Программное обеспечение для географических данных.

Введение

Программное обеспечение для географических данных

Программа ГИС – это компьютерная программа, предназначенная для поддержки работы с географической информационной системой, обеспечивающая создание, хранение, управление, поиск, анализ и визуализацию географических данных, то есть данных, представляющих явления, для которых важна привязка к местоположению. Индустрия программного обеспечения ГИС включает в себя широкий спектр коммерческих и открытых продуктов, предоставляющих некоторые или все эти возможности в различных информационно-технологических архитектурах.

История

Самые ранние географические информационные системы, такие как Канадская географическая информационная система, начатая в 1963 году, представляли собой специализированные программы, разработанные для конкретной установки (обычно государственного учреждения) и основанные на индивидуально разработанных моделях данных. В 1950-х и 1960-х годах, во время количественной революции в географии, академические исследователи начали создавать компьютерные программы для выполнения пространственного анализа, особенно в Университете Вашингтона и Университете Мичигана, однако это также были специализированные программы, редко доступные другим потенциальным пользователям. Вероятно, первым программным обеспечением общего назначения с широким набором функций ГИС был пакет Synagraphic Mapping Package (SYMAP), разработанный Говардом Т. Фишером и другими в только что созданной Гарвардской лаборатории компьютерной графики и пространственного анализа, начиная с 1965 года. Хотя это и не была полноценная программа ГИС, она включала в себя некоторые базовые функции картографирования и анализа и была свободно доступна для других пользователей. В 1970-х годах Гарвардская лаборатория продолжала разрабатывать и публиковать другие пакеты, ориентированные на автоматизацию конкретных операций, такие как SYMVU (3D-визуализация поверхности), CALFORM (карты-диаграммы), POLYVRT (управление топологическими векторными данными), WHIRLPOOL (векторное наложение), GRID и IMGRID (управление растровыми данными) и другие. В конце 1970-х годов несколько из этих модулей были объединены в Odyssey, одну из первых коммерческих полноценных программ ГИС, выпущенную в 1980 году. В конце 1970-х и начале 1980-х годов ГИС начала внедряться во многих крупных государственных учреждениях, ответственных за управление землей и объектами инфраструктуры. В частности, федеральные агентства правительства США разработали программное обеспечение, которое по определению находилось в общественном достоянии благодаря Закону о свободе информации и, следовательно, было опубликовано для всеобщего доступа. Примечательными примерами являются Map Overlay and Statistical System (MOSS), разработанная Службой охраны рыбных ресурсов и дикой природы и Бюро управления земельными ресурсами (BLM), начиная с 1976 года; библиотека PROJ, разработанная в Геологической службе США (USGS), одна из первых доступных библиотек программирования; и GRASS GIS, первоначально разработанная Инженерным корпусом армии, начиная с 1982 года. Они заложили основу сообщества программного обеспечения ГИС с открытым исходным кодом. 1980-е годы ознаменовали начало разработки большинства коммерческих программ ГИС, включая Esri ARC/INFO в 1982 году, Intergraph IGDS в 1985 году и Mapping Display and Analysis System (MIDAS), первый продукт ГИС для персональных компьютеров MS DOS, который впоследствии стал MapInfo. В 1990-х годах эти программы получили широкое распространение с появлением более мощных персональных компьютеров, Microsoft Windows и переписи населения США 1990 года, которая повысила осведомленность о полезности географических данных для бизнеса и других новых пользователей. В конце 1990-х годов возникло несколько тенденций, которые значительно изменили экосистему программного обеспечения ГИС, приведя к современному состоянию, выходя за рамки традиционного полнофункционального настольного ГИС-приложения. Появление объектно-ориентированных языков программирования способствовало выпуску библиотек компонентов и интерфейсов прикладного программирования (API), как коммерческих, так и с открытым исходным кодом, которые инкапсулировали конкретные функции ГИС, позволяя программистам встраивать пространственные возможности в свои собственные программы. Во-вторых, разработка пространственных расширений для объектно-реляционных систем управления базами данных (также как с открытым исходным кодом, так и коммерческих) создала новые возможности для хранения данных для традиционных ГИС, но также позволила интегрировать пространственные возможности в корпоративные информационные системы, включая бизнес-процессы, такие как управление персоналом. В-третьих, с появлением Всемирной паутины веб-картирование быстро стало одним из самых популярных ее приложений, что привело к разработке серверного программного обеспечения ГИС, которое могло выполнять те же функции, что и традиционная ГИС, но в удаленном месте, где клиенту требовался только установленный веб-браузер. Все это в совокупности способствовало развитию новых тенденций в программном обеспечении ГИС, таких как использование облачных вычислений, программное обеспечение как услуга (SaaS) и смартфоны для расширения доступности пространственных данных, обработки и визуализации.

The earliest geographic information systems, such as the Canadian Geographic Information System started in 1963, were bespoke programs developed specifically for a single installation (usually a government agency), based on custom designed data models. During the 1950s and 1960s, academic researchers during the quantitative revolution of geography began writing computer programs to perform spatial analysis, especially at the University of Washington and the University of Michigan, but these were also custom programs that were rarely available to other potential users. Perhaps the first general purpose software that provided a range of GIS functionality was the Synagraphic Mapping Package (SYMAP), developed by Howard T. Fisher and others at the nascent Harvard Laboratory for Computer Graphics and Spatial Analysis starting in 1965. While not a true full range GIS program, it included some basic mapping and analysis functions, and was freely available to other users. Through the 1970s, the Harvard Lab continued to develop and publish other packages focused on automating specific operations, such as SYMVU (3 D surface visualization), CALFORM (choropleth maps), POLYVRT (topological vector data management), WHIRLPOOL (vector overlay), GRID and IMGRID (raster data management), and others. During the late 1970s, several of these modules were brought together into Odyssey, one of the first commercial complete GIS programs, released in 1980. During the late 1970s and early 1980s, GIS was emerging in many large government agencies that were responsible for managing land and facilities. Particularly, federal agencies of the United States government developed software that was by definition in the public domain because of the Freedom of Information Act, and was thus released to the public. Notable examples included the Map Overlay and Statistical System (MOSS) developed by the Fish & Wildlife Service and Bureau of Land Management (BLM) starting in 1976; the PROJ library developed at the United States Geological Survey (USGS), one of the first programming libraries available; and GRASS GIS originally developed by the Army Corps of Engineers starting in 1982. These formed the foundation of the open source GIS software community. The 1980s also saw the beginnings of most commercial GIS software, including Esri ARC/INFO in 1982; Intergraph IGDS in 1985, and the Mapping Display and Analysis System (MIDAS), the first GIS product for MS DOS personal computers, which later became MapInfo. These would proliferate in the 1990s with the advent of more powerful personal computers, Microsoft Windows, and the 1990 U. S. Census, which raised awareness of the usefulness of geographic data to businesses and other new users. Several trends emerged in the late 1990s that have significantly changed the GIS software ecosystem leading to the present, by moving in directions beyond the traditional full featured desktop GIS application. The emergence of object oriented programming languages facilitated the release of component libraries and application programming interfaces, both commercial and open source, which encapsulated specific GIS functions, allowing programmers to build spatial capabilities into their own programs. Second, the development of spatial extensions to object relational database management systems (also both open source and commercial) created new opportunities for data storage for traditional GIS, but also enabled spatial capabilities to be integrated into enterprise information systems, including business processes such as human resources. Third, as the World Wide Web emerged, web mapping quickly became one of its most popular applications; this led to the development of Server based GIS software that could perform the same functions as a traditional GIS, but at a location remote from a client who only needed a web browser installed. All of these have combined to enable emerging trends in GIS software, such as the use of cloud computing, software as a service (SAAS), and smartphones to broaden the availability of spatial data, processing, and visualization.

Программное обеспечение с открытым исходным кодом

Разработка программного обеспечения ГИС с открытым исходным кодом имеет давние традиции в истории развития программного обеспечения, начиная с появления первой системы в 1978 году. В настоящее время доступно множество систем, охватывающих все области работы с геопространственными данными.

Другие геопространственные инструменты

Кроме настольных ГИС, существует множество других типов геоинформационного программного обеспечения.

Серверы веб-карты

GeoServer – Написан на Java и использует GeoTools. Позволяет пользователям совместно использовать и редактировать геопространственные данные. MapGuide Open Source – Работает на Linux или Windows, поддерживает веб-серверы Apache и IIS, а также предоставляет API (PHP, .NET, Java и JavaScript) для разработки приложений. Mapnik – Библиотека C++/Python для рендеринга, применяемая в OpenStreetMap. MapServer – Написан на C. Разработан Университетом Миннесоты. i Boating WMTS – Веб-сервис для поставки картографических тайлов для морских и озерных карт. Работает на Windows и MacOS.

Системы управления пространственными базами данных

PostGIS – Пространственные расширения для базы данных PostgreSQL с открытым исходным кодом, обеспечивающие выполнение геопространственных запросов. ArangoDB – Встроенные возможности для управления пространственными данными, обеспечивающие выполнение геопространственных запросов. SpatiaLite – Пространственные расширения для базы данных SQLite с открытым исходным кодом, обеспечивающие выполнение геопространственных запросов. TerraLib – Предоставляет расширенные функции для ГИС-анализа. OrientDB – Встроенные возможности для управления пространственными данными, обеспечивающие выполнение геопространственных запросов.

Рамки пространственного анализа и библиотеки/пакеты

package:spmodel – бесплатный и открытый R-пакет, реализующий фреймворк для подгонки и применения геостатистических моделей (т.е. преимущественно моделей кригинга) к геопространственным точкам и пространственных регрессий (т.е. преимущественно пространственно-автокорреляционных моделей) к геопространственным полигонам. package:GWmodel и package:gwverse – бесплатные и открытые R-пакеты, реализующие два фреймворка для создания и применения географически взвешенных (GW) моделей для анализа любых геопространственных данных.

Настольная ГИС

Примечание: Почти все перечисленные ниже компании предлагают продукты Desktop GIS и WebMap Server. Некоторые, такие как Manifold Systems и Esri, также предлагают продукты Spatial DBMS.

Пространственная СУБД

Сервер пространственных запросов Boeing обеспечивает пространственную поддержку Sybase ASE. IBM Db2 – Позволяет выполнять пространственные запросы и хранить большинство типов пространственных данных. Informix – Позволяет выполнять пространственные запросы и хранить большинство типов пространственных данных. MySQL – Позволяет выполнять пространственные запросы и хранить большинство типов пространственных данных. Microsoft SQL Server (2008 и более поздние версии) – ГИС-продукты, такие как MapInfo и Cadcorp SIS, могут читать и редактировать эти данные, в то время как Esri и другие компании, как ожидается, смогут читать и редактировать эти данные в будущем. Oracle Spatial – Продукт позволяет пользователям выполнять географические операции и хранить типы пространственных данных в среде Oracle. Большинство коммерческих ГИС-пакетов могут читать и редактировать пространственные данные, хранящиеся в этом формате. SAP HANA – Позволяет пользователям хранить распространенные типы пространственных данных, загружать файлы пространственных данных в форматах WKT (Well-Known Text) и WKB (Well-Known Binary) и выполнять пространственную обработку с использованием SQL. Сертификация Open Geospatial Consortium (OGC) позволяет сторонним поставщикам ГИС-программного обеспечения хранить и обрабатывать пространственные данные. ГИС-продукты, такие как ArcGIS от Esri, совместимы с HANA. Teradata – Teradata geospatial обеспечивает хранение и пространственный анализ данных, основанных на местоположении, которые хранятся с использованием встроенных геопространственных типов данных в базе данных Teradata. VMDS – Хранилище данных с управлением версиями от Smallworld. Crunchy Certified PostGIS – Сертифицированный Open Geospatial Consortium дистрибутив PostgreSQL с открытым исходным кодом, включающий PostGIS от Crunchy Data.

Геопространственный Интернет вещей

SensorUp – SensorUp предоставляет облачный хостинг и SDK, разработанные на основе стандарта SensorThings API, разработанного Open Geospatial Consortium.