Программно-технологическое обеспечение геоинформационных веб-систем спутникового мониторинга

Рассматривается многолетний опыт исследований и разработок в Институте вычислительного моделирования СО РАН (обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН, г. Красноярск) в области создания программного обеспечения проблемно-ориентированных геоинформационных веб-систем (тематических геопорталов), в том числе – формируемых на основе данных дистанционного зондирования Земли.
Разработки выполняются в сервис-ориентированной парадигме на основе геопортальных технологий, средств интерактивной веб-картографии, системы распределенного хранения и обработки данных. Основное внимание уделяется проблемам формирования программно-технологического обеспечения, особенностям реализации программных компонент веб-ГИС, вопросам эффективной обработки и представления геопространственных данных, методам создания многослойных картографических изображений в геоинформационной веб-системе. Формируемая карта может содержать набор растровых и векторных тематических слоев геоданных, дополнительные информационно-справочные слои изображений снизу (подложка) и сверху (поверх) тематических данных пользователя, такие как собственные картографические подложки, карты-схемы сторонних сервисов, надписи наименований географических объектов. Клиентское программное обеспечение обеспечивает интерактивность создаваемых карт в стандартном веб-браузере. Настройка параметров представления данных предусматривает возможность выбора формата геоданных на клиенте (векторный или растровый), управления различными параметрами отображения (интерактивная легенда, перечень полей, отображаемых в таблицах атрибутики), использования настраиваемых шаблонов для отображения табличной информации по объектам слоя, управления правами доступа к данным – от возможностей визуализации слоя или карты через веб-браузер до предоставления доступа через картографические веб-сервисы WMS/WFS, редактирования через веб-интерфейс или загрузки в виде shape-файлов. Неотъемлемой частью системы визуализации тематических веб-карт является настраиваемый сервис растеризации и кэширования данных, обеспечивающий заметный прирост производительности для «тяжелых» многослойных карт.
Технической основой формируемых программных систем является набор тесно взаимосвязанных компонент, в том числе – база данных PostgreSQL/PostGIS и веб-сервер Apache; геоинформационная платформа Mapserver/Mapscript, обеспечивающая растеризацию геоданных и картографические веб-сервисы; подсистема кэширования пространственной информации на основе GeoWebCache; собственное клиентское программное обеспечение для картографической веб-визуализации, разработанное на основе библиотеки OpenLayers и ряда других компонент. Также разработано несколько специализированных подсистем: модуль управления веб-контентом для тематических разделов веб-приложений (публикаций, статей) на основе системы Drupal, веб-приложение администратора «Управление данными», редактор стилевого оформления тематических слоев и карт «ГеоЭкспресс», веб-приложение для поиска ресурсов по метаданным «Каталог ресурсов», подсистема картографической веб-визуализации (для стандартного браузера). Реализован набор программных и пользовательских интерфейсов: доступ к файловому архиву по защищенному протоколу SFTP; модуль оперативного мониторинга – сбора данных, поступающих с различных датчиков, сенсоров. Менеджер тематических слоев и карт геопортала обеспечивает настройку прав доступа к геоданным через веб-интерфейс, протоколы прямого доступа по стандартам OGC.
Технологические особенности работы с данными дистанционного зондирования Земли связаны с необходимостью быстрого отображения файлов больших объемов. Для хранения спутниковых данных обычно используется формат TIFF с геопривязкой (GeoTIFF), поддерживающий структуру TILES (изображение состоит из набора независимо хранящихся однотипных фрагментов), с предварительно вычисленными пирамидальными (обзорными) слоями OVERVIEW. Все перечисленные этапы обработки выполняются утилитами библиотеки GDAL. Широкое применение также получили индексированные растры, в которых каждый пиксель изображения содержит индекс, а заголовок файла – таблицу со значениями цвета для всех индексов палитры.
Разработанные программно-технологические решения успешно зарекомендовали себя как основа ресурсоемких информационно-аналитических систем регионального уровня для задач различной тематики. В частности, они стали основой государственной геоинформационной системы Красноярского края «Енисей-ГИС».
В настоящее время формируются решения для Единого регионального центра ДЗЗ Красноярского края, созданного в мае 2017 г. на базе Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН».