ArcGIS – инструментальная полуавтоматическая ГИС

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

ArcGIS — линейка геоинформационных продуктов, разрабатываемая компанией Esri (США) с учетом передовых тенденций развития информационных технологий и потребностей ГИС-пользователей. Компания Esri является признанным лидером в создании и продвижении современных геоинформационных технологий. Представляет собой масштабируемое решение для работы с пространственными данными как отдельных пользователей, так и распределенных рабочих групп. Платформа ArcGIS является оптимальным решением для построения корпоративных геоинформационных систем [2].

Отличительная особенность ArcGIS — в том, что данное семейство программных продуктов включает в себя все компоненты, необходимые для построения инфраструктуры пространственных данных.

Компания ESRI – это ИТ корпорация со штаб-квартирой в США и офисами по всему миру, занимающаяся разработкой и внедрением профессиональной ГИС продукции, а также участием в геодезических проектах. ESRI основана в 1969 г., сегодня в ней работает более 4000 человек. ESRI является одним из лидеров в индустрии ГИС - ее доля на международном рынке ГИС составляет около 35% [13]. 

Семейство программных продуктов компании ArcGIS получило широкое распространение в мире и в России. 

Число корпоративных пользователей продуктов Esri в мире превышает 400 000 организаций [14].

Цель курсовой работы: изучить инструментальную полуавтоматическую ГИС компаний ESRI – ArcGIS, познакомится с семейством ArcGIS, рассмотреть дополнительные модули программы, проекты на базе ArcGIS.

Задача курсовой работы: познакомится с программным продуктом ArcGIS. Изучить его историю, структуру, модули, задачи  и сферы применения. Написать заключение по курсовой работе.

1. ArcGIS – инструментальная полуавтоматическая ГИС

1.1 История

Линейка геоинформационных продуктов, разрабатываемая компанией Esri (США) с учетом передовых тенденций развития информационных технологий и потребностей ГИС-пользователей. Компания Esri является признанным лидером в создании и продвижении современных геоинформационных технологий.        

ArcGIS – это система для построения ГИС любого уровня. ArcGIS дает возможность легко создавать данные, карты, глобусы и модели в настольных программных продуктах, затем публиковать их и использовать в настольных приложениях, в веб-браузерах и в поле, через мобильные устройства. Для разработчиков ArcGIS дает все необходимые инструменты для создания собственных приложений [6].

ArcGIS используются для улучшения рабочих процессов организации и решения разнообразных задач:

  • Управление активами и данными, включая интеграцию различных систем, управление территориями и услугами, управление филиалами и клиентской базой;
  • Планирование и анализ, например, прогнозирование и оценка рисков;
  • Бизнес-приложения для создания колл-центров/диспетчерских; мониторинга и слежения; сбора данных в поле; обходов, обслуживания и эксплуатации оборудования; маршрутизации;
  • Ситуационные центры для поддержи принятия решений и предоставления доступа к информации заказчиков и общественности.

ArcGIS – это система для людей, принимающих решения и имеющих дело с точной географической информацией. В ArcGIS удобно работать над совместными проектами. ArcGIS дает возможность быстро создавать данные, карты, глобусы и модели в настольных программных продуктах, затем публиковать их и использовать в настольных приложениях, в веб-браузерах и в поле, через мобильные устройства [12].

При помощи ArcGIS любой пользователь может применить географические знания в практической сфере государственного управления, бизнеса, науки, образования и СМИ.

ArcGIS представляет собой полную систему, которая позволяет собирать, организовывать, управлять, анализировать, обмениваться и распределять географическую информацию. Являясь мировым лидером среди платформ для построения и использования геоинформационных систем (ГИС), ArcGIS используется людьми по всему миру для применения географических знаний в практической сфере государственного управления, бизнеса, науки, образования и СМИ. Платформа ArcGIS позволяет публиковать географическую информацию для доступа и использования любыми пользователями. Система доступна в любой точке, где возможно использование веб-браузеров, мобильных устройств в виде смартфонов, а также настольных компьютеров [9].

1.2 Задачи ArcGIS

ArcGIS позволяет выполнять следующие задачи:

  1. Создавать, обмениваться и использовать интеллектуальные карты;
  2. компиляция географической информации;
  3. создавать и управлять базами географических данных;
  4. решение задач при помощи пространственного анализа;
  5. создание приложений на основании карт .

Рассмотрим каждую из этих областей:

  1. Создавать, обмениваться и использовать интеллектуальные карты

Карты предлагают эффективный способ организации, осмысления и передачи огромного количества информации универсальным способом. ArcGIS позволяет создавать большое количество карт, включая карты, доступные в веб-браузерах и на мобильных устройствах, крупноформатные печатные карты, карты в отчетах и презентациях, атласы, сборники, карты, используемые в приложениях и т. д.

 Вне зависимости от способа  издания, карта ArcGIS является интерактивной картой, которая отображает, объединяет и синтезирует значительные слои географической и описательной информации из различных источников (рис. 1).

Карты, подготовленные при помощи ArcGIS, отображают информацию и используют ее в работе для поддержки запросов, анализа, планирования и управления. Это ключевой момент в ArcGIS: карты являются и конечным продуктом работы ГИС, и инструментом такой работы. Карты ArcGIS представляют собой интерактивное окно, при помощи которого люди могут визуализировать, изучать, анализировать и обновлять географическую информацию. При помощи ArcGIS вы создаете карты не только для отображения информации, но и для поиска и понимания тенденций и взаимоотношений, выполнения анализа и моделирования для решения специальных проблем, визуализации и отслеживания статуса, обеспечения ввода и компиляции данных, а также обмена идеями, планами и разработками [10].

ArcGIS содержит великолепный набор встроенных базовых карт, включающих в себя карты топографии, изображений, улиц, карты рельефа, океанов и многое другое. Доступны другие специализированные базовые карты, например, гидрология, землепользование и геология. Вы также можете создавать свои собственные базовые карты. Например, городская администрация может создать стандартизованную базовую карту, на которой будут отмечены земельные участки и инфраструктура. После выбора базовой карты вы можете добавлять богатые слои рабочих данных, выбирать символы, наносить надписи и определять масштабы карты, а также настраивать всплывающие окна, которые представляют ключевые атрибуты объектов карт. Вы можете настраивать дополнительные инструменты, основанные на целевом назначении карты, например инструменты редактирования, доступ к аналитическим моделям, ползунки времени и т. д. Шаблоны карты упрощают создание и производство карты. После того, как вы создали карту ГИС, любой пользователь, с которым вы обмениваетесь ею, может получить доступ и использовать карту в работе[3].

 

 

  1. Компиляция географической информации

ArcGIS позволяет синтезировать данные из нескольких источников в один связанный географический вид. К таким источникам данных относится информация из географических баз данных, табличных данных из систем управления базами данных (СУБД) и других систем предприятия, файлов, электронных таблиц, фотографий и видео с географическими метками, KML, CAD данных, данных реального времени с датчиков, аэрокосмических и спутниковых изображений и т. д. Фактически любая запись с географической ссылкой, например, с названием улицы, города, идентификатора земельного участка, GPS координатами и т. д., может быть размещена на карте и к ней может быть получен доступ. Также могут быть включены готовые к использованию, надежные географические данные, предоставленные Esri, поставщиками данных и тысячами агентств и организаций ГИС по всему миру [18].

ArcGIS также позволяет легко создавать географические данные с использованием умной оцифровки, позволяющей прорисовывать объекты непосредственно на карте и хранить их в базе географических данных системы. Инструменты сбора данных и редактирования включают в себя палитры объектов на основании шаблона, которые позволяют выполнять согласованный сбор данных. Благодаря использованию мобильной и веб-технологии приложения сбора данных могут быть развернуты для полевых рабочих, а также для общего публичного использования, например, приложения, которые позволяют гражданам сообщать о граффити местным властям города. Такие входные данные могут быть немедленно интегрированы в ГИС для изучения, составления отчета и обработки рабочего наряда. Такие типы мобильных и массовых карт значительным образом расширили возможности организаций по сбору актуальных данных для их ГИС и обеспечения своевременного отклика на быстро изменяющиеся ситуации, например, аварии [18].

 Карты типов землепользования необходимы при планировке различных зон. Существует возможность обрисовки предполагаемых зон для визуализации и анализа различных вариантов землепользования (рис 2).

Такая возможность сбора данных из различных источников особенно полезна в случае постоянного изменения информации. Она позволяет создавать карты статуса ситуации и панели реального времени. На ключевые рабочие слои из базы данных могут быть наложены изменения в реальном времени, информация о которых подается с датчиков, других систем предприятия или веб-сайтов. Такие карты предлагают простой в понимании отчет о текущем статусе операций организаций или гуманитарном кризисе; доступ к нему может быть выполнен множеством пользователей для обеспечения общей оперативной картины, передачи ежеминутного статуса лицам, ответственным за принятие решений, планировщикам и работающему в поле персоналу [14].

  1. Создавать и управлять базами географических данных

Базы географических данных являются сердцем профессиональной работы ГИС. База географических данных позволяет хранить географическую информацию в структурированном виде, что обеспечивает простое управление, обновление, повторное использование и обмен. ArcGIS позволяет проектировать, создавать, поддерживать и использовать базы географических данных вне зависимости от того, работаешь ли в одиночку или в рамках большого предприятия. Базы географических данных — это, как правило, место хранения и управления основных слоев данных, используемых в ГИС — таких как участки, административные границы, инженерные сети, пункты обслуживания, гидрография, рельеф, почвы и т. д. Такие данные с централизованным управлением могут быть оснащены символами, представлены, обработаны и опубликованы неограниченным количеством способов на картах ArcGIS [3].

ArcGIS поддерживает очень большие многопользовательские базы данных, в которых данные могут использоваться и редактироваться сразу множеством пользователей, обеспечивая тем самым доступ, управление и обновление различными пользователями в многочисленных рабочих группах и отделах. Например, обновления могут вносить сотрудники операционного офиса и полевые рабочие одновременно, каждая группа немедленно видит изменения, внесенные коллегами. Такие многопользовательские базы данных внедрены и используются в стандартных системах реляционных баз данных для предприятия, например, Oracle, SQL Server, PostgreSQL, Informix и DB2 [6].

ArcGIS поддерживает множество рабочих потоков, что упрощает управление большими базами географических данных. Например, в мобильных решениях, где подключение к родительской базе данных не может быть поддержано, область может быть откреплена от базы данных в пользу мобильного устройства, обеспечивая возможность редактирования и размещения в родительской базе данных. Данные также могут реплицироваться между множеством реплик баз геоданных, например, базы данных, поддерживаемые в различных расположениях отраслей, изменения, сделанные раздельно в каждой базе данных, могут быть синхронизированы по всем репликам. Также возможно создание исторических архивов, что обеспечивает возможность просмотра и отслеживания изменений, внесенных в данные. Эти рабочие потоки особенно важны в таких приложениях, как управление имуществом, землепользование, операции с инфраструктурой, проектирование инженерных сетей .

  1. Решение задач при помощи пространственного анализа

Пространственный анализ является самой интересной и замечательной составляющей ГИС. Целью пространственного анализа является получение новой информации из данных для принятия лучших решений. В то время как присвоение символов данным и просмотр их на карте сами по себе являются формой анализа, и карты изначально включают интерпретацию шаблонов и отношений, которые они отображают, пространственный анализ делает шаг вперед путем применения географических, статистических и математических операций к нанесенным на карты данным.

Система ArcGIS содержит сотни аналитических инструментов и операций, которые могут применяться для решения широкого круга задач: от поиска объектов, соответствующих определенным критериям, до моделирования природных процессов (например, течения воды через территорию) или использования пространственной статистики для определения информации, которую может предоставить набор точек о распределении феномена (например, качества воздуха или характеристик населения) [2].

На рисунке 3 показана модель ArcGIS for Desktop, используемая для определения вероятного воздействия торнадо и результат работы данной модели.

Вне зависимости от уровня сложности пространственный анализ позволяет исследовать шаблоны и отношения, которые могут в противном случае быть скрытыми, и превращать простые данные в действующие знания. Можно комбинировать входные данные из различных источников и получать полностью новые наборы информации, которыми в свою очередь можно делиться с другими пользователями для использования в качестве входных данных в дальнейшем анализе. Результаты пространственного анализа могут быть представлены в виде карт и отчетов. ArcGIS содержит очень богатый набор инструментов для создания визуализаций пространственных свойств, например, плотности, распределения, деления на кластеры, потока, близости и связности. Кроме того, возможно создание карт и приложений, которые могут обеспечивать доступ к аналитическим моделям и операциям, что позволяет любому пользователю их использовать [10].

Анализ в ArcGIS обычно включает в себя первичную обрисовку задачи и вовлекаемые факторы, затем выполняется сбор и изучение входных данных и выбор необходимого инструмента из набора доступных. Данные могут обрабатываться с целью их конвертации в форму, подходящую для использования в выбранной процедуре. Например, точечные данные, представляющие собой результаты измерений, могут быть интерполированы для создания поверхности непрерывных данных, которая затем может сочетаться с другими данными поверхности. Для автоматизации многоэтапных процедур могут быть созданы модели и сценарии геообработки, данные модели и скрипты могут быть опубликованы, ими можно обмениваться с другими пользователями в ГИС-сообществе [9].

  1. Создание приложений на основе карт

Создание приложений позволяет превращать ArcGIS карты, данные, инструменты и опыт в информационные продукты, которые может использовать любой пользователь. Это, в сущности, позволяет полноценно реализовать инвестиции в ГИС.

Приложения могут быть развернуты в сети, на настольных компьютерах, смартфонах, планшетах и других мобильных устройствах. Приложения на основе карт используются для широкой аудитории — от горожан до полевых работников, оперативного персонала, работников умственного труда, менеджеров и обычных исполнителей. Приложения могут быть многоцелевыми, например, как приложение, нацеленное на людей, представляющих услуги организации, или разработанное для поддержки целевых задач и действий, например, мобильных приложений для полевых инженеров или панелей для управленцев [19].

Также можно использовать ArcGIS для добавления карт и функционала ГИС в существующие приложения. Например, приложение для внутрихозяйственных исков в страховой компании может иметь встроенный картографический компонент. Также можно использовать ArcGIS для встраивания карт в порталы предприятия, например, Microsoft Sharepoint, COGNOS и SalesForce [11].

Ключевой особенностью ArcGIS является то, что она не требует иметь разработчика для создания приложений. Например, если вы создаете веб-карту при помощи ArcGIS Online, вы можете загрузить вашу карту в веб-приложение, выбрав функцию Обмен (Share), а затем указав необходимый шаблон приложения [10].

1.3 Сферы применения ArcGis.

Сегодня ГИС используется тысячами различных организаций и сотнями тысяч индивидуальных пользователей, чтобы обращаться и эффективно управлять различными наборами географически связанной информации (рис.4, рис.5).


 

Примеры использования ArcGis в разных государственных  структурах и учреждениях:

  1. Обязанность чиновников налоговой службы - создавать карты землепользования для оценщиков и планировщиков.
  2. Отдел водоснабжения находит вентили, чтобы изолировать разорванную водопроводную магистраль.
  3. Технический отдел контролирует состояния дорог и мостов и составляет планировочные карты для стихийных бедствий.
  4. Отдел перемещения поставит карты велосипедных дорожек для пригородных пассажиров.
  5. Отдел сточных вод располагает по приоритетам области для ремонта после землетрясения.
  6. Служба электроснабжения моделирует ее цепи, чтобы минимизировать потери мощности и планировать размещение новых устройств.
  7. Гидролог контролирует водное качество с целью охраны здоровья.
  8. Биолог изучает влияние проектов строительства на водораздел.
  9. Синоптик подготавливает предупреждения для округов о пути жестокого шторма.
  10. Организация управления чрезвычайными ситуациями планирует средства облегчения, моделируя требования и доступность.
  11. Противопожарный расчет предсказывает протяженность пожара леса, используя местность и сводку погоды.
  12. Полицейский диспетчер находит самый быстрый маршрут к чрезвычайной ситуации.
  13. Менеджер водными ресурсами трассирует вверх по течению, чтобы найти возможные источники примесей [13].

В России и странах СНГ программное обеспечение ГИС от Esri используется в 3650 организациях, включая:

Государственный сектор.

Корпоративными пользователями в Российской Федерации являются МПР, МЧС, МИД, Минсельхоз, Министерство образования и науки, МЭР, МРР, Федеральная аэронавигационная служба.

ArcGIS становится стандартом в Роспотребнадзоре, Федеральном агентстве по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству, Федеральном дорожном агентстве, Госкомрыболовстве, Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Федеральном агентстве по культуре и кинематографии, Госкомстате, Счетной палате.

ArcGIS успешно применяется в Управлениях по архитектуре и градостроительству Белгородской, Калининградской, Магаданской, Омской, Рязанской, Ростовской областей, Краснодарского и Красноярского краев, Башкортостана, Коми, Татарстана, а также городов: Москвы, Санкт-Петербурга, Владивостока, Казани, Перми, Липецка, Пензы, Ярославля, Твери, Иркутска, Южно-Сахалинска и др. В Армении, Грузии, Казахстане и Киргизии в архитектурных ведомствах тоже применяется ArcGIS [13].

Транспорт.

ArcGIS используется в управлениях дорожного хозяйства Архангельской, Московской, Новосибирской, Ростовской и Рязанской областей, Алтайского, Краснодарского и Красноярского краев, Коми, Дагестана и других административных подразделений, в аэропортах Звартноц и Домодедово; в портах Туапсе, Новороссийска, Усть-Луги, Таганрога, на РЖД и в Санкт- Петербургском метрополитене [13].

Образование.

326 государственных университетов  и технических ВУЗов, 148 научных  центров и институтов Академии  наук применяют ArcGIS в обучении и научной деятельности [13].

Топливно-энергетический комплекс

Корпоративными пользователями ArcGIS являются Роснефть, ЛУКОЙЛ, ТатНефть, ТНК-ВР, БашНефть, РуссНефть, Газпромнефть, КТК, Зарубежнефть, КазТрансОйл, Узеньмунайгаз, Карачаганак Петролеум Оперейтинг Б.В., Аджип КСО, Мангыстаумунайгаз, АстраханьГазпром, НадымГазпром, ТомскТрансГаз, УралТрансГаз, КубаньГазпром, УренгойГазпром, СеверГазпром, ИнформГаз, ВостокГазпром, ПромГаз, ВНИИГАЗ и др [14].

Промышленные предприятия

Норильский горно-металлургический комбинат, Челябинский электрометаллургический комбинат, Челябинский цинковый завод, Уралкалий, Золотодобывающая компания «Полюс», Раменский горно-обогатительный комбинат, Государственный космический НПЦ им. Хруничева, НИИ точных приборов, РНИИ КП, ЦНИИ Комета, НПО им. Лавочкина, АК «АЛРОСА» (Якутия) и др. — это тоже корпоративные пользователи ArcGIS [13].

 

Экология

ГИС от ESRI используют министерства охраны окружающей среды России, Казахстана, Беларуси, Азербайджана; 17 областных и республиканских комитетов по охране окружающей среды в России; 39 заповедников и национальных парков в России и СНГ [13].

Геология

Управления по природным ресурсам более чем в 30 субъектах РФ; 22 территориальных фонда геологической информации. Силовые структуры ВВ МВД РФ, МВД Казахстана, МЧС России, Азербайджана, Казахстана и Кыргызстана; ГО ЧС Вологодской, Курской, Ростовской, Тульской, Ярославской областей, Алтайского, Краснодарского и Красноярского краев, Ямало-Ненецкого АО, Башкортостана, Татарстана, Дагестана, Кабардино- Балкарии – пользователи ArcGIS [13].

30 мая 2012 года Консорциум российских  компаний DATA+ и Esri CIS объявили о том, что пакет ПО ArcGIS успешно прошел процедуру сертификации Федеральной службой по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК России). Согласно выданному на основе проведенных испытаний Сертификату, программный комплекс ArcGIS соответствует требованиям руководящего документа «Защита от несанкционированного доступа к информации» по четвертому уровню контроля отсутствия незадекларированных возможностей [16].

Получение сертификата открывает новые возможности для применения современного геоинформационного программного обеспечения. Теперь оно может использоваться при создании защищенных специальных решений для различных органов государственной власти, а также при разработке ответственных корпоративных приложений. К ним, относятся: инфраструктуры пространственных данных федерального и регионального уровней, аналитические и управляющие системы, ситуационно-аналитические центры для государственных и бизнес-структур, системы класса COP (common operational picture) и другие [14], [16].

2. Семейство  ArcGIS

 

ArcGIS — это семейство программных продуктов для построения геоинформационных систем (ГИС) любого уровня (рис.6). ArcGIS используется для создания, управления, анализа и визуального представления пространственных данных. Программные продукты ArcGIS позволяют использовать ГИС-функциональность в готовых настольных и серверных приложениях, через интернет и на мобильных устройствах в полевых условиях, а также встраивать функции ГИС в пользовательские приложения [9].

 

2.1 ArcGIS Online

Ресурс ArcGIS Online - это карты и инструменты пространственного анализа, предоставляемые через интернет в виде веб-сервисов. Через единый портал пользователи имеют доступ к разнообразным пространственным данным и снимкам, к инструментам обработки данных, маршрутизации и поиска объектов. Пользователи ArcGIS Online могут загружать в систему собственные данные, сочетать их с уже опубликованными открытыми сервисами, производить обработку и формировать новые карты для обмена с другими пользователями. ArcGIS Online основан на облачных технологиях и предоставляет бесплатный доступ к большинству ресурсов [17].

ArcGIS Online: полное, основанное на облачных технологиях и совместном управлении содержанием для работы с географической информацией. Платформа ArcGIS Online – это ключевая эффективно используемая функция системы ArcGIS. Любой пользователь может использовать ArcGIS Online для поиска, создания и предоставления карт на веб-сайте www.ArcGIS.com. На этом сайте размещены в свободном доступе достоверные карты и данные, опубликованные компанией Esri и ГИС сообществом. Зарегистрированные пользователи могут создавать свои собственные веб-карты путем комбинирования своих данных со встроенными базовыми картами высокого качества, загрузкой данных из/в файл и книги, или созданием объектов, использующих чертежные инструменты. Веб-карты могут авторизоваться в программе просмотра карт ArcGIS.com или в системе ArcGIS Explorer Online, при этом добавляются функциональные возможности, например, создание картографических презентаций. Веб-карты можно просматривать в клиентах, встроенных непосредственно в веб-страницы, на смартфонах и планшетах с использованием бесплатных приложений ArcGIS, или в клиентах ArcGIS desktop [8].

Платформа ArcGIS Online для организаций предоставляет безопасную и масштабируемую инфраструктуру для обнаружения, сбора, хранения и публикации карт и данных, доступных через веб-сайт. Обеспечивается полное управление организацией, в том числе возможность администрировать пользователей, уровни доступа и хранения. Информация может предоставляться в свободном доступе или с ограничениями для использования на предприятии. Веб-сайт ArcGIS Online может быть полностью настроен в качестве персонального или общедоступного портала, можно создавать галереи карт и данных для своих пользователей и клиентов.

2.2 Мобильный ArcGIS

Решения компании Esri для мобильных ГИС позволяют создавать пространственные данные в полевых условиях с использованием мобильных устройств. Линейка мобильных ГИС включает в себя ArcGIS for Windows Mobile, ArcPad, а также приложения для смартфонов и планшетов [7].

ArcGIS for Windows Mobile — программный продукт, который позволяет работать с геоинформационными сервисами на мобильных устройствах, использующих платформу Windows Mobile. С использованием мобильных приложений, построенных на ArcGIS for Windows Mobile, можно производить пространственные запросы и упрощенное редактирование. ArcGIS for Windows Mobile позволяет осуществлять работу с ГИС-сервисами в онлайни офлайн-режимах за счет используемой технологии кэширования.

ArcPad — приложение, позволяющее проводить оперативный сбор, автономное редактирование пространственных данных в полевых условиях с использованием приемников GPS, цифровых фотокамер и других устройств.

Приложения для смартфонов и планшетов — приложения, позволяющие находить карты и обмениваться ими с ArcGIS Online, использовать инструменты поиска, измерения, а также создавать запросы и осуществлять сбор, редактирование и обновление характеристик и атрибутов ГИС [11].

ArcGIS – инструментальная полуавтоматическая ГИС