Rozproszony GIS

Rozproszony GIS odnosi się do systemów GI , które nie mają wszystkich komponentów systemu w tej samej fizycznej lokalizacji. Może to być przetwarzanie , baza danych , renderowanie lub interfejs użytkownika . Reprezentuje szczególny przypadek przetwarzania rozproszonego , z przykładami systemów rozproszonych, w tym Internet GIS , Web GIS i Mobile GIS . Dystrybucja zasobów zapewnia korporacyjne i korporacyjne modele GIS (obejmujące wiele baz danych, różne komputery przeprowadzające analizę przestrzenną i zróżnicowany ekosystem często obsługujących przestrzennie urządzeń klienckich). Rozproszony GIS umożliwia usług współdzielonych , w tym fuzję danych (lub mashupy ) w oparciu o usługi sieciowe Open Geospatial Consortium (OGC). Rozproszona technologia GIS umożliwia korzystanie z nowoczesnych systemów mapowania online (takich jak Google Maps i Bing Maps ), usług opartych na lokalizacji (LBS), internetowego GIS (takiego jak ArcGIS Online) oraz licznych aplikacji obsługujących mapy. Inne zastosowania obejmują transport, logistykę , narzędzia, systemy informacji rolniczej, systemy informacji o środowisku w czasie rzeczywistym oraz analizę ruchu ludzi. Jeśli chodzi o dane, pojęcie to zostało rozszerzone o dobrowolne informacje geograficzne . Przetwarzanie rozproszone umożliwia poprawę wydajności analizy przestrzennej dzięki wykorzystaniu technik, takich jak przetwarzanie równoległe.

Etymologia

Termin Distributed GIS został wymyślony przez Bruce'a Gittingsa z Uniwersytetu w Edynburgu . Był odpowiedzialny za jeden z pierwszych Internecie . W 1994 roku zaprojektował i wdrożył narzędzie World Wide Earthquake Locator, które udostępniało mapy ostatnich trzęsień ziemi użytkownikowi niezależnemu od lokalizacji, który korzystał z systemu Xerox PARC (z siedzibą w Kalifornii , USA), zarządzanego przez interfejs z siedzibą w Edynburgu ( Scotland) , który pobierał dane w czasie rzeczywistym z Narodowego Centrum Informacji o Trzęsieniach Ziemi (USGS) w Kolorado , USA.

typy

Organizacja GIS

GIS przedsiębiorstwa

Enterprise GIS odnosi się do systemu informacji geograficznej, który integruje dane geograficzne z wielu działów i obsługuje całą organizację. Podstawową ideą korporacyjnego GIS jest zajmowanie się potrzebami działów zbiorowo, a nie indywidualnie. Kiedy organizacje zaczęły używać GIS w latach 60. i 70. XX wieku, koncentrowano się na indywidualnych projektach, w których poszczególni użytkownicy tworzyli i utrzymywali zbiory danych na własnych komputerach stacjonarnych. Ze względu na rozległą interakcję i przepływ pracy między działami wiele organizacji w ostatnich latach przeszło z niezależnych, autonomicznych systemów GIS na bardziej zintegrowane podejścia, które współdzielą zasoby i aplikacje.

Niektóre z potencjalnych korzyści, jakie może zapewnić korporacyjny GIS, obejmują znacznie zmniejszoną nadmiarowość danych w całym systemie, lepszą dokładność i integralność informacji geograficznych oraz bardziej efektywne wykorzystanie i udostępnianie danych. Ponieważ dane są jedną z najważniejszych inwestycji w każdym programie GIS, ważne jest każde podejście, które zmniejsza koszty pozyskiwania przy jednoczesnym utrzymaniu jakości danych. Wdrożenie korporacyjnego GIS może również zmniejszyć ogólne koszty utrzymania i wsparcia GIS, zapewniając bardziej efektywne wykorzystanie zasobów GIS departamentów. Dane mogą być integrowane i wykorzystywane w procesach decyzyjnych w całej organizacji.

GIS korporacyjny

Korporacyjny System Informacji Geograficznej jest podobny do Enterprise GIS i w zintegrowany sposób zaspokaja potrzeby organizacji w zakresie informacji przestrzennej jako całości. Korporacyjny GIS składa się z czterech elementów technologicznych, którymi są dane , standardy , technologia informacyjna i personel posiadający specjalistyczną wiedzę. Jest to skoordynowane podejście, które odchodzi od fragmentarycznego GIS dla komputerów stacjonarnych. Projekt korporacyjnego GIS obejmuje budowę scentralizowanej korporacyjnej bazy danych , która ma być głównym zasobem dla całej organizacji. Korporacyjna baza danych jest specjalnie zaprojektowana tak, aby wydajnie i skutecznie odpowiadała wymaganiom organizacji. Niezbędne dla korporacyjnego GIS jest efektywne zarządzanie korporacyjną bazą danych i ustanowienie standardów, takich jak OGC dla mapowania i technologii bazodanowych.

Korzyści obejmują dostęp wszystkich użytkowników w organizacji do wspólnych, kompletnych, dokładnych, wysokiej jakości i aktualnych danych. Wszyscy użytkownicy w organizacji mają również dostęp do współdzielonej technologii i osób posiadających specjalistyczną wiedzę. Poprawia to efektywność i efektywność całej organizacji. Skutecznie zarządzana korporacyjna baza danych ogranicza zbędne gromadzenie i przechowywanie informacji w całej organizacji. Centralizując zasoby i wysiłki, zmniejsza całkowity koszt.

Internetowy GIS

Mapa z 2007 roku przedstawiająca podmorskie światłowodowe kable telekomunikacyjne na całym świecie.

Internet GIS lub internetowe systemy informacji geograficznej to termin odnoszący się do szerokiego zestawu technologii i aplikacji, które wykorzystują Internet do uzyskiwania dostępu, analizowania, wizualizacji i dystrybucji danych przestrzennych .

Sieciowy GIS

Standardy OGC pomagają narzędziom GIS komunikować się.

Web GIS (znany również jako Web-Based GIS) lub Web Geographic Information Systems to GIS, które wykorzystują sieć World Wide Web w celu ułatwienia przechowywania, wizualizacji, analizy i dystrybucji informacji przestrzennych przez Internet .

Mobilny GIS

Biorąc pod uwagę, że około 80% wszystkich danych ma komponent przestrzenny, nowoczesny mobilny GIS jest potężną geocentryczną platformą integracji procesów biznesowych, umożliwiającą przedsiębiorstwo przestrzenne. Liczba urządzeń mobilnych w obiegu przekroczyła światową populację (2013 r.) przy gwałtownym przyspieszeniu popularności tabletów z systemami iOS , Android i Windows 8 . Tablety szybko stają się popularne do użytku w terenie. Niedrogie obudowy z certyfikatem MIL-STD-810 przekształcają tablety konsumenckie we w pełni wzmocnione, a jednocześnie lekkie urządzenia do użytku w terenie za 10% kosztów starszych wzmocnionych laptopów.

Chociaż nie wszystkie aplikacje mobilnego GIS są ograniczone przez urządzenie, wiele z nich tak. Ograniczenia te mają większe zastosowanie do mniejszych urządzeń, takich jak telefony komórkowe i palmtopy . Takie urządzenia mają: małe ekrany o słabej rozdzielczości, ograniczoną pamięć i moc obliczeniową, kiepską (lub brak) klawiaturę i krótki czas pracy na baterii. Dodatkowe ograniczenia można znaleźć w aplikacjach na tablety opartych na kliencie sieciowym: słaba integracja internetowego interfejsu graficznego i urządzenia, zależność online i bardzo ograniczona pamięć podręczna klienta sieciowego offline.

Aplikacje

Usługi oparte na lokalizacji

Usługi lokalizacyjne (LBS) to usługi dystrybuowane bezprzewodowo i dostarczające informacji dotyczących bieżącej lokalizacji użytkownika. Usługi te obejmują takie rzeczy, jak „znajdź najbliższy…”, wskazówki dojazdu i różne systemy monitorowania pojazdów, takie jak między innymi system GM OnStar . Usługi oparte na lokalizacji są generalnie uruchamiane na telefonach komórkowych i urządzeniach PDA i są przeznaczone do użytku przez ogół społeczeństwa w większym stopniu niż mobilne systemy GIS, które są przeznaczone dla przedsiębiorstw komercyjnych. Urządzenia można lokalizować metodą triangulacji z wykorzystaniem sieci telefonii komórkowej i/lub GPS.

Usługi map internetowych

Internetowa usługa mapowania to sposób wyświetlania i interakcji z mapami w Internecie. Pierwszą internetową usługą mapowania była przeglądarka Xerox PARC Map Viewer zbudowana w 1993 roku i wycofana z eksploatacji w 2000 roku.

Istnieją 3 generacje usługi map internetowych . Pierwsza generacja pochodziła z 1993 roku i składała się z prostych map obrazu , które miały funkcję jednego kliknięcia. Druga generacja była od 1996 roku i nadal używała map obrazu z funkcją jednego kliknięcia. Jednak miały również możliwości powiększania i przesuwania (chociaż powolne) i można je było dostosowywać za pomocą interfejsu API URL . Trzecia generacja była dostępna od 1998 roku i jako pierwsza zawierała śliskie mapy. Wykorzystują technologię AJAX , która umożliwia płynne przesuwanie i powiększanie. Można je dostosowywać za pomocą interfejsu API adresu URL i mogą mieć rozszerzoną funkcjonalność zaprogramowaną przy użyciu modelu DOM .

Usługi map internetowych opierają się na koncepcji mapy obrazu , w ramach której określa się obszar, na który nakłada się obraz (np. GIF). Mapa obrazu może być przetwarzana po stronie klienta lub serwera. Ponieważ funkcjonalność jest wbudowana w serwer WWW, wydajność jest dobra. Mapy obrazów mogą być dynamiczne. Kiedy mapy graficzne są używane do celów geograficznych, układ współrzędnych musi zostać przekształcony na początek geograficzny, aby był zgodny ze standardem geograficznym, zgodnie z którym początek znajduje się w lewym dolnym rogu. Mapy internetowe są używane w przypadku usług opartych na lokalizacji .

Wyszukiwanie lokalne

Wyszukiwanie lokalne to najnowsze podejście do wyszukiwania w Internecie, które uwzględnia informacje geograficzne w wyszukiwanych hasłach, dzięki czemu zwracane linki są bardziej odpowiednie dla miejsca, w którym się znajdujesz. Powstała z rosnącej świadomości, że wielu wyszukiwarek używa jej do szukania firmy lub usługi w okolicy. Wyszukiwanie lokalne stymulowało rozwój tworzenia map internetowych, które są wykorzystywane jako narzędzie do ograniczania geograficznego wyszukiwania (zobacz Mapy wyszukiwania na żywo ) lub jako dodatkowe zasoby zwracane wraz z listami wyników wyszukiwania (zobacz Mapy Google ). Doprowadziło to również do wzrostu liczby małych firm reklamujących się w Internecie.

Mashupy

W rozproszonym GIS termin mashup odnosi się do ogólnej usługi sieciowej, która łączy treść i funkcjonalność z różnych źródeł; mashupy odzwierciedlają oddzielenie informacji i prezentacji. Mashupy są coraz częściej wykorzystywane w aplikacjach komercyjnych i rządowych, a także w domenie publicznej. Używany w GIS odzwierciedla koncepcję połączenia aplikacji z usługą mapowania. Przykładem jest połączenie map Google ze statystykami przestępczości w Chicago w celu utworzenia mapy statystyk przestępczości w Chicago . Mashupy są szybkie, zapewniają stosunek jakości do ceny i zdejmują odpowiedzialność za dane z twórcy.

Systemy drugiej generacji dostarczają mashupy głównie w oparciu o parametry adresu URL, podczas gdy systemy trzeciej generacji (np. Google Maps) umożliwiają personalizację za pomocą skryptu (np. JavaScript).

Strategia

Rozwój inicjatywy Unii Europejskiej (UE) Infrastruktury Informacji Przestrzennej we Wspólnocie Europejskiej (INSPIRE) wskazuje, że jest to kwestia, która zyskuje coraz większą świadomość w skali krajowej i unijnej. Oznacza to, że istnieje potrzeba stworzenia „wysokiej jakości informacji georeferencyjnych”, które byłyby przydatne do lepszego zrozumienia działań człowieka w procesach środowiskowych. Jest to zatem ambitny projekt, którego celem jest rozwój europejskiej bazy danych informacji przestrzennej.

Strategia OG dla Szkocji została wprowadzona w 2005 r. w celu zapewnienia zrównoważonego SDI w ramach planu wdrażania „Jedna Szkocja – jedna geografia”. Ta dokumentacja zauważa, że powinna być w stanie zapewnić powiązania z „Przestrzeniami, twarzami i miejscami Szkocji”. Chociaż plany dotyczące strategii OG istniały już od jakiegoś czasu, na konferencji AGI Scotland 2007 ujawniono, że niedawny przegląd budżetu przeprowadzony przez rząd szkocki wykazał, że w następnej kadencji nie zostaną przyznane środki na sfinansowanie tej inicjatywy. Dlatego konieczne będzie przedstawienie biznesplanu, aby nakreślić koszty i korzyści związane z przyjęciem strategii.

Normy

Główne standardy dla rozproszonego GIS są dostarczane przez Open Geospatial Consortium (OGC). OGC to międzynarodowa grupa non-profit, której celem jest umożliwienie sieci GIS, a co za tym idzie geowłączenie sieci. Jednym z głównych problemów dotyczących rozproszonego GIS jest interoperacyjność danych, ponieważ mogą one mieć różne formaty przy użyciu różnych systemów projekcji. Standardy OGC mają na celu zapewnienie interoperacyjności między danymi i integrację istniejących danych.

OGC

Z punktu widzenia interoperacyjności szczególnie istotne jest stosowanie standardów komunikacyjnych w Distributed GIS. Ogólne standardy geoprzestrzennych zostały opracowane przez Open Geospatial Consortium (OGC). W przypadku wymiany danych geoprzestrzennych przez Internet najważniejszymi standardami OGC są Web Map Service (WMS) i Web Feature Service (WFS).

bram zgodnych z OGC pozwala na budowanie bardzo elastycznych rozproszonych systemów GI. W przeciwieństwie do monolitycznych systemów GI, systemy zgodne z OGC są naturalnie oparte na sieci i nie mają ścisłych definicji serwerów i klientów. Na przykład, jeśli użytkownik ( klient ) uzyskuje dostęp do serwera, ten sam serwer może działać jako klient kilku dalszych serwerów w celu pobrania danych żądanych przez użytkownika . Koncepcja ta pozwala na pozyskiwanie danych z dowolnej liczby różnych źródeł, pod warunkiem stosowania spójnych standardów danych. Ta koncepcja umożliwia przesyłanie danych z systemami, które nie są zdolne do obsługi funkcji GIS. Kluczową funkcją standardów OGC jest integracja różnych już istniejących systemów, a tym samym geo-włączanie sieci. Usługi sieciowe oferujące różne funkcjonalności mogą być używane jednocześnie do łączenia danych z różnych źródeł (mash-upy). W ten sposób różne usługi na serwerach rozproszonych można łączyć w ramach „łańcuchów usług”, aby dodać wartość dodaną do istniejących usług. Zapewnienie szerokiego wykorzystania standardów OGC przez różne serwisy internetowe umożliwia udostępnianie rozproszonych danych wielu organizacji.

Poniżej opisano niektóre ważne języki używane w systemach zgodnych z OGC. XML oznacza język eXtensible Markup i jest szeroko stosowany do wyświetlania i interpretowania danych z komputerów. Tak więc rozwój internetowego systemu GI wymaga kilku przydatnych kodowań XML, które mogą skutecznie opisywać dwuwymiarową grafikę, taką jak mapy SVG , a jednocześnie przechowywać i przesyłać proste funkcje GML . Ponieważ zarówno GML, jak i SVG są kodowaniami XML, konwersja między nimi jest bardzo prosta przy użyciu XML Style Language Transformation XSLT . Daje to aplikacji możliwość renderowania GML iw rzeczywistości jest to podstawowy sposób, w jaki zostało to osiągnięte wśród istniejących obecnie aplikacji. XML może wprowadzić innowacyjne usługi sieciowe w zakresie GIS. Pozwala na łatwe przełożenie informacji geograficznych na grafikę iw tym sensie skalarna grafika wektorowa (SVG) może generować wysokiej jakości dynamiczne dane wyjściowe przy użyciu danych pobranych z przestrzennych baz danych. W tym samym aspekcie Google, jeden z pionierów internetowego GIS, opracował własny język, który również wykorzystuje strukturę XML. Keyhole Markup Language (KML) to format pliku używany do wyświetlania danych geograficznych w przeglądarce Earth, takiej jak Google Earth, Google Maps i Google Maps dla przeglądarek mobilnych „ Google KML definition” . Źródło 2007-11-21 .

Globalny system komunikacji mobilnej

Global System for Mobile Communications (GSM) to globalny standard dla telefonów komórkowych na całym świecie. Sieci korzystające z systemu GSM oferują transmisję głosu, danych i wiadomości w formie tekstowej i multimedialnej oraz świadczą usługi WWW, telenet, ftp, pocztę elektroniczną itp. przez sieć komórkową. Prawie dwa miliony ludzi korzysta obecnie z GSM. Istnieje pięć głównych standardów GSM: GSM 400, GSM 850, GSM 900, GSM-1800 (DCS) i GSM1900 (PCS). GSM 850 i GSM 1900 są używane w Ameryce Północnej, części Ameryki Łacińskiej i części Afryki. W Europie, Azji i Australii używany jest standard GSM 900/1800.

GSM składa się z dwóch elementów: mobilnego radiotelefonu i modułu identyfikacji abonenta . GSM to sieć komórkowa , która jest siecią radiową składającą się z wielu komórek. Dla każdej komórki nadajnik (znany jako stacja bazowa) nadaje i odbiera sygnały. Stacją bazową steruje się za pośrednictwem Kontrolera stacji bazowej za pośrednictwem Centrali Mobilnej.

W celu udoskonalenia GSM wprowadzono technologię General Packet Radio Service (GPRS), pakietową usługę przesyłania danych do transmisji danych oraz Universal Mobile Telecommunications System (UTMS), system komunikacji mobilnej trzeciej generacji ( 3G ). Oba zapewniają podobne usługi do 2G, ale z większą przepustowością i szybkością.

Bezprzewodowy protokół aplikacji

Wireless Application Protocol (WAP) to standard transmisji danych treści i usług internetowych. Jest to bezpieczna specyfikacja, która umożliwia użytkownikom natychmiastowy dostęp do informacji za pośrednictwem telefonów komórkowych, pagerów, radiotelefonów, smartfonów i komunikatorów. WAP obsługuje HTML i XML oraz WML i jest specjalnie zaprojektowany do obsługi małych ekranów i nawigacji jedną ręką bez klawiatury. WML jest skalowalny od dwuwierszowych wyświetlaczy tekstowych do ekranów graficznych spotykanych w smartfonach. Jest znacznie bardziej rygorystyczny niż HTML i jest podobny do JavaScript .

Geotagowanie

Geotagowanie to proces dodawania metadanych identyfikacji geograficznej do zasobów, takich jak strony internetowe, kanały RSS, obrazy lub filmy. Metadane zwykle składają się ze współrzędnych szerokości i długości geograficznej, ale mogą również obejmować wysokość, kierunek trzymania kamery, informacje o miejscu i tak dalej. Flickr to jedna ze słynnych usług sieciowych, która przechowuje zdjęcia i zapewnia funkcjonalność dodawania informacji o szerokości i długości geograficznej do zdjęcia. Główną ideą jest wykorzystanie metadanych związanych ze zdjęciami i kolekcją zdjęć. Geotag to po prostu poprawnie sformułowany tag XML podający współrzędne geograficzne miejsca. Współrzędne można określić w szerokości i długości geograficznej lub we współrzędnych UTM ( Universal Transverse Mercator ).

Słownictwo RDFIG Geo z W3C jest wspólną podstawą zaleceń. Dostarcza oficjalnych globalnych nazw właściwości szerokości, długości i wysokości geograficznej. Są one podane w układzie współrzędnych znanych jako „datum WGS84”. Układ geograficzny określa elipsoidalne przybliżenie powierzchni Ziemi; WGS84 jest najczęściej używanym takim układem odniesienia.

Przetwarzanie równoległe

Przetwarzanie równoległe to wykorzystanie wielu procesorów do wspólnego wykonywania różnych sekcji programu. Teledetekcja i sprzęt geodezyjny dostarczają ogromnych ilości informacji przestrzennych, a sposoby zarządzania, przetwarzania lub usuwania tych danych stały się głównymi problemami w dziedzinie nauki o informacji geograficznej (GIS). Aby rozwiązać te problemy, przeprowadzono wiele badań w obszarze równoległego przetwarzania informacji GIS. Wiąże się to z wykorzystaniem pojedynczego komputera z wieloma procesorami lub wieloma komputerami połączonymi przez sieć pracującymi nad tym samym zadaniem. Istnieje wiele różnych rodzajów przetwarzania rozproszonego, z których dwa najpowszechniejsze to klastrowanie i przetwarzanie siatkowe .

Niektórzy uważają, że grid computing jest „trzecią falą technologii informatycznych” po Internecie i Sieci, i będzie podstawą nowej generacji usług i aplikacji, które będą wspierać badania i rozwój GIS i dziedzin pokrewnych. Grid computing pozwala na współdzielenie mocy obliczeniowej, umożliwiając osiągnięcie wysokich wydajności w obliczeniach, zarządzaniu i usługach. Przetwarzanie sieciowe (w przeciwieństwie do konwencjonalnego superkomputera, który wykonuje obliczenia równoległe poprzez łączenie wielu procesorów przez magistralę systemową) wykorzystuje sieć komputerów do wykonywania programu.

Problem korzystania z wielu komputerów polega na trudności w podziale zadań między komputery bez konieczności odwoływania się do części kodu wykonywanego na innych procesorach. Prawo Amdahla wyraża przyspieszenie programu w wyniku zrównoleglenia. Stwierdza, że potencjalne przyspieszenie programu jest określone przez ułamek kodu (P), który można zrównoleglić: 1/(1-P). Jeśli kod nie może zostać podzielony na wiele procesorów, P = 0, a przyspieszenie = 1 (brak przyspieszenia). Jeśli możliwe jest rozbicie kodu tak, aby był idealnie równoległy, to P = 1, a przyspieszenie jest nieskończone, chociaż teoretycznie występują ograniczenia praktyczne. W związku z tym istnieje górna granica przydatności dodawania większej liczby równoległych jednostek wykonawczych. Prawo Gustafsona jest prawem blisko spokrewnionym z prawem Amdahla, ale nie przyjmuje tak wielu założeń i próbuje modelować te czynniki w reprezentacji wydajności. Równanie można modelować za pomocą S ( P ) = P - α * ( P - 1), gdzie P to liczba procesorów, S to przyspieszenie, a α to nierównoległa część procesu.

Framework hadoop jest z powodzeniem stosowany w przetwarzaniu GIS.

Zobacz też

Chan, T, O, Williamson, I, P. (1997) Definicja GIS: perspektywa menedżera. Międzynarodowe warsztaty na temat dynamicznego i wielowymiarowego GIS. Hong Kong, s. 18. DEFINICJA GIS: PERSPEKTYWA MENEDŻERA
we-do-IT (2013): LatLonGO - Włączanie przestrzennego przedsiębiorstwa. biała księga we-do-IT, dokument elektroniczny: [2]
ESRI (2003): Enterprise GIS dla władz miejskich. Biała księga ESRI. Dokument elektroniczny: Wayback Machine
Ionita, A. (2006): Rozwój korporacyjnego GIS. Dokument elektroniczny: Opracowanie Enterprise GIS
Sipes, JL (2005): Technologie przestrzenne: Strategia oprogramowania: Opcje dla przedsiębiorstwa. Dokument elektroniczny: GIS | Kadalyst
Wayback Maszyna