Розділ 10. Комерційні ГІС-пакети

Програмне ГІС-забезпечення компанії ESRI (США)

Сімейство програмних пакетів ArcGIS

Програмні продукти компанії ESRI (США), найстарішого у світі виробника програмних засобів ГІС (фірма заснована в 1969 р.), у наш час представлені, насамперед, сімейством спеціалізованих програмних пакетів, які об'єднані під назвою ArcGIS. Поточною версією ArcGIS є версія 9.1 (2005).
До складу ArcGIS входить багато інтегрованих програмних продуктів, призначених як для розробки і експлуатації геоінформаційних систем різного рівня складності, так і для геоінформаційного забезпечення розв'язання завдань, пов'язаних з використанням просторової інформації, включаючи польову зйомку і роботу в комп'ютерних мережах, у тому числі і в Інтернет. Слід зазначити, що останніми роками в компанії ESRI робиться акцент саме на розробці мережного програмного ГІС-забезпечення, а також на відповідному розширенні функціональних можливостей традиційних ГІС-пакетів, яке дозволяє їм працювати в комп'ютерних мережах.
Основними компонентами ArcGIS є: настільні інструментальні ГІС (ArcGIS Desktop), у тому числі ГІС-пакети ArcInfo, ArcEditor і Arc View з набором додаткових модулів (extentions), серверне програмне ГІС-забезпечення (Server GIS), до складу якого входять пакети ArcIMS, ArcSDE і ArcGIS Server, мобільні інструментальні ГІС (Mobile GIS), представлені пакетом ArcPad, і ГІС-інструменти, або вбудовані інструментальні ГІС (Embedded GIS), представлені пакетом ArcGIS Engine, а також програми-в'юери (viewers, Web-viewers), такі, як ArcReader і ArcExplorer (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Сімейство програмних ГІС-пакетів ArcGIS компанії ESRI (доступно при скачуванні повної версії підручника)

Настільні інструментальні ГІС сімейства ArcGIS (ArcGIS Desktop) є різномасштабними програмними ГІС-пакетами, функціональні і аналітичні можливості яких можуть бути істотно збільшені за рахунок великої колекції додаткових модулів, які називаються розширеннями (extensions) і поставляються окремо.

Для перегляду і друку карт, підготовлених з використанням настільних інструментальних ГІС, використовується безплатний пакет ArcReader.

Серверне програмне ГІС-забезпечення (Server GIS) використовується для створення і управління серверними ГІС-додатками, які поширюють функції ГІС і просторово-розподілену інформацію всередині і між організаціями по комп'ютерних мережах, у тому числі і глобальній мережі Інтернет.
Пакет ArcGIS Server — це сервер додатків, що містить загальну бібліотеку програмних ГІС-об'єктів, які використовуються для створення серверних додатків для функціонування як у локальних (рівня підприємства), так і в глобальній (Інтернет) комп'ютерних мережах. Пакет ArcGIS Server є зручною платформою для створення корпоративних ГІС, під якими розуміють сукупність додатків з центральним управлінням, які оперують з єдиною базою картографічних даних, що мають розвинену ГІС-функціональність і одночасно підтримують велику кількість користувачів.
Пакет ArcIMS (Arc Internet Map Server) є картографічним Інтернет-сервером, призначеним для публікації карт, даних і метаданих у глобальній мережі з використанням стандартних відкритих Інтернет-протоколів, забезпечує створення ГІС-порталів.
Пакет ArcSDE (Arc Spatial Database Engine) є серверним програмним забезпеченням, що надає доступ до баз географічної інформації через комерційні реляційні системи керування базами даних (СКБД), у тому числі Oracle8i, Oracle9i, MS SQL Server, Informix i DB2.

Web-в'юери представлені безплатним пакетом ArcExplorer, який реалізує функції запитів, вибірки і відображення даних через Інтернет, але може бути використовуваним і для роботи з локальними наборами даних.

Пакет ArcGIS Engine є бібліотекою взаємопов'язаних компонентів настільних інструментальних ГІС, призначеною для розробників прикладного програмного забезпечення. Цей пакет дозволяє створювати нові призначені для користувача картографічні і ГІС-додатки та розширювати можливості вже існуючих додатків (наприклад, Microsoft Excel) за рахунок «вбудовування» в них ГІС-функції. Додатки, створювані за допомогою цього пакета, можуть відповідати діапазону від простих картографічних в'юерів до настільних інструментальних ГІС, що за функціональністю відповідають пакетам ArcGIS Desktop.

Пакет ArcPad є програмним ГІС-забезпеченням, що запускається на кишенькових персональних комп'ютерах (КПК) під керуванням операційної системи Windows СЕ. Пакет забезпечує доступ до існуючих цифрових баз просторових даних, а разом з GPS-приймачем — їх поповнення безпосередньо в польових умовах.

Відзначимо також, що значного поширення в установах і організаціях, у тому числі і в Україні, набули попередні ГІС-пакети компанії ESRI — настільна інструментальна ГІС ArcView GIS (остання версія — 3.2) і повнофункціональна професійна інструментальна ГІС ARC/INFO (остання версія 7.2).

Настільні інструментальні ГІС-сімейства ArcGIS

Загальна характеристика

До складу ArcGIS Desktop входять пакети ArcView, ArcEditor і ArcInfo, які мають однакову структуру і інтерфейс, але розрізняються за своєю функціональністю.

Пакети мають модульну структуру, складаються з основного модуля, що реалізує базові функції ГІС, вартість якого близько 1200 американських доларів (ArcView), і додаткових модулів(ArcGIS Extentions), що розширюють можливості пакета у визначеному напрямку, вартістю від 300 до 2500 американських доларів кожний.
Базовий модуль пакетів ArcGIS Desktop має уніфікований інтерфейс та архітектуру і в попередніх версіях (до версії 8.3) мав інтегрований набір компонентів (applications) ArcCatalog, ArcMap і ArcToolbox. У версії 9.0 до складу компонентів були введені також ModelBuilder і ArcGlobe. Кожний із компонентів базового модуля пакетів ArcGIS Desktop «відповідальний» за виконання певного набору функцій маніпулювання, обробки, аналізу і/або відображення даних.

ArcCatalog дає можливість знаходити, переглядати, документувати й організовувати географічні дані, а також створювати власні бази даних для їх збереження, використовуючи при цьому набір інструментів для створення або імпорту класів об'єктів і таблиць.

ArcMap дає можливість створювати електронні карти і маніпулювати ними — їх можна переглядати й аналізувати. З використанням даного додатка можна:
- створювати карти на основі інтегрування даних, які зберігаються в різних форматах, включаючи шейп-файли (shapefiles), покриття (coverages), таблиці, САБівські креслення, наземні і космічні знімки (images) та трикутні нерегулярні мережі (triangulated irregular networks - TINs);
- подавати просторові дані у вигляді карт із використанням широкого спектра картографічних можливостей;
- аналізувати просторові дані з метою знаходження об'єктів або встановлення зв'язків між ними;
- складати графіки і звіти, що відображують результати виконаних досліджень.

ArcToolbox містить набір інструментів для конвертації, аналізу і керування даними. Нескладні завдання реалізуються на основі робочих форм (таблиць), у яких необхідно заповнити порожні поля. Більш складні операції виконуються за допомогою відповідних «майстрів». У сучасних версіях програмних продуктів сімейства ArcGIS Desktop виконано уніфікацію цього компонента, при цьому модуль ArcToolbox пакета Arc View є, по суті, полегшеною версією ArcToolbox'a пакета ArcInfo. Так, у ArcGIS Desktop версії 8.3 модуль ArcToolbox пакета Arc View містить близько 30 операторів (інструментів геообробки), повна ж версія модуля ArcToolbox, яка використовується в пакеті ArcInfo, містить близько 170 операторів. Для версії 9.0 ці цифри становлять 40 і 200 операторів відповідно.

ModelBuilder забезпечує реалізацію процедур обробки просторових даних і отримання деякого кінцевого продукту шляхом побудови графічних моделей, які містять інструменти, сценарії і дані. Фактично ModelBuilder надає користувачу візуальну мову моделювання, яка на основі побудови потокової діаграми організовує виконання сценарію обробки і аналізу просторових даних у вигляді комп'ютерної моделі, яка може бути збережена і в пам'яті комп'ютера.

ArcGlobe, частина розширення ArcGIS 3D Analyst, забезпечує інтерактивний перегляд просторової інформації (у тому числі і в тривимірному динамічному зображенні) різного просторового дозволу, що зберігається у всіх підтримуваних пакетами ArcGIS Desctop ГІС-форматах. Таким чином, ArcGlobe дозволяє інтегрувати раніше незіставну географічну інформацію, одержану з різних джерел, у єдину систему. Розробники очікують, що ArcGlobe стане широко використовуваною платформою для виконання таких геоінформаційних процедур, як просторовий аналіз даних, картографування і візуалізація.

Можливості пакетів сімейства ArcGIS Desctop можуть бути значно збільшені за рахунок підключення додаткових модулів (розширень), до яких у версії 9.0 відносять: ArcGIS Spatiai Analyst, ArcGIS 3D Analyst, ArcGIS Geostatistical Analyst, ArcGIS Survey Analyst, Arc GIS StreetMap USA, ArcScan for ArcGIS, ArcPress for ArcGIS, MrSID Encoder і ArcGIS Seagate Crystal Reports, ArcGIS Business Analyst, ArcGIS Network Analyst, ArcGIS Military Analyst, ArcGIS Schematics, ArcWeb Services, Maplex for ArcGIS, ArcGIS Data Interoperability. Модулі-розширення поширюються за окрему плату і отримуються відповідно до завдань, роз'язуваних конкретними користувачами. Призначення їх таке:
ArcGIS Spatial Analyst — надає широкий набір функцій просторового аналізу і моделювання на основі растрової моделі, включаючи картографічну алгебру, а також інтегрованого вектор-растрового аналізу — у цілому містить більше 200 інструментів обробки і аналізу геоданих;
ArcGIS 3D Analyst — дозволяє виконувати тривимірний перегляд, побудову і аналіз поверхонь — містить набори 3D символів і більше 40 інструментів геообробки;
ArcGIS Geostatistical Analyst — забезпечує геостатистичний аналіз і моделювання просторових даних, включаючи надання інтерактивних графічних засобів підбору статистичних параметрів моделей просторових розподілів;
ArcGIS Survey Analyst — забезпечує використання геодезичної інформації в базі геоданих ArcGIS, надаючи можливістьгеодезистам та спеціалістам з ГІС працювати разом в одній інтегрованій системі;
ArcGIS Tracking Analyst — надає засоби для маніпулювання, аналізу і візуалізації часових рядів просторових даних;
ArcGIS StreetMap USA — забезпечує відображення і геокоду-вання вуличної мережі, спочатку для США, а згодом і Європи;
ArcScan for ArcGIS — надає набір інструментів для растр-векторної конвертації даних, необхідний перш за все для векторизації відсканованих картографічних зображень;
ArcPress for ArcGIS — растеризатор графічних файлів, що використовується для підтримки друку великих або високоякісних карт;
MrSID Encoder for ArcGIS – дозволяє ефективно використовувати графічні растрові файли дуже великого розміру (до 500 Мб) в ArcGIS.
ArcGIS Seagate Crystal Reports — надає розширені можливості побудови звітів.
ArcGIS Business Analyst — надає могутні інструменти аналізу і велику бібліотеку картографічних і атрибутивних даних для підтримки ділових рішень;
ArcGIS Network Analyst — дозволяє створювати і маніпулювати наборами даних про географічні мережі і проводити процедури мережного аналізу;
ArcGIS Military Analyst — надає набір інструментів, що відповідає специфічним потребам військових при аналізі даних і плануванні дій;
ArcGIS Schematics — інноваційне рішення для автоматизації схематичних подань бази геоданих ArcGIS, яке дозволяє поліпшити управління і візуалізацію будь-якої лінійної мережі, у тому числі електричної, газової, водопровідної, каналізаційної і телекомунікаційної;
ArcWeb Services — надають розробникам можливість інтегрувати їх Web-додатки з такими аналітичними можливостями ГІС, як пошук адреси, маршрутизація, аналіз близькості, картографування, і інформаційними ГІС-ресурсами Інтернет;
Maplex for ArcGIS — забезпечує високоякісне автоматизоване розміщення тексту і маркування на цифрових картах та їх твердих копіях;
ArcGIS Data Interoperability — робить можливим просте застосування і поширення просторових даних у різних форматах зберігання, у тому числі пряме читання просторових даних, підготовлених більш ніж у 70 форматах, експорт даних — більш ніж у 50 форматах.

Усього в сімейство ArcGIS 9.0 входить більше 400 інструментів.
Розглянемо більш детально базові можливості пакетів Arc View і ArcInfo з групи ArcGIS Desktop. Перший з них є одним із найпоширеніших інструментальних ГІС настільного типу у світі, другий у наш час представлений кількома модифікаціями, які дозволяють розв'язувати завдання різної складності.

Пакет ArcView

Пакет є розвитком однієї з найбільш поширених у світі інструментальних ГІС настільного типу ArcView GIS 3.x. Цей пакет було створено фірмою ESRI у 1992 р. за назвою ArcView як «viewer», тобто переглядач. Він був призначений для перегляду на персональних комп'ютерах у середовищі Windows файлів просторових даних, створених за допомогою пакета ARC/INFO (який на той час працював тільки під DOS). Однак надалі пакет, завдяки зусиллям розробників, перетворився з пакета, що забезпечує доступ до баз даних, створених в ARC/INFO, на самостійну настільну інструментальну ГІС універсального призначення і з третьої версії одержав до назви додаток «GIS» – ArcView GIS.
Крім того, пакет ArcView, який входить до складу сімейства ArcGIS Desktop, є ГІС-пакетом нового покоління, що інтегрує можливості і пакетів ArcView GIS 3.x, і низку інших пакетів компанії ESRI. Пакет належить до інструментальних ГІС настільного типу, працює під операційними системами Windows NT 4.0, Windows 2000 та Windows XP (Home Edition i Professional). Вимоги до апаратної платформи (PC-Intel): мінімальна оперативна пам'ять — 128 Мб, рекомендована — 256 Мб і більше, процесор з мінімальною тактовою частотою 450 МГц, рекомендовано — 800 МГц і більше. Для запису на диску вимагає близько 650 Мб вільного місця.

Характерними рисами пакета відносно маніпулювання даними є доступ до різноманітних типів даних, у тому числі:
- пряме читання картографічних даних з ArcInfo, PC ArcInfo, ArcCAD, AutoCAD, (DXF, DWG), INTERGRAPH (DGN);
- імпорт даних з MapInfo, Atlas GIS і ASCII;
- можливість відкривати растрові дані з ADRG, ВГЬ, ВІР, BMP, BSQ, CADRG, СІВ, EPS, ERDAS Imagine, GeoTIFF, GIF, JPEG, Landsat, NITF, PICT, RLC, TIFF, USGS DOQ, SPOT, Sun Raster;
- пряме використання таблиць баз даних з ASCII, dBASE, INFO, ACCESS, Oracke, FoxBase, SQL Server, Sybase, Paradox, DB2, Ingres і будь-яких ODBC/SQL-сумісних баз даних;
- можливість приєднання до Spatial Database Engine (SDE) як клієнта для доступу до просторових баз даних;
- потужні засоби візуалізації карт;
- адресне геокодування;
- розвинуте середовище редагування;
- інтеграція знімків, картографічних даних, даних САПР, таблиць і SQL баз даних.

Стосовно редагування карт пакет характеризується можливостями:
- виконання складного редагування вершин (додавання, пересування, видалення, замикання);
- виконання операцій над геометричною формою об'єктів (розбиття, об'єднання, перетинання);
- автоматичного відновлення атрибутів при редагуванні.

Аналітичні можливості пакета складаються з:
- виконання просторових запитів (аналіз змісту карти) за допомогою інструментів:
- операцій вибору (інтерактивний вибір, вибір за атрибутом, вибір за місцем розміщення);
- операцій аналізу (буфери, вирізання, злиття, перетинання, об'єднання, просторове з'єднання);
- віртуального подання й аналізу (діаграми, звіти);
- вибору об'єктів на одній карті залежно від об'єктів іншої карти;
- накладення шарів даних для створення нових даних (оверлейний аналіз).

Система ArcInfo

Спеціалізований програмний ГІС-пакет з назвою ARC/INFO версії 1.0 був випущений фірмою ESRI в 1982 році. Протягом 80-х — 90-х років минулого століття пакет завоював лідируючі позиції у світі як повнофункціональна професійна інструментальна ГІС, призначена для розв'язання широкого спектра завдань, але в першу чергу пов'язаних з використанням природних ресурсів і охороною навколишнього середовища. Останньою версією пакета ARC/INFO була версія 7.2, випущена в 1998 р. У 1999 р. був випущений пакет ArcInfo 8, що започаткував нове покоління продуктів програмного ГІС-забезпечення. Ідеї, закладені в ArcInfo 8, були реалізовані в сімействі програмних пакетів ArcGIS, представлених компанією ESRI в 2001 р. У цьому році була випущена перша версія ArcGIS — ArcGIS 8.1. Версія ArcGIS 8.2 була випущена у 2002 p., ArcGIS 8.3 — у 2003 p., ArcGIS 9.0 — у 2004 p. і ArcGIS 9.1 — у 2005 p.
Структура системи ArcGIS ArcInfo складається з двох незалежно встановлюваних програмних пакетів ArcInfo Desktop («настільна» версія) і ArcInfo Workstation (версія для робочих станцій), що належать до професійних інструментальних ГІС з розвиненими аналітичними можливостями.

Пакет ArcInfo Desktop — це наймогутніший клієнтський додаток ArcGIS Desktop. Так само, як і ArcView, пакет ArcInfo Desktop складається з базового модуля і системи розширень, проте має значно більші функціональні і аналітичні можливості. По-перше, в ArcInfo існує можливість виконання всіх функції пакетів ArcView і ArcEditor. По-друге, він містить повну версію додатка ArcToolbox, що підтримує розширені функції геообробки. ArcToolbox містить близько двох сотень операторів, які забезпечують конвертацію у формат ArcInfo даних із понад ЗО векторних форматів (ADS, DFAD, DIME, DLG, VPF, Etak, Grid, IGDS, SDTS, TIGER, SIF, DEM, DTM, DFAD, AMS, SLF, DTED та ін.), читання і конвертацію кількох растрових (ADRG, MOSS, NTIF, ERDAS, BSQ та ін.) і САПР-форматів (DXF, DGN, DWG та ін.), побудову геометричних мереж, проектування даних, побудову топології, трансформації даних, побудову буферних зон і накладення карт, роботу з аркушами карт, управління таблицями INFO.
У пакеті є можливість модифікації призначеного для користувача інтерфейсу з використанням засобів настроювання трьох рівнів: через меню, що не потребує додаткового програмування; написання додатків усередині додатків ArcInfo Desktop; професійної розробки додатків.
Внутрішні мови програмування (макроси) — ARC Macro Language (AML) і Visual Basic for Applications (VBA).
Мови високого рівня через СОМ і OLE — стандартні мови програмування (C++, Delphi, Visual Basic та ін.).
ArcInfo Desktop працює під керуванням операційних систем Windows 2000 (Advanced Server і Professional), Windows NT 4.0, Windows XP (Home Edition і Professional), Windows Server 2003 Standard. Деякі компоненти пакета вимагають наявності встановленого в комп'ютері Microsoft Internet Explorer версії 5.0 або старше. Як апаратна платформа використовуються персональні комп'ютери, які задовольняють ті самі вимоги, що й ArcView: мінімальна оперативна пам'ять — 128 Мб, рекомендована — 256 Мб і більше, процесор з мінімальною тактовою частотою 450 МГц, рекомендованою — 800 МГц і більше. Для розміщення пакета на диску потрібно близько 650 Мб вільного місця. Для ефективної роботи пакета необхідний кольоровий 32-бітовий монітор з як мінімум 16-мегабайтною відеокартою.

Пакет ArcInfo Workstation є класичною професійною інструментальною ГІС з повною підтримкою всіх функцій системи ARC/ INFO. Запускається на персональних комп'ютерах (платформа PC-Intel) під керуванням Windows 2000 (Advanced Server і Professional), Windows NT 4.0, Windows XP (Home Edition і Professional), Windows Server 2003 Standard і робочих станціях (платформа Workstation) під керуванням кількох версій Unix (Solaris, Digital Unix, AIX та ін.). Вимоги до апаратної платформи PC-Intel ті самі, що в пакета ArcInfo Desktop. Займає на диску близько 750 Мб дискового простору.
Пакет має блокову структуру, проте і базовий модуль, і модулі розширення відрізняються від настільного варіанта пакета — ArcInfo Desktop. Вони зберегли і в архітектурі, і в інтерфейсі відповідність добре відомим численним користувачам у всьому світі пакетам ARC/INFO останніх версій.
Базовий модуль, що є повнофункціональною інструментальною ГІС, містить компоненти:
STARTER KIT — інтерфейсний модуль, який забезпечує керування роботою системи і виклик інших підсистем;
ARCTOOLS — графічний інтерфейс, призначений для користувача;
ARCPLOT — підсистему візуалізації і графічного виведення на зовнішні пристрої;
ARCEDIT — підсистему введення і редагування просторових даних;
DATA CONVERSION — підсистему перетворення систем координат і картографічних проекцій.

Додатковими модулями пакета ArcInfo Workstation є:
ArcCOGO — здійснює підтримку координатної геометрії (набір засобів і функцій для роботи з геодезичними даними), її інтеграцію в ArcInfo;
ArcNetwork — забезпечує підтримку моделювання і аналізу просторових (географічних) мереж. Використовується для моделювання і аналізу топологічно пов'язаних об'єктів у вигляді просторових мереж, оцінки і управління ресурсами, розподіленими по мережах, і процесами в таких мережах при аналізі і плануванні транспортних потоків, міському плануванні, геомаркетингу, оптимізації перевезень, адміністативному і політичному дистриктуванні;
ArcGRID — надає можливості растрового моделювання і перетворює ArcInfo в інтегровану векторно-растрову інструментальну ГІС. Має могутній набір засобів аналізу і керування безперервно розподіленими числовими і якісними ознаками, що подаються у вигляді регулярних моделей, а також моделювання складних процесів. Використовується при вирішенні проблем землекористування, у маркетингових дослідженнях, при оцінці придатності території для того чи іншого виду використовування, у гідрологічному і гідрогеологічному моделюванні та ін.;
ArcTIN — забезпечує подання поверхонь у тривимірному просторі у вигляді тріангуляційної мережі або нерегулярної матриці точок. Використовується для тривимірного відображення поверхонь, у першу чергу рельєфу, розрахунку об'ємів виїмок і насипів, ухилів і експозицій, оцінки зон видимості і невидимості, побудови ізоліній, аналізу поверхонь ґрунтових вод та ін.;
ArcStorm — менеджер просторових даних, що забезпечуює цілісність баз даних в розрахованому на багато користувачів режимі роботи;
ArcExpress — підвищує швидкість візуалізації зображень на дисплеї і оперативність роботи з наборами даних на робочих станціях в середовищі X-Windows;
ArcScan — забезпечує введення картографічних даних зі сканерів;
ArcPress — забезпечує швидке високоякісне роздрукування карт і зображень на растрових пристроях виведення, таких, як струминні і електростатичні плотери. Є програмним растеризатором — системою, що перетворює векторну, растрову або змішану векторно-растрову графіку у формат растрового пристрою виведення, растр заданого дозволу і розміру.