Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηματικότητα» Δράση Εθνικής Εμβέλειας «Συνεργασία» «Γεώκλιμα» Ανάπτυξη γεωγραφικού συστήματος κλιματικής πληροφορίας Κωδικός Έργου: 09ΣΥΝ 31 1094 EE5 Δημιουργία Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Παραδοτέο Π5.1: Αναφορά για το σχεδιασμό του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Υπεύθυνος Φορέας Υλοποίησης: DRAXIS Συνεργαζόμενοι φορείς: SL, ΤΜΚ-ΕΦΑ και ΤΓ Έκδοση: 4.0 Ημερομηνία 22/6/2012 Καταληκτική ημερομηνία: 12/6/2012 παράδοσης: Επίπεδο διάχυσης: Δημόσιο Συγγραφείς: Π. Συμεωνίδης (DRAXIS), Σταύρος Τεκές (DRAXIS), Θ. Βάκκας (DRAXIS), E. Κοσμίδης (DRAXIS), Α. Μάνος (DRAXIS), Χ. Φείδας (ΤΜΚ ΕΦΑ), X. Ντόγρας (ΤΜΚ ΕΦΑ), Μ. Βαΐτης (ΤΓ), Β. Κοψαχείλης (ΤΓ), Α.Ν. Μπαλής (SL), A. Ηλιόπουλος (SL), Σ. Τσέρεμυ (SL)
Copyright 2012 Η σύμπραξη του έργου «Γεώκλιμα» Το παρόν κείμενο δημοσιεύτηκε με τη σύμφωνη γνώμη όλων των φορέων της σύμπραξης. Περιέχει υλικό τα δικαιώματα του οποίου ανήκουν στην κοινοπραξία του έργου «Γεώκλιμα» και το οποίο δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς άδεια από την σύμπραξη. Η έρευνα που οδήγησε στα αποτελέσματα του παρόντος κειμένου χρηματοδοτήθηκε από το Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηματικότητα» (ΕΠΑΝ ΙΙ) και από Περιφερειακά Επιχειρησιακά Προγράμματα (ΠΕΠ). Η σύμπραξη του έργου αποτελείται από τους φορείς: Α/Α Φορέα 1 (Συντονιστής) Επωνυμία Φορέα Τομέας Μετεωρολογίας & Κλιματολογίας και Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Συντομογραφία Φορέα ΤΜΚ ΕΦΑ 2 Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία ΕΜΥ 3 Τμήμα Γεωγραφίας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου ΤΓ 4 Singular Logic Α.Ε SL 5 DRAXIS Περιβαλλοντική Α.Ε. ΔΡΑΞΙΣ Version 4 Σελ. 2
Περιεχόμενα Περίληψη... 6 1. Εισαγωγή... 7 2. Βασικές αρχές σχεδίασης του συστήματος... 11 2.1 Εισαγωγή... 11 2.2 Γενικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής και ροής δεδομένων... 12 2.3 Γενικά στοιχεία αρχιτεκτονικής... 13 2.4 Φυσική Αρχιτεκτονική Πληροφοριακού Συστήματος... 14 2.5 Λογική Αρχιτεκτονική Πληροφοριακού Συστήματος... 14 2.6 Security... 17 3. Τεχνολογίες υλοποίησης... 18 3.1 ArcGIS Server... 19 3.2 SQL Server... 21 4. Μη λειτουργικές προδιαγραφές... 24 5. Λειτουργικές προδιαγραφές... 25 5.1 Περιβάλλον εφαρμογής... 25 5.1.1 Menu επιλογών και εργαλεία... 26 5.1.2 Διαδραστικός Χάρτης... 31 5.1.3 Περιοχή υπομνήματος και αποτελεσμάτων αναζητήσεων... 31 5.2 Σενάρια χρήσης (use cases)... 33 5.2.1 Επιλογή Εμφάνισης Κλιματικών δεδομένων... 33 5.2.2 Επιλογή Εμφάνισης Δεδομένων κλιματικών μοντέλων... 35 5.2.3 Επιλογή Εμφάνισης Δορυφορικών Κλιματικών δεδομένων... 38 5.2.4 Χρήση του εργαλείου λήψης πληροφορίας από το χάρτη... 41 5.3 Κλιματικές αναφορές... 44 5.3.1 Αναφορά κλιματικών τιμών παρελθόντος κλίματος... 44 5.3.2 Αναφορά κλιματικών μοντέλων... 44 5.3.3 Αναφορά πολλαπλών δεδομένων... 45 5.3.4 Αναφορά εξειδικευμένων χρηστών... 45 6. Συμπεράσματα... 46 Version 4 Σελ. 3
Πίνακας Σχημάτων Εικόνα 1: Γενικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής και ροής δεδομένων... 12 Εικόνα 2: Αρχιτεκτονική Ν TIER ΓΣΠ... 13 Εικόνα 3: Φυσική Αρχιτεκτονική ΓΣΠ... 14 Εικόνα 4: Λογική Αρχιτεκτονική ΓΣΠ... 15 Εικόνα 5: Η αρχιτεκτονική της πλατφόρμας ανάπτυξης χωρικών εφαρμογών με τον ArcGIS Server... 18 Εικόνα 6: Οι δυνατότητες που παρέχει ο ArcGIS Server... 19 Εικόνα 7: Εργαλεία ανάπτυξης / ολοκλήρωσης του SQL Server... 23 Εικόνα 8: Απλοποιημένο Mockup της εφαρμογής ΓΣΠ... 25 Εικόνα 9: Παράδειγμα εμφάνισης στατιστικών στοιχείων... 29 Εικόνα 10: Παράδειγμα εμφάνισης τάσεων... 29 Εικόνα 11: Παράδειγμα εμφάνισης Χρονοσειρών... 30 Εικόνα 12: Το menu εργαλεία... 30 Εικόνα 13: Οι επιλογές εκτύπωσης... 30 Εικόνα 14: Παράδειγμα χαρτογραφικού υπομνήματος. Εμφανίζονται οι συμβολισμοί των θεματικών επιπέδων στο χάρτη και δίνεται η δυνατότητα εμφάνισης / απόκρυψης καθώς και ρύθμισης της διαφάνειας... 32 Εικόνα 15: Εργαλείο αναζήτησης... 32 Version 4 Σελ. 4
Συντομογραφίες ΓΣΠ ΕΕΧ UML OGC WMS WFS O/R RDBMS SDE REST GIS SOAP ISO ANSI WCS KML API ETL OLAP EMY csv pdf Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών Ενότητα Εργασία Χ Unified Modelling Language Open Geospatial Consortium Web Map Service Web Feature Service Object/Relational Relational database management system Spatial Data Engine REpresentational State Transfer Geographic Information System Simple Object Access Protocol International Standardization Organization American National Standards Institute Web Coverage Service Keyhole Markup Language Application Programming Interface Extract, Transorm, Load Online Analytical Processing Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία comma separated values Portable Document Format Version 4 Σελ. 5
Περίληψη Το ερευνητικό έργο «Ανάπτυξη Γεωγραφικού Συστήματος Κλιματικής Πληροφορίας (ΓΕΩΚΛΙΜΑ)» στοχεύει στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (ΓΣΠ) το οποίο θα έχει τη δυνατότητα διαχείρισης, ανάλυσης, μοντελοποίησης και οπτικοποίησης του συνόλου της πληροφορίας που σχετίζεται έμμεσα ή άμεσα με το κλίμα της Ελλάδας, των παραγόντων που το διαμορφώνουν, τη διαχρονική του εξέλιξη στο παρελθόν και τις εκτιμήσεις για την εξέλιξή του στο άμεσο μέλλον. Στόχος της Ενότητα Εργασίας 5 (ΕΕ5) είναι η δημιουργία του ολοκληρωμένου Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΓΣΠ) το οποίο θα έχει τη δυνατότητα διαχείρισης, ανάλυσης και χαρτογράφησης του συνόλου της πληροφορίας που παράχθηκε στις προηγούμενες εργασίες. Ο Σχεδιασμός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών αποτελεί την πρώτη εργασία της ΕΕ5. Σκοπό έχει τον αναλυτικό σχεδιασμό και τεκμηρίωση της ολοκληρωμένης τεχνικής αρχιτεκτονικής της προτεινόμενης πλατφόρμας επεξεργασίας, διαχείρισης και απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων «Γεώκλιμα». Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, συντάχθηκε η παρούσα αναφορά για το σχεδιασμό του Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών, η οποία αποτελεί το παραδοτέο Π5.1 του έργου. Στην αναφορά αυτή προδιαγράφονται με λεπτομέρεια τα υποσυστήματα επεξεργασίας δεδομένων της χωρικής βάσης, απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων, και διάχυσης κλιματικής πληροφορίας (που θα αναπτυχθούν στη συνέχεια αυτής της ενότητας εργασίας), και ορίζονται οι κατευθυντήριες γραμμές της ολοκλήρωσης των επιμέρους εργαλείων λογισμικού σε ένα ενιαίο σύνολο, καθώς επίσης και οι σχέσεις, αλληλεπιδράσεις και οι διεπαφές διαλειτουργίας μεταξύ των επιμέρους εργαλείων λογισμικού. Version 4 Σελ. 6
1. Εισαγωγή Το ερευνητικό έργο «Ανάπτυξη Γεωγραφικού Συστήματος Κλιματικής Πληροφορίας (ΓΕΩΚΛΙΜΑ)» στοχεύει στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (ΓΣΠ) το οποίο θα έχει τη δυνατότητα διαχείρισης, ανάλυσης, μοντελοποίησης και οπτικοποίησης του συνόλου της πληροφορίας που σχετίζεται έμμεσα ή άμεσα με το κλίμα της Ελλάδας, των παραγόντων που το διαμορφώνουν, τη διαχρονική του εξέλιξη στο παρελθόν και τις εκτιμήσεις για την εξέλιξή του στο άμεσο μέλλον. Απώτερος στόχος του έργου είναι η δημιουργία μιας καινοτόμου, σύγχρονης τεχνολογίας πληροφοριών, η οποία θα αποτελέσει ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο για τη μελέτη των κλιματικών μεταβολών στη χώρα μας, παρέχοντας άμεσα και με διαδραστικό τρόπο, συνδυασμένες πληροφορίες που σχετίζονται με τη μεταβολή του κλίματος στο χώρο και το χρόνο σε κάθε περιοχή της ελληνικής επικράτειας. Στόχος της Ενότητα Εργασίας 5 είναι η δημιουργία του ολοκληρωμένου Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΓΣΠ) το οποίο θα έχει τη δυνατότητα διαχείρισης, ανάλυσης και χαρτογράφησης του συνόλου της πληροφορίας που παράχθηκε στις προηγούμενες εργασίες. Οι επιμέρους στόχοι της ΕΕ5 είναι: ο σχεδιασμός και τεκμηρίωση της αναλυτικής τεχνικής αρχιτεκτονικής της ολοκληρωμένης πλατφόρμας επεξεργασίας, διαχείρισης και απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων «Γεώκλιμα», η ανάπτυξη των επιμέρους υποσυστημάτων που απαρτίζουν το ΓΣΠ «Γεώκλιμα» και υποστηρίζουν α) την επεξεργασία και διαχείριση των δεδομένων της χωρικής βάσης δεδομένων, β) την απεικόνιση γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων, και γ) τη διάχυση της κλιματικής πληροφορίας στο διαδίκτυο, η ολοκλήρωση των επιμέρους εργαλείων, χωρικών βάσεων δεδομένων και υποσυστημάτων σε ένα ολοκληρωμένο πρωτότυπο συστήματος γεωγραφικών πληροφοριών, η επικύρωση της ορθής λειτουργίας του ολοκληρωμένου συστήματος, έπειτα από ένα σύνολο εργαστηριακών δοκιμών και τεχνικών ελέγχων, και Version 4 Σελ. 7
η κατάρτιση ρεαλιστικών σεναρίων χρήσης (use cases) και τεχνική επαλήθευση και επικύρωση του πρωτοτύπου της πλατφόρμας «Γεώκλιμα» μέσω της εφαρμογής και επίδειξής της. Οι επιμέρους τεχνικές εργασίες της ΕΕ5 είναι: Εργασία 5.1. Σχεδιασμός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Η εργασία αυτή αφορά στον αναλυτικό σχεδιασμό και τεκμηρίωση της ολοκληρωμένης τεχνικής αρχιτεκτονικής της προτεινόμενης πλατφόρμας επεξεργασίας, διαχείρισης και απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων «Γεώκλιμα», η οποία θα λαμβάνει υπόψη όλες τις επιμέρους ερευνητικές προσεγγίσεις, εργαλεία μοντελοποιήσεις και εργαλεία λογισμικού που έχουν αναπτυχθεί στις προηγούμενες ενότητες εργασίας (ΕΕ1 ΕΕ4). Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, θα προδιαγραφούν με λεπτομέρεια τα υποσυστήματα επεξεργασίας δεδομένων της χωρικής βάσης, απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων, και διάχυσης κλιματικής πληροφορίας (που θα αναπτυχθούν στη συνέχεια αυτής της ενότητας εργασίας), και θα οριστούν οι κατευθυντήριες γραμμές της ολοκλήρωσης των επιμέρους εργαλείων λογισμικού σε ένα ενιαίο σύνολο, καθώς επίσης και οι σχέσεις, αλληλεπιδράσεις και οι διεπαφές διαλειτουργίας μεταξύ των επιμέρους εργαλείων λογισμικού. Εργασία 5.2. Δημιουργία Υποσυστήματος Επεξεργασίας και Διαχείρισης των Δεδομένων της Βάσης Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα υλοποιηθεί η ανάπτυξη του υποσυστήματος Επεξεργασίας και Διαχείρισης των Δεδομένων της Χωρικής Βάσης Δεδομένων που θα υποστηρίζει τις απαιτήσεις των υπόλοιπων υποσυστημάτων του ΓΣΠ και ειδικότερα της δημιουργίας θεματικών ψηφιακών χαρτογραφικών δεδομένων κλιματικής πληροφορίας και της εξαγωγής των κλιματικών δεδομένων από τη βάση. Το λογισμικό του υποσυστήματος, θα προσφέρει ένα μεγάλο αριθμό τεχνικών για τη δημιουργία νέων χωρικών, μη χωρικών (π.χ πινάκων) και θεματικών δεδομένων και την ενημέρωσή τους, για την παραγωγή ψηφιακών και Version 4 Σελ. 8
έντυπων χαρτών και αναφορών. Παράλληλα θα διαθέτει πολλαπλά εργαλεία χωρικής ανάλυσης και γεωγραφικής επεξεργασίας. Εργασία 5.3. Δημιουργία Υποσυστήματος Απεικόνισης Γεωγραφικών Κλιματικών Δεδομένων Στην εργασία αυτή θα υλοποιηθεί το υποσύστημα Απεικόνισης Γεωγραφικών Κλιματικών Δεδομένων που έχει ως στόχο την απεικόνιση των κλιματικών πληροφοριών με τη δημιουργία διαδραστικών, δυναμικών, θεματικών χαρτών, που θα δίνουν τη δυνατότητα στο χρήστη να χρησιμοποιήσει όλα τα διαθέσιμα επίπεδα πληροφορίας, για τη σύνθεση και διαμόρφωση ενός θεματικού χάρτη, αλλά και προβολής της πληροφορίας εναλλακτικά σε πίνακες, η και σε συνδυασμό χαρτών και πινάκων. Εργασία 5.4. Δημιουργία Υποσυστήματος Διάχυσης Πληροφοριών στο Διαδίκτυο Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα ολοκληρωθεί η υλοποίηση του βασικού κορμού του ΓΣΠ με την ανάπτυξη του υποσυστήματος Διάχυσης Πληροφοριών στο Διαδίκτυο, το οποίο θα αποτελεί μια διαδικτυακή διαδραστική εφαρμογή μέσω της οποία θα διαχέεται η κλιματική πληροφορία σε εγγεγραμμένους χρήστες. Εργασία 5.5. Σενάρια Χρήσης Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών Η εργασία αυτή αφορά στον προσδιορισμό των σεναρίων χρήσης των υπηρεσιών της πλατφόρμας επεξεργασίας, διαχείρισης και απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων «Γεώκλιμα», ανά τύπο χρήστη. Τα σενάρια χρήσης του συστήματος θα απεικονιστούν μέσω της γλώσσας μοντελοποίησης UML (Unified Modelling Language) με την χρήση των διαγραμμάτων use cases. Εργασία 5.6. Επίδειξη του Συστήματος Στην εργασία αυτή θα γίνει επίδειξη της λειτουργίας της πλατφόρμας επεξεργασίας, διαχείρισης και απεικόνισης γεωγραφικών κλιματικών δεδομένων «Γεώκλιμα», και εκτέλεση των ρεαλιστικών σεναρίων χρήσης των υπηρεσιών της. Version 4 Σελ. 9
Το παρόν παραδοτέο παρουσιάζει τα αποτελέσματα της Εργασίας 5.1. Πρόκειται για αναφορά στην οποία περιγράφονται αναλυτικά η τεχνική αρχιτεκτονική και οι προδιαγραφές της πλατφόρμας «Γεώκλιμα» και αποτελεί προαπαιτούμενο για την εκτέλεση των εργασιών που σχετίζονται με τα υπόλοιπα παραδοτέα της ΕΕ5. Η εργασία βασίστηκε στα μέχρι τώρα αποτελέσματα του έργου αλλά κυρίως στα αποτελέσματα της ενότητας εργασίας 3 που αφορά τη δημιουργία της ενιαίας βάσης γεωγραφικών δεδομένων. Τα αποτελέσματα της εργασίας παρουσιάζονται στα επόμενα κεφάλαια: Κεφάλαιο 2. Βασικές αρχές σχεδίασης του συστήματος. Περιγράφει τις βασικές αρχές σχεδίασης του συστήματος, τις ροές δεδομένων, την φυσική και λογική αρχιτεκτονική καθώς και την ασφάλεια του συστήματος Κεφάλαιο 3. Τεχνολογίες υλοποίησης. Παρουσιάζονται οι βασικές τεχνολογίες υλοποίησης του συστήματος και συγκεκριμένα η βάση δεδομένων SQL Server και η πλατφόρμα χωρικής διαχείρισης δεδομένων και εφαρμογών ArcGIS Server. Κεφάλαιο 4. Μη λειτουργικές προδιαγραφές. Περιγράφει τις γενικές απαιτήσεις που πρέπει να ικανοποιεί το σύστημα ανεξάρτητα από την ειδική λειτουργικότητα που θα πρέπει να εξυπηρετεί. Κεφάλαιο 5. Λειτουργικές προδιαγραφές. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι προδιαγραφές της εφαρμογής σε επίπεδο λειτουργιών τόσο ως περιβάλλον εργασίας όσο και ως ροή ενεργειών (use cases). Επιπλέον περιγράφεται η λειτουργία βασικών εργαλείων του συστήματος. Κεφάλαιο 6. Συμπεράσματα, όσο αφορά τους στόχους του σχεδιασμού που περιγράφηκαν ανωτέρω. Version 4 Σελ. 10
2. Βασικές αρχές σχεδίασης του συστήματος 2.1 Εισαγωγή Η αρχιτεκτονική σχεδίαση του Πληροφοριακού Συστήματος που θα υλοποιηθεί στο πλαίσιο του έργου, έχει σαν κύριους στόχους: I. Την ευελιξία (flexibility) του συστήματος όσον αφορά μελλοντικές αλλαγές ή προσθήκες νέων λειτουργικών απαιτήσεων. Αυτό θα επιτευχθεί υλοποιώντας την επιχειρησιακή λογική του συστήματος με τη μορφή ενός συνόλου αρθρωμάτων (components), το καθένα από τα οποία θα είναι υπεύθυνο για μία διεργασία ή μέρος αυτής. II. Την αποτελεσματική εξυπηρέτηση ενός μεγάλου αριθμού ταυτόχρονων χρηστών (scalability). Αυτό θα επιτευχθεί με την χρήση πολυεπίπεδης αρχιτεκτονικής, όπως επίσης και με εξελιγμένες τεχνικές caching που θα εφαρμοστούν με σκοπό την βελτιστοποίηση της μεταφοράς δεδομένων από το ένα λογικό επίπεδο (tier) στο άλλο) και την ελαχιστοποίησή της στον απολύτως απαραίτητο όγκο. III. Την ικανοποιητική ασφάλεια στην παροχή προηγμένων υπηρεσιών ικανοποιώντας απαιτήσεις όπως ισχυρή αυθεντικοποίηση των χρηστών (authentication), διατήρηση της ακεραιότητας των δεδομένων (data integrity) και της εμπιστευτικότητας της επικοινωνίας (confidentiality). IV. Τη χρήση ανοικτών προτύπων και ανοικτής αρχιτεκτονικής. Ενδεικτικά αναφέρονται τα πρότυπα που αφορούν τη διάθεση της χωρικής πληροφορίας που έχουν καθοριστεί από το OGC, WMS, WFS καθώς και τα πρότυπα για τα μεταδεδομένα V. Την σταθερότητα του συστήματος (stability) και την απρόσκοπτη λειτουργία του (robustness). Αυτό θα επιτευχθεί με τους ακόλουθους τρόπους: Χρησιμοποιώντας κατά την υλοποίηση του συστήματος αναγνωρισμένα πρότυπα σχεδίασης και ανάπτυξης (design patterns) Υλοποιώντας κατάλληλους μηχανισμούς error handling σε όλα τα λογικά επίπεδα του συστήματος Version 4 Σελ. 11
Χρησιμοποιώντας στο μέγιστο βαθμό όλους τους μηχανισμούς δομικών περιορισμών των δεδομένων του συστήματος. 2.2 Γενικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής και ροής δεδομένων Στο παρακάτω σχήμα εμφανίζεται μία επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του συστήματος και η ροή των δεδομένων μεταξύ των επιμέρους συστημάτων. Άλλα GIS εδομένα εδομένα Κλιματικής Ανάλυσης Server Side εδομένα Κλιματικών Μοντέλων ορυφορικά εδομένα Data Transformation Database Server GIS Server Windows 2008 SQL Server 2008 ArcGIS Server 10 GIS Data Administrators (ArcGIS Desktop) Κοινωνικοοικονομικά εδομένα Web Server Windows 2008 Microsoft IIS ArcGIS Server 10 Client Side WWW υναμικοί Χρήστες Web Browser Silverlight WEB GIS Application Απλοί Χρήστες Εικόνα 1: Γενικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής και ροής δεδομένων Όπως προκύπτει και από το διάγραμμα ροής δεδομένων, τα δεδομένα του συστήματος εισάγονται στη βάση δεδομένων του συστήματος με τη χρήση των εργαλείων του συστήματος καθώς και των εργαλείων μετάπτωσης που αναπτύσσονται. Τα δεδομένα της βάσης διαχειρίζονται αρχικά με τη χρήση των desktop εργαλείων του ΑrcGIS και στη συνέχεια με τα εργαλεία διαχείρισης δεδομένων που αναπτύσσονται στην ΕΕ3. Τα δεδομένα της βάσης χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη χαρτογραφικών υπηρεσιών που μέσω του web server καταλήγουν τελικά στο επίπεδο των εφαρμογών (διαδικτυακή εφαρμογή Silverlight). Version 4 Σελ. 12
2.3 Γενικά στοιχεία αρχιτεκτονικής Το ΓΣΠ βασίζεται στην αρχιτεκτονική πολλαπλών επιπέδων (n tier architecture), διαχωρίζοντας το σύστημα στα παρακάτω αρθρώματα (module). Επίπεδο παρουσίασης (presentation layer), επίπεδο εφαρμογής (application layer) και επίπεδο δεδομένων (database layer). H χρησιμοποίηση της αρχιτεκτονικής αυτής παρέχει κλιμακούμενη και αυξημένη δυνατότητα διαχείρισης. Επίσης παρέχεται μεγαλύτερη δυνατότητα ασφάλειας σε όλα τα επίπεδα της αρχιτεκτονικής. Τέλος επιτυγχάνεται η μεγιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος, διότι παρέχεται η δυνατότητα ξεχωριστής ανάπτυξης των διαφόρων επιπέδων της αρχιτεκτονικής, ανάλογα με τις ανάγκες. Στο παρακάτω σχήμα εμφανίζονται τα επίπεδα της φυσικής αρχιτεκτονικής ΓΣΠ: Εικόνα 2: Αρχιτεκτονική Ν TIER ΓΣΠ Version 4 Σελ. 13
2.4 Φυσική Αρχιτεκτονική Πληροφοριακού Συστήματος Η φυσική αρχιτεκτονική του πληροφοριακού συστήματος, η οποία απεικονίζεται στο σχήμα που ακολουθεί χωρίζεται σε δύο (2) διακριτά επίπεδα. Το επίπεδο που περιέχει τους Application (GIS) & Web Servers Το επίπεδο που περιέχει τον Database Server Εικόνα 3: Φυσική Αρχιτεκτονική ΓΣΠ 2.5 Λογική Αρχιτεκτονική Πληροφοριακού Συστήματος Ο κύριος λόγος που ένα σύστημα χωρίζεται σε πολλαπλά λογικά στρώματα (logical n tier architecture) είναι για να διαχωριστούν τα συστατικά του μέρη σε διακριτές ομάδες με διακριτούς ρόλους και ευθύνες. Αυτό διευκολύνει την ανάπτυξη του συστήματος και τη μελλοντική συντήρησή του. Στο κατωτέρω σχήμα παρουσιάζεται η λογική αρχιτεκτονική του πληροφοριακού συστήματος που αποτελείται από πέντε (5) tiers: Version 4 Σελ. 14
Presentation Layer Demilitarized Zone User Interface Layer Domain Limits Business Logic Layer Data Access Layer Data Storage Layer Εικόνα 4: Λογική Αρχιτεκτονική ΓΣΠ Presentation Layer Στο επίπεδο παρουσίασης βρίσκεται και λειτουργεί ο απαραίτητος δικτυακός φυλλομετρητής (web browser), ο οποίος θα αναλαμβάνει να εμφανίζει τον HTML κώδικα στον χρήστη και θα συλλέγει τα δεδομένα εισόδου από τις ενέργειες του τελευταίου. Σε αυτό το επίπεδο θα υλοποιηθεί κατάλληλα και θα εκτελείται ο αναγκαίος JavaScript κώδικας που θα απαιτηθεί και θα είναι υπεύθυνος για την μία πρώτη απλή επιβεβαίωση και επικύρωση της εισαγόμενης πληροφορίας από τον χρήστη, προς διευκόλυνση τόσο του τελευταίου όσο και της άσκοπης αλληλεπίδρασης με το κύριο σύστημα. Επιπλέον ο κώδικας αυτός θα αναλαμβάνει την ασύγχρονη τροφοδοσία με δεδομένα κάποιων συγκεκριμένων φορμών. User Interface (UI) Layer Στο επίπεδο αλληλεπίδρασης με τον χρήστη θα χτιστεί και θα λειτουργεί η κύρια λογική μέσα από κατάλληλες δικτυακές φόρμες που θα βασίζονται στη τεχνολογία Microsoft Silverlight. Στο επίπεδο αυτό θα εκτελείται ο κώδικας που θα αποφασίζει τι θα εμφανισθεί στον χρήστη στο επίπεδο παρουσίασης (presentation layer) αντιστοιχίζοντας στο τελευταίο όλα τα δικτυακά μονοπάτια πλοήγησης (navigation paths). Επιπλέον το σημείο αυτό στην αρχιτεκτονική του συστήματος θα μεταφράζεται η εισαγόμενη πληροφορία (data entry) από τον τελικό χρήστη του Version 4 Σελ. 15
συστήματος και θα καταγράφονται οι τυχόν ενέργειές του. Σε αυτό το επίπεδο θα είναι χτισμένο μεγάλο μέρος της επιχειρησιακής λογικής του πληροφοριακού συστήματος Business Logic Layer για την αποδοχή των δεδομένων που εισήγαγε ο χρήστης, καθώς και για την εκτέλεση οποιασδήποτε σχετικής διεργασίας. Business Logic Layer Στο επίπεδο αυτό βρίσκεται όλη η επιχειρησιακή λογική του συστήματος. Είναι το σημείο του συστήματος όπου θα εκτελούνται οι επιχειρησιακοί κανόνες, θα επικυρώνονται και θα χρησιμοποιούνται τα εισερχόμενα δεδομένα, θα λειτουργούν οι διάφορες διεργασίες. Tο επίπεδο αυτό δημιουργείται από τον συνδυασμό μιας σειράς ανεξάρτητων components, τα οποία θα προσφέρουν τις υπηρεσίες τους στο επίπεδο παρουσίασης και με τη σειρά τους θα χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες του επιπέδου πρόσβασης της πληροφορίας. Κάθε τέτοιο component ή μία ομάδα από components θα είναι υπεύθυνο/η για την εκτέλεση μίας συγκεκριμένης διεργασίας ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις των τελικών χρηστών. Η πρόσθεση νέας λειτουργικότητας θα πραγματοποιείται με την αντίστοιχη προσθήκη νέων components χωρίς να επηρεάζεται η συνολική λειτουργία του συστήματος ή με την αλλαγή κάποιας διεργασίας αντικαθιστώντας αδιαφανώς για τον τελικό χρήστη τα υπεύθυνα components με νέα. Data Access Layer Στο επίπεδο πρόσβασης στην πληροφορία ο κώδικας θα αλληλεπιδρά με το επίπεδο αποθήκευσης (Data Storage Layer) για την ανάκτηση, δημιουργία, ενημέρωση και διαγραφή δεδομένων. Σε αυτό το επίπεδο υλοποιείται το Object/Relational Mapping (O/R Mapping). Στην ουσία, το O/R Mapping αναλαμβάνει να «γεφυρώσει» το σχεσιακό σύμπαν μίας βάσης δεδομένων (SQL Server 2008) με το object oriented περιβάλλον του υπόλοιπου συστήματος. Σε αυτό το επίπεδο γίνεται η κατάλληλη αντιστοίχιση των πινάκων της βάσης δεδομένων με συγκεκριμένα Data Objects. Κάθε στήλη ενός πίνακα αντιστοιχεί με κάποια συγκεκριμένη ιδιότητα (property) σε κάποιο συγκεκριμένο Data Object. Σε αυτό το συγκεκριμένο σημείο πραγματοποιείται η επικοινωνία με το Data Storage Layer. Version 4 Σελ. 16
Data Storage Layer Στο επίπεδο αποθήκευσης των δεδομένων που θα διαχειρίζεται το σύστημα θα βρίσκεται το RDBMS της Microsoft, SQL Server 2008. Ο SQL Server 2008 θα αναλάβει την φιλοξενία της βάσης δεδομένων η οποία θα περιέχει όλα τα δεδομένα του συστήματος. 2.6 Security Θα υπάρχουν δύο (2) κατηγορίες χρηστών. Οι απλοί χρήστες και οι δυναμικοί χρήστες. Οι απλοί χρήστες δεν θα χρειάζεται να συνδεθούν στο σύστημα, θα έχουν πρόσβαση στα δεδομένα του συστήματος, αλλά όχι σε κάποια προηγμένα εργαλεία. Οι δυναμικοί χρήστες θα πρέπει να συνδεθούν στο σύστημα και θα έχουν πρόσβαση σε όλες τις λειτουργίες του συστήματος. Version 4 Σελ. 17
3. Τεχνολογίες υλοποίησης Η εφαρμογή θα βασίζεται στην αρχιτεκτονική υλοποίησης διαδικτυακών εφαρμογών με τη χρήση του ArcGIS Server. Σύμφωνα με αυτήν, τη διαχείριση των χαρτογραφικών δεδομένων, τόσο σε επίπεδο βάσης όσο και σε επίπεδο χαρτογραφικών υπηρεσιών αναλαμβάνει ο ArcGIS Server. Η εγκατάσταση του ArcGIS Server πραγματοποιείται σε 2 επίπεδα, σε επίπεδο βάσης (SDE) στον Database Server (SQL Server 2008) και σε επίπεδο εφαρμογών στον Web Server (Microsoft IIS). Εικόνα 5: Η αρχιτεκτονική της πλατφόρμας ανάπτυξης χωρικών εφαρμογών με τον ArcGIS Server Version 4 Σελ. 18
H Εφαρμογή που θα αναπτυχθεί θα είναι διαδικτυακή και θα βασίζεται στο API του ArcGIS Server. H επικοινωνία θα γίνεται κυρίως με τη χρήση REST services. Για την ανάπτυξη του περιβάλλοντος εργασίας των χρηστών θα χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία Microsoft Silverlight με στόχο μια διαδραστική και φιλική στους χρήστες εφαρμογή. 3.1 ArcGIS Server O ArcGIS Server 1 είναι ένα πλήρες και ολοκληρωμένο server based γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (GIS). Συνδέεται με εφαρμογές και υπηρεσίες για διαχείριση χωρικών δεδομένων, οπτικοποίηση και χωρική ανάλυση. To περιβάλλον εργασίας του ArcGIS Server παρέχει πρόσβαση σε κεντρικά διαχειριζόμενες, υψηλής ποιότητας GIS εφαρμογές και υπηρεσίες, χρησιμοποιώντας τoυς browser του υπολογιστή ή φορητών μέσων (mobile clients) (βλ. Σφάλμα! Το αρχείο προέλευσης ης αναφοράς δεν βρέθηκε.). Εικόνα 6: Οι δυνατότητες που παρέχει ο ArcGIS Server Τα βασικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας του ArcGIS Server είναι: 1 Περισσότερες πληροφορίες στο διαδικτυακό τόπο: http://www.esri.com/software/arcgis/arcgisserver/index.html Version 4 Σελ. 19
Η browser based πρόσβαση στο GIS. Ο τρόπος αυτός κάνει τις εφαρμογές πιο εύκολα διαθέσιμες και αξιοποιήσιμες από όλους τους χρήστες, εξειδικευμένους και μη. Το χαμηλότερο κόστος συντήρησης των δεδομένων μέσω κεντρικά διαχειριζόμενων χωρικών εφαρμογών και βάσεων που είναι εύκολες στη χρήση και υποστηρίξουν πολλούς χρήστες. Κεντρικά διαχειριζόμενα δεδομένα, μοντέλα, εργαλεία, χάρτες και εφαρμογές που μπορούν να δημιουργηθούν μια φορά και να ξαναχρησιμοποιηθούν. Η ενοποίηση / διασύνδεση με άλλα επιχειρησιακά συστήματα και βάσεις δεδομένων (μεταξύ των οποίων SQL Server, ORACLE, PotgreSQL, DB2, Informix) με χρήση industry standard μεθόδων (web services, SOAP, REST κλπ). Η υποστήριξη ανοικτών προτύπων διαλειτουργικότητας τόσο στο GIS πεδίο όσο και στο ευρύτερο πεδίο της πληροφορικής. Τα υποστηριζόμενα πρότυπα περιλαμβάνουν ISO, ANSI και Open Geospatial Consortium (OGC: WCS, WFS, WMS και KML). Η δυνατότητα δημιουργίας παραμετροποιημένων εφαρμογών και υπηρεσιών για browser, desktop, mobile, SmartClient (ios και Android) με χρήση πολλαπλών API:.ΝΕΤ, Java, Silverlight, FLEX, Javascript ή HTML5. Η δυνατότητα εκτέλεσης server side εργαλείων χωρικής ανάλυσης όπως: Αποκοπή (Clip) Τομή (Intersect) Ένωση (Union) Ζώνες Επιρροής (Buffer) Πολλαπλές ζώνες επιρροής (Multiple Ring Buffer) Η δυνατότητα χωρικής επεξεργασίας των δεδομένων μέσα από τις διαδικτυακές εφαρμογές Version 4 Σελ. 20
Δυνατότητα μελλοντικής αξιοποίησης της on line (CLOUD) πλατφόρμας ARCGIS.COM 2 για περεταίρω διάχυση και αξιοποίηση των χαρτογραφικών υπηρεσιών / δεδομένων του έργου στην παγκόσμια ερευνητική κοινότητα 3. Τόσο οι εταιρίες που συμμετέχουν στο έργο όσο και οι Ερευνητικοί φορείς έχουν μακροχρόνια εμπειρία στην ανάπτυξη συστημάτων και εφαρμογών με τη χρήση της τεχνολογίας του ArcGIS. Αυτό, σε συνδυασμό με τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα που αναφέρθηκαν ανωτέρω είχε ως αποτέλεσμα να προκριθεί η λύση της ανάπτυξης του συστήματος στην πλατφόρμα του ArcGIS έναντι άλλων πιθανών εναλλακτικών που βασίζονταν σε άλλα εμπορικά ή ανοικτού κώδικα λογισμικά. 3.2 SQL Server Ο SQL Server 4 αποτελεί μία ολοκληρωμένη πλατφόρμα διαχείρισης και ανάλυσης δεδομένων που εξασφαλίζει ασφάλεια και υψηλή διαθεσιμότητα των δεδομένων. Ο SQL Server 2008 περιλαμβάνει τις παρακάτω συνιστώσες και εργαλεία (βλ Εικόνα 7: Εργαλεία ανάπτυξης / ολοκλήρωσης του SQL Server): Σχεσιακή βάση δεδομένων. Μία ασφαλής, αξιόπιστη, κλιμακούμενη και με υψηλή διαθεσιμότητα σχεσιακή βάση δεδομένων που προσφέρει βελτιωμένη απόδοση και υποστήριξη για δομημένα και μη δομημένα δεδομένα XML. Υπηρεσίες δημιουργίας ρέπλικας (Replication Services). Αντιγραφή δεδομένων για κατανεμημένες ή για φορητές εφαρμογές επεξεργασίας δεδομένων, μεγάλη διαθεσιμότητα των συστημάτων, κλιμακούμενη αντιστοίχιση με βοηθητικά σημεία αποθήκευσης δεδομένων και ενσωμάτωση σε ετερογενή συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των βάσεων δεδομένων της Oracle. 2 Περισσότερες πληροφορίες στο διαδικτυακό τόπο: http://www.arcgis.com 3 Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Περιβάλλοντος χρησιμοποιεί εκτεταμένα την συγκεκριμένη υπηρεσία για να παρέχει πρόσβαση σε περιβαλλοντικά δεδομένα. Έτσι υπάρχουν 26 χαρτογραφικές υπηρεσίες που διατίθενται, μεταξύ των οποίων είναι και αποτελέσματα κλιματικών μοντέλων όπως αυτά που και το παρών έργο αποσκοπεί να διαθέσει. Πηγή: http://www.arcgis.com/home/search.html?t=content&q=tags%3aeuropean%20environment%20age ncy&focus=maps 4 Περισσότερες πληροφορίες στο διαδικτυακό τόπο: http://www.microsoft.com/sqlserver/en/us/product info.aspx Version 4 Σελ. 21
Υπηρεσίες ειδοποίησης (Notification services). Προηγμένες δυνατότητες ειδοποίησης για την ανάπτυξη και εφαρμογή κλιμακούμενων εφαρμογών που προσφέρουν εξατομικευμένες και έγκαιρες ενημερώσεις πληροφοριών σε μία ποικιλία συνδεδεμένων και φορητών συσκευών. Υπηρεσίες Ενοποίησης / ETL (Integration services). Δυνατότητες εξαγωγής, μετατροπής και φόρτωσης (Extract, Transform, Load ETL) για αποθήκευση δεδομένων και ενοποίηση. Υπηρεσίες ανάλυσης (Analysis services). Δυνατότητες Online πολυδιάστατης αναλυτικής επεξεργασίας (OLAP) και εξαγωγής δεδομένων (Data Mining) για άμεσες και σύνθετες αναλύσεις μεγάλων και πολύπλοκων βάσεων δεδομένων με χρήση της πολυδιάστατης αποθήκευσης. Υπηρεσίες αναφορών (Reporting services). Μια ολοκληρωμένη λύση για τη δημιουργία, διαχείριση και παράδοση παραδοσιακών έντυπων αναφορών αλλά και διαδραστικών αναφορών βασισμένων στο Web. Εργαλεία διαχείρισης. Ο SQL Server προσφέρει ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον για πρόσβαση, ρύθμιση και διαχείριση όλων των στοιχείων του SQL Server. Εργαλεία προγραμματισμού. Ο SQL Server 2008 προσφέρει απόλυτη συνεργασία με το Microsoft Visual Studio 2008. Με αυτό τον τρόπο οι ομάδες προγραμματιστών, οι οποίες δημιουργούν εφαρμογές δεδομένων, έχουν στη διάθεσή τους μία πλατφόρμα που επιτρέπει την πιο παραγωγική και συνεργατική δημιουργία αξιόπιστων και αξιόλογων λύσεων. Κάθε βασικό στοιχείο του SQL Server συνοδεύεται από το δικό του μοντέλο αντικειμένου και το δικό του σύνολο API για την επέκταση του συστήματος δεδομένων προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, ικανοποιώντας κάθε ξεχωριστή απαίτηση. Version 4 Σελ. 22
Εικόνα 7: Εργαλεία ανάπτυξης / ολοκλήρωσης του SQL Server Η επιλογή του SQL Server ως βάση δεδομένων του συστήματος οφείλεται αφενός στις δυνατότητες που αυτός προσφέρει αλλά και αφετέρου στη καλή γνώση του από τους εμπλεκόμενους φορείς και κατά συνέπεια στην καλύτερη δυνατότητα ανάπτυξης αλλά και υποστήριξης του συστήματος. Version 4 Σελ. 23
4. Μη λειτουργικές προδιαγραφές Οι βασικές μη λειτουργικές προδιαγραφές που λαμβάνονται υπόψη για το σχεδιασμό του συστήματος αφορούν: Ευκολία στη χρήση Παραμετροποίηση Ασφάλεια Επεκτασιμότητα Web based Πολυγλωσικότητα Το σύστημα θα παρέχει ευκολία στη χρήση με οικείες οθόνες με την ίδια χρηστικότητα. Όλες οι οθόνες θα έχουν παρόμοιες λειτουργίες οι οποίες θα ακολουθούν τη φιλοσοφία του περιβάλλοντος των Windows (εικονίδια, δομή, κουμπιά, πλοήγηση). Όλα τα μενού και οι επιλογές θα είναι στα Ελληνικά ή στα Αγγλικά (ανάλογα με την επιλογή του χρήστη) και θα ακολουθούν μια λειτουργικά λογική σχεδίαση. Το σύστημα θα επιδέχεται παραμετροποίηση από τους χρήστες χωρίς την παρέμβαση προγραμματιστή. Με αυτό το τρόπο θα μπορεί με εύκολο τρόπο να προσαρμόζεται σε νέα δεδομένα. Θα παρέχεται υψηλό επίπεδο ασφάλειας με πρόσβαση στο σύστημα με αυθεντικοποίηση όταν είναι απαραίτητο. Η είσοδος θα πραγματοποιείται με συνδυασμό username και password. Η ασφάλεια θα καθορίζεται από ρόλους χρηστών οι οποίοι θα παρέχουν διαφορετικά επίπεδα πρόσβασης στο σύστημα ανάλογα με τα δικαιώματα που θα έχουν προκαθοριστεί. Μελλοντικές επεκτάσεις, αντικαταστάσεις, ενσωματώσεις, αναβαθμίσεις ή αλλαγές διακριτών τμημάτων θα μπορούν να καλυφθούν στο μέλλον μέσω νέων modules. Version 4 Σελ. 24