Проектування ГІС лісогосподарського підприємства

 

2 ДОСВІД СТВОРЕННЯ І ЕКСПЛУАТАЦІЇ АНАЛОГІЧНИХ ГІС

В сучасній системі  ведення лісового господарства України  ГІС найширше використовується в лісовпорядкуванні. В процесі лісовпорядкування і створюються цифрові карти лісів, які є окремими рівнями загальних ГІС будь-якої території. Інші види лісогосподарської діяльності, на жаль, ще не повною мірою використовують ці сучасні методи.

 

2.1 ГІС «TopoL-L»

Геоінформаційна система (ГІС) TopoL-L - адаптована під завдання лісового господарства та лісовпорядкування, що дозволяє вирішувати весь комплекс робіт з повидільними суміщеними таксаціонними і картографічними базами лісовпорядної інформації.

Дану ГІС розробила «ООО "ЛЕСИС"» створена 16 липня 2001 року. Товариство є офіційним ексклюзивним дистриб'ютором ГІС "TopoL" на території Російської Федерації та СНД

Основним призначенням ГІС є робота в сфері лісовпорядкування  для:

- лісовпорядних  організацій;

- лісництва  центральні та дільничні;

- регіональні  органи влади у сфері лісових  відносин;

- орендарі лісового  фонду.

Набори баз  даних різних рівнів представлені подібними  структурами:

Рисунок 2.1 – Структура баз даних

 

 

Рисунок 2.2 – Розподіл інформаційних баз даних по рівням управління 

Основні функціональні  можливості:

• створення об'єднаних картографічних і таксаційних баз даних – по виділам, по кварталах і по лісництвам;
• робота з таксаційними базами даних на робочих місцях лісництв, орендарів, регіонального та федерального рівня;
• внесення поточних змін за технологією безперервного лісовпорядкування;
• Отримання всіх необхідних документів для регламентів і проектів освоєння лісів;
• Планування (нарізка) і відведення лісосік (абрис);
• Матеріально - грошова оцінка лісосік всіма способами;
• Робота з GPS безпосередньо в лісі з ноутбуком або обмін даними з GPS.

 

2.2 Система «ГІС-Ліспроект»

 Практичне  застосування ГІС - технологій  для планово - картографічного супроводження лісовпорядкування (на прикладі системи «ГІС-ЛІСПРОЕКТ»).

Система «ГІС-Ліспроект», опис якої наводиться в подальших  матеріалах, розроблена в ІПММС НАН  України для потреб ВО “Укрдержліспроект”. Система призначена для автоматизації процесу оброблення цифрових картографічних матеріалів лісовпорядкування. «ГІС - Ліспроект» і є прикладом спеціалізованого використання сучасних ГІС - технологій у практиці вирішення задач лісовпорядкування національних лісових ресурсів України. В основу розроблення системи покладена низка стандартних засобів ArcGis фірми ESRI США (ArcMap, ArcEditor, ArcSde). Для цих засобів розроблені спеціалізовані додаткові компоненти ГІС, призначені для виконання притаманних для лісовпорядкування функцій. Ці додаткові компоненти вбудовуються у відповідні стандартні засоби ArcGis і таким чином Користувачу доступні як стандартні, так і спеціалізовані функції ГІС.

Складові «ГІС-Ліспроект» – пакетні програмні засоби (ППЗ) функціонують в середовищі ArcGis-ArcMap і взаємодіють з програмно-технічним комплексом «Дельта», який поставляє початкові SHP –файли лісництв , та з базою даних таксаційної інформації (середовище СУБД MsSQL) з відповідною семантичною інформацією відносно лісгоспів, лісництв, кварталів, виділів тощо. Разом з тим, у 2011–2012 роках в ІПММС НАН України було розроблено і включено до складу «ГІС-Ліспроект» додаткові програмні комплекси:

– «Спеціалізовані  програмні засоби формування, доступу  та ведення геобази лісовпорядкування» ВО “Укрдержліспроект”» (СПЗ), де була використана технологія формування і ведення геобази серверного типу для середовища ArcSDE, ArcGis Server(MsSQL);

– «Програмні засоби для  внесення поточних змін у геобазу  даних файлового типу з розробкою  відповідної технології». Зазначені  програмні засоби функціонують в середовищі ArcGis-ArcMap і взаємодіють з геобазою даних файлового типу та з базою даних таксаційної інформації.

Геобаза даних  серверного типу складається з таблиць  даних лісництв (для запису назв лісництв, лісгоспів, підпорядкування, номера кварталів та виділів і т.п.) та таблиць з геометричними даними різного характеру локалізації, таблиць підписів, таблиць безпеки тощо. Спрощена схема формування та збереження геоданих у базі наведена на рис. 2.3

Рисунок 2.3 – Спрощена схема геобази даних

 

Таблиці даних лісництв описують об’єкти «Область», «Обласне управління», «Лісгосп», «Лісовпорядкування», «Лісництва», «Квартали», «Виділи».

Таблиці геометричних даних сформовані виходячи з назв SHP-файлів і відповідних геометричних даних. У залежності від масштабу та «виду» геометрії дані прив'язані до виділу, кварталу або лісництва відповідно, і які, у свою чергу, належать певному року лісовпорядкування, далі лісгоспу, обласному управлінню, області та державі в цілому.

На логічному рівні  геометричні таблиці «Полігони кварталів та виділів», «Яри», «Умовні просіки», «Суміжники», «Стовпи», «Полігони річки», «Адміністративні межі», «Напрямок течії», «Автодороги» та ін. – це «образи» SHP-файлів, набір яких представляє геометричні дані відповідного лісництв (за термінологією ППЗ).

Так як геобаза даних має  чітку ієрархічну структуру у  відповідності до ієрархічної структури  лісових господарств країни, то це дає можливість робити різноманітні запити й отримувати відповідні набори даних.

У середовищі VBA (Visual Basic For Applications) для ArcMap розроблено програмний засіб «Каталог» з графічним інтерфейсом користувача, в якому автоматизовано генерацію наведених вище запитів.

Рисунок 2.4 – Діалогові засоби вікна діалог

 

За допомогою  засобів СПЗ «Каталог» здійснюється вибірка потрібних геоданих з можливістю їхнього відображення та подальшого збереження у вигляді SHP-файлів. На рис. 2.4 наведено вікно «Каталогу», розробленого для середовища ArcSDE. Відзначені області екрана, пов’язані з такими можливостями:

1 – вибір  року лісовпорядкування та видалення лісництва з серверної геобази даних (СГБД);

2 – перегляд гілок  деревовидної структури СГБД;

3 – відображення списку  слоїв вибраної гілки деревовидної  структури СГБД;

4 – відображення узагальненої  атрибутивної інформації відповідного шару;

5 – відображення географічного  співвідношення вибраного растру  до обраного обласного управління, лісгоспу або лісництва (площа  перетину, накладання обраного растру  на вибране лісництво);

6 – відображення за  заданими координатами;

7 – відображення графічної інформації (передогляд обраного шару).

8 – пошук у СГБД  за назвою чи кодом лісництва.

Запити генеруються  і виконуються за допомогою технології ADO (ActiveX Data Objects – інтерфейс програмування  додатків для доступу до даних). У результаті виконання запитів отримуємо класи геометричного опису місцевості (FeatureClass), які можна ставити у відповідність шарам карти, додати ці шари до карт, зберігати в форматі SHP-файлів і фактично виконувати збереження даних відповідного лісництва в геобазі даних файлового типу.

 

3 ПРОЕКТНІ РІШЕННЯ

Обробка великих масивів інформації про кадастрові об’єкти, їх динаміку під силу лише сучасним комп’ютерним системам і інформаційним технологіям.

Оскільки кадастри опираються даними, що мають просторову прив’язку, то взаємозв’язок його з геоінформаційними системами (ГІС) очевидний. Сучасні геоінформаційні системи з їх розвиненими аналітичними можливостям дозволяють наочно відобразити і осмислити інформацію про конкретні об’єкти, процеси і явища в їх сукупності, виявити взаємозв’язки і просторові відносини, підтримують колективне використання даних і їх інтеграцію в єдиний інформаційний простір. Тому в усьому світі кадастрові системи створюються на базі геоінформаційних технологій.

У період швидкого розвитку інформаційних технологій, що дозволяють сформувати більш цілісну картину різноманітних процесів, актуальним є подальший розвиток та застосування ГІС - технологій для аналізу та прогнозування складних геопроцесів, зокрема соціогеографічних.

Проектування будь-якої інформаційної системи передбачає рух від концептуального рівня до детального і далі - до рівня реалізації. При просуванні від етапу концепції до етапу реалізації зростає рівень знання функціональності і БД, і навпаки, до того, як стануть зрозумілі деталі, потрібно виробити концепцію (ідею) системи і знати спосіб її реалізації.

Таким чином, при проектуванні ГІС виділяють три стадії:

1. концептуальне проектування - включає аналіз потреб і перші обговорення проектування баз даних;
2. логічне проектування — відображення концептуальної моделі предметної області в дата логічне середовище;
3. фізичне проектування — полягає у виборі бажаного способу організації даних у середовищі зберігання обраної системи.

 

3.1 Концептуальне проектування

Метою концептуального проектування є розробка концептуальної моделі предметної області інформаційної системи. Основними підходами до моделювання інформаційних систем та баз даних є: об’єктна-орієнтований підхід, підходи "сутність - атрибут - зв’язок"; на основі бінарних і елементарних парних відношень та на основі інтерпретованої логіки предикатів. Об’єктно-орієнтований підхід в останні роки набув найбільшого поширення. Він охоплює всі етапи життєвого циклу інформаційних систем від концептуального моделювання до програмування, експлуатації та модернізації.

Об’єктно-орієнтована технологія грунтується на так званій об’єктній моделі. II основними елементами є об’єкти й класи.Об’єкт являє собою корисну модель якої-небудь сутності в предметній області.

Найбільш поширеною об’єктно-орієнтованою мовою моделювання є уніфікована мова моделювання UML (UnifiedModelingLanguage). Ця мова придатна для моделювання будь-яких систем: від інформаційних систем масштабу підприємства до розподілених Web-додатків і систем реального часу. Найбільш вагома частина синтаксису цієї мови є її графічна нотація, елементами якої є сутності, відношення,діаграми. Сутності - абстракції, що є основними елементами моделі. Відношення звязують різні сутності між собою. Діаграми групують сукупності сутностей, що представляють інтерес.

У мові UML визначено чотири типи відношень: залежність,асоціація, узагальнення, реалізація. Діаграма в UML - графічне подання набору елементів, що зображуються найчастіше у вигляді звязаного графа.

Для подання понять предметної області при концептуальному проектуванні застосовують діаграми класів. При моделюванні об’єктно- орієнтованих систем цей тип діаграм виконують найчастіше. Діаграми класів відповідають статистичному виду системи з погляду проектування. Діаграми класів, які включають активні класи, відповідають статистичному виду системи з погляду процесів.

Діаграми класів звичайно містять такі сутності: класи, інтерфейси, кооперації. Для зв’язку між сутностями можуть застосовуватись відношення залежності, узагальнення й асоціації. Крім цього, діаграми класів можуть містити в собі примітки й обмеження.

Процес об’єктно-орієнтованої розробки концептуальної моделі передбачає такі етапи:

1. виявлення об’єктів і класів;
2. застосування семантики цих обє’ктів і класів;
3. виявлення звязків між цими об’єктами й класами.

Об’єкти зі спільними атрибутами, операціями, відношеннями і семантикою обєднують у класи. При аналізі складають діаграми класів, на яких відображають класи й асоціації між ними, додають до них деталі (атрибути абстракцій), необхідні, щоб передати суть рішень.

Оскільки на стан лісового фонду по території впливають такі фактори, як характер рослинного покриву, густота мережі доріг, наявність водних об’єктів та стан забруднення навколишнього середовища, то їх було внесено до числа класів, що визначають стан природно-заповідного фонду в регіоні.

В результаті були виявлено такі класи:

 1) адміністративно-територіальний поділ;

2) населений пункт;

3) земельна ділянка;

4) вулиця;

5) будівля, споруда;

6) лісогосподарське підприємство;

7) лісництво;

8) ліс;

9) гідрографія;

10) залізниця;

11) автомобільні дороги

12) рослинність;

13) ґрунти;

14) рельєф.

Опис виявлених класів наведений в таблиці 3.1. Опис атрибутів по кожному об’єкту наводиться в таблиці 3.2 . Опис відношень наведений у формі таблиці 3.3

Таблиця 3.1 – Опис класів

Найменування класів	Сутності предметної області, що моделюються	Особливості відображення	Основні функції та впливи	Джерело інформації й  узгодження
1	2	3	4	5
Адміністративно - територіальна одиниця	Цілісна частина  території держави в установлених відповідно до закону межах, яка має різні рівні	Відображуються  згідно з умовними позначеннями. Відображуються межі регіону, районів, населені пункти	Просторова  основа для організації діяльності органів державної влади та місцевого самоврядування	Дані ДЗК. Дешифрування ДЗЗ. Топографічні карти
Населений пункт	Територія, оформлена у встановленому порядку для розселення людей у межах однієї забудованої земельної межі	Відображаються з згідно умовними позначеннями	Зона проживання людей. Поєднують культурну і економічну діяльність, виконують адміністративні і організаційні функції	Дешифрування ДДЗ. Міські планово-картографічні матеріали