Информатизация инженерного образования (выпуск 1)

Г л а в а 15. Применение технологий HTML и Adobe Acrobat для публикаций электронных изданий

На вкладке Settings (Параметры) выбираем из списка Conversion Settings (параметры преобразования) один из элементов: Standard (стандартное качество преобразования), Press Quality (полиграфическое качество), Smallest File Size (минимальный размер преобразованного файла). Для большинства приложений следует оставить умалчиваемое значение Standard.

Рекомендуется оставить установленными флажки Add Links to Adobe PDF для переноса в преобразуемый документ гиперссылок и Add bookmarks to Adobe PDF для автоматического создания оглавления электронного издания в панели Bookmarks (Закладки) Adobe Reader. Закладки в значительной степени облегчают навигацию по документу PDF, так как читатель в любой момент может обратиться к оглавлению издания и, щелкнув мышью на названии раздела, перейти к нему. Если нажать кнопку Advanced Settings (Дополнительные параметры), то в появившемся диалоговом окне (рис. 15.38) нужно проверить, установлен ли на вкладке General (Общие) флажок Optimize for fast web view (Оптимизировать для быстрого просмотра во Всемирной паутине), для того чтобы опубликованное электронное издание можно было просматривать с помощью браузера. Здесь же можно задать преобразование не всего электронного издания, а диапазона его страниц.

Рис. 15.38. Диалоговое окно «Adobe PDF Settings»

643

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

На вкладке Bookmarks (Закладки), изображенной на рис. 15.39, можно задать стили Word, с помощью которых будут формироваться закладки — оглавление документа PDF.

С помощью данного диалогового окна можно управлять степенью подробности оглавления, а также формировать оглавление, если для выделения заголовков используются нестандартные стили.

Теперь начнем преобразование, выбрав в меню Word Adobe PDF | Convert to Adobe PDF или нажав кнопку Convert to Adobe PDF на панели инструментов, при этом придется задать имя и путь к файлу, являющемуся результатом преобразования.

Результат преобразования данного раздела в Adobe Reader представлен на рис. 15.40.

Заметим, чтобы открыть оглавление электронного издания, достаточно щелкнуть мышью на закладке Bookmarks в левой части окна Adobe Reader.

В настоящей главе рассмотрены различные способы преобразования электронных изданий как для локального использования, так и для публикации во Всемирной паутине. Таких способов очень много, отбор способов делался по двум критериям: использование «привычных» инструментов для разработки и редакторской подготовки издания, а также простота электронной публикации.

Рис. 15.39. Задание стилей Word, которые формируют оглавление документа PDF

644

Г л а в а 15. Применение технологий HTML и Adobe Acrobat для публикаций электронных изданий

Рис. 15.40. Преобразованное в формат PDF электронное издание

645

Г л а в а 1 6

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

16.1. Географические информационные системы

16.1.1. Общие положения

Геоинформатика как особая научная и образовательная дисциплина, а также одно из передовых направлений современного развития информационных технологий существует и активно совершенствуется в течение последних полутора десятков лет.

За это время практически во всех развитых странах создана мощная геоинформационная индустрия, включающая производство геопространственных данных, создание и эксплуатацию геоинформационных систем (ГИС) различного назначения и территориального охвата, проведение научных исследований на базе ГИСтехнологий, наконец, широкомасштабную подготовку специалистов в области разработки и использования геоинформационных систем и технологий в решении национальных, региональных и отраслевых проблем.

Современная сфера приложений ГИС-технологий охватывает широкий круг социально-общественных и производственно-хозяйственных задач. Территориальные информационно-справочные, мониторинговые и кадастровые системы, инструментарий и технологические средства топографической и тематической картографии и данных дистанционного зондирования Земли, системы управления и планирования использования природных, материально-технических и трудовых ресурсов, комплексные исследовательские системы — вот далеко не полный перечень тех важных сторон современного развития, одним из ключевых компонентов которых являются ГИС-технологии.

Параллельно с развитием ГИС-технологий происходит становление геоинформатики как особой научной дисциплины, изучающей проблемы формализованного описания свойств и характеристик пространственных объектов, явлений и процессов, а также способов и методов их исследования и анализа в результате разработки, создания и использования геоинформационных систем и технологий.

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что в области геоинформатики

иГИС-технологий должны работать специалисты нового типа — одновременно владеющие методологией исследования комплексных и территориально-отрасле- вых проблем, современными методами и приемами пространственного анализа объектов и явлений окружающего мира, новыми информационными технологиями

иинструментальными аппаратно-программными средствами, включая коммуникации и сети.

Современная географическая информационная система представляет собой совокупность технических, программных и информационных средств, обеспечивающих ввод, хранение, обработку, математико-картографическое моделирование

646

Г л а в а 16. Новые технологии в информатизации образования

и образное интегрированное представление географических и соотнесенных с ними атрибутивных данных для решения проблем территориального планирования и управления [16.3] (рис. 16.1).

Геоинформационные системы могут быть классифицированы по следующим признакам:

•назначению (в зависимости от целевого использования и характера решаемых задач);

•проблемно-тематической ориентации (в зависимости от области применения);

•территориальному охвату (в зависимости от масштабного ряда цифровых картографических данных, составляющих базу данных ГИС);

•способу организации географических данных (в зависимости от форматов ввода, хранения, обработки и представления картографической информации).

В свою очередь, по назначению возможно выделение многоцелевых, информа- ционно-справочных, мониторинговых и инвентаризационных, исследовательских, принятия решений, учебных и издательских ГИС.

Геоинформационные системы проблемно-тематической ориентации бывают: экологические и природопользовательские, социально-экономические, земельнокадастровые, геологические, инженерных коммуникаций и городского хозяйства, чрезвычайных ситуаций, навигационные, транспортные, торгово-маркетинговые, археологические.

По территориальному охвату геоинформационные системы разделяются на следующие виды: глобальные, общенациональные, региональные, локальные, муниципальные.

При работе с геопространственными данными геоинформационные системы выполняют следующие основные функции: автоматизированного картографирования, пространственного анализа, управления данными.

Функции автоматизированного картографирования, как правило, обеспечивают работу с картографическими данными ГИС с целью их отбора, обновления и преобразования для производства высококачественных карт и рисунков. Функции автоматизированного картографирования включают векторно-растровые преобразования, преобразования координатной системы, картографических проекций

имасштабов, «склейку» отдельных листов, осуществление картометрических измерений (вычисления площадей, расстояний), размещение текстовых надписей

ивнемасштабных картографических знаков, формирование макета печати.

Функции пространственного анализа обеспечивают совместное использование и обработку картографических и атрибутивных данных в интересах создания производных картографических данных. Функции пространственного анализа включают анализ географической близости, анализ сетей, топологическое наложение полигонов, интерполяцию и изолинейное картографирование полей, вычисление буферных зон и т.д.

Функции управления данными обеспечивают работу с атрибутивными (неграфическими) данными ГИС в целях их отбора, обновления и преобразования для производства стандартных и рабочих отчетов. Функции управления данными включают пользовательские запросы, генерацию пользовательских документов, статистические вычисления, логические операции, поддержание информационной безопасности, стандартных форм запросов и представления их результатов.

647

Ч А С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Рис. 16.1. Общий вид пользовательского интерфейса настольной ГИС

В общем виде геоинформационная система включает в себя четыре подсистемы:

•сбора, подготовки и ввода данных;

•хранения, обновления и управления данными;

•обработки, моделирования и анализа данных;

•контроля, визуализации и вывода данных.

Подсистема сбора, подготовки и ввода данных служит для формирования баз географических и атрибутивных данных ГИС. Основная задача подсистемы хранения, обновления и управления данными — организация хранения данных, обеспечение процедур их редактирования и обновления, обслуживание запросов на информационный поиск, поступающих в систему. Подсистема обработки, моделирования и анализа данных обеспечивает организацию обработки данных, выполнение процедур их преобразования, математического моделирования и сопряженного анализа. Подсистема контроля, визуализации и вывода данных используется для генерации и оформления результатов работы системы в виде карт, графических изображений, таблиц, текстов на твердых или магнитных носителях.

Из теории геоинформатики известно, что ГИС работает с геопространственными данными, включающими пространственную (геометрическую) и атрибутивную (описательную) составляющие. Пространственные данные представляются в векторной и растровой формах. Они могут быть связаны с дополнительными сведениями — привязкой к реальному пространству, топологическими связями и т.п.

648

Гл а в а 16. Новые технологии в информатизации образования

Вгеоинформационных системах приняты различные модели представления

иформаты хранения данных [16.1]. Сама по себе модель пространственных данных представляет собой способ цифрового описания пространственных объектов, тип структуры пространственных данных; наиболее универсальные и употребительные из них: векторное представление (векторно-топологическое представление и векторно-нетопологическое, или модель «спагетти»), растровое представление, регулярно-ячеистое представление и квадродерево (квадротомическое представление). К менее распространенным или применяемым для представления пространственных объектов определенного типа относятся также гиперграфовая модель, модель типа TIN и ее многомерные расширения. Известны гибридные модели пространственных данных. Машинные реализации представления данных в геоинформационных системах называют форматами пространственных данных. Существуют способы и технологии перехода от одних форматов представления пространственных данных к другим (например, растрово-векторное преобразование, векторно-растровое преобразование).

Векторное представление (векторная модель данных) — это цифровое представление точечных, линейных и полигональных пространственных объектов в виде набора координатных пар с описанием только геометрии объектов, что соответствует нетопологическому векторному представлению линейных и полигональных объектов или геометрию и топологические отношения (топологию) в виде векторно-топологического представления в машинной реализации [16.2].

Модель «спагетти» (векторное нетопологическое представление) представляет собой разновидность векторного представления линейных и полигональных пространственных объектов с описанием их геометрии (но не топологии) в виде неупорядоченного набора дуг или совокупности сегментов.

Растровое представление (растровая модель данных) — это цифровое представление пространственных объектов в виде совокупности ячеек растра (пикселов) с присвоенными им значениями класса объекта в отличие от формально идентичного регулярно-ячеистого представления как совокупности ячеек регулярной сети (элементов разбиения земной поверхности). Растровое представление предполагает позиционирование объектов указанием их положения в соответствующей растру прямоугольной матрице единообразно для всех типов пространственных объектов (точек, линий, полигонов и поверхностей); в машинной реализации растровому представлению соответствует растровый формат пространственных данных. В цифровой картографии растровому представлению соответствует матричная форма представления цифровой картографической информации [16.2].

TIN — линейная нерегулярная сеть; система неравносторонних треугольников, соответствующая триангуляции Делоне, используемая в качестве модели данных при конструировании цифровой модели рельефа и представляющая его набором высотных отметок в узлах сети и заменяющая его тем самым многогранной поверхностью.

Ввод пространственных данных — важная операция в геоинформатике. Однако большинство геоинформационных систем не предназначено для их производственного ввода, для этой цели используются специализированные программные продукты, чаще всего интерактивные векторизаторы.

Решение задачи ввода пространственных данных в геоинформационных системах имеет различную реализацию, хотя можно отметить и некоторые общие черты.

649

ЧА С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

Вгеоинформационных системах при переводе карт в цифровую векторную форму пространственная и содержательная определенность объектов указывается по-разному.

Обычно в цифровой карте фиксируются пространственные объекты, связи и отношения между ними, а также пользовательские идентификаторы пространственных объектов, обеспечивающие связь с их содержательными характеристиками. Содержательные характеристики объектов задаются в виде таблиц, каждая запись в которых соотносится с определенным пространственным объектом цифровой карты через пользовательский идентификатор, указанный и в записи, и в цифровой карте. Иногда этот момент связи между атрибутивными и пространственными данными скрыт в системе, но от этого он не перестает существовать.

Кроме того, на более высоком уровне содержательная определенность объектов фиксируется в принятой схеме выделения на исходной карте конкретных слоев (например, слой месторождений нефти, слой месторождений газа, слой административного деления и др.), а пространственная определенность — в выделении слоев цифровых карт по типу пространственных объектов (например, месторождения нефти, выражающиеся в масштабе карты как полигоны и как точки, разносятся в соответствующие слои полигональных и точечных объектов соответственно для удобства редактирования и идентификации).

При оцифровке карт выделяют три типа объектов, к которым можно отнести любой из имеющихся.

Точечный объект — объект, локализованный в пункте, размеры которого слишком малы, чтобы можно было отразить его форму (границы, площадь) в масштабе карты, или не существенны при решении поставленных задач. Может также представлять некий условный объект, не имеющий размеров, например отметку высот.

Линейный объект — объект, локализованный в виде линии, ширина которого не выражается в масштабе карты-источника (река, дорога), или не существенна при решении поставленных задач. Может также представлять некий условный объект, например границу.

Полигональный объект — объект, имеющий площадь, выражающуюся в масштабе карты-источника. Определяется замкнутым контуром и его внутренней областью, например лес, озеро.

При переводе карты в цифровую форму, абстрагируются от содержательной сущности объектов и работа с ними как с пространственными объектами (в среде цифровой карты) проводится с учетом следующих определений:

•точка — пара координат X, Y;

•отрезок — линия, соединяющая две точки;

•вершина (вертекс) — начальная или конечная точка отрезка;

•дуга (линия) — упорядоченный набор связных отрезков (или вершин);

•узел — начальная или конечная вершина дуги;

•висячий узел — узел, принадлежащий только одной дуге, у которой начальная и конечная вершины не совпадают;

•псевдоузел — узел, принадлежащий только двум дугам либо одной дуге,

укоторой начальная и конечная вершины совпадают (замкнутой дуге). Исключением является узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней в этом узле (такой узел является нормальным);

650

Гл а в а 16. Новые технологии в информатизации образования

•нормальный узел — узел, принадлежащий трем и более дугам. Исключением является узел, принадлежащий двум дугам, одна из которых самозамкнута в этом узле, а другая примыкает к ней в этом узле;

•висячая дуга — дуга, имеющая висячий узел;

•замкнутая дуга — дуга, у которой совпадают начальная и конечная вершины (у такой дуги имеется только один узел);

•полигон — единичная область, ограниченная (находящаяся внутри) замкнутой дугой или упорядоченным набором связных дуг, которые образуют замкнутый контур;

•покрытие — набор файлов, фиксирующий в виде цифровых записей пространственные объекты: точки, дуги, полигоны и структуру отношений между ними;

•слой (класс объектов) — покрытие, рассматриваемое в контексте его содержательной определенности (растительность, рельеф, административное деление

ит.п.) или его статуса в среде редактора или ГИС (активный слой, пассивный слой, редактируемый).

Процесс проектирования ГИС состоит из пяти основных этапов. Перечислим их: 1. Анализ системы принятия решений.

Процесс начинается с определения всех типов решений, для принятия которых требуется пространственная информация. Должны быть учтены потребности каждого уровня и функциональной сферы.

2. Анализ информационных требований.

Определяется, какой тип информации нужен для принятия каждого решения. 3. Агрегирование решений.

Решения, для принятия которых требуется одна и та же или значительно перекрывающаяся информация, должны быть сгруппированы в одну задачу управления.

4. Проектирование процесса обработки информации.

На данном этапе разрабатывается реальная система для сбора, хранения, передачи и модификации информации. Должны быть учтены возможности персонала по использованию вычислительной техники.

5. Проектирование и контроль за системой контроля.

Важнейший этап — это создание и воплощение системы, служащей для оценки выдаваемой информационно-управляющей системой информации и позволяющей распознавать и исправлять замеченные ошибки.

Результатом выполнения первых двух шагов является документ с условным названием «Генеральный список входных данных».

Этот список должен содержать следующую информацию о каждом элементе списка [16.1]:

•идентификация данных:

-название набора данных;

-номер набора данных;

-название организации источника;

-существующие метаданные.

•объем данных:

-носитель исходных данных;

-формат цифровых данных;

-процент цифровых данных (на момент создания списка);

-тип первичных записей;

651

ЧА С Т Ь 3. ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

-объем первичных записей;

-общий объем данных.

•сканирование:

-размер листа (см);

-минимальное разрешение при сканировании dpi;

-качество материала.

•графическая часть.

16.1.2. Географические информационные системы и Интернет

Несмотря на почти 30-летнюю историю развития сетевых технологий вообще, можно считать, что только примерно с 1995 г. Интернет как «сеть сетей» стал занимать доминирующее положение в вопросах информационного обмена, превратившись к настоящему времени в неотъемлемую часть глобальной культуры и продолжая охватывать все новые и новые области деятельности. Одной из таких областей стало создание и использование ГИС и геопространственных данных. В настоящее время Интернет объективно рассматривается как средство экспоненциального роста эффективности распространения, получения и использования географической информации во всех ее формах, включая карты, графику, тексты и т.д.

В настоящее время новое направление развития геоинформатики и ГИС, связанное с Интернет-приложениями, уже сформировалось. Произошло это стремительно и масштабно и благодаря именно Интернет-технологиям. Действительно, в течение короткого периода времени была создана принципиально новая технологическая база развития телекоммуникаций, ориентированная на широкое привлечение непрофессиональных пользователей к формированию и развитию единой глобальной информационной сети. Эта технологическая база сыграла роль катализатора, в результате чего в еще более короткие сроки, а точнее, в последние три-четыре года были заложены основы создания многочисленных ГИС-Интернет-приложе- ний. Появились и закрепились новые направления исследований, стала складываться новая терминология, например web-картографирование, картографический Интернет-сервер (Internet Map Server — IMS), распределенная географическая информация (Distributed Geographic Information — DGI), появился рынок специализированных программных продуктов.

Конечно, и для Интернета появление интерактивных картографических ресурсов также имело большое значение, поскольку они повысили долю так называемого «серьезного» контента глобальной сети.

Но симбиоз ГИС и Интернет-технологий стал исключительно полезен именно для первых. Впервые появилась реальная возможность организации и поддержки глобального обмена географической информацией. В свою очередь такой обмен способствует популяризации и профессионализации применения традиционных ГИС, вовлечению в активное использование накопленных и производству новых геоинформационных ресурсов. Перечень того, что дала интеграция геоинформационных систем и Интернет-технологий геоинформационной индустрии, можно было бы продолжить. Самым значительным стало то, что благодаря Интернету геоинформатика существенно расширила рамки своего присутствия в повседневной жизни общества.

652