Przyszłość SDI

- część 1 z 4 » »»

Adam Iwaniak

Infrastruktura danych przestrzennych (SDI) lokuje się na pograniczu geodezji i informatyki. Polska służba geodezyjna i kartograficzna powinna budować SDI, wykorzystując firmy informatyczne do rozwiązywania problemów. Na razie jednak to firmy informatyczne starają się realizować własne komercyjne cele, wykorzystując do tego służbę geodezyjną i kartograficzną.

Lata 80. – rozwiązania typu desktop

Wdrożenia GIS rozpoczęto w Polsce w połowie lat 80. Oprogramowanie dostępne było dla systemów UNIX. W większości rozwiązań (ze względu na koszt i ograniczenia technologiczne) w jednym komputerze znajdowały się zarówno dane geograficzne, jak i oprogramowanie pozwalające na ich przetwarzanie i analizę. Większość wykorzystywanego w tym czasie oprogramowania nie oferowała możliwości podziału na dane geometryczne i opisowe, a więc wszystko zapisywano w jednym pliku binarnym. Wraz z rozwojem sieci komputerowych pliki z danymi zaczęto składować na serwerach plików. Przy realizacji małych projektów GIS to proste rozwiązanie często wykorzystywane jest do dzisiaj.


Lata 90. – architektura 2-warstwowa

Kolejne lata przyniosły rozwój systemów GIS polegający na rozdzieleniu części opisowej i geometrycznej danych przestrzennych. Część geometryczna zapisywana była na serwerach w postaci plików binarnych (np. w formacie MicroStation), a część opisowa – pamiętana w relacyjnej bazie danych. Rozwiązanie to pozwoliło wykorzystywać do wykonania analiz i zarządzania standardowy mechanizm zadawania zapytań SQL, a także tworzyć wielodostępne systemy, które umożliwiały zasilanie i aktualizację danych (z pewnymi ograniczeniami) równolegle przez wielu operatorów (patrz rysunek obok).

Początkowo oprogramowanie wykonujące analizy przestrzenne znajdowało się w całości po stronie klienta, wykorzystując jego moc obliczeniową. Zapytania atrybutowe realizowane były poprzez zapytania SQL do relacyjnej bazy danych. W odpowiedzi otrzymywano m.in. identyfikatory obiektów umożliwiające wyszukanie w części geometrycznej obiektów spełniających warunki określone w zapytaniu SQL.
Wraz z rozwojem baz danych wprowadzono mechanizm pozwalający przechowywać duże obiekty w postaci binarnej (BLOB – Binary Large Objects). W GIS-ie wykorzystano go do pamiętania geometrii obiektów. Pozwoliło to na zapisywanie danych geometrycznych i opisowych w jednej bazie danych. Dzięki takiemu rozwiązaniu wiele funkcji systemów GIS (związanych m.in. z zapewnieniem bezpieczeństwa, transakcjami, wielodostępem, odtwarzaniem danych po awarii) mogło zostać przeniesionych na stronę systemu zarządzania bazą danych. Zapis wszystkich danych w jednej relacyjnej bazie wiązał się również w większości przypadków ze zmianą modelu danych z postaci topologicznej na obiektową.
Firma Oracle już w 1997 roku wprowadziła mechanizm zwany opcją przestrzenną. Pozwalał on nie tylko przechowywać geometrię obiektów, ale również dzięki wykorzystaniu indeksowania przestrzennego skracał czas dostępu do danych geometrycznych dużych obszarowo projektów GIS. Jednak główna innowacyjność tego rozwiązania polegała na możliwości zadawania zapytań do serwera bazy danych o obiekty spełniające określone warunki atrybutowe lub/i przestrzenne. Do znalezienia odpowiedzi wykorzystywane są więc zasoby serwera, a nie klienta. Podobną włas­ność posiada rozwiązanie Arc­SDE firmy ESRI.


Koniec lat 90. – architektura 3-warstwowa

Rozwój technologii informatycznych i popularyzacja internetu sprawiły, że GIS zaczęto implementować w architekturze 3-warstwowej. W podejściu tym oprogramowanie podzielone jest na trzy niezależne moduły: interfejs użytkownika, serwer aplikacji i bazę danych. Klient realizuje bardzo ograniczone zadania, najczęściej związane z interfejsem użytkownika. Za interakcje z serwerem bazy danych oraz główne obliczenia odpowiada warstwa pośrednia – serwer aplikacji. Udostępnia ona klientowi mechanizmy, za pomocą których może on przetwarzać dane. Jeżeli zadania warstwy pośredniej realizowane są przez więcej niż jeden serwer, mówimy o architekturze n-warstwowej. W praktyce systemy te działają w sieci internet/intranet.
Warto zauważyć, że idea architektury 3-warstwowej jest tak stara, jak same systemy informatyczne. Jej spopularyzowanie wiąże się z rozwojem technologii internetowych. Dzięki nim komponenty architektury 3-warstwowej mogą zostać rozproszone w globalnej sieci, uwalniając aplikacje z ograniczeń przestrzennych. Co więcej, systemy działające w architekturze wielowarstwowej łatwo poddają się skalowaniu i modernizacji. Nie bez znaczenia jest również fakt, że w tych systemach stosunkowo łatwo uwzględnić logikę biznesową (która często jest realizowana jako osobna warstwa).
Najpopularniejszym rozwiązaniem w SDI o architekturze n-warstwowej jest system umożliwiający dystrybucję danych przestrzennych w internecie. W tym przypadku klientem jest przeglądarka WWW, a serwerem aplikacji – oprogramowanie do wizualizacji i analizy danych przestrzennych (np. Arc­IMS czy GeoMedia WebMap) zintegrowane z serwerem WWW (np. IIS lub Apache). Programy te łączą się z jedną lub kilkoma bazami danych. Mimo iż z serwisu korzystają tysiące użytkowników, to baza danych ma najczęściej tylko jednego klienta, którym jest serwer aplikacji.
Oprogramowanie łączące się z serwerem aplikacji, odgrywające rolę interfejsu użytkownika i wykorzystujące przeglądarkę internetową, nazywamy cienkim klientem. Natomiast program wykorzystujący protokół http do bezpośredniego łączenia się z serwerem aplikacji i przejmujący na siebie część obliczeń nazywany jest grubym klientem.
Zalety systemów GIS wykorzystujących architekturę 3-warstwową klient-serwer w porównaniu z 2-warstwą to:

• niski koszt udostępniania danych,
• łatwość obsługi,
• globalny zasięg,
• możliwość administrowania systemem z jednego miejsca,
• rozdzielenie funkcji systemu na niezależne moduły (znacznie ułatwia modernizację systemu).

Wadami niewątpliwie są:

• ograniczone możliwości wykonywania operacji na danych,
• wydłużony czas oczekiwania na mapę,
• możliwość kradzieży danych.