Анализ геоинформационных систем военного назначения

Анализ ГИС-Интеграция 8.5.

В качестве базового программного продукта в вооруженных силах РФ используется ГИС «Интеграция 8.5» принятая на вооружение приказом МО РФ № 772 от 15 июля 2009 года. В качестве прикладных программных модулей используются программы, работающие под оболочкой ГИС «Интеграция» Рис. 3.

Рис. 3. Диалоговое окно ГИС Интеграция

ГИС ВН «Интеграция» — геоинформационная система, предназначенная для решения следующих задач:

• — комплексная обработка различной цифровой информации о местности;
• — выполнение измерений и расчетных задач, нанесение результатов на карту;
• — создание карт с ОТО, создание БГД;
• — отображение и печать карт в стандартных условных знаках, добавление новых знаков в растровом (BMP) или векторном (TrueType) виде;
• — поддержка внешних баз данных разнообразных форматов, различные способы связи объектов карт с записями баз данных;
• — формирование тематических карт для отображения прикладной информации;
• — построение диаграмм по семантическим характеристикам объектов или выбранным полям таблиц баз данных;
• — нанесение на карту легенды, формирование зарамочного оформления по заданным шаблонам, подготовка карт к изданию;
• — построение трехмерных моделей, профилирование местности, построение зон видимости, создание различных матриц;
• — поддержка различных проекций, систем координат, многослойных карт;
• — обмен данными в стандартных форматах — SXF, DXF/DBF, MIF/MID, Shape, S57/S52, GRD, TIFF, PCX, BMP и других;
• — разработка прикладных задач на C, C++, Pascal; исходные тексты системы, документация для разработчика;
• — поддержка многопользовательской работы в сети с одним экземпляром карт, ведение журнала транзакций.

База данных электронных карт имеет иерархическую структуру [2, 7, 8]. На нижнем уровне хранится информация об отдельных объектах карты. Объекты могут объединяться в группы, слои и листы карт. Совокупность листов карт одного масштаба и вида составляет район работ — отдельную базу данных электронных карт. Описание отдельного объекта состоит из метрических данных (координат на местности), семантических данных (свойств объекта), текстовых справочных данных, иллюстративных графических данных и других данных, включая уникальный номер объекта, через который осуществляется логическая связь с внешними реляционными базами данных (БД).

Программное обеспечение системы Интеграция имеет модульную многозадачную структуру. Все модули вызываются из общей управляющей оболочки.

В состав программного обеспечения входят:

• — система управления электронными картами;
• — управляющая оболочка;
• — сервисные модули.

Управляющая оболочка реализована в виде выполняемого файла — OPERATOR.EXE. Она отвечает за пользовательский интерфейс (работу оператора) [2, 6].

Система управления электронными картами реализована в виде динамической библиотеки (DLL). Она выполняет функции специализированной СУБД электронных карт.

Сервисные модули (конвертеры, редактор векторного и растрового изображения, модуль вывода на внешние устройства, модуль расчетов и статистического анализа, модуль взаимодействия с внешними СУБД и другие) реализованы в виде динамических библиотек (DLL).

Такая структура программного обеспечения позволяет пользователям разрабатывать собственные задачи путем замены управляющей оболочки графической среды на программу пользователя и вызова соответствующих функций из динамических библиотек через интерфейс прикладного программирования Рис. 4 [7].

Система электронных карт позволяет обрабатывать следующие виды цифровых картографических данных:

• — векторные карты;
• — растровые изображения местности (растровые карты);
• — матричные данные о местности.

Рис. 4. Загрузка карты по слоям

Различные виды цифровых данных могут обрабатываться совместно или отдельно. Цифровые данные могут конвертироваться в разные форматы, преобразовываться из одного вида в другой, отображаться на графических дисплеях, выводиться на внешние печатающие устройства, редактироваться, трансформироваться и так далее.

Электронная карта в системе «Интеграции» — это скомпонованный пользователем набор различных цифровых данных о местности, относящийся к определенной территории.

В основе электронной карты может быть векторная карта местности, растровая карта или матричная.

После открытия основного вида данных, имеющегося для выбранной территории, пользователь может дополнить его другими видами данных (скомпоновать электронную карту).

Дополнительно могут быть открыты в любом количестве и составе пользовательские векторные карты, растровые изображения и матрицы. С этой целью применяются пункты меню «Файл» и диалоги списков пользовательских карт, списков растров, списков матриц [2, 6].

При закрытии электронной карты описание состава скомпонованных данных сохраняется в текстовом файле с расширением INI. Поэтому, при следующем открытии пользователем базовой карты (векторной, растровой или матричной) будет восстановлен весь состав электронной карты.

Расположение различных видов данных относительно друг друга и масштабирование выполняется автоматически на основе паспортных данных соответствующих видов карт. Паспортные данные заполняются на этапе создания карт (для растровых — на этапе конвертирования из обменных форматов) и в дальнейшем могут уточняться.

Комбинирование различных видов данных и изменение их свойств (позиционирование на местности, масштабирование, порядок отображения на экране, цветовая палитра, яркость, контрастность, состав отображаемых объектов и т. д.) позволяет создавать карты различных характеристик местности для решения широкого круга задач.

Из набора отдельных снимков местности разного масштаба и вида могут создаваться электронные ортофотопланы на большие территории с постепенным наполнением векторными данными (в виде пользовательских карт), привязкой к внешним базам данных. При совместном применении ортофотопланов и матриц высот рельефа могут решаться большинство задач планирования, оперативного управления на местности.

Система Интеграция обрабатывает векторные карты, представленные в открытом формате SXF. Данные из других форматов (S57, MIF / MID, DXF и других) могут быть конвертированы в формат SXF и обратно [2, 6, 7].

Техническое описание формата SXF приведено в документе «Открытый формат цифровой информации о местности (Код формата-SXF). Структура формата. Редакция 4.0"(смотри файл DOCSXF4BIN. DOC и DOCSXF4TXT. DOC) [2, 8].

Данные о цифровых векторных картах имеют следующую структуру:

• — паспортные данные о листе карты (масштаб, проекция, система координат, прямоугольные и геодезические координаты углов листа и так далее);
• — метрические данные объектов карты (координаты объектов на местности);
• — семантические данные объектов карты (различные свойства объектов).

Данные о листе пользовательской карты хранятся в следующих файлах:

• — метрики (координаты объектов, *.SDA);
• — семантики (атрибуты объектов, *.SSE);
• — справочные данные (индексные записи, *.SHD);
• — графические данные (условные знаки графических объектов, *.SGR).

На лист создается один файл — паспорт (*.SIT).

Анализ ГИС-Оператор КБ «ПАНОРАМА».

ГИС «Оператор» предназначена для создания (нанесения) и редактирования (обновления) условных знаков (УЗ) оперативной обстановки (ОО) [2].

Основные направления использования ГИС Оператор:

• — топогеодезическое обеспечение войск, автоматизация учета и хранения данных, расчет запасов карт;
• — ведение дежурных и оперативных карт и схем, автоматизация формирования графических документов;
• — инструментальное и информационное обеспечение учений и командноштабных тренировок;
• — автоматизация процессов управления войсками, обеспечение развития концепции сетецентрических войн;
• — объемное моделирование местности и оперативной обстановки, создание виртуальных макетов местности;
• — информационное обеспечение боевого применения высокоточного оружия;
• — оперативный поиск и обеспечение картографическими материалами на требуемый район;
• — анализ и прогнозирование оперативной обстановки;
• — информационное обеспечение принятия оперативных решений;
• — обработка, визуальный анализ тематических справочных данных, формирование наглядных графических документов с использованием цифровой картографической основы, автоматизированная обработка и отображение данных, результатов расчетов и прогнозов;
• — бортовая навигация и диспетчерское сопровождение транспортных средств. ГИС Оператор содержит средства редактирования оперативной обстановки, разнообразные классификаторы и библиотеки условных знаков оперативной обстановки, принятые в РФ и НАТО.

Поддерживаются современные протоколы стандарта OGS WebMap Service Interface (WMS) и OGS Web Feature Service I mplementation Specification (WFS), а также протоколы подключения к ресурсам Digital Globe и Google. Обеспечивается многопользовательская работа с картами и базами данных с контролем доступа.

Основной прикладной задачей ГИС Оператор является редактор оперативной обстановки. Редактор оперативной обстановки (далее — Редактор) управляется с помощью инструментальной панели, размещаемой при старте в левой части главного окна ГИС (далее — главная панель Редактора).

Выбор состава технических средств обусловлен возможной обработкой данных большего объема. Векторная электронная карта может содержать несколько тысяч листов электронных карт. Один лист может содержать до 4 млрд. объектов. На карте может быть 65 тысяч видов объектов. Объекты могут объединяться в 256 видов слоев, c учетом локализации объектов более 1000 слоев. Размер отдельного листа (площадь покрываемой территории) не ограничен.

Объем векторной карты может достигать нескольких терабайт.

Объем одной растровой или матричной карты может быть до 8 Гбайт.

ГИС Оператор написана на языке С++ стандарта ANSI ISO/IEC 9899:1999(E).

ГИС Оператор должна функционировать в 32-х и 64-х разрядной операционной среде Windows (7, Vista, 2008 Server, 2003 Server, XP, 2000) на компьютерах с архитектурой процессов Intel (Pentium 4, Core 2 Duo, Core i3 и старше).

Для сборки ГИС Оператор применяются пакеты: «Интегрированная Среда Разработки Borland C++ Builder 6.0», «Интегрированная Среда Разработки Borland Delphi 6», «SmartInstall Maker 5.02».

ГИС Оператор устанавливается в директорию, выбранную пользователем при установке программы.

В состав программного обеспечения ГИС входит модуль Operator. exe, набор DLL-библиотек и файлы оперативной подсказки с расширением CHM. Для подключаемых к ГИС задач, реализованных в виде отдельных DLL, дополнительно присутствуют файлы ICO, содержащие пиктограммы задач. Имя файла ICO совпадает с соответствующим файлом DLL.

Документация для пользователей ГИС, включая учебные материалы и описание прикладных технологий, содержится в поддиректории DOC.

В поддиректории DATA содержатся примеры электронных карт и классификаторов.

К использованию ГИС Оператор допускается только квалифицированный персонал, ознакомленный с соответствующей технологической и эксплуатационной документацией.

Программное обеспечение ГИС Оператор имеет модульную многозадачную структуру. Все модули вызываются из общей управляющей оболочки.

В состав программного обеспечения входят:

• — система управления электронными картами;
• — управляющая оболочка;
• — сервисные модули.

Управляющая оболочка реализована в виде выполняемого файла.

OPERATOR.EXE. Она отвечает за пользовательский интерфейс (работу оператора). Система управления электронными картами реализована в виде динамической библиотеки (DLL). Она выполняет функции специализированной СУБД электронных карт.

Сервисные модули реализованы в виде динамических библиотек (DLL). ГИС.

Дополнительные сервисные модули запускаются через меню: Задачи — Запуск приложений. В состав дополнительных модулей входят модули формирования тематических карт и диаграмм, обработки матриц высот и обработки классификатора.

Такая структура программного обеспечения позволяет пользователям разрабатывать собственные задачи и интегрировать их с управляющей оболочкой.

Через интерфейс прикладного программирования MAPAPI 4 входные и выходные данные.

Виды обрабатываемых пространственных данных.

ГИС Оператор обеспечивает автоматизированную обработку различных видов пространственных данных, в частности:

• — векторные карты и планы в различных проекциях и системах координат, включая морские карты, радионавигационные (воздушные), навигационные и другие;
• — данные ДЗЗ, включая космические снимки в оптическом диапазоне, мультиспектральные снимки, данные лазерного сканирования, данные эхолокации и другие;
• — регулярные матрицы высот, матрицы качественных характеристик (покрытия), TIN-модели;
• — 3D-модели.

Рис. 5. Виды данных, обрабатываемых в ГИС Оператор

Для автоматизации обработки геоданных, полученных из других ГИС, а также из:

• — различных web-сервисов, ГИС Оператор позволяет обрабатывать несколько десятков
• — различных форматов данных, в том числе, являющихся международными стандартами.

Использование стандартов WMS (WebMapServiceInterface), WMTS (WebMapTileService), TMS (TileMapService) обеспечивает единый доступ для поиска, обмена и предоставления геопространственных данных, создает возможности для взаимодействия ГИС-приложений и веб-сервисов Рис. 6.

Рис. 6. Отображение карты с геопортала «Yahoo!» в ГИС Оператор с использованием интерфейса TMS

Поддерживаются классификаторы аэронавигационной информации, разработанные согласно рекомендаций ИKAO — Приложение 4 «Руководство по аэронавигационным картам» и Руководство по аэронавигационным картам, Doc 8697- AN/889/2.

Морские карты формируются в соответствии с требованиями Международной гидрографической организации IHO (International Hydrographic Organization) стандартах S57S52.

Анализ ГИС-Сервер КБ «ПАНОРАМА».

ГИС Сервер — программа, предназначенная для обеспечения удаленного доступа к картографическим данным пользователей программ ГИС «Карта 2011», Панорама-Редактор, ГИС Навигатор 2011, ГИС-вьюер и других программ, разработанных в среде GIS ToolKit версии 11 и новее [2, 3].

Сервер предоставляет удаленный доступ к векторным картам, растрам и матрицам. Соединение с сервером устанавливается по протоколу TCP/IP с использованием механизма сокетов. Рис. 7.

Рис. 7. Порядок взаимодействия с ГИС Сервером

ГИС Сервер — основа построения информационной системы, основанной на сетецентрической системе управления данными.

Между клиентом и сервером передаются двоичные данные — координаты объектов, атрибуты, блоки данных растров и матриц. Поэтому для нормальной работы требуется высокоскоростное соединение клиента и сервера, например, по сети Ethernet 100 Мбит/сек.

Размещение данных на сервере обеспечивает защиту данных от нелегального копирования и изменения. Пользователь выбирает данные для работы по их условным именам. Векторные карты могут быть открыты для просмотра или для просмотра и редактирования. Растры и матрицы доступны только для просмотра и выполнения расчетов. Кроме того, все данные могут быть закрыты или открыты для копирования с сервера — в обменные форматы, в буфер обмена или на другие карты.

Программа ГИС Сервер может быть установлена на любом компьютере в локальной сети с OC Windows XP, Windows 2008 (2003), Windows 7 и выше. Для ОС типа Linux применяется программа GIS Serverfor Linux.

На каждого клиента выделяется в пределах 1,5 Мбайта оперативной памяти. Число открытых векторных карт, растров и матриц существенно не влияет на размер выделяемой памяти. На подключение 100 клиентов необходимо порядка 1,5 Гигабайта оперативной памяти на компьютере, где установлен ГИС Сервер. Число подключаемых клиентов программно не ограничено.

Администратор — программа, предназначенная для настройки параметров работы ГИС СерверРис.8. Программа позволяет определять список пользователей, список данных и их свойства, что позволяет настраивать ГИС Сервер для конкретного применения. Список доступных данных формируется для каждой группы пользователей свой. Доступ пользователя к данным производится по имени пользователя и паролю.

Рис. 8. Диалоговое окно администратора ГИС Сервером

В программе ГИС Администратор проект представлен в виде дерева, включающего в себя:

• — список пользователей;
• — список групп с указанием разрешенных данных;
• — список карт, растров и матриц.

пользователей, список данных и их свойства хранятся на сервере в файле параметров GISSERVER.XML. Создание и редактирование файла параметров выполняется администратором сервера. Списки паролей хранятся в файле параметров в зашифрованном виде по алгоритму MD5.

Для настройки проекта рекомендуется сначала отобрать картографическую информацию. Пользователь может создавать иерархически устроенное дерево карт, растров и матриц, объединять данные в разделы. Для карт, растров и матриц пользователь назначает для работы условные имена (алиасы).

Все пользователи системы должны быть занесены в список пользователей с назначением логина и пароля. Для разграничения доступа к данным администратор должен вести список групп пользователей. Для каждой группы назначаются права на редактирование, просмотр и копирование данных. Права пользователя определяются группой, к которой он принадлежит.

Данные, размещаемые на ГИС Сервере, защищаются от несанкционированного чтения, редактирования, копирования, печати и подмены. При выполнении авторизации пользователя с вводом имени и пароля применяется алгоритм дайджест-авторизации данных для предотвращения перехвата пароля пользователя при подключении к ГИС Серверу. При этом на Сервер передается случайная строка, закодированная ключом, созданным на основе пароля пользователя. Если результат кодирования строки на клиенте и сервере одинаков, то авторизация завершается успешно.

Все данные, сохраняемые на клиентском компьютере в кэш для ускорения работы, всегда шифруются 256-битным ключом, формируемым из ключа сервера и ключа клиента. Если при подключении к данным на сервере ключи изменились, то кэш автоматически очищается и заполняется заново по мере обращения к данным.

Анализ GIS Web-Server КБ «ПАНОРАМА».

GIS Web-Server предназначен для публикации в сетях Интернет/Интранет всего спектра геопространственных данных — электронных карт, данных ДЗЗ и информации из Баз Данных (БД). Обеспечивается работа с атласом карт, позволяющим интегрировать различные пространственные данные [6]. Приложение использует технологию комплексной обработки статических (фоновые карты, растры, матрицы, космические снимки) и динамических данных (навигация и мониторинг в режиме реального времени, банк пространственных данных, оперативная обстановка). Статическая информация выводится в браузер при первом обращении к ней и кэшируется. При дальнейшей работе клиент получает только динамические данные.

GIS Web Server — серверное Web-приложение, предназначенное для публикации и интеграции в Интернет/Интранет пространственных информационных ресурсов — различных видов электронных карт, как источников информации о пространственных объектах, информации из логически связанных баз данных, баз метаданных пространственных объектов и различной справочной информации. Данное приложение предназначено для доступа к инфраструктуре пространственных данных (векторных, растровых, матричных карт, данных ДЗЗ и информации баз данных).

GIS Web Server является основой корпоративной ГИС-платформы для совместной работы web-клиентов и настольных приложений. В рамках системы пользователи настольных приложений (ГИС «Карта 2011», ГИС «Оператор», ГИС Панорама Мини и другие) и пользователи web-приложений могут одновременно работать с одними и теми же источниками данных, выполнять их согласованное изменение и просмотр. Платформа внедряется в компаниях, работающих в ресурсодобывающей, энергетической и сельскохозяйственной сферах, а также в органах государственного управления.

Рис. 9. Диалоговое окно серверной программы GIS Web Server.

КБ «Панорама» получен сертификат соответствия на ГИС Web Server в системе сертификации средств защиты информации по требованиям безопасности информации в МО РФ. Сертификат подтверждает возможность использования ГИС Web Server для обработки закрытой информации в различных АСУ и информационных системах.

Приложение разработано по технологии ASP.NET, функционирует в среде .NET Framework 3.5 под управлением Internet Information Services (IIS). Картографические данные приложения GIS WebServer представляются в форматах электронных карт ГИС «Карта 2011». Приложение защищено от несанкционированного использования при помощи электронного ключа, который подключается к USB-порту компьютера.

Для запуска GIS Web Server достаточно ввести его URL в Web-браузере. Число подключаемых клиентов неограниченно. Поддерживается работа со всеми основными типами браузеров на операционных системах Windows, Linux, Solaris и других [6].

Возможности GIS Web Server:

• — автоматическое изменение размера рисунка карты;
• — изменение состава отображаемых карт;
• — использование изображений карты с WMTS-серверов и популярных геопорталов (Open Street Map, Яндекс, Google);
• — печать карты, в том числе с комбинированием данных из различных источников;
• — информация об объекте карты;
• — различные виды поиска (поиск по расстоянию; поиск по области, заданной объектом карты; поиск объектов по названию);
• — работа с всплывающими подсказками и гиперссылками;
• — изменение параметров выделения объектов карты;
• — слежение за объектами карты;
• — периодическое обновление изображения карты (позволяет создавать системы слежения за подвижными объектами);
• — создание и использование пользовательских закладок на картах;
• — работа с картой ссылок;
• — маршруты проезда;
• — измерение расстояния по карте;
• — публикация новостей в формате RSS;
• — взаимодействие с внешними веб-приложениями через раcширенный набор HTTP-запросов при формировании геопорталов различного назначения;
• — настраиваемый интерфейс пользователя;
• — легенда карты;
• — поддержка протоколов OGC;
• — генерирование ссылки на текущую страницу;
• — выбор языка интерфейса;
• — работа с атласом карт;
• — редактирование карты;
• — работа с базой данных;
• — различные виды поиска (поиск объектов карты по адресу; поиск перекрестков; поиск записи таблицы базы данных, связанной с объектом карты);
• — авторизация пользователей и разграничение доступа к наборам данных карты;
• — удаленная настройка файла параметров при помощи программы GIS Web Administrator.

GIS Web Server автоматически управляет размером окна карты в соответствии с размером окна Web-браузера. Для просмотра карты во весь экран пользователь имеет возможность скрыть панель базы данных. Могут использоваться различные базы данных: MS SQL Server, Oracle, MS Access и другие.

Рис. 10. Пример встраивания GIS Web Server в существующий сайт

Основными источниками данных служат WMTS-сервисы и популярныегеопорталы (Open Street Map, Yandex, Google). Обеспечивается поддержка кроссплатформенных WMTS-сервисов. Для их организации может использоваться как GIS WebService, функционирующий на платформе IIS (Windows), так и программа Open GIS Web Service, работающая на платформе Apache (Linux, BSD, OS X, MicrosoftWindows). В состав GIS WebServer интегрирован картографический веб-сервис GIS Web Service. Сервисы поддерживают протокол передачи данных OGC Web Map Tile Service (OGC WMTS) — OGC 07−057r7 версии 1.0.0. Использование стандарта OGC WMTS обеспечивает максимальную скорость просмотра пространственных данных. Высокая скорость отображения карты достигается за счет использования механизма кэширования на клиенте средствами веб-браузера.

Режим печати карты позволяет печатать многослойное картографическое изображение, сформированное на основе данных полученных из нескольких веб-сервисов.

В приложении применяется продвинутая технология проверки достоверности пользователя для защиты информации и обеспечения безопасности данных — дайджест аутентификация. Дайджест аутентификация представляет собой механизм шифрования с использованием случайных значений для затруднения криптоанализа (взлома пароля). Пароль всегда кэшируется с добавлением произвольной строки символов, которая генерируется на каждый сеанс работы заново. Таким образом при каждом соединении генерируется новый хэш пароля и перехват его ничего не даст.

Использование GIS Web Server во внешних порталах.

GIS Web Server можно встраивать в страницы внешнего сайта или портала, используя фреймы. Для этих целей приложение имеет набор параметров HTTP-запроса, передаваемых в URL. С помощью параметров можно открыть необходимые карты и таблицы базы данных, установить масштаб отображения карты и размер окна, выбрать положение отображаемого в окне фрагмента карты, найти на карте объекты, управлять составом отображаемых карт и слоев карты.

Для организации обратного взаимодействия с внешней базой данных в GIS Web Server предназначен режим «Данные по списку объектов». При его использовании выполняется вызов javascript-функции, расположенной во внешнем ресурсе. В качестве параметра функция принимает xml-данные о выделенных объектах карты. Это позволяет использовать данные карты в бизнес-логике портала, например, для фильтрации или поиска в таблице.