 - наиболее часто используемый такой датум.

Параллельная обработка

Параллельная обработка - это использование нескольких процессоров для совместного выполнения разных частей программы. Оборудование для дистанционного зондирования и съемки предоставляет огромное количество пространственной информации, и способы управления, обработки или удаления этих данных стали серьезной проблемой в области географической информатики (ГИС). Для решения этих проблем было проведено много исследований в области параллельной обработки информации ГИС. Это предполагает использование одного компьютера с несколькими процессорами или нескольких компьютеров, подключенных к сети, работающих над одной и той же задачей. Существует множество различных типов распределенных вычислений, два из которых наиболее распространены - это кластеризация и обработка сетки .

Некоторые считают, что грид-вычисления - это «третья волна информационных технологий» после Интернета и Интернета, и они станут основой для следующего поколения сервисов и приложений, которые будут способствовать исследованиям и разработкам ГИС и связанных с ними областей. Грид-вычисления допускают совместное использование вычислительной мощности, позволяя достичь высокой производительности в вычислениях, управлении и сервисах. Грид-вычисления (в отличие от обычного суперкомпьютера, который выполняет параллельные вычисления путем соединения нескольких процессоров по системной шине) использует сеть компьютеров для выполнения программы.

Проблема использования нескольких компьютеров заключается в сложности разделения задач между компьютерами без необходимости ссылаться на части кода, выполняемые на других процессорах. Закон Амдала выражает ускорение программы в результате распараллеливания. В нем говорится, что потенциальное ускорение программы определяется долей кода (P), которая может быть распараллелена: 1 / (1-P). Если код не может быть разбит на несколько процессоров, P = 0 и ускорение = 1 (без ускорения). Если возможно разбить код, чтобы он был полностью параллельным, тогда P = 1 и ускорение бесконечно, хотя теоретически существуют ограничения. Таким образом, существует верхняя граница полезности добавления дополнительных модулей параллельного выполнения. Закон Густафсона - это закон, тесно связанный с законом Амдала, но он не делает столько предположений и пытается смоделировать эти факторы в представлении производительности. Уравнение можно смоделировать следующим образом: S (P) = P - α * (P - 1), где P - количество процессоров, S - ускорение, а α - непараллелизируемая часть процесса.

Hadoop рамки были с успехом использованы при обработке ГИС.

Смотрите также

использованная литература

  • Чан, Т., О., Уильямсон, И., П. (1997) Определение ГИС: точка зрения менеджера. Международный семинар по динамическим и многомерным ГИС. Гонконг, стр. 18. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИС: ПЕРСПЕКТИВА МЕНЕДЖЕРА
  • we-do-IT (2013 г.): LatLonGO - Обеспечение пространственного предприятия. Белая книга we-do-IT, Электронный документ: [2]
  • ESRI (2003 г.): ГИС предприятия для муниципальных органов власти. Белая книга ESRI. Электронный документ: Wayback Machine
  • Ионита, А. (2006): Разработка корпоративной ГИС. Электронный документ: Разработка корпоративной ГИС
  • Сайпс, JL (2005): Пространственные технологии: стратегия программного обеспечения: варианты для предприятия. Электронный документ: ГИС | Cadalyst
  • Wayback Machine