Мобильные градостроительные ГИС для управления развитием территорий

Авторы статьи: С.В. Скатерщиков, О.В. Красовская, Д.В. Красноперов, А.М. Савинков (НПИ "ЭНКО", Санкт-Петербург). 

Методические подходы к созданию WEB-портала «Схема территориального планирования»

Практически территория всей страны покрыта документацией территориального планирования и градостроительного зонирования. Оставляя за скобками очевидные различия в качественном уровне и глубине проработки отдельных проектов, зададимся вопросом: как эффективно использовать созданные документы для достижения той цели, для которой они и создавались, – оптимального управления развитием территории?

Российский опыт создания и использования ГИС (в том числе значительного числа разработанных НПИ «ЭНКО» ГИС градостроительного профиля – «ГИС-Генеральный план», «ГИС – Схема территориального планирования субъекта Российской Федерации или муниципального района») показал, что в силу специфики российского управления территориями градостроительная ГИС, не адаптированная должным образом для широкого использования, не выполняет своей главной функции – обеспечения всех заинтересованных сторон объективной информацией о территории и использования ее для решения управленческих, инвестиционных, экологических, инфраструктурных и прочих задач.

Пользователем созданной ГИС по определению становится соответствующий орган архитектуры и градостроительства, который в лучшем случае создает подразделение, поддерживающее полученную информацию в актуальном состоянии и использующее ГИС для выдачи документов, подготовки разнообразных справок и т.п. В худшем случае – ГИС вообще никак не используется, существует набор чертежей в растровом формате, на которые «поглядывают» при решении каких-нибудь вопросов. Другие службы, а тем более физические лица, в том числе инвесторы, доступа к созданным базам данных не имеют.

Упомянутая выше специфика российского управления территориями, которая заключается в ведомственной разобщенности, заставляет отдельные подразделения администрации создавать свои цифровые базы данных, в том числе и картографические, а порой (но крайне редко) и полноценные ведомственные ГИС, о существовании которых другие подразделения не подозревают. В результате в городе (области, районе) создается множество зачастую дублирующих друг друга информационных ресурсов разного качества, разной детальности, в разных системах координат, в разной программной среде. Эффективность такого подхода для управления развитием территорий практически приближается к нулю.

Таким образом, встал вопрос о необходимости оптимизации процесса предоставления информации о территории, а именно предоставление в одном ресурсе всей информации, необходимой для управления развитием территории. При этом обязательным условием является возможность использования этой информации всеми заинтересованными сторонами без административных барьеров. Оптимальным решением этой проблемы, как нам кажется, является создание специализированного геоинформационного WEB-портала: Генеральный план города, Схема территориального планирования района, Схема территориального планирования субъекта Российской Федерации.

НПИ «ЭНКО» в инициативном порядке разработаны пилотные проекты – WEB-порталы для управления развитием территорий Приозерского района Ленинградской области (на базе ГИС Схемы территориального планирования Приозерского района и генеральных планов городских и сельских поселений района) и Ярославской области (на базе ГИС Схемы территориального планирования области).

Работы по созданию данных продуктов проводились в пять этапов.

Этап 1. – «Сбор и обработка материалов, формирование базы данных информационных компонентов». Фактически этот этап выполнялся в рамках создания Схем территориального планирования и Генеральных планов. Методика его выполнения не раз была нами описана, поэтому нет смысла останавливаться здесь на этом вопросе.

Этап 2. – Проектирование сайта: разработка web-дизайна сайта, разработка графических элементов, мультимедийных решений, дизайна интерфейсов. Регистрация доменного имени для сайта.

Эти работы включали в себя разработку картографического модуля по следующим разделам:

• разработка интерфейса пользователя геоинформационной системы;
• разработка архитектуры информационной системы и определение состава программных модулей;
• подготовка геоинформационного модуля и настройка картографической подсистемы, реализация картографического программного обеспечения для ГИС;
• разработка системы администрирования и управления контентом, разработка системы генерации, хранения и публикации контента;
• сбор, подготовка и размещение в сети Интернет материалов Схемы территориального планирования.

1) Разработка интерфейса пользователя геоинформационной системы.

Интерфейс портала не привязан к какой-либо сторонней проприетарной CMS (Система управления содержимым) и писался полностью с точки зрения исполнителя с последующей правкой контента по замечаниям пользователя.

Явный плюс такого подхода заключается в узконаправленной разработке без отягощения сторонними, малоиспользуемыми объемными модулями и точной подготовкой приложения под конкретные конечные задачи и цели. Используются только прототипно-ориентированные, сценарные и скриптовые языки программирования, такие как PHP, HTML/HTML5, JavaSctipt, что впоследствии гарантирует возможность внесения любых изменений в открытый код с последующим расширением функционала конечного продукта практически без границ. В случае необходимости защиты кода и сохранения интеллектуальной собственности открытый код защищается встроенными онлайновыми обфускаторами.

Интерфейс портала состоит из следующих обязательных блоков:

• блок картографии;
• блок тематических наборов и динамически подключаемых геоинформационных объектов;
• блок легенд либо сторонней информации, касающейся тематических карт;
• информационный блок для вывода вспомогательной либо сопутствующей информации, такой как: данные выборки, атрибутивная информация и т.д.

2) Разработка архитектуры информационной системы и определение состава программных модулей.

Ядро системы базируется на программном продукте ESRI ArcGIS for Server, который содержит полный набор инструментов для предоставления многопользовательского доступа к различным видам геоинформационных ресурсов: базам геоданных, картам, инструментам, адресным локаторам, данным дистанционного зондирования.

С помощью ArcGIS for Server решаются три группы задач:

• формирование многопользовательской базы геоданных на основе СУБД;
• публикация геоинформационных веб-сервисов (ГИС-сервисов) для неограниченного количества пользователей в сети Интернет или в рамках локальной сети;
• создание клиентских приложений, использующих сервисы ArcGIS for Server.

В качестве клиентов ArcGIS for Server выступают «тонкий клиент» и ArcGis Desktop. Принципиальная схема взаимодействия архитектуры ArcGIS for Server показана на рисунке.

Сайт ArcGIS Server состоит из следующих компонентов:

ГИС-сервер выполняет обработку запросов, полученных WEB-сервисами. Он производит отрисовку карт, запуск инструментов, обработку запросов к данным и выполняет любые другие действия, доступные на сервисе. ГИС-сервер может состоять из одного компьютера или нескольких компьютеров, работающих вместе. У всех таких компьютеров есть доступ к данным и сведениям о конфигурации, поэтому вы можете легко увеличивать или сокращать число участвующих в системе компьютеров по необходимости.

ГИС-сервер предоставляет доступ к сервисам по стандартному протоколу HTTP. После установки ГИС-сервера Пользователь сразу получает набор WEB-сервисов, которые можно использовать в своих приложениях. Можно дополнить этот ГИС-сервер корпоративным WEB-сервером для расширения функциональности, например, получения возможности размещения WEB-приложений.

ГИС-серверы можно организовать в группы, которые называют кластерами. Каждый кластер обрабатывает выделенный набор сервисов, настроенных администратором сервера. Например, можно создать один кластер для работы всех картографических сервисов и другой кластер серверов (возможно, более мощных) для работы сервисов геообработки.

Web Adaptor – для интеграции ГИС-серверов с существующим корпоративным веб-сервером можно установить ArcGIS Web Adaptor. Web Adaptor получает запросы к веб-сервисам посредством общего URL (по выбранному вами порту и имени сайта) и отправляет их на различные компьютеры ГИС-сервера на сайте.

В основе ГИС-платформы лежат данные, организованные в соответствии с разработанными и утвержденными моделями данных. На основе пространственных данных выпускаются сервисы, которые используются как основное средство предоставления информации. WEB-сервисы предоставляются по открытым спецификациям OGC и сервисам ArcGIS for Server.

ГИС включает в себя следующие основные функциональные подсистемы:

• Централизованное хранилище данных с подсистемой информационной безопасности и защиты информации;
• Подсистему ведения информационной системы обеспечения градостроительной деятельности;
• Подсистему ведения картографического портала.

Для взаимодействия ядра системы со сторонними источниками информации создаются дополнительные модули под конкретно поставленные задачи интеграции. Модули могут быть адаптированы практически под любые муниципальные системы.

Архитектура информационной системы и определение состава программных модулей соответствуют требованиям к информационному наполнению Схем территориального планирования в соответствии с действующими нормативами и специфическими требованиями потенциального пользователя.

3) Подготовка геоинформационного модуля и настройка картографической подсистемы, в том числе картографического программного обеспечения для ГИС.

На технологическом уровне для функционирования Системы используется трехзвенная архитектура клиент – сервер приложений – сервер баз данных. В качестве сервера баз данных выступает сертифицированная СУБД Microsoft SQL Server. На данном сервере производится централизованная обработка и хранение информации ГИС. В качестве клиентов выступают промышленные версии интернет-обозревателей и программный продукт ArcGis Desktop фирмы ESRI Inc.

Основными средствами разработки программного обеспечения являются:

• Structured Query Language (SQL);
• Python;
• Microsoft.Net;
• Apache;
• JavaScript и ArcGis API for JavaScript;
• PHP.

Язык SQL (Structured Query Language) используется в процедурах обработки информации в блоке загрузки и расчета информации.

Для эффективной работы с СУБД Microsoft SQL Server поставщик данной СУБД (компания «Microsoft») предоставляет собственный диалект языка SQL под названием «Transact-SQL». По сравнению со стандартизованным вариантом SQL Transact-SQL предоставляет разработчику расширенные возможности по работе с БД под управлением СУБД Microsoft SQL Server.

Автоматизация рабочих процессов с помощью скриптов, построение и использование инструментов геообработки и создание надстроек производится с помощью Python for ArcGIS. Python 2.7 (64 bit) устанавливается вместе с ArcGIS for Server.

Технология Microsoft.Net используется при разработке интерфейса всех подсистем ГИС для расширения функций ArcGis Desktop.

Apache, PHP, JavaScript, ArcGIS API for JavaScript, jQuery используется для разработки «тонкого клиента» и разработки интерфейсов всех подсистем ГИС. Ядром системы является сервис ArcGIS Service for JavaScript с активной REST службой.

Программно-аппаратное обеспечение ГИС-подсистемы должно включать в себя:

• ADS сервер (служба каталога Active Directory, содержащая учетные записи пользователей информационных ресурсов и являющаяся источником информации об учетных записях сотрудников пользователя) – для хранения данных учетных записей и принадлежности пользователей к группам/ролям.
• Сервер приложений (ГИС-сервер) – реализован на серверном программном обеспечении ArcGIS for Server.
• Сервер базы данных – Сервер СУБД Microsoft SQL Server. Схема хранения данных – по спецификации OGC.

Централизованное хранилище данных обеспечивает создание, хранение и обновление данных, описывающих градостроительную документацию, земельные участки, объекты капитального строительства, объекты адресации и множество других данных, определенных как базовые данные для управления развитием территории. Подсистема информационной безопасности и защиты информации обеспечивает распределение прав доступа пользователей к хранимым данным и функциям ГИС, а также ведение журнала регистрации. Централизованное хранилище организовано средствами модуля ArcSDE, входящего в состав ArcGis for Server 10.2.

Централизованное хранилище данных обеспечивает создание и работу с распределенной, многопользовательской базой геоданных, а также рабочие процессы ГИС, основанные на версионности.

База геоданных ArcSDE работает с моделями хранения СУБД MS SQL Server. Она обеспечивает:

• одновременную работу многих пользователей;
• длинные транзакции и версионные рабочие процессы.
• Также данная подсистема обеспечивает выполнение следующих функций:
• идентификацию и аутентификацию пользователей с использованием комплекса соответствующих средств домена Active Directory на базе ОС Windows Server;
• авторизацию каждого пользователя и предоставление ему определенного набора прав и привилегий доступа к ГИС, ее функциональным возможностям и хранимым метаданным операторов персональных данных;
• регистрацию всех действий пользователей в протоколе доступа.

Подсистема картографического портала обеспечивает интеграцию с MS SQL Server 2008, а также совместную обработку пространственных векторных и растровых (аэрофото- и космические снимки) данных. Портал обеспечивает поддержку сервиса геометрии, позволяющего выполнять в приложениях геометрические расчеты (построение буферных объектов, упрощение, расчет площадей и длин, проецирование объектов из одной системы координат в другую с использованием ГОСТ), а также создание и изменение геометрии пространственных объектов во время веб-редактирования.

На рис. 2 приведена схема, описывающая общий принцип взаимодействия компонентов технического комплекса системы.

4) Разработка системы администрирования и управления контентом, разработка системы генерации, хранения и публикации контента. Представляет собой комплекс интегрированных программных средств.

Администрирование картографического сервера средствами ArcGIS Server Manager – приложения, используемого для работы с ГИС-сервером. В Менеджере можно добавлять и удалять сервисы, настраивать и защищать сервисы и упорядочивать сервисы в папки. Кроме того, Менеджер позволяет настроить компьютеры и директории на сайте ArcGIS for Server и устранить неполадки ГИС-сервера с помощью журналов.

Администрирование WEB-портала сводится к составлению наборов и комплектов предоставляемых данных и разграничению прав доступа к ним посредством консоли администратора.

5) Подготовка и размещение в сети Интернет материалов Схемы территориального планирования.

Данная работа выполняется на основании обобщения и систематизации собранных исходных данных в соответствии с описанием информационного наполнения, предусмотренного для Схем территориального планирования. Информационное наполнение продукта состоит из двух основных блоков:

1. Общий информационный блок;

2. Информационная база данных в формате картографического модуля.

Этап 3. – Подготовка геоинформационного модуля и настройка картографической подсистемы: создание интерактивной карты области. Настройка картографического модуля.

Разработчик подготавливает программное обеспечение и материалы для работ по созданию картографической подсистемы. В рамках выполнения работ необходимо:

• создать и импортировать в картографическую подсистему единую электронную картографическую основу масштабов 1:200000 – 1:10000 (основные требования к единой электронной картографической основе определены приказом Министерства экономического развития Российской Федерации от 24.12.2008 № 467 «Об утверждении требований к составу, структуре, порядку ведения и использования единой электронной картографической основы федерального, регионального и муниципального назначения»);
• осуществить импортирование существующих пространственных данных, таких как границы районов и населенных пунктов и пр.

Геоинформационный модуль должен обеспечивать обработку и интеграцию собранной информации в едином хранилище пространственных данных, предоставление многопользовательского доступа к хранилищу пространственных и связанных с ними семантических данных с возможностью поиска, отображения и аналитической обработки информации.

Этап 4. – Верстка сайта, наполнение сайта содержанием, тестирование, разработка системы администрирования.

На данном этапе производится разработка дизайн-концепции с вариантами оформления главной страницы и графической оболочки внутренних страниц, демонстрирующих общее визуальное (композиционное, цветовое, шрифтовое, навигационное) решение основных страниц сайта.

Если представленная концепция не удовлетворяет требованиям заказчика, последний предоставляет мотивированный отказ от принятия концепции с указанием деталей, которые послужили препятствием для принятия дизайн-концепции, и более четкой формулировкой требований. В этом случае исполнитель разрабатывает второй вариант дизайн-концепции.

Наполнение сайта содержимым производится исполнителем после согласования окончательного варианта дизайн-концепции. Исполнитель обеспечивает обработку иллюстраций для приведения их в соответствие техническим требованиям и HTML-верстку подготовленных материалов.

По окончании разработки исполнитель должен предоставить заказчику дистрибутив системы в составе:

• архив с исходными кодами всех программных модулей и разделов сайта;
• дамп проектной базы данных с актуальной информацией.

Дистрибутив предоставляется на CD-диске в виде файлового архива.

Этап 5. – Запуск информационной системы Схема территориального планирования – публикация сайта, обеспечение хостинга интернет-сайта.

После завершения разработки сайта производится однократный перенос разработанного программного обеспечения на аппаратные средства пользователя.

В результате в сети Интернет появляется уникальный сайт «Схема территориального планирования», имеющий практически все функции стационарной геоинформационной системы.

Так, например, WEB-GIS «Схема территориального планирования Ярославской области» (рис. 8-12) активно использовался всеми органами государственной власти области в процессе согласования Схемы. Сайт позволяет согласующей стороне оставлять свои замечания и комментарии, которые в режиме он-лайн видит исполнитель проекта (рис. 11). Процесс согласования сокращается в разы.

WEB-GIS «Схема территориального планирования Приозерского района» (рис. 3-7) активно используется администрацией района, в том числе для контроля использования земельных участков. Поскольку мобильный интернет позволяет использование сайта в полном объеме, есть возможность прямо на месте на мобильном устройстве объективно оценивать легитимность использования того или иного участка, оперативно решать вопросы строительства, развития инфраструктуры, выбора участков для определенных целей и пр.

Вопросы информационного наполнения градостроительных ГИС «Схема территориального планирования» мы планируем рассмотреть во второй части данной статьи, которая может быть опубликована в следующих номерах журнала.

Архив журнала "Управление развитием территории", № 2/2014 г.