Московский Государственный Университет геодезии Геодезии и Картографии (МИИГАиК) ГИС с открытым ПО Выполнил студент ФПКиФ ИСИиТ IV-1c Барбасов Вячеслав Москва 2012г

Студент ФПКиФ 4курса: Барбасов В. К. Научный руководитель: проф. Гречищев. тел.: +7 (909)

История развития открытого ПО ГИС начинается с конца 70-х, начала 80-х годов 20 века, и связана с созданием в 1978 году по инициативе Службы охраны рыбных ресурсов и диких животных США открытой векторной ГИС MOSS (Map Overlay and Statistical System), появление которой является одним из ключевых событий, определивших дальнейшее направление развития геоинформационных систем. Несмотря на то, что MOSS появилась первой, большую известность и широкое распространение получила другая ГИС - GRASS (Geographic Resources Analysis Support System), возникшая как альтернатива коммерческому продукту ARC/INFO компании ESRI. Разработка GRASS началась в 1982 году военными США. Однако официально статус открытой ГИС GRASS получила спустя 17 лет в 1999 году. В настоящее время GRASS имеет большое количество пользователей и независимых разработчиков и часто встречается в академической среде Основные особенности открытого ПО согласно определению включают свободное распространение, доступный исходный код, разрешение на модификацию этого исходного кода

В истории развития геоинформационных систем можно выделить четыре периода (Таблица.1 ) Пионерный период поздние 1950-е - ранние 1970-е гг. Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы Период государственных инициатив ранние 1970-е - ранние 1980-е гг. Развитие крупных геоинформационных проектов поддерживаемых государством, формирование государственных институтов в области ГИС, снижение роли и влияния отдельных исследователей и небольших групп Период коммерческого развития ранние 1980-е - настоящее время Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных Пользовательский период поздние 1980-е - настоящее время Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и "открытость" программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских "клубов", телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры

Открытое ПО ГИС проходит этап интенсивного развития, особенно в последние 3-4 года. Перечень FreeGIS.org на настоящий момент насчитывает более 350 открытых программных пакетов ГИС различного типа. Рисунок 1. Динамика роста кода программной базы настольной ГИС - QGIS

Разработка QGIS началась в 2002 году группой энтузиастов. Целью разработки было создание простого в использовании и быстрого просмотрщика географических данных для операционных систем семейства Linux. Интерфейс пользователя Quantum GIS представлен на Рисунке 2. Рисунок 2. Пользовательский интерфейс Quantum GIS

Существующее ПО ГИС можно условно поделить на 3 класса: это веб ГИС, настольные ГИС и пространственные базы данных. В таблице 2 представлены типовые стеки открытого ПО для веб и настольных ГИС. Таблица 2.1 Инструментальные слои открытых настольных платформ Тип ПОПредставителиГруппа Приложения QGIS, GRASS, OSSIM, uDig, MapWindow GIS Пользовательский интерфейс Среда разработки Eclipse, QT, OpenGL, SharpDevelop Высокоуровневые утилиты GeoTools, PostGIS, MapWindow GIS ActiveX Хранение данных Высокоуровневые скриптовые языки программирования Python, Perl, R Обработка данных Низкоуровневые утилиты Shapelib, JTS/GEOS, GDAL/OGR, GMT Низкоуровневые языки программирования C, C++, Java, Fortran, C#, VB.NET Системное ПО Операционная системаLinux, Microsoft Windows

Тип ПОПредставителиГруппа БраузерFirefox, Safari Пользовательский интерфейс Клиентский скриптинг JavaScript, Java, Perl, Python Серверный скриптингPHP, Perl, Python Хранение данных Высокоуровневые утилитыUMN MapServer, GeoServer Высокоуровневые скриптовые языки программирования PHP, Perl, Python Обработка данных Низкоуровневые утилиты Shapelib, JTS/GEOS, GDAL/OGR, GMT, PostGIS Низкоуровневые языки программирования C, C++, Java, Fortran Системное ПО Операционная системаLinux, Microsoft Windows Таблица 2.2 Инструментальные слои открытых веб платформ.

ГеоМиксер

Данный БПЛА представляет собой радиоуправляемую летающую платформу на которой установлено от бесколлекторных двигателей с пропеллерами. В полете платформа занимает горизонтальное положение относительно поверхности земли, может зависать над определенным местом, перемещаться влево, вправо, вперед, назад, вверх и вниз. В настоящее время, благодаря разработанному дополнительному оборудованию аппарат имеет возможность осуществлять фактически полуавтономные и автоматические полеты. БПЛА вертолетного типа мультикоптер

Топокоптер «Дредноут» в работе Подвес топокоптера с фотокамерой Мультироторный БПЛА вертолетного типа разработанный в СКБ МИИГАиК «Кречет», – топокоптер «Дредноут». Аппарат может быть использован для получения снимков, пригодных для создания и обновления карт и планов местности, формирования цифровых моделей местности, 3D-моделей зданий и объектов, тепловизионных карт, проведения панорамной съемки, а также в интересах мониторинга развития чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера.

К полезной нагрузке для задач БПЛА могут относится: - цифровая фотокамера (видеокамера) -тепловизор -ИК-камера - радиолакационное обурудование (эхолот) - счетчик Гейгера

Блок-схема передачи данных от Мультироторного БПЛА «Дредноут» в базу данных ГИС и конечному пользователю. Фотокамера (другая полезная нагрузка) Live View (1) Мобильное устройство на iOS или Android (2) Неутбук Устройство коммутации с ГИС Радиомодем (3) Видеоканал 5.8Ггц (4) Видеоканал 1.3Ггц (5) Wi-Fi b/g/n 3G,4G,GPRS Клиент-серверная машина с установленным ПО для обработки графических форматов и данных ДЗЗ в коммутации с ГИС базой данных Wi-Fi b/g/n, 3G,4G Конечное мобильное пользовательское устройство. Без специализиро- ванного ПО

Выводы: Малые БПЛА могут использоваться в рамках проекта ГИОК ДЗЧС для следующих целей: – сбор информации для радиометрической калибровки данных дистанционного зондирования; – оперативное обновление баз пространственных данных ГИОК ДЗЧС; – прием и передача информации чрезвычайного характера с помощью мобильных платформ, когда традиционные коммуникационные каналы повреждены или не функционируют в нормальном режиме; – съемка в разных спектральных диапазонах зон протекания ЧС с высоким разрешением.

Модель ориентированности на инновации реализуется в условиях, когда на рынке появляется новый продукт у которого нет прямого конкурента в коммерческом секторе. В этом случае также выпуск его под открытой лицензией имеет ряд преимуществ (пример GRASS) Рисунок 3. Границы сбыта и количество потенциальных покупателей в случае использования (a) проприетарного ПО, (б) открытого ПО

Открытые пользовательские ГИС находятся на стадии взросления, но безусловно заслуживают внимания и учёта в долгосрочном планировании, гарантируя существенную экономию на лицензиях, готовность к инновациям и эффективность разработки за счет использования готового программного кода Структурно ГИС можно разделить на клиентскую и серверную части Рис.4

Спасибо за внимание

В таблице представлены тактико-технические характеристики самых популярных у нас и за рубежом мультироторных БПЛА для нужд мониторинга окружающей среды: аппарат Dragnflyer X8 принятый на вооружение силовыми структурами США, и Аппарат ZALA принятый на вооружение силовых структур РФ. Топокоптер «Дредноут» и мультиротор 2ой версии разработанный в прошлом году в МИИГАиКе. (табл 1) ХарактеристикаDragnflyer X8 ZALA Топокоптер Кречет Дредноут Мультиротор 2 версия Рабочий размер, мм87х87х32560х160х ×1100×450720×720×300 Транспортировочный размер, мм×мм×мм 36х70х26560х160х ×1100×250720×170×150 Скорость горизонталь-ного полета, км/ч 0÷500÷400÷500÷45 Рабочая высота полёта над уровнем земли, м 10÷3505÷10005÷500 Воздушный потолок, км2,5 Продолжительность полета, мин.до 20до 30до 20 Максимальный взлетный вес, кг2,72,7102,72,7 Максимальная масса полезной нагрузки, кг 0,86 Взлетная масса, кг1,71,71,541,71,7 Диапазон рабочих температур, °C-25 ÷ °С...+40°С-25 ÷ +50 Скорость ветра на старте, не более, м/c 107 Скорость ветра на высоте, не более, м/c 129 Размер посадочной площадки, не менее, м×м 2×22×2На руки3×32×22×2 Обслуживающий персонал, чел Двигательная установка электромотор, шт Дополнительная курсовая камера (разрешение) (Управление по осям) Нет Да, (640х512), (1 ось) Да, (752x582), (2 оси)нет СкладнойДанет да Основанная область применения Мониторинг, силовые структуры Картография, МониторингМониторинг

Безусловно самым привлекательным параметром открытого программного обеспечения ГИС является цена лицензии, как правило отсутствующая. Редким примером исключения является например расширение ZigGIS, позволяющее работать с базами данных PostGIS в ArcGIS Desktop. Исходный код этого ПО распространяется свободно для персонального использования и обучения, ПО готовое к использованию и коммерческое использование требует покупки лицензии. Рисунок 4. Концептуальное сравнение процесса формирование цены продукта для пользователя и производителя

Уровень поддержки Базовый Профессиональн ый Промышленный Цена$12 000$30 000$ Исправление ошибок Не ограничено Сервисные функции Нет Обновление, Тренинги, Установка, Конфигурировани е, Разработка Не ограничено Время ответа1 день 4 часа Консультации по Не ограничено Консультации по телефону НетЕсть Время работыРабочие часы 24/7 Таблица 3. Сравнение программ поддержки открытого ПО ГИС компании OpenGeo

Функциональная схема аппарата с подвесом Блок Обработки информации Аналогово – цифровой преобразователь(3ех осевой гироскоп, 3ех осевой акселерометр, барометр) Приемник радиоуправления Сервомотор стабилизирующий камеру по сои крена Сервомотор стабилизирующий камеру по сои рысканья Регуляторы оборотов Блок коммутации Магнитометр Радиомодем GPS приемник Блок телеметрии Видео-передатчик (1.3Ггц) Курсовая Видео камера Винто-моторная группа Приемник управления Переключатель режимов камеры Съемочная камера HDMI в AV преобразователь Видео-передатчик (5.8Ггц) Стаби лизаци я оси рыска нья Стаби лизаци я оси тангаж а Стаби лизаци я оси крена Серва оси рыска нья Серва оси тангаж а Серва оси крена Радиомаяк 1 (446Мгц) Радиомаяк 2 (868Мгц) GSM/GPRS/GPS трекер

В то время как базы данных и картографические веб-сервера заняли достаточно устойчивую нишу в производстве, настольные ГИС находятся на стадии активного поиска своей ниши. Таблица 3. Сравнение основных открытых пользовательских ГИС в части функциональности по созданию простых проектов Открытые GRASS QGIS 1.4UdIg 1.1gvSIG 1.8SAGA 2.0.4MapWindow 4.7ILWIS 3.4open-dragonldipinter2.planGeoMixer ЛицензияGPL LGPLGPLMPLGPL Чтение векторных данных SHP GML DXF Запись векторных данных SHP GML DXF Чтение растровых данных JPEG GeoTIFF ECW Arc/info GRID Запись растровых данных JPEG GeoTiff ECW Arc/Info GRID Базы данных Ч=Чтение З=запись PostGIS ArcSDE Oracle З+Ч - Ч З+Ч - З+Ч З+Ч З+Ч Поддержка стандартов OGCWMS, WFS, SFS, GML WMS, WFS, WFS- T, SFS, GML WMS, WFS, WCS, CSW, WFS-G WMS, WFS, WCS WMS, WFS WFS, WCS WMS, WFS, SFS, GML Рускоязычный интерфейс Рускоязычная документация Client-server + Функции обработки АКИ +

Функциональная схема наземной станции управления Пульт управления Хэд - трекер Видео-приемник на 5.8Ггц Видео-приемник на 1.3Ггц Переключатель видео сигнала Видео-очки Пункт управления Выключатель Видео-приемник на 5.8Ггц Переключатель видеоканалов Преобразователь сигнала USB – коммутатор Джойстик управления Манипулятор Радиомодем Монитор

GSM/GPRS/GPS трекер

Наиболее крупные проекты привлекают большое количество разработчиков и вложения в разработку достаточно серьезны (Таблица 1). Сам факт открытого предоставления подобной информации является показательным для открытого ПО и невозможен в случае проп риетарного. Таблица 1. Характеристики программной базы и оценки затрат некоторых открытых ГИС (прирост за последний год, без учета документации и переводов, оценка затрат в расчете USD/год на разработчика). На основе: OSGeo ПроектСтрок кода, тыс. (прирост) Разработчиков, чел.Затраты, чел./год Оценка затрат, тыс. $USD GRASS GIS 737 (42%) gvSIG 2162 (20%) Quantum GIS 440 (227%) GDAL 1035 (67%)

Наиболее важное и принципиальное различие всех БД - в способах организации доступа к информации в БД в условиях работы в корпоративной сети. С этой точки зрения все базы данных можно разделить на два больших класса: БД, работающие по технологии ФАЙЛ-СЕРВЕР: Обработка запроса одного пользователя: - Обращение к БД (запрос) - Перекачка данных с блокировкой доступа других пользователей - Обработка данных на компьютере пользователя

БД, работающие по технологии КЛИЕНТ-СЕРВЕР: Обработка запроса одного пользователя: - Обращение к БД (SQL-запрос) - Передача ответа - результата обработки

AutoCAD 14% PC Arc/Info 9% GeoDraw/GeoGraph 9% MapInfo 5% ГИС-ПАРК 3% Procart 3% GeoCad 2% Инфосо 2% WS Arc/Info 2% ArcCAD 2% Синтекс/Три 2% MGE 2% ATE AutoCAD 1% Другие 44% Инструментальные ГИС: распределение по числу инсталляций. Российский рынок программного обеспечения геоинформационных систем

Несмотря PC ArcViewer41% VistaMap15% WS ArcView12% WinMap10% Spans Map10% Другие12% Рис.2. ГИС-вьюверы: распределение по числу инсталляций.

Класс/Функции Ввод атрибутивных данных Ввод цифровой основы Создание баз данных всех типов Пространствен- ный информа- ционный вопрос Пространствен- ный анализ и моделирова- ние Инструменталь- ные ГИС Да ГИС-вьюверыОграничен НетДаНет Справочные картографическ ие системы ОграниченНет ДаНет Векторизаторы картографическ их изображений ОграниченДаОграниченоНет Средства пространственн ого моделирования ДаНетОграниченоНетДа Средство обработки данных зондирования ОграниченДаОграниченоДаОграничено Рис. 3. Классы и функции геоинформационного программного обеспечения.