|
| |
Vytvoření internetového GIS serveru na FŽP UJEP
Jan Novotný
Katedra informatiky a geoinformatiky
Univerzita J. E. Purkyně
Králova Výšina 3132/7, Ústí nad Labem, 400 96
E – mail: novotny@fzp.ujep.cz
Abstract
The goal of my thesis was to create an Internet GIS server for the Faculty of Environment of the Jan Evangelista Purkyně University in Ustí nad Labem. The thesis was not aimed only at selection of optimal software but mainly at creating an appropriate data model. The model was designed according to the primary purpose of the network design and as a way to optimise students' project presentations. It is also an implement for creating a central base of data sources and efficient data sharing. Next step in solving my task was redefinition of corresponding data interfaces is regards to data safety. There I had to take in consideration different safety requirements for map service publishing on intranet or Internet.
Abstrakt
V rámci řešení diplomové práce bylo mým úkolem vytvořit internetový GIS server na Fakultě životního prostředí UJEP v Ústí nad Labem. Práce byla zaměřena nejen na výběr nejvhodnějšího softwaru pro místní implementaci, ale hlavně na vytvoření odpovídajícího datového modelu. Ten je navržen vzhledem k primárním účelům tohoto síťového řešení jako prostředek pro optimalizaci prezentace studentských projektů, nástroj umožňující vytvoření centrální báze datových zdrojů a efektivní způsob sdílení dat. Dalším krokem v řešení tohoto úkolu byla redefinice příslušných uživatelských rozhraní s ohledem na bezpečnost dat. Zde bylo nutno přihlédnout k odlišným bezpečnostním požadavkům specifickým pro publikaci mapových služeb v rámci intranetu, resp. Internetu.
Úvod
Ve všech oborech lidské činnosti je nutno činit zásadní rozhodnutí. Jejich korektnost však může být zaručena pouze v případě, že veškeré informace, které jsou v rozhodovacím procesu zvažovány, byly přesné. Podstatný je též způsob, jakým lze dané informace zajistit. Z výše uvedeného vyplývá naléhavý požadavek nástroje pro efektivní sdílení potřebných informací. Za ten lze bezesporu považovat Internet, který v tomto směru nabízí nezměrné možnosti.
Fakulta životního prostředí naléhavě řešila potřebu účinného způsobu prezentace projektů, které jsou na její půdě v rámci seminárních, bakalářských či diplomových prací zpracovávány. S ohledem na interdisciplinární přístup k problematice životního prostředí jsou při zpracování projektů často využívány geografické informační technologie. Publikace prostorových dat však vyžaduje specifické pojetí. Diplomová práce se zabývá řešením tohoto problému s cílem vytvořit internetový GIS server na Fakultě životního prostředí UJEP v Ústí nad Labem.
Cíle práce
Náplní diplomové práce je nejprve analýza dostupných možností publikace prostorových dat na Internetu.
Prvním a zásadním krokem v procesu tvorby síťového řešení potřeb Fakulty životního prostředí bude volba nejvhodnějšího mapového serveru. Zde bude nutno zohlednit předpoklad maximální dosažitelné kompatibility softwaru a datových zdrojů.
Hlavním úkolem bude navržení odpovídajícího datového modelu a příslušné síťové architektury, přičemž bude nutno zohlednit následující požadavky. Mapový server by měl být využíván:
- jako prostředek pro prezentaci studentských projektů,
- jako nástroj umožňující vytvoření centrální báze datových zdrojů,
- jako efektivní způsob sdílení dat.
Vzhledem k předpokladu publikace dat mimo intranet fakulty bude též nezbytné se zabývat otázkou bezpečnosti dat ve smyslu zabránění jejich případnému zneužití.
Na závěr bude zpracována uživatelská příručka, která studentům poslouží jako průvodce při tvorbě jejich vlastních projektů určených pro publikaci na mapovém serveru či pro přístup k projektům již publikovaným.
Publikace prostorových dat na internetu
Publikací prostorových dat v prostředí WWW rozumíme zobrazování grafické (geometrické), popisné (atributové) a časové složky popisu geoprvků na základě požadavků uživatele.
Důvody proč publikovat prostorová data na webu
Nízké nároky na klienta
Na klientův stroj nemusí být instalován žádný komerční software. Ve většině případů postačuje prostý webový prohlížeč. V případě doplnění o Java Runtime Environment (JRE) lze zvýšit jeho funkčnost a tedy také úroveň přístupu k publikovaným prostorovým datům.
Jednoduchá správa aplikací
Veškerá data i aplikace jsou na straně serveru, a jsou tudíž spravovány centrálně. Důsledkem toho je zajištění efektivity využití datových zdrojů.
Snadné zvýšení počtu uživatelů
Jak již bylo řečeno, na klientských strojích nemusí být instalován žádný náročný software. Není tedy zapotřebí nakupovat licence pro aplikace na straně klienta ani zajišťovat jejich administraci. Pokud to výkonová kapacita serveru dovolí, lze zvyšovat počet uživatelů pouhým sdělením přístupové adresy.
Možnost publikace na mobilních koncových zařízeních
Skriptovací jazyk XML umožňuje tvorbu dynamicky generovaných dokumentů ve vhodném formátu. Takovým formátem se v oblasti mobilních GIS implementací jeví např. WML.
Jednoduché ovládání
Veškeré obslužné prvky jsou integrovány v známém a intuitivně ovladatelném prostředí webového prohlížeče.
Faktory bránící masivnímu využití webu pro publikaci dat
Věrohodnost publikovaných dat
Veškerá data v prostředí Internetu mohou být úmyslně pozměněna, poškozena, či dokonce zničena. Z toho pramení potencionální nedůvěra uživatelů v korektnost, na Internetu volně dosažitelných informací. Věrohodnost a bezpečnost dat v rámci intranetů je relativně mnohem větší. Proto je většina instalací mapových serverů směřována právě do intranetů.
Zvýšené nároky na výkon serveru
Zpracování mnohdy objemných rastrových výstupů klade veliké nároky na serverový hardware, a to nejen na jeho výpočetní kapacitu. Každý příchozí požadavek si totiž alokuje část operační paměti a může dojít i k situaci, kdy server začne stránkovat operační paměť na disk. To logicky vede k výraznému zpomalení při zpracovávání příchozích požadavků. Z tohoto hlediska je vhodnější pracovat s daty vektorovými, popř. rastry alespoň vhodně indexovat. Nicméně i zde existuje jisté kritické množství požadavků. Problém lze částečně řešit odmítáním dalších požadavků na mapové výstupy až do doby, kdy klesne počet nezpracovaných dotazů na určitou úroveň.
Nedostatečná rychlost spojení
Rychlost spojení může být limitujícím faktorem jak v případě klienta, tak v případě připojení samotného serveru. Za předpokladu, že požadavky a odpovědi na ně zaplní celé přenosové pásmo, dojde ke zpomalování odezvy systému.
Vysoká cena komerčních řešení
Komerční aplikace nabízí sice vysokou úroveň uživatelského rozhraní, ale jejich cena je vzhledem k náročnému vývoji pro mnoho potenciálních implementací nepřípustná. Alternativa ve formě volně šiřitelných programů zase klade velké požadavky na erudici administrátora.
Možné způsoby publikace prostorových dat
Využití standardních nástrojů HTML a WWW prohlížečů
Toto řešení spočívá ve vygenerování požadovaného rastru, popř. v nalezení rastru předem připraveného. Na něj je pak nanesena vrstva senzitivní mapy. Na tomto principu funguje Mapserver z Minnesoty, či Bull Ruské akademie věd. Bull pracuje přímo s rastry, Mapserver je generuje z vektorových dat.
Rastrové výstupy je možno vytvořit i pomocí rožšiřujících modulů pro ArcView. Těmi jsou např. HTML ImageMapper, nebo WebView.
Využití jazyka Java
Aplikace v Javě jsou přístupné na všech platformách a jsou bezpečné jak pro systém, tak pro data. Jejich pomocí lze pak zobrazovat data vektorová i rastrová. Masivnějšímu rozšíření však brání jejich relativní pomalost z důvodu překladu a běhu v prostředí JVM (Java Virtual Machine). Také bezpečnostní opatření aplikovaná vůči Java appletům lze v tomto případě chápat jako překážku.
Využití jazyka XML
Samotné XML implicitně umožňuje definovat formáty pro přenos dat a metadat. Toho je využito např. i v ArcIMS k definici "*.axl". Pokud se zaměříme na nekomerční řešení, pak se jako perspektivní jeví XML např. v kombinaci s volně šiřitelnými relačními databázovými systémy na OS typu Linux nebo OpenBSD.
Mapové servery
Využití mapového serveru přináší značný standard ve smyslu zvýšení kvality uživatelského rozhraní. Tvorba mapových služeb, jejich administrace a přístup k nim je zajištěn sofistikovanými nástroji, jejichž použití nabízí širokou škálu možností. Mapový server reaguje na klientův požadavek zpravidla některou z následujících činností:
- vygeneruje a odešle klientovi rastrový obrázek,
- klientovi odešle vektorová data,
- odešle kombinaci vektorových a rastrových dat.
Rozšíření možností prohlížeče pomocí Plug-in nebo ActiveX
Použitím zásuvného modulu na klientově straně je možné řešit problém distribuce rastrových a vektorových dat v nestandardních formátech. Toho lze s úspěchem využít zejména v rámci intranetu.
Přístup prostřednictvím ArcGIS Desktop
K mapovým službám publikovaným prostřednictvím Internetu je však možno přistupovat i jinak než webovým prohlížečem. Řešením mohou být i standardní ArcGIS Desktop aplikace (ArcExplorer-Java Edition, ArcExplorer-Web Services Edition, ArcMap a ArcCatalog). Ty navíc nejsou ovlivněny možnostmi, které nabízí HTML nebo Java. a proto lze využít veškeré jejich funkce.
Výběr nejvhodnějšího mapového serveru
K celé otázce volby nejvhodnějšího mapového serveru bylo přistupováno komparativní analýzou dostupných možností. Jako případné alternativy byly v poslední fázi výběru zvažovány produkty "ArcIMS" (ESRI), "MapGuide Server" (Autodesk) a nekomerční produkt "MapServer" (The University of Minnesota). Při vlastním výběru byla zohledněna zejména následující kritéria:
- Zajištění maximální dosažitelné kompatibility se stávajícím softwarovým vybavením fakulty.
- Publikace dat, která jsou na FŽP nově vytvářena a která tato instituce v současnosti již vlastní.
Pro řešení potřeb Fakulty životního prostředí byl po zvážení všech aspektů zvolen mapový server ArcIMS ve verzi 4.0.1.
ArcGIS server software
Serverové řešení se v optimálním případě skládá ze dvou základních komponent. První a z hlediska funkcionality nezbytnou součástí je samotné ArcIMS. Za volitelný či doplňkový software lze považovat ArcSDE. Jedná se o konektor mezi GIS aplikací (v tomto konkrétním případě ArcIMS) a standardním relačním systémem řízení báze dat (RSŘBD) jako například IBM DB2, Informix, Microsoft SQL Server nebo Oracle. Umožňuje tedy využití databází implicitně nepodporujících prostorová data. Aplikace ArcSDE nabízí široké možnosti na poli administrace, sdílení a efektivního využití dat.
Architektura ArcIMS - serverové komponenty
Web server a Servlet Engine
Tyto části nejsou samy o sobě součástí ArcIMS. Pro jeho chod jsou však naprosto nezbytné. Důvodem je fakt, že zabezpečují distribuci dat mezi mapovým serverem a prostředím World Wide Webu. Vzhledem ke své koncepci ArcIMS vyžaduje web server rozšiřitelný o podporu Java kódu nebo umožňující implementaci servlet engine. Ten je pak možno chápat jako konektor mezi rozhraními web serveru a ArcIMS. Pro řešení na FŽP UJEP byl pro svou nezávislost na platformě zvolen web server Apache ve verzi 2.0.42 spolu s Tomcat Servlet Engine 4.0.5. Implementace Java kódu byla zajištěna prostřednictvím Java 2 SDK, Standard Edition 1.4.0.
ArcIMS Applications Server Connectors
ArcIMS Applications Server Connectors zajišťují komunikaci mezi web serverem, resp. servlet engine a ArcIMS Application Serverem. Pro standardní ArcIMS klientské součásti (HTML a Java prohlížeče) je používán implicitně Servlet Conector. Existují však další možná volitelná řešení, vhodná zejména pro tvorbu specifických webových klientů. Těmi jsou ColdFusion Connector, ActiveX Connector a Java Connector.
Arc IMS Aplication Server
Úkolem této součásti je primární zpracování požadavku od klienta. Identifikuje dotazovanou službu a příslušný Spatial Serverver, na kterém je tato služba spuštěna, a předá jí klientův požadavek.
ArcIMS Spatial Server
Výkonnou součástí ArcIMS je právě ArcIMS Spatial Server. Ten je svojí funkcionalitou navržen tak, aby zpřístupnil prostorově orientovaná data jako odpověď na klientův požadavek. Jeho úkolem je též konverze dat do příslušného formátu ještě před jejich odesláním k dotazujícímu se webovému prohlížeči.
Service Adminisrator Packet
Uživatelské rozhraní ArcIMS je zajištěno prostřednictvím třech nástrojů. Těmi jsou ArcIMS Author, ArcIMS Administrator a ArcIMS Designer. K nim lze přistupovat samostatně či prostřednictvím aplikace ArcIMS Manager. Ten je vhodný pro rychlé a jednoduché vytvoření celé mapové služby od definování její mapové kompozice, přes její publikaci, až po její administraci. Je však nutno říci, že zde není integrována zdaleka celá funkcionalita jednotlivých nástrojů.
Architektura ArcIMS - klientské komponenty
Jak již bylo uvedeno, může uživatel k mapovým službám publikovaným prostřednictvím ArcIMS přistupovat využitím mnoha aplikací. Je možno použít standardní ArcGIS desktop software, mobilní implementace GIS, nebo webový prohlížeč. Následuje výčet několika možných přístupových řešení.
ArcExplorer-Java Edition
Jedná se o volně šířitelnou, dnes běžně používanými platformami podporovanou aplikaci, vytvořenou k prohlížení ArcIMS služeb a konfiguračních souborů.
ArcExplorer-Web Services Edition
V tomto případě jde o "web-based" aplikaci dostupnou prostřednictvím Geography Network Web Site. Toto řešení umožňuje klientovi přístup k základním prvkům GIS funkcionality prostřednictvím jeho webového prohlížeče, aniž by musel instalovat jakýkoli nadstavbový software, applet, nebo plug-in.
ArcMap a ArcCatalog
V obou případech se jedná o standardní GIS desktop řešení, umožňující však i přístup k internetovým mapovým službám. Uživatelé mají dokonce možnost integrace mapových služeb publikovaných prostřednictvím ArcIMS se svými lokálními daty.
ArcPad
Tento přístup nabízí mobilní využití publikovaných dat v rozsahu konvenčních desktop řešení. Výhodou je pak např. přímá integrace s GPS.
HTML a Java prohlížeč
ArcIMS obsahuje dvě základní "out-of-the-box" klientská řešení prezentace prostorových dat. První možností je ArcIMS HTML Viewer. Jedná se o klasické řešení tzv. "tenkého klienta". Po zpracování dotazu server odpovídá zasláním URL rastrového obrazu mapy, který je vygenerován dle požadavku na serverové straně. Webový prohlížeč si následně z uvedené URL rastrový obraz mapy stáhne a zobrazí ho uživateli. Na klientově počítači tedy není zapotřebí instalace Java Runtime Environmentu (JRE).
V případě použití Java prohlížeče (tzv. "tlustého klienta") je situace opačná. Většina činností probíhá na straně klienta, kam jsou serverem odesílána vektorová data. Pro jejich správnou interpretaci je pak nutná podpora JRE.
Následující obrázek graficky znázorňuje souvislosti mezi jednotlivými součástmi celého mapového serveru ArcIMS a jeho návaznost na webový server.
Obr. 1. Architektura ArcIMS (zdroj: Using ArcIMS 2000)
Nástroje ArcIMS
ArcIMS Author
Uživatelské rozhraní je obdobné jako u ArcExplorer-Java Edition. Obě aplikace jsou totiž navrženy ke stejnému účelu. Tím je příprava vlastní mapové kompozice. Pokud bude mapová kompozice připravena v těchto aplikacích, je projekt uložen s extenzí "*.axl". Jedná se o zápis prostřednictvím jazyka ArcXML. Filozofie tohoto záznamu vychází z architektury samotného XML, veškeré formátovací prvky jsou tedy definovány pomocí specifických elementů a jejich atributů. Tento přístup pak umožňuje poměrně snadnou redefinici či rekonfiguraci mapové kompozice. Prostředí ArcIMS Author lze tedy chápat jako WYSIWYG (What You See Is What You Get) editor. Jeho schopnost využít celý potenciál skriptovacího jazyka ArcXML je však do značné míry omezena. ArcIMS Author není zdaleka schopen pracovat se všemi dostupnými elementy a atributy ArcXML, a to jak na poli symbologie, tak na poli popisu mapy. Není však problémem provést příslušné, aplikací ArcIMS Author nerealizovatelné, úpravy v klasickém textovém, resp. HTML editoru.
ArcIMS Administrator
Administrace serverů
Karta Servers zajišťuje administraci virtuálních serverů a Spatial Serverů. Jak již bylo řečeno, je právě Spatial Server výkonnou součástí ArcIMS, neboť klientovi zpřístupňuje prostorově orientovaná data v požadovaném formátu. ArcIMS Administrator nabízí možnost spravovat spatial servery ve smyslu definice jejich počtu. Vlastní způsob publikace mapové služby však určují virtuální servery, jejichž prostřednictvím lze typ nabízených služeb v prostředí world wide webu relativně přesně definovat.
Administrace služeb
Prostřednictvím tohoto nástroje lze definovat a kromě názvu služby i plně redefinovat její veškeré nastavení. Kromě jména služby a cesty ke zdrojovému adresáři s projektem mapovou kompozicí) lze definovat i virtuální server, který má být pro danou službu použit.
Administrace složek
Nástroje EditNotes a MapNotes lze nazvat prostředky interaktivní odezvy klienta, který má prostřednictvím těchto služeb možnost vytvářet nad daty ve svém webovém prohlížeči poznámky, úpravy, či dokonce svá vlastní prostorová data.
ArcIMS Designer
V okamžiku, kdy je vytvořena mapová kompozice (ArcIMS Author, resp.. ArcMap) a publikována služba na tuto kompozici se odkazující (ArcIMS Administrator), nezbývá než připravit webové uživatelské rozhraní. Právě k tomuto účelu slouží aplikace ArcIMS Designer. Ve své podstatě se jedná o posloupnost dotazů, které uživatele celým úkolem provedou. V logickém sledu po sobě jdoucích dialogových oken administrátor reaguje na dotazy systému týkající se konfigurace webového rozhraní.
Vymezení nejvhodnějšího řešení
Při volbě nejvhodnějšího řešení pro konkrétní potřeby Fakulty životního prostředí bylo nutné zohlednit mnoho kriterií, které se staly limitujícími faktory v procesu definování odpovídajícího datového modelu a síťové architektury. Před navržením vlastní koncepce bylo tedy nutno nalézt odpovědi na následující otázky, které se ukázaly být klíčovými body pro tuto konkrétní aplikaci mapového serveru.
- K jakému účelu bude mapový server využíván?
- Kdo bude uživatelem takto poskytovaných služeb?
- Jaké bude nejvhodnější klientské řešení?
- Jaká je úroveň zkušeností potenciálních klientů s GIS softwarem?
- Jaká úroveň funkcionality bude použita?
Návrh nejvhodnějšího druhu mapové služby
Následující obecné otázky, resp. odpovědi na ně pomohou konkretizovat požadavky na poskytované mapové služby a umožní tak definovat pro tento případ nejvhodnější způsob implementace. Tento proces výběru je zaměřen na dva základní úkoly - těmi jsou volba nejvhodnějšího typu služby a vytvoření odpovídajícího webového rozhraní. Oba tyto úkoly jsou spolu provázány funkcionalitou příslušných webových rozhraní a jednotlivých typů služeb, resp. virtuálních serverů prostřednictvím kterých jsou tyto mapové služby publikovány. Jako klíčový aspekt výběru nejvhodnějšího řešení, je třeba chápat fakt, že zprostředkovaná funkcionalita je primárně stanovena požadavky potenciálních uživatelů.
Výběr nejvhodnějšího typu služby
Image Servis
Pokud má mít služba především informační charakter bez potřeby jiného využití těchto dat, jeví se Image Servis jako nejvhodnější volba. Za výhodu lze považovat fakt, že takto publikované služby nevyžadují podporu JRE.
ArcMap Image Service
Jestliže je úroveň požadavků na funkcionalitu služby obdobná jako u Image Servis, ale vyvstává potřeba využít data ze strukturovaných databází, bude nutno mapovou službu publikovat jako ArcMap Image Service. Výhodou tohoto řešení je i rozšířená kartografická kvalita poskytovaných služeb. Dále je pak ArcMap Image Service vhodné využít v případě, že je mapová kompozice připravena v prostření ArcMAP a je nutno jí pouze publikovat prostřednictvím ArcIMS.
Feature Service
Vytvoření Feature Service se jeví nejvhodnější v případě, kdy není problémem řešení v Javě, nebo je toto dokonce požadováno. To ovšem znamená vyšší nároky na hardware uživatele a přenosovou kapacitu sítě. Feature Service ovšem zpřístupňuje značný standard ve smyslu úrovně funkcionality mapové služby. S tím ale souvisí i vyšší nároky na stupeň interakce uživatele, který musí mít alespoň elementární znalosti filozofie geografických informačních systémů.
Výběr nejvhodnějšího webového rozhraní
Po nalezení odpovědí na výše zmíněné otázky je zapotřebí zvolit příslušný webový prohlížeč a nadefinovat funkcionalitu konkrétní mapové služby.
Volba prohlížeče je však do značné míry ovlivněna předešlými rozhodnutími o použitém typu mapové služby, resp. příslušného virtuálního serveru. Zde jsou nastíněna důležitá kritéria pro výběr vhodného webového rozhraní:
- Je možnost plug-in technologie na straně uživatele přípustná?
- Jaké množství výpočetních úkonů má, resp. může vykonávat počítač uživatele?
- Bude plánovaná aplikace požadovat signifikantní interakci uživatele s mapovým zobrazením?
- Bude hlavním úkolem aplikace poskytovat pouze zobrazení mapové služby a základní funkcionalitu, nebo naopak bude zapotřebí implementovat i podporu sofistikovanějších nástrojů?
ArcIMS HTML Viewer
Lze jej definovat jako odlehčenou verzi, umožňující rychlejší a snazší implementaci. Jeho schopnosti lze zvýšit použitím JavaScriptu a Dynamic HTML (DHTML). Nespornou výhodou tohoto řešení je jeho kompatibilita s jakýmkoli webovým prohlížečem. Využití HTML řešení se jeví efektivnější v následujících případech:v
- Pokud je služba publikována s předpokladem podpory různých webových prohlížečů.
- Pokud není žádoucí jakýkoli plug-in.
- Pokud je zapotřebí minimalizovat výpočetní náročnost na straně klienta.
- Pokud je požadovaná funkcionalita omezena pouze na zobrazení mapové kompozice a jednoduché dotazy na databázi.
Java prohlížeč
Implementace Java prohlížeče není tak snadná a rychlá jako je tomu u HTML řešení. Tento přístup však umožňuje využití sofistikovaných nástrojů nabízejících zcela jinou úroveň využití dat. Za nevýhodu lze považovat fakt, že Java prohlížeč je kompatibilní pouze s webovými prohlížeči podporujícími Java plug-in. Využití Java řešení se jeví efektivnější v následujících případech:
- Pokud je vyžadován Java plug-in k zajištění vyšší úrovně funkcionality.
- Pokud je výkon klientského stroje dostatečný pro zpracování místních procesů.
- Pokud implementovaná funkcionalita vyžaduje zvýšenou interakci uživatele.
Výsledné řešení na FŽP UJEP
Návrh datového modelu a síťové architektury
Po zvážení všech přednesených kritérii byly datový model a jemu odpovídající síťová architektura definovány následujícím způsobem:
- Zajištění prezentační potřeby Fakulty životního prostředí bude dosaženo publikací mapových služeb ArcIMS HTML Viewerem, jehož uživatelské rozhraní je cíleně rekonfigurováno.
- Využití ArcIMS jako centrální báze datových zdrojů bude zajištěno zpřístupněním těchto služeb pro ArcGIS Desktop aplikace. Ty budou vzhledem k požadavku vysoké funkcionality publikovány jako Feature Services. Přístup prostřednictvím ArcGIS Desktop aplikací bude vhodnou konfigurací webového serveru omezen pouze na fakultní intranet.
Celý systém je nakonfigurován s ohledem na maximální dosažitelnou stabilitu serveru a zkrácení odezvy u uživatele.
Publikace dat v prostředí Internetu
Webové stránky mapového serveru
Pro přístup k mapovým službám prostřednictvím služby World Wide Web bylo navrženo rozhraní, svým designem zapadající do mozaiky webových stránek Fakulty životního prostředí. Toho bylo docíleno využitím kaskádových stylů pro stránky FŽP již dříve vytvořených. Obsahem stránek mapového serveru nejsou pouze odkazy na vlastní mapové služby a průvodní zprávy popisující jejich tvorbu, ale i rámcová charakteristika ArcIMS.
Pro každou mapovou službu jsou vytvořeny vždy dva hypertextové odkazy. Jeden z nich směřuje k souboru "Run.htm" definujícímu zobrazení ve webovém prohlížeči, druhý pak zpřístupní mapovou kompozici přímo v prostředí ArcGIS Desktop softwaru. Jednotlivé odkazy jsou podle výše zmíněné logiky roztříděny, a umístěny v odlišných sekcích, resp. na samostatných internetových stránkách, na které se hlavní menu odkazuje.
Vlastní seznam projektů je na webové stránky mapového serveru automaticky vypisován z My SQL databáze, která byla pro tento účel speciálně navržena. Použití tohoto přístupu umožnilo zajistit nejen snadnou administraci webových stránek, ale i vyšší úroveň interaktivity s uživatelem. Využití zobrazení výpisu z databáze je při tvorbě webových stránek plně dynamickým řešením, umožňujícím implementaci nástrojů přímo ovlivňujících vlastní uživatelské rozhraní. V tomto případě bylo použito omezení výběru dle ročníků a řazení dle abecedy u položek "Název služby", "Jméno autora" a "Ročník".
Jak již bylo uvedeno výše, webové stránky mapového serveru využívají My SQL databázi. Využití její funkcionality však není možno zajistit pomocí prostého HTML. Bylo tedy nezbytně nutné použít jeden ze skriptovacích jazyků. Vzhledem ke své nezávislosti na platformě byl zvolen jazyk PHP (http://www.php.org). Pomocí tohoto jazyka je sestaven zdrojový kód stránek vypisujících seznam projektů. V dohledné době bude obdobným způsobem vytvořena i administrátorská konzole, jejímž prostřednictvím bude možno přidávat nové projekty do databáze, měnit jejich popis, či dočasně nezobrazovat vybrané projekty v seznamu na webových stránkách mapového serveru. Dočasně je administrace zajištěna prostřednictvím volně šířitelné aplikace nesoucí název "phpMyadmin" (http://www.phpmyadmin.net).
Pro zajištění korektnosti všech klientovi předkládaných odkazů bude implementován nástroj jejich validace. Ta bude zajištěna zpětnou vazbou mezi příslušnou databází a vlastními datovými soubory projektů. Pokud bude tedy příslušný projekt smazán či přesunut, bude z databáze automaticky vyřazen. Tímto způsobem bude eliminován výskyt neplatných odkazů na webových stránkách mapového serveru. Jejich vzhled znázorňuje obr. 2.
Obr. 2. Vzhled webových stránek mapového serveru FŽP (zdroj: autor)
Zajištění bezpečnosti publikovaných dat
Jako zásadní bezpečnostní opatření byl využit hardwarový firewall, který omezuje přístup do sítě UJEP pouze přes port 80. Vyšší úrovně bezpečnosti lze dále dosáhnout vhodnou konfigurací použitého webového serveru Apache.
Jako další opatření lze chápat využití Image serveru, který vytváří pouze rasterizovaný výřez z původních dat. Toto řešení vylučuje jakoukoli možnost využití těchto dat pro jiné než prezentační účely. Každá mapa je dále opatřena tiráží, která je spolu s dalšími prvky zobrazení (měřítko, severka) obsahem acetátové vrstvy. Náplní tiráže je následující text: "Mapový server FŽP - Copyright (C) 2004.". Tento bezpečnostní prvek taktéž snižuje možnost případného zneužití dat poskytovaných Fakultou životního prostředí. Dalšímu zabezpečení přispívá i redukce počtu dostupných nástrojů.
Dodatečné zabezpečení lze provést pomocí konfiguračního souboru webového serveru Apache ("http.conf"), nebo vytvořením souboru ".htaccess" přímo ve složce, do které je zapotřebí omezit přístup. Použitím obou těchto způsobů bude zabezpečena složka, ve které budou umístěny definiční soubory mapových kompozic přístupné z webových stránek mapového serveru.
Úprava uživatelského rozhraní
U klientů přistupujících k mapovým službám webovým prohlížečem nelze předpokládat zásadní erudici v oblasti geografických informačních systémů. Uživatelské rozhraní bylo tedy upraveno s ohledem na tento fakt takovým způsobem, aby byla jeho obsluha co nejvíce intuitivní a pokud to specifika GIS aplikace dovolila i co nejvíce podobná práci se samotným webovým prohlížečem. V uživatelském rozhraní ArcIMS HTML Vieweru byly provedeny následující změny.
Implementace českého jazyka
Implementace podpory českého jazyka vyžaduje následující změny nastavení konfigurace webového serveru a složek ArcIMS.
1. Redefinice konfiguračního souboru webového serveru.
Soubor "httpd.conf" nacházející se v adresáři "C:\ Program Files \ Apache Group \ Apache2 \ conf " Obsahuje mimo jiné direktivu definující výchozí kódování jazyka. Implicitně je kódování nastaveno na "ISO-8859-1". Změnu výchozího kódovaní na "Windows-1250" provedeme odpovídající redefinicí direktivy "AddDefaultCharset". Po tomto zásahu je nutné provést restart webového serveru.
2. Změna obsahu "aimsResource.js"
V tomto souboru vytvořeném ArcIMS Designerem je definováno jaký text se má v konkrétním případě vypisovat (názvy nástrojů, obsah dialogových oken a chybových hlášení…). Zde je nutno provést změny, ve smyslu překladu jednotlivých textů.
3. Redefinice kódování HTML stránek
Posledním krokem je redefinice kódování ve všech HTML stránkách, pro tuto službu ArcIMS Designerem vytvořených. Ty se nacházejí ve složce "Datový_disk: \ ArcIMS \ website \ název_služby". Kódování jazyka je třeba nastavit opět na "Windows-1250".
Kroky "2" a "3" však zajistí podporu českého jazyka jen pro jednu konkrétní službu. Jak již bylo uvedeno výše, je řešením tento postup opakovat u všech námi publikovaných služeb, nebo provést změny v souboru "html.jar". Tento soubor upravený tak, aby kroky "2" a "3" již nebylo nutno vykonávat, obdržela Fakulta životního prostředí od společnosti ARCDATA PRAHA s.r.o., jakožto distributora firmy ESRI v České republice
S výjimkou určení počtu použitelných nástrojů byly veškeré následující kroky směřující k redefinici uživatelského rozhraní provedeny v souboru "html.jar". Tím bylo dosaženo zjednodušení a zefektivnění tvorby všech dalších ArcIMS HTML Viewerů.
Úprava prvků acetátové vrstvy
Prvky acetátové vrstvy jsou definovány v souboru "Arcimsparam.js". Ten se zpřístupní po dekompresi šablony "html.jar". Po provedení všech potřebných úprav je nutno provést zpětnou kompresi a nově vzniklým souborem "html.jar" nahradit původní. Z prvků acetátové vrstvy pak byly upravovány následující:
- Severka
- Tiráž - Copyright
- Barva zvýraznění vybraných prvků
Volba dostupných nástrojů
Počet dostupných funkcí byl navržen s ohledem na zachování základní funkcionality GIS. Nebylo tedy cílem samoúčelně omezit možnost práce s mapovou kompozicí, ale pouze minimalizovat riziko zneužití publikovaných dat.
Zoomování a posun v zobrazení
- Zvětšit
- Zmenšit
- Změnit na plný rozsah
- Přiblížit na aktivní vrstvu
- Zpět k minulému rozsahu
- Posunout
Dotazování se na databázi
- Identifikovat
- Měření vzdáleností
- Vybrat podle linie / polygonu
- Najít
- Obalová zóna
- Zrušit výběr
Nástroje pro práci s projektem
- Tisk
Změna filozofie uspořádání rámců ArcIMS HTML Vieweru
Uživatelské rozhraní ArcIMS HTML Vieweru je vytvořeno pomocí rámců. Jejich rozmístění v ploše je definováno v souboru "viewer.htm". Samotný obsah jednotlivých rámců je pak vymezen samostatnými html soubory.
Hlavním důvodem redefinice výchozího rozložení jednotlivých rámů byl předpoklad stejné filozofie obsluhy, jako u konvenčních ArcGIS Desktop aplikací. Proto byly nástroje ("ToolFrame") přesunuty do horizontální polohy pod záhlaví ArcIMS HTML Vieweru ("TopFrame"). Zde se budou zobrazovat v jedné řadě. Šířka a velikost rámu "TOCFrame" zobrazujícího legendu a seznam vrstev byly zachovány. Změněna byla pouze poloha tohoto rámu, ve smyslu přesunutí do leva od vlastního mapového zobrazení. Rám "TextFrame", do něhož se vypisují atributy dotazovaných vrstev a dialogová hlášení systému, byl ze zobrazení vyjmut a bude se vypisovat pouze v případě potřeby do nového okna webového prohlížeče. Těchto změn bylo dosaženo příslušnými úpravami souboru "viewer.htm" (změna rozložení rámů) a "Arcimsparam.js" (zajištění vypisování obsahu "TextFrame" do nového okna webového prohlížeče). Upravený vzhled ArcIMS HTML Vieweru znázorňuje obr. 3.
Obr. 3. Rozložení rámců ArcIMS HTML Vieweru po změnách (zdroj: autor)
Publikace dat v prostředí intranetu FŽP
Požadavek na využití publikovaných mapových služeb jako interní báze datových zdrojů byl vyřešen následujícím způsobem. K mapovým službám bude možno přistupovat obdobně jako v předešlém případě. Na hlavní internetové stránce mapového serveru budou vedle hypertextových odkazů na ArcIMS HTML Viewery mapových služeb umístěny i odkazy na mapové služby samotné. Ty se nebudou odkazovat na webové rozhraní ArcIMS HTML Vieweru vytvořené aplikací ArcIMS Designer, ale přímo na konfigurační soubory mapových kompozic (soubory formátu ".axl", nebo ".mxd"). Po kliknutí na tento odkaz se na klientově počítači služba zpřístupní v prostředí ArcGIS Desktop softwaru. Požadovaná data lze pochopitelně načíst i samotnou ArcGIS Desktop aplikací. Veškerá takto zpřístupněná data budou publikována příslušným virtuálním serverem (Feature Server) jako Feature Service. Využitím přístupu prostřednictvím ArcGIS Desktop aplikací bude zajištěna požadovaná úroveň další využitelnosti těchto datových podkladů.
Specifika použití ArcGIS Desktop řešení
ArcGIS je souhrnný název pro rodinu produktů GIS od firmy ESRI. Využití této ucelené koncepce nabízí možnost vzájemné interakce jednotlivých složek. Celý systém softwarových součástí je navržen jako prostředek pro zefektivnění tvorby geografických dat, jejich správu a analýzu. Přístup k publikovaným mapovým službám v prostředí ArcGIS Desktop aplikací tedy nabízí možnost komplexního pojetí zpracovávaných úkolů, způsob efektivního sdílení informací mezi jednotlivými uživateli a vysokou úroveň jejich vzájemné interakce.
Využití tohoto jedinečného přístupu se v případě Fakulty životního prostředí tedy jeví jako optimální řešení. Nabízí totiž studentům komplexní přehled o možnostech, které geografické informační technologie poskytují.
Závěr
Úkolem diplomové práce bylo vytvoření mapového serveru jako nástroje pro prezentaci studentských projektů. Mapový server bude dále využíván jako centrální báze datových zdrojů a jako efektivní způsob sdílení dat.
Volba nejvhodnějšího mapového serveru byla prvním a zásadním krokem v procesu tvorby síťového řešení potřeb Fakulty životního prostředí. Vzhledem k možnosti komplexního pojetí zpracovávaných úkolů, efektivnímu způsobu sdílení informací a vysoké úrovni vzájemné interakce mezi jednotlivými uživateli, jsem jako nejvhodnější řešení zvolil produkt firmy ESRI nesoucí název ArcIMS 4.0.1. Zásadním důvodem pro toto rozhodnutí byla snaha o maximální možnou kompatibilitu softwaru a datových zdrojů, které jsou fakultou využívány.
Pro širokou veřejnost je prezentace studenty zpracovávaných projektů zajištěna prostřednictvím ArcIMS HTML Vieweru, který jsem odpovídajícím způsobem rekonfiguroval. V rámci konstruktivního přístupu k tomuto úkolu nebyla rekonfigurace provedena jednorázově, ale již v samotné šabloně, dle které se příslušné ArcIMS HTML Viewery při procesu tvorby webového rozhraní formují. Tím jsem zajistil nejen snazší správu celého systému, ale zároveň byl takto splněn předpoklad homogenity poskytovaných služeb ve smyslu kompozice uživatelského rozhraní. Důraz byl kladen i na maximální bezpečnost publikovaných dat, kterou jsem zajistil konfigurací webového serveru Apache.
Předpoklad aplikace mapového serveru jako centrální báze datových zdrojů v rámci intranetu Fakulty životního prostředí byl zajištěn vyžitím komplexního pojetí technologií ArcGIS softwaru. Implementací tohoto přístupu bylo možno dosáhnout nejen maximální možné kompatibility, ale zároveň bylo možno zajistit potřebnou funkcionalitu příslušných mapových služeb. Zdrojová data jsou v prostředí ArcGIS Desktop aplikací přímo dostupná, a tudíž jsou plně využitelná pro další případné analýzy. Toto řešení studentům nabízí možnost používat data vytvořená ostatními studenty v rámci seminárních projektů či bakalářských a diplomových prací.
Tímto způsobem bude studentům poskytnuta možnost komplexní erudice na poli geografických informačních technologií, které jsou běžně využívány komerční sférou. Významným přínosem se pak v tomto ohledu jeví případná aplikace ArcSDE, která umožní další zefektivnění celého síťového řešení jako centrální báze datových zdrojů.
Dále jsem pro studenty vytvořil uživatelskou příručku přehledně shrnující zásady publikace mapových služeb. V této příručce jsou detailně popsány možnosti zobrazování již vytvořených projektů a postupy, které je nutno dodržet při tvorbě projektů vlastních.
Výsledkem diplomové práce jsou fungující mapový server používající aplikační prostředí ArcIMS 4.0.1., základní konfigurace služeb a webové rozhraní pro publikaci dat mimo intranet Univerzity J. E. Purkyně. Zmíněný mapový server je umístěn na půdě Fakulty životního prostředí pod správou katedry informatiky a geoinformatiky.
V rámci diplomové práce byly na serveru publikovány tři ukázkové projekty, na kterých byly demonstrovány možnosti tohoto způsobu prezentace a ukládání dat. Tyto projekty byly vytvořeny jako diplomové práce jiných studentů.
Vytvořením plně dynamického webového rozhraní byla zajištěna důstojná prezentace Fakulty životního prostředí jako organizace, kladoucí důraz na interdisciplinární přístup k problematice ochrany životního prostředí.
Použité informační zdroje
- ArcIMS - úpravy pomocí ArcXML (přednášky). Redlands (USA) : ESRI, 2002.
- ArcIMS - úvodní školení (cvičení). Redlands (USA) : ESRI, 2003.
- ArcIMS - úvodní školení (přednášky). Redlands (USA) : ESRI, 2003.
- ArcSDE - úvodní školení (cvičení). Redlands (USA) : ESRI, 2001.
- BAŘINKA, Antonín. Porovnání využití mapových serverů pro publikování prostorových dat na Internetu : diplomová práce. Ostrava, Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 2001. 57 s.
- BRICKER, Timothy J.; FLEMING Martin; SILVERTAND, Gillian. ArcIMS Administration (Exercises). Redlands (USA) : ESRI, 2003.
- BRICKER, Timothy J.; FLEMING Martin; SILVERTAND, Gillian. ArcIMS Administration (Lectures). Redlands (USA) : ESRI, 2003.
- HARRIS, Mark. Managing ArcSDE Sevices. Redlands (USA) : ESRI, 2000. 144 s.
- KOSEK, Jiří. PHP - Tvorba interaktivních internetových aplikací. 1. vydání. Praha : Grada Publishing, spol. s r. o., 1998. 492 s. ISBN 80-7169-373-1.
- KUČERA, Miroslav et al. Programování na Webu. 2. vydání. Praha : Mobil Media a.s., 2003. 600 s. ISBN 80-86593-36-3.
- WEST, Robert. Understanding ArcSDE . Redlands (USA) : ESRI, 2001. 53 s. ISBN 1-58948-009-0.
- ArcXML Programmer's Reference Guide. Redlands (USA) : ESRI, 2002. uživatelská příručka dostupná z instalačního CD - ROM ArcIMS 4...0.1 .
- E-archiv Jiřího Peterky: Principy počítačových sítí online. Dostupné z : http://www.earchiv.cz/ .
- ESRI Support Center online . Dostupné z : http://support.esri.com/.
- ESRI: ArcIMS počítačový program, CD - ROM . Ver. 4.0.1. Redlands (USA), 2002.
- Geografické informační systémy - ARCDATA PRAHA online . Poslední revize 8. dubna 2004. Dostupné z : http://www.arcdata.cz/.
- PHP.org ~PHP Resource~ Web Hosting ~PHP Forum~ online . Dostupné z : http://www.php.org/.
- PhpMyAdmin - Mysql DB administration tool - www.phpmyadmin.net online ... Dostupné z : http://www.phpmyadmin.net/.
- Using ArcIMS (manual). Redlands (USA) : ESRI, 2000. 217 s. PDF dokument dostupný z instalačního CD - ROM ArcIMS 4.0.1 .
|
