Распределенные ГИС 1
Эволюция Distributed GIS ГИС-технологий (географические Web- службы) • осуществляют доступ к удаленной геоинформации и инструментам геообработки, • включают проводные Desktop Интернет-ГИС и GIS беспроводные мобильные ГИС Mainframe GIS 2
Три типа ГИС-архитектуры Традиционные ГИС Клиент/серверные ГИС Распределенные ГИС • Interface Clients GIS Node • Programs • Data Server GIS Node n закрытые n клиентские n объединяют геоданные и системы компоненты отделены ГИС-программы, n платформо от серверных; расположенные в ГИС-узлах, зависимые n платформо зависимые; через сеть n элементы n каждый клиент имеет n используют технологии неразделимы доступ только к распределенных n относятся одному серверу в одно компонент (устанавливают mainframe время взаимодействие со многими ГИС n связь между сервером неоднородными системами и и standalone и клиентами: 1: 1 или платформами в одно и то же desktop ГИС 1: М время) n связи между ГИС-узлами - по принципу M: М. 3
Ключевые моменты распределенных ГИС ØЭто интегрированные клиент / серверные компьютерные системы • Клиент запрашивает данные и инструменты анализа с сервера. Связь между клиентом и сервером осуществляется согласно коммуникационному протоколу, в основном TCP/IP. • Различают « тонкого » и « толстого » клиента в зависимости от количества функциональных процессов, выполняемых на стороне клиента: n «тонкий» клиент - большая часть процессов обработки проходит на стороне сервера, а клиент используется только для ввода запроса и представления результатов (нет необходимости в мощном компьютере на стороне клиента, тогда как для сервера требуются большие ресурсы); n «толстый» клиент - значительная часть процессов обработки выполняется на стороне клиента. В этом случае обычно сервер посылает мощному клиентскому компьютеру данные и инструменты для их обработки. • Понятия «клиент» и «сервер» относительны : любой компьютер может быть как сервером, если обеспечивает услуги другому компьютеру, так и клиентом, если требует услуги от другого компьютера. 4
Ключевые моменты распределенных ГИС Ø Это интерактивные системы, основанные на использовании WEB • Пользователь может выполнять такие ГИС-функции, как визуализация карты, пространственные запросы, пространственный анализ, используя WEB -браузер и другие клиентские Интернет-программы. Ø Это распределенные и динамические системы • ГИС-данные и инструменты пространственного анализа могут быть расположены на различных серверах в сети Интернет, а любой пользователь может воспользоваться ими через Интернет или беспроводную сеть. • Распределенные ГИС динамически связаны с источниками данных, что позволяет пользователю иметь дело с актуальной информацией. 5
Ключевые моменты распределенных ГИС Ø Это межплатформенные системы, способные к взаимодействию. • Клиенты в распределенных ГИС могут работать в различных компьютерных средах и на различных платформах ( desktop , laptop с различными ОС, мобильные телефоны, устройства PDA). • Распределенные ГИС должны обеспечить возможность доступа к пространственным данным в различных форматах и к функциям в условиях неоднородности среды , для этого ПО ГИС различных разработчиков должно быть совместимо. • С этой целью создан открытый геопространственный консорциум ( Open Geospatial Consortium , OGC, ранее Open. GIS Consortium ) - негосударственная некоммерческая организация, созданная ведущими компаниями-разработчиками ПО и аппаратуры в области геоинформатики и дистанционного зондирования. Основная задача OGC – разработка технических требований (спецификаций) к программным системам, обеспечивающих условия совместимости программных продуктов и возможности сетевого взаимодействия информационных систем. 6
Ключевые моменты распределенных ГИС Ø Интернет-ГИС имеют трехзвенную (или n-звенную) архитектуру, состоящую из следующих элементов: • Демонстрационный – связан с показом информации, включая карты, тек c т, изображения. PRESENTATION Располагается в основном на клиентском компьютере (WEB-браузер, загружаемые клиентские приложения); • Функциональный – включает создание карт, LOGIC формирование изображения карты, пространственный анализ, извлечение данных по критериям. Может размещаться как на сервере, так и на клиентском компьютере; • Данные – это все, что связано с данными. Обычно DATA располагается на сервере данных. В n-звенной системе Data и Logic разбиваются на части (компоненты), которые размещаются на разных серверах. 7
Применение распределенных ГИС n совместное использование данных (sharing) и их распространение; n поиск пространственных данных и запросы к ним; n обработка данных в режиме on-line; n услуги, связанные с определением местоположения (предоставление информации в реальном времени об интересующем месте, определение наилучшего маршрута ) 8
Базовые компоненты Интернет-ГИС Presentation Logic Client WEB Server & Map Data Client Application Server Client n Клиент - обеспечивает пользователю интерфейс для взаимодействия с данными и функциями в Интернет-ГИС, а также является местом для представления пользователю результатов клиентских запросов. n WEB -сервер с Application Server - WEB -сервер получает клиентские запросы, поставляет статические WEB -страницы клиенту, обращается к Application Server ; Application Server управляет серверными транзакциями, безопасностью, загрузкой; n Map Server - обрабатывает клиентские запросы и генерирует результаты; n Data Server - обеспечивает доступ и управление пространственными и непространственными данными посредством SQL (Structured Query Language). 9
Клиенты распределенных ГИС Клиентские приложения, работающие совместно с WEB браузером Dynamic HTML PLUG-ins Clients Java Applets Java Beans HTML Active. X controls 10
Клиенты распределенных ГИС n HTML (Hyper. Text Markup Language) клиенты – простейшие клиенты Интернет-ГИС с обычным WEB интерфейсом (WEB- браузеры c HTML) • имеют очень ограниченную интерактивность • не могут взаимодействовать с картой и пространственными объектами. n Dynamic HTML-клиенты – разработаны для увеличения пользовательской интерактивности • для их реализации на стороне клиента создаются скрипты (Java. Script, VBScript) • в результате при указании курсором на пространственный объект на карте (линию или полигон) возможно изменение цвета или появление текста с его атрибутами. • DHTML –клиенты ограничиваются только анимацией WEB- страниц, пространственная обработка ведется на стороне сервера. 11
Клиенты распределенных ГИС n Browser plug-in клиент - исполняемый файл, установленный в WEB-браузере • разработаны для расширения возможностей Web-browser по обработке данных (просмотр карт, выбор объектов, запросы прямо на карте) • Plug-ins могут поддерживать как растровые изображения, так и векторные данные, доставлять векторные данные по запросу • инструменты формирования изображения карт (map rendering) и некоторые функции пространственного анализа встраиваются в plug-in, чтобы дать возможность осуществлять некоторые процессы на стороне клиента • Plug-ins клиенты зависят от используемой платформы и браузера, поэтому имеются проблемы с сетевым взаимодействием. 12
Клиенты распределенных ГИС n Java applet клиент является дополнением к браузеру для показа геоинформации и выполнения пространственных запросов и анализа на стороне клиента: • Java applet располагается на WEB-сервере, загружается с него, и выполняется на стороне клиента (загрузка и выполнение апплета происходит при соединении пользователя с WEB -сайтом и обращении к HTML -документу, содержащему ссылку на данный апплет) • M ap rendering и функции обработки данных встраиваются в Java applet для прямого взаимодействия с объектами на карте на стороне клиента • Java applets могут поддерживать как векторные данные, так и изображения карт: n в случае изображений пользователь взаимодействует с картой, но вся функциональность осуществляется на сервере n векторные данные передаются Java-апплету с сервера потоком, временно кэшируются на клиентской машине, после чего пользователь имеет возможность осуществлять их обработку на стороне клиента. • Java applet клиенты нейтральны в отношении используемой платформы и более безопасны n Java beans является независимым приложением, которое может быть загружено с сервера и работать на клиентской стороне 13
Клиенты распределенных ГИС n Active. X controls клиент • Active. X controls - компоненты, внедряемые в любое приложение, поддерживающее Microsoft ’ s OLE стандарт ( Object Linking and Embedding ), для расширения его возможностей, в том числе в Microsoft’s WEB browser Internet Explorer • Active. X controls вставляются внутрь HTML -документа и выполняются WEB-браузером на клиентской машине • Active. X controls позволяют пользователю управлять векторными данными и картами через WEB -браузер на основе встроенных в него функций и созданного пользовательского интерфейса: n формировать изображения карт, n обрабатывать векторные данные, передаваемые потоком, n объединять локальные данные и векторные данные с сервера для совместной обработки. • Active. X controls клиенты n менее безопасны по сравнению с Java applet клиентами (из-за доступа к локальным файлам и ресурсам), n зависят от используемой платформы, n но при этом выполняются быстрее. 14
WEB-сервер & Application Server n Главная функция WEB-сервера – отвечать на запросы клиента через HTTP (Hyper. Text Transfer Protocol). Это возможно тремя способами: • послать существующий HTML-документ; • послать Java applet или Active. X controls WEB-клиенту; • передать запрос другой программе, которая обработает данный запрос, при этом WEB-сервер запрашивает услуги Application Server. n WEB-сервер не имеет состояния (stateless) - как только информация отослана клиенту, WEB-сервер разрывает с ним связь, каждый запрос обрабатывает как новый. n Application Server -промежуточная программа между WEB- сервером и серверными приложениями, такими как Map Server. Главные его функции: • поддержание и прекращение связи между WEB-сервер и Map Server; • интерпретация клиентских запросов; • регулирование загрузок map servers и data servers • управление состоянием, транзакциями и безопасностью. 15
Map Server n Map Server – главная компонента Интернет-ГИС , обеспечивающая традиционные ГИС-функции и услуги: • выборку данных по запросу и их извлечение из исходного набора данных • пространственные запросы • функции пространственный анализ • генерацию и доставку карты клиенту на основе пользовательских запросов • геокодирование – создание пространственных данных по их адресам n Услуги Map Server могут быть расположены на разных серверах как отдельные компоненты n Результат работы Map Server может быть представлен в двух формах: • выбранные по запросу векторные данные отсылаются клиенту для дальнейшей обработки • картографическое изображение (например, в формате GIF , JPEG ) или карта, составленная из различных элементов с предопределенными цветами, стилями, легендами и т. д. 16
Data Server n управляет пространственными и непространственными данными посредством SQL n имеет различные версии для различных БД, поэтому часто используется промежуточное ПО для доступа к разным БД, в том числе ODBC , JDBC (Java Database Connectivity). 17
Этапы эволюции WEB-картографирования Функциональность Высокая Distributed GIServices Interact Web Mapping Static Web Mapping Static Map Ä публикация статических карт Publishing Ä статическое WEB-картографирование Ä интерактивные WEB-картографирование Низкая Ä распределенные ГИС - географические WEB-службы Низкая Интерактивность Высокая 18
Технологии WEB-картографирования n Публикация статических карт - карты на WEB - странице размещаются как статические изображения в графических форматах (PDF, GIF, JPEG), являются частью HTML-документа: • пользователь не может как-либо взаимодействовать с картой или изменять формат ее показа • не поддерживаются векторные объекты на стороне клиента и не имеет инструментов формирования изображения карт • это очень тонкий клиент , который поддерживает только готовые изображения карт в WEB-браузере • допускаются clickable карты - вся карта делится на различные части, если кликнуть на одной из частей, на экране появится дополнительная информация, представляющая собой либо хранимый на WEB -сервере отдельный HTML -файл, либо файл с графическим изображением 19
Технологии WEB-картографирования n Статическое WEB-картографирование • карты создаются на сервере , там же выполняются запросы, некоторые операции анализа • результаты представляются в стандартном WEB - браузере в виде статического изображения карты, сгенерированной на сервере • данная технология использует HTML -формы для ввода пользовательского запроса и CGI -программу для связи запроса в WEB -браузере с ГИС- программами на сервере: n HTML-форма - это HTML-страница с полями для пользовательского ввода n CGI (Common Gateway Interface) – это транслятор, который получает запрос от WEB-браузера в виде HTML-сообщения и передает его в виде параметров переменных Map Server для использования в ГИС-программах 20
• Процесс статического WEB-картографирования: § пользователь вводит запрос с WEB-браузера (без plug-ins или Java applets), используя HTML-формы ( ввод адреса, выбор слоя для показа, zoom in) § WEB-сервер получает запрос через HTTP в виде HTML-документа и передает его CGI-программе § CGI взаимодействует с Server Applications, такими как Map Server и Database Server § Map Server выполняет переданный ему запрос пользователя, создает карту, генерирует ее изображение и возвращает результат CGI- программе § CGI преобразовывает его в HTML-формат и передает WEB-серверу § WEB-сервер через HTTP направляет сформированный HTML- документ с изображением карты клиенту на WEB-браузер Server Applications Web Server Map Server Web Browser HTTP HTML- CGI (HTML Forms) Document Database Server 21
Статическое WEB-картографирование • все пользовательские запросы в c татическом WEB- картографировании обрабатываются на стороне сервера • данная технология является stateless и отличается довольно медленным выполнением запросов - каждое действие пользователя проходит через формы, является новым запросом, приводящим к повторной загрузке ГИС-программ в память, созданию нового изображения карты • низкая интерактивность между пользователем и картой в браузере. 22
Технологии WEB-картографирования n Интерактивное WEB-картографирование • использует DHTML и plug-ins, Active. X controls, Java applets, чтобы дать WEB-клиенту больше интерактивности и функциональности в управлении картами и пространственными объектами • при этом создаются различные виды вьюеров для прямого взаимодействия пользователя с картой и их просмотра: n DHTML Viewer n Plug-Ins Viewer n GIS helper programm – ГИС-приложение или ПО ГИС, расположенное на пользовательской машине (например, Arc. View, Map. Info, Geo. Media) и запускаемое, когда WEB-браузер обнаруживает ГИС- данные в HTML-странице n Java Applet Viewer n Actibe. X Viewer 23
Интерактивное WEB-картографирование • Клиентский вьюер для интерактивного WEB- картографирования независимо от вида должен обладать следующей функциональностью: § делать запрос § представлять результат запроса в виде картографического изображения или векторной карты § идентифицировать данные § извлекать подмножество данных с сервера Дополнительная функциональность может включать: § редактирование § интеграцию данных § пространственный анализ 24
Интерактивное WEB-картографирование • данная технология использует CGI -расширения как посредническое ПО для уменьшения недостатков CGI и увеличения возможностей интерактивного WEB картографировании ( Netscape ’ NSAPI , Microsoft ’ s ISAPI и ASP , Javasoft’s servlets, Allaire’s Cold. Fusion и др. ) • В отличие от CGI , которые для каждого запроса создают отдельный процесс, а затем закрывают его, серверные CGI - расширения остаются в памяти и всегда готовы обслужить другой запрос. Кроме этого, CGI -расширения запускают свои скрипты на том же адресе, что и WEB -сервер, поэтому все ресурсы, которые доступны WEB -серверу, доступны CGI - расширениям. Все это приводит к значительному ускорению выполнения запросов. • Многие из существующих Интернет-ГИС программ относятся к этой категории WEB -картографирования (например, Arc IMS , Geo. Media Web Map и др. ). 25
Технологии WEB-картографирования n Распределенные ГИС WEB-картографирование пока имеет весьма ограниченные функции, не дает пользователю полноценных ГИС-программ. Чтобы превратить WEB- картографирование в по-настоящему распределенные ГИС, необходимо базироваться на более совершенной технологии распределенных компонент и ее формирующихся стандартах. Подлинно распределенная ГИС должна иметь следующие характеристики: • состоять из компонент, каждая из которых имеет свою функциональность (например, создание буфера) • компоненты – распределенные, т. е. могут располагаться на разных компьютерах в сети • компоненты – мобильные, могут загружаться с других компьютеров по требованию • компоненты – открытые и способные к взаимодействию с другими компонентами, для этого компоненты должны создаваться согласно установленным стандартам • должны существовать механизмы для поиска необходимых компонент, необходима служба каталогов, которая бы предоставляла информацию о доступных в сети компонентах и их функциональности • данные – распределенные, для поиска распределенных данных необходимы каталоги стандартных метаданных; • должна быть возможность совместного использования данные из разных источников, для этого необходимы механизмы интеграции данных с различными координатными системами, форматами. 26
Архитектура распределенных ГИС Presentation Logic WEB Server & Map Data Client Application Server Все модели WEB-картографирования имеют трехзвенную клиент/серверную архитектуру : presentation , logic , data. Но существуют различные ее модификации: простая, мультисерверная и открытая. Ø Простая распределенная ГИС (односерверная система) - клиент может связываться только с одним WEB-сервером, сервисные компоненты хранятся на одном Map Server , данные - на одном Data Server. Данная система неустойчива к сбоям и большому числу пользовательских запросов. 27
Распределенные ГИС n Мультисерверная распределенная ГИС -имеется несколько Map Servers и Data Servers, которые физически могут быть расположены на разных компьютерах. Дополнительные компоненты, которые должны присутствовать в данной системе : • каталог услуг (отслеживает информацию о том, какие функции предоставляются различными Map. Servers), • repository (репозиторий) данных (следит за тем, какие данные и на каком Data Server хранятся), • служба регулирования загрузок (используется, чтобы назначать задания нужным Map Servers в зависимости от их состояния в данный момент времени). Два подхода к использованию мультисерверных систем: n распределенная серверная система (различные Map Servers выполняют различные функции и различные Data Servers содержат различные наборы данных). Распределенная серверная система требует меньше усилий на ее поддержку, но менее устойчива к сбоям. n зеркальная система – сервера имеют одни и те же наборы функций и данных, добавочные сервера действуют как резервное устройства (backups) на тот случай, если сервер занят или недоступен. Более устойчива к отказам, но больше требует усилий на ее поддержание, обслуживание, особенно при необходимости обновить ее. 28
Распределенные ГИС n Открытая распределенная ГИС - клиент может связываться с любыми WEB -серверами, Map. Servers и Data. Servers. Открытая система - технически это не одна система, скорее это виртуальная система, репозиторий провайдеров распределенных ГИС, созданных по одним и тем же стандартам. Каждый провайдер имеет свою собственную систему с WEB -сервером, Map servers и Data Servers. Но все они поддерживают один и тот же протокол и поэтому могут связываться друг с другом. OGC работает, чтобы разработать такой протокол Web-картографирования. 29
30
Скачать презентацию Распределенные ГИС 1 Эволюция Distributed GIS
Распределенные ГИС.ppt