INTERNETOWY SYSTEM UDOSTPNIANIA OBRAZÓW I PRODUKTÓW FOTOGRAMETRYCZNYCH

Transkrypt

1 fotogrametria, internetowe udostpnianie obrazów, geoinformatyka, systemy informacji przestrzennej Michał ŁUCZYCKI 1 Marek MOSZYSKI 2 Jakub SZULWIC 3 INTERNETOWY SYSTEM UDOSTPNIANIA OBRAZÓW I PRODUKTÓW FOTOGRAMETRYCZNYCH Artykuł powicony jest realizacji projektu informatycznego, majcego na celu budow internetowego systemu udostpniania obrazów fotogrametrycznych. Autorzy przedstawili w nim wstpne załoenia, jakie zostały przyjte w czasie planowania oraz projektowania. W publikacji mona znale informacje na temat budowy oprogramowania, jak równie jego sposobu jego działania oraz udostpnionej funkcjonalnoci. Przedstawione zostały równie moliwe kierunki dalszego rozwoju systemu. 1. ZARYS PROBLEMU Udostpnianie w Internecie danych kartograficznych w tym przede wszystkim zdj i pochodnych produktów fotogrametrycznych (ortofotomapa, numeryczny model terenu, dane wektorowe) mimo istnienia licznych technologii prezentacji danych graficznych w sieci internetowej niezmiennie wie si z problemem zachowania potencjału kartograficznego i interpretacyjnego oraz ograniczenia ciaru bajtowego przesyłania danych. Równoczenie w Polsce istnieje zauwaalny problem braku zintegrowanej bazy danych kartograficznych udostpnionej uytkownikom masowym. Na przeszkodzie w niewielkim stopniu stoi technologia; wiksze znaczenie maj tu ograniczenia prawne, które skutkuj ograniczeniem dostpu do zasobu kartograficznego dla szerszego grona uytkowników. 1 Politechnika Gdaska, Wydział Elektroniki i Informatyki 2 Politechnika Gdaska, Wydział Elektroniki i Informatyki, Katedra Systemów Geoinformatycznych 3 Politechnika Gdaska, Wydział Inynierii Ldowej i rodowiska, Katedra Geodezji 239

2 Na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki (WETiI) Politechniki Gdaskiej (PG) w pierwszym półroczu 2005 roku uruchomiony został internetowy system udostpniania obrazów i produktów fotogrametrycznych (ISUOiPF), bdcy obecnie na etapie poprzedzajcym wdroenie. Realizacja projektu ma szczególne znaczenie dla rozwoju geodezji w kontekcie geoinformatyki poprzez zwizanie wokół zadania specjalistów z dwóch współczenie wspierajcych si dziedzin informatyki i geodezji. Zauwaalny stał si równie wpływ projektu na proces dydaktyczny na kierunku informatyka poprzez rozszerzenie umiejtnoci studentów o prac w zespole pracujcym przy projekcie koczcym si właciwym wdroeniem, a równoczenie dotykajcym nowych tematycznie zagadnie z dziedziny fotogrametrii i kartografii. Grup projektow tworzyli studenci WETiI PG. Opiekunem został dr in. Marek Moszyski z Katedry Systemów Geoinformatycznych WETiI PG. Głównym projektantem systemu i głównym programist był Michał Łuczycki. Drugim projektantem i testerem był Robert Maciaszczyk. Drugim programist został Szymon Geliski, a drugim testerem Michał Szóstakowski. Cały projekt powstawał we współpracy z drem in. Jakubem Szulwicem z Katedry Geodezji PG. Celem projektu była budowa ogólnodostpnego systemu wyszukiwania, prezentowania, wstpnego obrabiania i sprzedawania danych fotogrametrycznych bdcych w dyspozycji zleceniodawcy firmy geodezyjnej. Do zarchiwizowania tak znacznej iloci danych, w postaci zdj lotniczych, scen satelitarnych, produktów pochodnych i odpowiadajcych im opisów, oraz informacji dodatkowych, potrzebna jest szybka i wydajna baza danych, umoliwiajca wygodne przeszukiwanie zasobów, bezpieczne ich przechowywanie oraz rozpowszechnienie take komercyjne i w pełni kontrolowane [1] [2] [5]. Z tej potrzeby jasno wynika potrzeba stworzenia spójnego systemu, oferujcego klientowi uytkownikowi masowemu [4] łatwy i szybki dostp do bazy danych, w której mógłby wyszuka, obejrze i ostatecznie zakupi produkt fotogrametryczny. Równie istotnym, bodcem do stworzenia oprogramowania tego typu s priorytety ustalone przez Głównego Geodet Kraju w zakresie udostpniania zasobu kartograficznego, a zwizane z dyrektywami UE (projekt INSPIRE) i polskim prawem (Ustawa o informatyzacji, Dz.U nr 64 poz. 565, Prawo geodezyjne i kartograficzne, Dz.U nr 30 poz. 163 i kolejne oraz obecnie prowadzona jego modernizacja). Wraz z postpem technologicznym zdjcia satelitarne s coraz czciej wykorzystywane w wielu branach, co oznacza to, e łatwo pozyskiwania zdj jest nie tyle kwesti wygody, co koniecznoci. Ze wzgldu na wymagania zwizane ze zrónicowan grup odbiorców, naleało stworzy oprogramowanie funkcjonalnie zblione do istniejcych i szeroko rozpowszechnionych rozwiza. W pewnym uproszczeniu mona powiedzie, e zespołowi programistów chodziło o utworzenie systemu przypominajcego znane i popularne sklepy internetowe, w którym sprzedawanym towarem byłyby dane fotogrametryczne, z uwzgldnieniem obowizujcego prawa i wiedzy geodezyjnej. Aby sprosta takim wymaganiom, naleało spełni pewne załoenia projektowe. 240

3 2. ZAŁOENIA PROJEKTOWE W trakcie prac projektowych istotnym załoeniem była oczekiwana powszechna dostpno ISUOiPF. Oznacza to, e powinien by osigalny z dowolnego miejsca na wiecie, przy uyciu dowolnego systemu operacyjnego z dowoln aplikacj, umoliwiajc przegldanie stron internetowych (domylnie: przegldarka graficzna). [4]. Kolejnym załoeniem było stworzenie intuicyjnego i przyjaznego uytkownikowi rodowiska. Wyszukiwanie zdj musi wiza si z poruszaniem w uporzdkowanym i przejrzystym rodowisku, zarówno pod wzgldem merytorycznym, jak i czysto estetycznym. System kierowany jest do klienta, który nie musi posiada rozległej wiedzy z zakresu geodezji, oprogramowania systemów komputerowych, baz danych itp. Cało opiera si na zasadzie, e typowy uytkownik nie musi zapoznawa si z dokumentacj techniczn przed przystpieniem do pracy, obsługa powinna by moliwie prosta, a interfejs estetyczny, i przede wszystkim uyteczny bez wzgldu na to, jak bardzo skomplikowany bdzie zasób danych wymagany przez klienta. Rys. 1. Piramida zdj Fig. 1. The pyramid of pictures Rys. 2. Dodawanie scen satelitarnych Fig. 2. Addition satellites scenes System został tak zaprojektowany, by korzystał z dwóch głównych szeroko rozpowszechnionych i sprawdzonych technologii: z jzyka PHP w wersji 4.3 oraz bazy danych MySQL w wersji 3.23 lub nowszej. W załoeniu system powinien działa pod kontrol platformy Unix/Linux, jednake wstpne testy oraz implementacja zostały zrealizowane w rodowisku systemu operacyjnego MS Windows XP Professional. Takie rozwizanie bdzie stanowiło o wysokiej przenonoci produktu [3], na czym szczególnie zaleało zespołowi projektowemu. Dodatkowo aplikacja wykorzysta program ImageMagick, który take moe działa pod kontrol obu systemów. Zachowanie przenonoci na wszystkich etapach działania programu daje pewno, e klient, jak i przyszły administrator, bd w stanie płynnie przej na korzystanie z omawianego programu bez koniecznoci wprowadzania praktycznie jakichkolwiek zmian w swoim systemie, jak i zmiany przyzwyczaje. [4] 241

4 3. UYTKOWNICY ISUOiPF był projektowany dla jednej z firm zajmujcych si rozpowszechnianiem danych fotogrametrycznych. Konieczne było wic wprowadzenie sprawnego systemu autoryzacji uytkowników korzystajcych z systemu. Wykorzystujc sprawdzony schemat sklepu internetowego oraz typowych, niepublicznych baz danych, zastosowano do oczywiste i proste rozwizanie: utworzono dwie grupy uytkowników, rónicych si uprzywilejowaniem. Uytkownik zarejestrowany, to osoba posiadajca konto uytkownika serwisu. Konto takie musi zosta autoryzowane przez administratora serwisu i dopiero po autoryzacji jest aktywne. Uytkownik zarejestrowany moe przeglda jedynie dane zebrane w bazie systemu, do których administrator udzielił mu praw. Taki uytkownik moe równie złoy zamówienie na kupno pewnych danych geoinformatycznych. Zakłada si, e zdecydowana wikszo uytkowników programu bdzie posiadała uprawnienia uytkownika zarejestrowanego, gdy w zupełnoci wystarczaj one do pracy w programie, jednoczenie nie tworzc niepotrzebnego ryzyka (niecelowego i celowego) uszkodzenia bazy zasobów. Administratorem systemu bdzie zarejestrowany uytkownik serwisu, posiadajcy dostp do wszystkich ustawie i zasobów ISUOiPF. Poza posiadaniem moliwoci przegldania zasobów systemu, bdzie zarzdzał kontami uytkowników. Ponadto zajmie si obsług zamówie, jak równie uzupełnianiem serwisu o nowe dane. Ze wzgldów oczywistych, liczba administratorów powinna by moliwie najmniejsza, w zalenoci od rozmiarów bazy danych i liczby uytkowników. Powysze załoenia kreuj przejrzysty schemat zarzdzania istniejcymi danymi, dodawania nowych danych oraz wykorzystywania programu. 4. KONSTRUKCJA SYSTEMU W ISUOiPF mona wydzieli pi zasadniczych modułów. Podstawowym z nich jest moduł klienta i jest to jedyny element działajcy po stronie odbiorcy i wymagajcy jego interakcji. Pozostałe, czyli moduł wprowadzania danych rastrowych, moduł bazy danych, moduł przetwarzania danych rastrowych oraz moduł wymiany informacji z baz danych s wywoływane przez moduł klienta i wykonywane po stronie serwera, w sposób nie absorbujcy uwagi uytkownika i nie potrzebujcy adnych dodatkowych operacji z jego strony, poza daniem wysłanym z tego modułu. Moduł klienta. Jest to program działajcy na komputerze klienta. Z załoenia jest on niezaleny od wersji i producenta oprogramowania oraz rodowiska systemu operacyjnego po stronie klienta. Wymagana jest wyłcznie internetowa przegldarka graficzna z implementacj technologii JavaScript oraz obiektów osadzonych, takich 242

5 jak aplety Java. Wikszo współczesnych graficznych przegldarek spełnia zakładane wymagania, wic taka konstrukcja modułu klienta zapewnia moliwo bardzo szerokiego stosowania programu. Moduł wprowadzania danych rastrowych. Ta cz systemu jest odpowiedzialna za przygotowanie danych, które trafi do bazy. Moduł ten jest czci systemu, który wymaga zdecydowanie najwikszej mocy obliczeniowej oraz czasu procesora, ale jest on uywany stosunkowo rzadko. Potrzeba wykonywania operacji istnieje jedynie podczas wprowadzania nowych danych lub aktualizacji bazy. Jego zadanie polega na przyjciu od administratora zdj, nastpnie utworzeniu piramid obrazów w postaci zdj o mniejszych wymiarach i w rónych skalach terenowej rozdzielczoci piksela (GSD, ang. Ground Sampling Distance). Rys. 3. Schemat modułowy systemu Fig. 3. The module diagram of system Moduł bazy danych. Ten moduł odpowiada za przechowywanie wprowadzonych do systemu danych rastrowych (scen satelitarnych i ich piramid). Ta cz systemu musi by zabezpieczona w taki sposób, aby osoby nieuprawnione nie miały dostpu do danych. Dlatego zastosowano rozwizanie oparte na MySQL. Ze wzgldu na fakt, i zdjcia zajmuj bardzo znaczn przestrze pamici masowej, a zdjcia satelitarne s jednymi z najwikszych istniejcych plików rastrowych, ten fragment systemu wymaga zdecydowanie najwikszej przestrzeni dyskowej. Z ow baz bdzie si komunikował moduł PHP moduł przetwarzania danych rastrowych. Jest on odpowiedzialny za obróbk i przedstawianie danych, które zawarte s ju w bazie. Jednym z głównych zada tego podsystemu jest scalanie fragmentów scen satelitarnych oraz przedstawianie ich uytkownikowi kocowemu klientowi. Moduł wymiany informacji z baz danych. Moduł ten współpracuje z baza danych MySQL i przekazuje jej dania, otrzymane od uytkownika. Jego zadaniem jest sprawna i kompleksowa komunikacja bazy danych z całoci ISUOiPF. 243

6 5. OBSŁUGA Niezalenie od jakoci oprogramowania, optymalizacji kodu, zastosowania nowatorskich rozwiza, przenonoci itp. włanie interfejs, czyli to widzi uytkownik kocowy, niejednokrotnie decyduje o uytecznoci i popularnoci danego programu. Z tego powodu, znaczny nacisk połoono na wykonanie i przetestowanie interfejsu programu. Podstawowym załoeniem była estetyka i łatwo obsługi przy zachowaniu pełnej funkcjonalnoci. Ekran serwisu składa si z piciu podstawowych elementów. Pierwszy z nich to nagłówek zawierajcy logo serwisu, informacje na temat pozycji w serwisie itp. Nastpnym elementem jest belka nawigacyjna, dziki której bdzie mona sprawnie i szybko porusza si po serwisie. Kolejny element to menu kontekstowe, zalene od tego, co bdzie si znajdowało w oknie głównym serwisu. Wykorzystanie menu kontekstowego sprowadza konieczno znajomoci moliwoci programu do absolutnego minimum (jeeli jaka opcja jest niedostpna, to po prostu nie ma moliwoci jej wywołania). Ostatnim elementem jest stopka strony, w której znajduj si informacj na temat aktualnoci danych, praw autorskich itp. Okno główne serwisu zawiera wektorow map Polski. Po wybraniu dowolnego województwa na mapie wektorowej, w menu kontekstowym, pojawiaj si informacje o danych zgromadzonych dla danego obszaru, a zamiast mapy Polski wizualizowana jest mapa rastrowa. Kad tak map mona trzykrotnie powikszy, aby uzyska uszczegółowienie obszaru, dziki czemu uytkownik moe znale oczekiwany zasób rastrowy. Naturalnie jako pokazanego na tym etapie zdjcia znacznie odbiega od jakoci finalnego obrazu i jest jedynie pewnym przyblieniem, umoliwiajcym zorientowanie si w dokonaniu właciwego wyboru. W menu kontekstowym, cały czas pokazywane s dostpne dla danego obszaru sceny satelitarne, aby łatwo mona było przemieci si do obszarów ssiednich. Rys. 4. Dostpne sceny satelitarne Fig. 4. Available satellites scenes Rys. 5. Wybór obszaru Fig. 5. Area choice 244

7 Uytkownik, korzystajcy z ISUOiPF ma moliwo obejrzenia i przeanalizowania scen satelitarnych, dziki opcji trzykrotnego powikszenia. Zaimplementowanie dalszego powikszania obrazu byłoby technicznie wykonalne, jednake prezentowana wizualizacja ma słuy jedynie do wykonania wyboru zamówienia zdjcia właciwego obszaru, a nie do jakichkolwiek innych celów. Gdy klient znajdzie obraz, który go interesuje, moe przej do trybu składania zamówie. W tym trybie uytkownik zaznacza obszar poprzez ograniczenie wieloktem. Metoda edycji obszaru zamówienia jest bardzo uproszczona i nie wymaga podawania jakichkolwiek współrzdnych. Klikajc lewym klawiszem myszy na wybrane miejsce stawiamy punkt, a po otrzymaniu minimum trzech punków system automatycznie zaznacza obszar zawarty midzy nimi jako finalny wybór obszaru. Kada z pozycji moe zosta w kadej chwili przemieszczona lub usunita. Dziki temu moemy bardzo łatwo wybra interesujcy nas obszar w sposób wizualny i intuicyjny. Tak przygotowana informacja trafia do administratora systemu, który moe zrealizowa zlecenie i przekaza zamówiony fragment obrazu klientowi. Jako efekt kocowy klient otrzymuje zdjcie, zawierajce jedynie ten obszar, który został przez niego zaznaczony, oczywicie ju w maksymalnej moliwej jakoci. 6. KIERUNKI DALSZYCH PRAC Aktualnie zakoczone s zasadnicze prace zwizane z budow systemu, a cały projekt wszedł w faz testów. Prowadzone s prace nad sprawdzeniem funkcjonalnoci produktu, jak równie jego wydajnoci. Równolegle realizowane s testy tak od strony technicznej, jak i od strony uytkowej, zwizanej głównie z modułem klienta i jego funkcjonowaniem w rónych rodowiskach oraz na rónych przegldarkach internetowych. Niezalenie od testów, przeprowadzanych przez zespół programistów, o współprac poproszono osoby nie zwizane wczeniej z projektem, aby zapewni wiee spojrzenie i opinie ludzi bdcych potencjalnymi przyszłymi odbiorcami programu studentów PG. Nawet po zatwierdzeniu oraz poprawieniu wszelkich ewentualnych usterek, nie bdzie to koniec prac zwizanych z projektem. Zespół twórców ma dalsze plany zwizane z rozwiniciem ISUOiPF. Jednym z planowanych jest moduł, który bdzie słuył do analiz teledetekcyjnych. Drugim jest moduł wspomagajcy wektoryzacj danych rastrowych. 7. PODSUMOWANIE Uruchamiany projekt informatyczny pokazuje, e moliwe jest zbudowanie stabilnego i bezpiecznego internetowego systemu udostpniania zdj 245

8 fotogrametrycznych, który działałby sprawnie na du skal w rozproszonym rodowisku. System ten moe by uyty do profesjonalnych opracowa zwizanych z dowolnymi obrazami rastrowymi, w tym niewtpliwie do prac z wysokorozdzielczymi obrazami satelitarnymi, nie wymagajc jednoczenie profesjonalnej obsługi. Nie do pominicia jest równie fakt, e do pracy w systemie od strony klienta nie jest wymagany nowoczesny i kosztowny sprzt komputerowy, zdolny do szybkiego przetwarzania wielkoformatowych obrazów, a jedynie komputer klasy PC, z dowolnym systemem operacyjnym wspierajcym graficzn przegldark internetow. Prezentowan wersj programu, pomimo i w pełni sprawn i uyteczn, naley traktowa jako etap wyjciowy do moliwego rozbudowania o wspomniane moduły, jak i o funkcje bdce obecnie w fazie koncepcyjnej. Przyszło tego typu oprogramowania zaley wyłcznie od zapotrzebowania i popularnoci, gdy moliwoci techniczne do rozwijania projektu istniej i s sukcesywnie wykorzystywane przez zespół. LITERATURA [1] COULOURIUS G., DOLLIMORE J., KONDBERG T., Systemy rozproszone, WNT Warszawa, 1998 [2] CYGANEK B., Komputerowe przetwarzanie obrazów trójwymiarowych, AOW EXIT, Warszawa, 2002 [3] ECKEL B., Thinking in Java, Helion, 2001 [4] JANOWSKI A., Dobór optymalnych narzdzi informatycznych przy konstruowaniu aplikacji SIP przeznaczonych dla odbiorcy masowego, UWM Olsztyn, 2003 [5] SZULWIC J., Koncepcja technologii przetwarzania i analizy geoinformacyjnej zdj fotogrametrycznych w rozwizaniach internetowych, UWM Olsztyn, 2003 PHOTOGRAMETRIC PICTURES AND PRODUCTS INTERNET SHARING SYSTEM The following article concerns the execution of informatics project, aiming at building the internet system of accessing photogrammetric images. The authors have presented the preliminary assumptions made during planning and designing the system. The publication also contains information on the software construction as well as its way of operation an accessed functionality. The further possible directions of developing the system have also been presented. Artykuł opiniował prof. dr hab. in. Zbigniew Piasek 246