SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA WEBOVÉ SLUŽBY PODĽA ŠPECIFIKÁCIÍ OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA WEBOVÉ SLUŽBY PODĽA ŠPECIFIKÁCIÍ OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM BAKALÁRSKA PRÁCA SVF Michal Horňák

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE FAKULTA STAVEBNÁ WEBOVÉ SLUŽBY PODĽA ŠPECIFIKÁCIÍ OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM BAKALÁRSKA PRÁCA SVF Študijný program: geodézia a kartografia Číslo a názov študijného odboru: geodézia a kartografia Školiace pracovisko: Katedra geodetických základov Vedúci záverečnej práce/školiteľ: Ing. Dušan Cibulka Bratisava 2010 Michal Horňák

3 Slovenská technická univerzita v Bratislave Stavebná fakulta Katedra geodetických základov 2009/2010 Evidenčné číslo: SvF ZADANIE BAKALÁRSKEJ PRÁCE Študent: Michal Horňák ID študenta: Študijný program: geodézia a kartografia Študijný odbor: geodézia a kartografia Vedúci práce: Ing. Dušan Cibulka Názov témy: Webové služby podľa špecifikácií Open Geospatial Consortium Rozsah práce: strán Špecifikácia zadania: - Štúdium problematiky webových služieb. - Popísanie vybraných služieb podľa špecifikácií OGC. - Realizácia vybranej popísanej webovej služby a otestovanie jej funkčnosti. Zoznam odbornej literatúry: CIBULKA, D. Využitie Webových služieb na publikovanie geodát. In Juniorstav 2009 : 11.Odborná konference doktorského studia.brno, Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2009, s ISBN CHARVÁT, K., KOCÁB, M., KONEČNÝ, M., KUBÍČEK, P. Geografická data v informační společnosti. Zdiby : VÚGTK, v.v.i str. ISBN OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. OGC Standards. [online]. Dostupné na: WORLD WIDE WEB CONSORTIUM. Web Services Architecture. [online]. Dostupné na:

4

5

6

7 Prehlásenie Čestne prehlasujem, že som záverečnú prácu bakalárskeho štúdia vypracoval samostatne pod vedením vedúceho bakalárskej práce na základe získaných vedomostí a preštudovanej literatúry a ďalších informačných zdrojov. V Bratislave dňa:. Michal Horňák

8 Abstrakt Cieľom tejto práce je priblíženie tematiky webových služieb v geografických informačných systémoch. Obsahom sú základné poznatky fungovania a princípov webových služieb, opis štandardov, ktoré vytvára a poskytuje Konzorcium Open Geospatial a primárne zameranie sa na webovú mapovú službu (WMS). Práca sa daľej venuje a vysvetľuje problém neinteroperability mapových služieb a jeho riešenia a predstavuje klientov, pomocou ktorých je možná samotná práca s WMS. Výsledkom je tvorba WMS v softvéri Geoserver, ktorá bola následne otestovaná softvérmi ArcGIS, QuantumGIS, udig a gvsig. Výsledky poukazujú na to, že zjednotenie a pokrok vo vývoji mapových služieb pokračuje. Vytvorená WMS fungovala v každom softvéri a poskytovala testovanú funkcionalitu až na malý problém s kódovaním diakritiky, ktorý sa vyskytol v programoch ArcGIS a udig. Kľúčové slová: webové služby, Open Geospatial Consortium, webová mapová služba, interoperabilita

9 Abstract The aim of this work is to approach themes of web services in geographic information systems. It includes the basic knowledge and principles of operation of Web services, description of standards, which creates and provides Open Geospatial Consortium and the primary focus on Web map services (WMS). The thesis further explains the problem of non-interoperability in mapping services and solution to that problem. Then it focuses on clients, by which alone it is possible to work with WMS. The result is the creation of WMS in Geoserver software which was then tested in ArcGIS, QuantumGIS, udig and gvsig software. The results show that the unification and progress in the development of map services continues. Designed WMS worked in all software and provided full functionality with the exception of small problem with the encoding of diacritics, which occurs in ArcGIS and udig. Keywords: web services, Open Geospatial Consortium, web map service, interoperability

10 OBSAH ABSTRAKT... 4 ABSTRACT... 5 ZOZNAM PRÍLOH... 8 ZOZNAM POUŽITÝCH SKRATIEK... 9 ÚVOD WEBOVÉ SLUŽBY ÚVOD DO WEBOVÝCH SLUŽIEB VÝHODY WEBOVÝCH SLUŽIEB TECHNOLÓGIE WEBOVÝCH SLUŽIEB KONZORCIUM OPEN GEOSPATIAL KONZORCIUM OGC ŠTANDARDY WEB FUTURE SERVICE WEB COVERAGE SERVICE WEB PROCESSING SERVICE WEB CATALOGUE SERVICE WEB MAP SERVICE Styled Layer Descriptor Rozhrania WMS Požiadavka GetCapabilities Požiadavka GetMap Požiadavka GetFeatureInfo INTEROPERABILITA WMS PROBLÉM NEINTEROPERABILITY RIEŠENIE PROBLÉMU ZHRNUTIE KLIENTI WEBOVÝCH MAPOVÝCH SLUŽIEB TYPY KLIENTOV JEDNODUCHÝ LINK HTML FORMA SERVLET JAVASERVER PAGES APPLET FUNKCIONALITA KLIENTOV... 27

11 Dynamický obsah Približovanie a pohyb PREHĽAD KLIENTOV PRAKTICKÁ ČASŤ GEOSERVER TESTOVANIE ArcGIS QuantumGIS udig gvsig URL link ZÁVEREČNÉ ZHRNUTIE ZÁVER ZOZNAM POUŽITEJ LIETRATÚRY... 35

12 Zoznam príloh Príloha č.1 Ukážky z programu Geoserver Príloha č.2 Ukážky z testovania programov QuantumGIS, udig a gvsig Príloha č.3 Ukážky z testovania URL linku

13 Zoznam použitých skratiek CSW GeoXA CML GIF GML GUI HTTP IBM IETF IT JPEG JSP KML MIME NASA OASIS PNG SFS SGML SLD SMTP SOAP SSL SVG UDDI UDIG URI URL W3C WCS Web Catalogue Service Geospatial extensible Access Control Markup Language Graphics Interchange Format Geography Markup Language Grafické uživateľské rozhranie Hypertext transfer protocol International Business Machines Internet Engineering Task Force Information technology Joint Photographic Experts Group JavaServer Pages Keyhole Markup Language Multipurpose Internet Mail Extensions National Aeronautics and Space Administration Open Accessible Space Information System Portable Network Graphics Simple Features Standard Generalized Markup Language Styled Layer Descriptor Simple Mail Transfer Protocol Simple Object Access Protocol Secure Sockets Layer Scalable Vector Graphics Universal Description, Discovery and Integration User-Friendly Desktop Internet Uniform Resource Identifier Uniform Resource Locator World Wide Web Consortium Web Coverage Service

14 WebCGM WfMC WFS WMS WPS WSDL WWW XML Web Computer Graphics Metafile Workflow Management Coalition Web Future Service Web Map Service Webo Processing Service Web Services Description Language World Wide Web Extensible Markup Language

15 ÚVOD Dnes, keď je dominantný rýchly vývoj technológií v každej oblasti, sa tento trend nevyhol ani geografickým dátam, ktoré pomaly spejú k elektronickému poskytovaniu pomocou internetovej siete. Internet poskytuje výhody prenosu hlavne v tom, že nemá problém s rôznymi typmi dát. Keďže samotné geografické dáta sa líšia vo formátoch a majú rôzne štruktúry, jeden zo spôsobov zjednotenia, práce a publikovania týchto dát sú webové služby. Ide o aplikácie, ktorých úlohou je vzájomná komunikácia a spolupráca s cieľom vykonať požadovanú úlohu. Táto komunikácia je pritom nezávislá na platformách, operačných systémoch alebo programovacích jazykoch. Existujú určité štandardy zamerané na sprístupňovanie geografických dát, ktoré poskytuje OGC (Open Geospatial consortium). V tejto práci sa zameriam na popis týchto štandardov, na prácu s nimi a na klientov, ktorý túto prácu poskytujú.

16 1. Webové služby 1.1 Úvod do webových služieb Webové služby sa stávajú za posledné roky stále viac populárne medzi vývojármi rôznych aplikácií. Technológia webových služieb predstavuje dôležitý prvok pri komunikácií užívateľov a ich klientov. Poskytujú možnosť komunikácie a interakcie medzi dvomi aplikáciami, prostredníctvom siete. Aplikácie komunikujú medzi sebou a nie s užívateľmi. Táto komunikácia je nezávislá od platformy, operačného systému alebo programovacieho jazyka, čo je ich nesmiernou výhodou. Na obrázku 1.1 je znázornený princíp fungovania Webovej služby v porovnaní s Webovou aplikáciou. Na rozdiel od tradičných modelov klient/server, webové služby neposkytujú užívateľovi GUI (Graphic User Interface). Vývojári môžu neskôr pridať grafické rozhranie danej Webovej službe (webová stránka, program) aby ponúkli jej konkrétnu funkčnosť jednotlivým užívateľom. Webové služby dovoľujú organizáciam vzájomnú výmenu dát, bez potreby poznať IT systémy každého z nich. Webové služby sú tiež často označované ako daľším stupňom evolúcie Webu. [1] Obrázok 1.1 Štruktúra webových služieb a webovýh aplikácií

17 1.2 Výhody Webových služieb Webové služby prinášajú radu výhod do webových aplikácií: Dáta môžu byť ukladané len tam, kde vznikajú Každá organizácia udržuje len tie dáta, ktoré má vo svojej kompetencii, k ostatným má prístup cez webové služby Odpadá nutnosť off-line presunu dát ku koncovým užívateľom Dáta sú vždy aktuálne (pokiaľ sú aktualizované) Užívateľ si vyberie len také dáta a služby, ktoré potrebuje Užívateľ nie je závislí na jednej softwareovej platforme. Jednotlivé mapové servery môžu byť založené na technológiach rôznych firiem, ale vďaka štandardizovanému rozhraniu užívateľ často ani nepozná, na akom software daný server funguje. (interopereabilita) SpracovanieWebové služby môžu byť spracované na strane klienta alebo na niektorom zo serverov, ktorý ich poskytuje daľej. Tento prístup sa nazýva kaskádovanie. Oba prístupy je možné kombinovať. [2] 1.3 Technológie Webových služieb Webové služby sú postavené na rôznych technológiách, ktoré vzájomne spolupracujú spolu so vznikajúcimi štandardmi aby zabezpečili ovládateľnosť a bezpečnosť. Ide o štandardizovaný spôsob integrácie webových aplikácií s použitím XML (Extensible Markup Language), SOAP(Simple Object Access Protocol), WSDL(Web Services Description Language) a UDDI(Universal Description, Discovery and Integration). XML Je to špecifikácia vytvorená vývojármi z organizácie W3C(World Wide Web Consortium). XML je zredukovaná verzia SGML(Standard Generalized Markup Language), navrhnutá špeciálne pre Webové dokumenty. Povoľuje návrhárom vytvárať vlastné upravovateľné tagy, umožňuje definovanie prvkov, prenos, overovanie a interpretáciu dát medzi aplikáciami a medzi organizáciami.

18 SOAP Ide o zjednodušený protokol na báze XML používaný na rozkódovanie informácie požiadavky webovej služby a odpovedá na prichádzajúce správy pred tým než ich rozpošle na sieť. SOAP správy sú nezávislé od všetkých operačných systémov, alebo protokolov a sú prenášané s použitím rôznych protokolov, vrátane SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions) a HTTP(Hypertext transfer protocol). WSDL Je to jazyk na báze XML používaný na popis možností Webovej služby, ktorá je kolekciou komunikačných uzlov schopných vzájomnej výmeny správ. WSDL je integrálnou súčasťou UDDI(Universal Description, Discovery and Integration), celosvetového obchodného registra na báze XML. WSDL je jazyk, ktorý používa UDDI. WSDL bol vytvorený v spolupráci Microsoftu a IBM(International Business Machines). UDDI Skratka pre Universal Description, Discovery and Integration. Je to distribuaovaný adresár na webovej báze, ktorý umožňuje obchodníkom zaregistrovať sa na Internete a objaviť ostatných, podobne ako u klasických zlatých stránok. XML sa používa ako formát na výmenu dát, SOAP na prenos XML súborov, WSDL popíše služby, ktoré sú dostupné a UDDI zaznamenáva dostupné služby. Web 2.0 WWW (World Wide Web) dneška, tiež inak nazývaný Web 1.0 prechádza premenou na plne transformovanú počítačovú platformu slúžiacu webovým aplikáciam. Termín ktorý označuje WWW ako novú platformu je Web 2.0, kde tento termín odkazuje na daľšiu verziu WWW. Rozdiel medzi Web 1.0 a Web 2.0 je definovaný práve použitím webových služieb. [1]

19 2. Konzorcium Open Geospatial 2.1 Konzorcium OGC (Open Geospatial Consortium) je medzinárodné dobrovoľnícke konzorcium, ktoré vzniklo v roku V OGC je viac ako 370 komerčných, vládnych, bezprofitových a výskumných organizácií z celého sveta spolupracujúc na procese, tvorbe a implementácií štandardov z oblasti týkajúcej sa geografie a priestoru a spracovaní a šírení dát z GISu(Geographic Information system). OGC má úzku spoluprácu s ISO/TC 211 (International Organization for Standardization ) a taktiež spolupracuje s organizáciami ako W3C, OASIS(Open Accessible Space Information System), WfMC(Workflow Management Coalition), a IETF(Internet Engineering Task Force). 2.2 OGC Štandardy Väčšina štandardov OGC závisí od celkovej architektúry zachytenej v zbierke dokumentov kolektívne nazvaných Abstract Specification, ktoré opisujú základný model reprezentácie geografických aspektov. Neustále sa vyvjajú nové špecifikácie, alebo štandardy, ktoré slúžia na špecifické účely pre vzájomnú komunikáciu priestorových a geografických technológií, vrátane GIS-u. Základ OGC obsahuje viac ako 30 štandardov vrátane: OGC Reference Model kompletný set referenčných modelov WMS Web Map Service poskytuje obrázky máp WFS Web Future Služba získavanie a modifikácia prvkov WCS Web Coverage Service - zabezpečuje pokrytie objektov zo špecifických regiónov WPS Web Processing Service - služba na vzdialené spracovanie dát WCS Web Catalogue Service - prístup ku katalógovým informáciam(metadátam) SFS Jednoduché prvky - SQL GML - Geography Markup Language - XML-formát pre geografické informácie SLD - Styled Layer Descriptor popis vzhľadu mapových vrstiev

20 KML - Keyhole Markup Language: jazyk na báze XML slúžiaci na vyjadrenie geografickej informácie a vizualizácie na existujúcej dvojdimenzionálnej webovej mape alebo trojdimenzionálnych prehliadačoch Zeme. GeoXACML - Geospatial extensible Access Control Markup Language Dizajn štandardov bol pôvodne budovaný na webových službách využívajúcich HTTP. Pracuje sa ale na prístupe pre protokol SOAP a spojenia s WSDL. Na obrázku 2.1 sú zobrazené vzťahy medzi klientmi/servermi a OGC protokolmi.[3] Obrázok 2.1. Vzťahy medzi klientmi/servermi a OGC protokolmi 2.3 Web Future Service Webová Prvková Služba alebo WFS je služba postavená na architektúre Web klient/server. Predstavuje definíciu prístupu k priestorovým dátam a ich manipulácií s využitím HTTP. Jej hlavnou úlohou je poskytovanie a aktualizácia geografických vektorových dát. Dovoľuje klientom pracovať s dátami z rôznych WFS vo formáte GML (Geography Markup Language). Špecifikáciu tejto služby udržiava OGC. Pomocou operácií WFS môžeme vytvárať, mazať, aktualizovať, uzamykať prvky, získavať alebo dopytovať sa na geografické prvky. [4]

21 2.4 Web Coverage Service WCS je webová služba pre zdieľanie dát v prostredí internetu. Umožňuje prenášať dáta v natívnom formáte spoločne s metadátami nutnými k ich interpretácií. V súčasnej dobe je umožnený prenos rastrových dát a v budúcnosti má byť špecifikácia rozšírená aj na vektorové dáta. [5] 2.5 Web Processing Service Jej proces môže obsahovať akýkoľvek algoritmus, početný úkon, alebo model, ktorý pracuje s priestorovými dátami. Môže zisťovať napríklad rozdiel dvoch satelitných snímkou z rôznych období, alebo sumu zrážok na základe radarových dát, rovnako ako komplikované klimatické modely. Vstupné dáta môžu byť rastrové aj vektorové.[6] 2.6 Web Catalogue Service Táto služba podporuje možnosť publikácie a hľadania súborov popisných informácií (metadata) pre dáta, služby a príbuzné informačné objekty. Metadáta v katalógoch reprezentujú zdroj charakteristík, ktoré môžu byť prezentované na vyhodnotenie a daľší proces či už pre software alebo priamo pre človeka. Katalógové služby sú potrebné na podporu zisťovania a spájania registrovaných zdrojov informácií nachádzajúcich v informačnej komunite.[7] 2.7 Web Map Service Je to služba, ktorá vytvára mapy z georeferencovaných dát a poskytuje ich v rastrovom formáte. Klientom je zaslaná požiadavka prostredníctvom webového formulára, ktorú WMS spracuje a vráti mapu vo forme obrázku, prípadne iné informácie, ako napríklad popis geoprvku. Obrázkom sú interpretované geografické informácie. Mapa sama o sebe nie sú dáta. Tieto mapy sú obvykle podané v obrazovom formáte ako PNG (Portable Network Graphics), GIF (Graphics Interchange Format) alebo JPEG (Joint Photographic Experts Group), alebo príležitostne ako vektorovo orientované grafické elementy (SVG (Scalable Vector Graphics) alebo WebCGM(Web Computer Graphics Metafile)). Server so službou WMS môže obsahovať rastrové dáta, alebo vektorové dáta často uložené v databázach. Služba sa môže chovať aj ako klient, to znamená že môže vytvárať požiadavky na iné WMS, získavať z nich dáta a tým kombinovať viac máp.

22 WMS sa zameriava na tri hlavné úlohy: produkovať mapy (ako obrázky, ako sériu grafických elementov, alebo ako množinu geografických prvkov), odpovedať na základné dotazy o obsahu mapy ako napríklad hodnota prvku, poskytovať informácie ďalším programom o typoch máp, ktoré server môže doručovať.[8] Služba umožňuje ďalšie voliteľné operácie: podporu viacero kartografických zobrazení voľbu medzi viacerými preddefinovanými štýlmi (napr. vrstva má voliteľné farby ) podpora SLD [2] Styled Layer Descriptor Je to štýlovací jazyk definujúci kódovanie, ktoré rozširuje WMS v oblasti definície štýlov zobrazenia geografických objektov. SLD povoľuje WMS príjmať prvky z WFS a aplikovať informácie o štýle poskytnuté užívateľom s cieľom poskytnúť mapu. WMS klient príjme povolenie od WMS servru. Ak WMS server podporuje SLD, WMS klient povolí užívateľovi vytvoriť si vlastný štýl na vrstvách WMS. SLD je dostatočne robustný aby naplnil široký záber kartografických potrieb a dostatočne stručný na to aby bol použiteľný aj len cez HTTP. SLD WMS zahŕňa nasledujúce prídavné operácie, ktoré nie sú možné pri základnej WMS: DescribeLayer vyžiada XML popis mapových vrstiev. Výsledok je URL(Uniform Resource Locator) WFS obsahujúci dáta a prvkové typy mien nachádzajúcich sa vo vrstve. GetLegendGraphic zahŕňa celkový mechanizmus získavania symbolov legendy, cez odkaz LegendURL služby WMS Capabilities. GetSyles používaná na získanie štýlov definovaných užívateľom. PutStyles používaná na uloženie štýlov definovaných užívateľom. [9]

23 Rozhrania WMS Spomínané tri základné úlohy WMS podporujú tri rozhrania, a to mapové rozhranie (map interface), rozhranie pre prácu s prvkami (feature information interface), rozhranie poskytovaných služieb (capabilities interface), niekedy neformálne označované aj ako GetMap, GetFeatureInfo a GetCapabilities Požiadavka GetCapabilities Je základnou a povinnou operáciou akejkoľvek webovej služby. Úlohou operácie GetCapabilities je popísanie základných informácií o službe a špecifických informácií o jednotlivých mapách. Služba vracia dokument, v ktorom sa nachádzajú informácie ako zoznam vrstiev s ich mapovým rozsahom, informácie o možných formátoch mapy, kartografické projekcie a ďalšie metaúdaje Požiadavka GetMap Plní hlavnú úlohu WMS a to je produkovanie máp. Používa sa v prípade keď chceme obdržať geoúdaje, ktoré sú uložené na serveri. Odpoveďou na túto požiadavku je obrázok mapy v rastrovom formáte. K vytvoreniu mapy je potrebné definovať parametre URI (Uniform Resource Identifier), ktoré zahŕňa požiadavka. Požadované parametre pre požiadavku GetMap zobrazuje tabuľka 2.1. Požadovaný parameter VERSION=version REQUEST=GetMap LAYERS=layer_list STYLES=style_list SRS=namespace,identifier BBOX=minx,miny,maxx,maxy WIDTH=output_width HEIGHT=output_height FORMAT=output_format Popis Požiadavka verzie Požiadavka mena Čiarkou oddelený list jednej alebo viacerých vrstiev. Čiarkou oddelený list jedného alebo viacerých štýlov. Priestorový referenčný systém(srs). Rohy oblasti v jednotkách SRS Šírka v pixeloch Výška v pixeloch Výstupný formát mapy Tabuľka 2.1 Požiadavky pre operáciu GetMap

24 Ak je požiadavka GetMap nesprávne formulovaná, alebo je požadovaná služba ktorá nie je prístupná, server vráti výnimku vo forme obrázka, alebo ako XML dokument. Čislo verzie je dôležitým faktorom v požiadavke URL. Vzťahuje sa k verzii WMS špecifikácií od ktorej klient očakáva odpoveď. Špecifikácie sú často modifikované a updatované, preto je potrebné zvoliť správnu verziu. Pokiaľ server nepodporuje požadovanú verziu je zvolená najbližšia akceptovaná verzia medzi klientom a serverom Požiadavka GetFeatureInfo Táto operácia je voliteľná. Požiadavka sa používa k identifikovaniu obsahu mapy, alebo ak chceme obdržať atribúty prvku zobrazeného na obrázku mapy z predošlej požiadavky GetMap. K dopytovaniu sa na obsah mapy sa definujú parametre URI(Uniform Resource Identifier), ktoré budú obsahovať tiež názvy dopytovaných vrstiev a súradnice X, Y miesta na mape, na ktoré sa chceme dopytovať. Operácia využíva priestorovú informáciu z predchádzajúcej požiadavky (BBOX, CRS, WIDTH, HEIGHT). [2]

25 3. Interoperabilita WMS 3.1 Problém neinteroperability Mnohé organizácie poskytujú mapové služby online už dlhé roky. Tieto systémy boli realizované na systémom vlastníckych práv. Výsledkom tejto izolovanej tvorby je nemožnosť zjednotenia a vzájomnej spolupráce jednotlivých mapových služieb. Obrázok 3.1 Neinteroperabilita WMS Obrázok 3.1 znázorňuje súčasnú situáciu neinteroperabilných webových mapových systémov. Tento diagram je dokonca ešte optimistický, keď zoberieme do úvahy výsledné mapy ako identické. V skutočnosti sú veľmi odlišné pretože jednotlivé mapové systémy neposkytujú rovnaké zobrazenia. Neschopnosť interoperability znázorňuje červený krížik. Takýmto spôsobom sú vytvárané a udržované izolované technológie, ktorých väzňom je sám užívateľ. Obrázok 3.2 ukazuje situáciu, kedy musí užívateľ spustiť tri rozdielne webové aplikácie na to aby sa dostal k požadovaným dátam. Dáta sú v tomto prípade prístupné len cez jeden server, a nie je možný prístup k dátam z iných Mapových serverov. V tomto prípade má len Web Klient 3 prístup k viac ako jednej databáze. Web Klient 3 nemá ale všetky funkcie, ktoré poskytujú Web Klient 1 a Web Klient 2.

26 Obrázok 3.2 Štruktúra neiteroperabilných webových služieb 3.2 Riešenie problému Reagujúc na tento problém OGC vytvorilo voľný prístup k webovým mapám založený na voľných rozhraniach, kódovaniach a schémach. Program Špecifikácií OGC a Program Interoperability poskytujú konsenzus na plánovanie, vývoj, zhodnotenie a oficálnu adaptáciu OpenGIS Špecifikácií pre rozhrania, kódovania a schémy, ktoré umožňujú interoperabilné služby geoprocesov, geodát a geoaplikácií. Interoperabilita týkajúca sa geoprocesov, zodpovedá schopnosti digitálnych systémov: voľne vymieňať všetky druhy priestorových informácií v spolupráci ostanými sieťmi, spustiť software schopný spracovať danú informáciu OGC rozhrania poskytujú vysoký štandard výberu, ktorý nahrádza zložité operácie v prostrediach webových máp. Zložité operácie zahŕňajú: nájdenie vzdialených serverov s dátami, vyžiadanie dát v špecificky definovanej štruktúre, inteligentné pripojenie symbolov, zmenu zobrazovacích systémov, vrátenie informácie pripravenej na zobrazenie pre klienta. A to všetko v priebehu niekoľkých sekúnd.

27 Konceptuálny obrázok 3.3 ukazuje, ako funguje prelýnanie máp interoperabilnou cestou. Obrázok 3.3 Tvorba máp prelýnaním vrstiev S interoperabilnou webovou mapovou službou má každý mapový server spoločné rozhranie, protokol správ na prijatie požiadaviek a vrátenie odpovedí. Jeden klient má prístup k potencionálne všetkým mapovým serverom a rôznym druhom dát, kde je prístup ku každému mapovému serveru realizovaný cez spoločné rozhranie. Tento koncept interoperabilných mapových systémov je znázornený na obrázku 3.4. Obrázok 3.4 Štruktúra neiteroperabilných webových služieb

28 3.3 Zhrnutie Program Interoperability zabezpečil základ aj pre mnohé iné odvetia kde okrem zobrazovania a práce s mapami, funguje tiež pri sofistikovanejších geoprocesových funkciách, službách určenia polohy, kamerovej geolokácie, Webových katalógov priestorových dát a priestorových Webových službách. Pokračovaním v tomto trende prístupu GIS dát cez OpenGIS štandardy sa priestorové dáta stanú rovnako otvorenými ako Web samotný. Užívatelia ľahko nájdu, zobrazia a skombinujú tematické mapy vybraného regiónu. [10]

29 4. Klienti webových mapových služieb 4.1 Typy klientov Typy klientov môžu byť rôzne. Medzi základné patria jednoduchý link, HTML forma, servlet, JavaServer Pages a applet. Tieto typy klientov sú charakterizované technológiou, ktorou sú tvorené a funkcionalitou, ktorú poskytujú užívateľovi. Úlohou klientov je zjednodušenie tvorby požiadavky URL, ktorá je posielaná serveru. Užívateľ by mal mať možnosť jednoducho vybrať požadované parametre a zaslať URL požiadavku bez potreby jej manuálneho zostavovania. 4.2 Jednoduchý link Verzia linku klienta WMS spočíva v: zadaní požadovanej URL požiadavky do riadku adresy prehliadača zadaní viacerých linkov službám poskytovaným na web stránke vytvorení náhľadov obrázkov v HTML stránke, ktoré sú vytvárané príslušnou žiadosťou pri jej načítaní Funkcionalita Táto metóda poskytuje minimálnu funkcionalitu, pretože môže byť pre užívateľa zložité ak je nemožné zmeniť parametre máp. URL adresa pre každú mapu je fixná pre každú web stránku, a musí byť manuálne modifikovaná, keď chceme zmenu zobrazenej mapy. 4.3 HTML Forma Táto forma je súčasťou HTML dokumentu, ktorá okrem klasického obsahu zahŕňa aj špeciálne elementy zvané ovládacie prvky. Pred odoslaním formulára na server na spracovanie, používatelia zvyčajne doplnia formulár zmenením jeho ovládacích prvkov. Obsah ovládačov upraví obsah URL, ktorá je potom poslaná serveru.

30 Užívateľ nastaví hodnoty pomocou ovládacích prvkov a pošle formu serveru kliknutím na tlačidlo s označením Get Map. Hodnoty ovládačov upravia parametre URL požiadavky GetMap. Server následne vráti mapu podľa zvolených požiadaviek. Funkcionalita nie je moc veľká pretože, užívateľ potrebuje poznať povolené parametre mapového serveru pred ich vyplnením. Ak je jeden z parametrov nesprávny, server môže vrátiť obrázok, ktorý užívateľ nežiadal. 4.4 Servlet Servlet je pomocný serverový softwareový komponent, napísaný v jazyku Java, ktorý dynamicky rozširuje funkcionalitu webového serveru. Servlety nezobrazujú grafické rozhranie, pretože pracujú v pozadí a vrátený je len výsledok ich procesu klietovi vo forme HTML. Po dokončení vzhľadu HTML stránky je kód skopírovaný do zdrojového súboru servletu. Dynamický obsah generovaný parsovaním XML dokumentnu GetCapabilities nahradil rezervované prvky. 4.5 JavaServer Pages Je to ďalšia technológia navrhnutá na vývoj webovýh aplikácií založená na technlógií servletu. Rozdiel medzi JavaServer Pages (JSP) a servletom je ten, že JSP je HTML stánka so vstavaným Java kódom v HTML tagoch, zatiaľčo servlet je Java kód, ktorý generuje webstránky. Je tu veľká možnosť modifikácie, pretože HTML kód môže byť manipulovaný priamo v dokumente bez akéhokoľvek dopadu na Java kód, ktorý je v ňom vstavaný. Veľkou výhodou JSP je možnosť pridávania daľšej funkcionality bez potreby modifikácie hlavného kódu ako pri servletoch.

31 4.6 Applet Applety sú Java programy stiahnuté webovým prehliadačom a spúšťané Java Pluginom vo webovom prehliadači. Je tu už možnosť nastavenia GUI, ktoré zabezpečuje komplexnejšie rozhrania ako tie pri HTML. Applety sa líšia od ostatných technológií tým, že všetky procesy sú vykonané cez klienta. Ovládacie prvky spúšťajú URL GetMap vytvorený na základe vstupov a obsahu. Po vykonaní sa zobrazí obrázok mapy, ktorý je získaný požiadavkou odoslanou WMS serveru použitím modifikovaného URL. Vďaka ich felxibilnému dizajnu je relatívne jednoduché pridávať nové funkcie. 4.7 Funkcionalita Klientov Dynamický obsah Dynamický obsah web stránky je definovaný ako obsah, ktorý sa mení pri každom prístupe. V prípade webmapového klienta je dynamický obsah v podobe dát, ku ktorým má klient prístup na serveri. Dynamický obsah je vytvorený štruktúrou a výberom dát prístupných na serveri. Toto je vykonané požiadavkou GetCapabilities, ktorá sa pošle serveru, ktorý následne vráti XML dokument. Klient je potom schopný parsovať XML dokument a rozhodnúť o vytvorení obsahu HTML Približovanie a pohyb Približovanie a pohyb sú základnými funkciami klientov, pretože zabezpečujú užívateľovi nastavenie obrázku podľa vlastných požiadaviek. Pri formách HTML je potrebná pomoc JavaSkriptu. JavaSkript je skriptovací jazyk, ktorý je väčšinou spojený priamo s HTML stránkami a zabezpečuje interaktivitu webovýh dokumentov. Pozície pri kliknutiach myšou sú spočiatku uložené ako pozície ukazovateľa na obrázku na jednotlivých pixeloch. Tieto sú potom konvertované do zobrazovacích systémov mapy. [11]

32 4.8 Prehľad klientov Stále väčší počet klientov podporuje WMS a WFS štandardy. K týmto klientom patria: ArcGIS obsahuje podporu štandardov OGC BeeldBlad je to Webová Mapová Sužba OGC. Klient používaný pre web stránky, písaný v jazyku Adobe Flash, čím je prístupný pre všetky druhy prehliadačov. Google Maps voľne šíriteľná javascript aplikácia, pomocou ktorej môžete prelínať jednotlivé mapy z GeoServeru na Google Maps, Virtual Earth, Yahoo! Maps a iné Geoserver je to voľne šíriteľné vývojárske prostredie na tvorbu priestorových internetových aplikácií. Podporuje WMS, WFS a WFS-T. Mymaps je voľne šíriteľný WMS klient na báze jazyku Java. NASA WorldWind je 3D prehliadač podporovaný NASA. Je to voľne šíriteľný projekt, ktorý používa všetky štandardy WMS. OpenLayers je to JavaSkriptová knižnica na zobrazovanie máp v najnovších webových prehliadačoch, bez závislosti na pomocných serveroch. Podporuje vrstvy WMS. Quantum GIS je to voľne šíriteľný Geografický Informačný systém gvsig - je GIS-ová desktopová aplikácia navrhnutá na zber, skladovanie, prácu a analýzu akýchkoľvek referencovaných geografických informácií. udig User-Friendly Desktop Internet GIS je desktopová aplikácia podporujúca WFS, WMS a WFS-T protokoly. worldkit ľahko použiteľná a flexibilná mapová aplikácia pre Web. Podporuje WMS a je konfigurovaná cez XML. [12]

33 5. PRAKTICKÁ ČASŤ 5.1 Geoserver Pre praktickú časť a testovanie problematiky som sa rozhodol používať softvér Geoserver. Geoserver je voľne šíriteľný serverový software naprogramovaný v jazyku Java, ktorý umožňuje užívateľom zdieľať a modifikovať geodáta. Vďaka iteroperabilite vie publikovať dáta z rozličných zdrojov, ktoré používajú otvorené štandardy. Geoserver je odporúčaná implemetnácia OGC, ktorá podporuje štandardy WFS, WCS a tiež kompatibilnú certifikovanú WMS. Keďže WMS je dominantnou časťou mojej práce budem sa na ňu pri testovaní orientovať aj v praktickej časti. Na začiatku sa definuje a vytvorí názov celej WMS v ktorej budeme pracovať. Zvolil som názov ZHP_WMS. Odkáže sa na ňu URL linkom, napíše sa abstrakt a uvedú sa základné kľúčové slová spojené s touto službou. Pri práci s dátami WMS má Geoserver päť základných zložiek, s pomocou ktorých pridávam, modifikujem a publikujem jednotlivé dáta. Sú to Pracovný priestor, Sklady, Vrstvy, Skupiny vrstiev a Štýly. V Pracovnom priestore som si zadefinoval jeho názov ZPH (Záverečná práca Horňák) a zadal jeho URI, ktorý naň odkazuje. V tomto vlastne vytvorenom priestore potom pracujem a vytváram v ňom ostatné zložky. Sklady sú podzložkou Pracovného priestoru a nachádzajú sa tu uložené vektorové, alebo rastrové dáta. Do skladov som si načítal mapy vo formáte shapefile, mapy z PostGIS databázy a rastrovú ortofotomapu. Vo formáte shapefile som načítal mapy vodstva, železníc a budov okresu Bratislava. Samotné mapy tohto formátu boli prevzaté z Open street maps a obsahovali celé Slovensko. Upravil som si ich aby znázorňovali len bratislavský okres pomocou softvéru QuantumGIS, kde som pomocou vrstvy hranice okresu orezal jednotlivé shapefile súbory. Z PostGIS databázy som načítal hranice okresu, cesty a obce bratislavského kraja. V rastrovom formáte je načítaný tiff súbor ortofotomapy časti Bratislavy. V tabuľke 5.1 je znázornený prehľad jednotlivých vrstiev.

34 Názov vrstvy Popis Typ Súr. systém Formát budovy budovy okresu BA polygón WGS 84 shapefile zeleznice železnice okresu BA línie WGS 84 shapefile vodstvo vodstvo okresu BA línie WGS 84 shapefile cesty komunikácie okresu BA línie WGS 84 postgisdatabase obce obce okresu BA body WGS 84 postgisdatabase okresy hranice okresu BA polygón WGS 84 postgisdatabase ortofotomapa letecká snímka časti bratislavy raster WGS 84 raster Tabuľka 5.1 Prehľad vytvorených vrstiev Vrstvy patria pod zložku Sklady. Pri tvorbe novej vrstvy si vyberiem jeden z vytvorených skladov, v ktorom sa nachádza požadovaná vrstva. Po vybratí vrstvy v dátovej časti definujem jej meno, popis, súradnicový systém v ktorom sa nachádza a priebeh ohraničenia vrstvy. V časti publikácie sa nastavujú nastavenia HTTP, WFS, formát KML a atribúty WMS. Dôležitou časťou tohto nastavenia je definícia jednotlivých štýlov vrstvy, ktorá je definovaná v SLD. Po nastavení danú vrstvu publikujem a tým ju sprístupním na prezeranie. Skupiny vrstiev zoskupujú jednotlivé označené vrstvy pod jednu menovku, kvôli prehľadnejšej orientácií a hlavne kvôli prelínaniu viacerých vrstiev, ktoré sa v tejto skupine nachádzajú. Ak prezerám WMS iným programom nemusím načítavať každú vrstvu zvlášť, ale stačí raz načítať skupinu vrstiev, kde sú uložené všetky vrstvy. Vrstvy treba ukladať v takom poradí aby sa navzájom neprekrývali. V štýloch sa definuje SLD, ktorý sa potom priraďuje jednotlivým vrstvám za účelom definície farby, hrúbky čiar, fontov, zobrazenia popisu atď. Dané vrstvy, ktoré som publikoval obsahujú aj atribúty viažuce sa k obsahom vrstvy. Cesty, obce a okresy obsahujú aj atribút názvu, ktorý nebol ale primárne zobrazený. Toto zobrazenie bolo dosiahnuté modifikáciou ich SLD dokumentu. Vytvoril som si vlastné štýly, kde som zmenil farbu vrstiev, hrúbky čiar a priradil som im zobrazenie ich názvu. Tieto štýly som potom jednotlivým vrstvám priradil v sekcii publikácie. Tabuľka 5.2 znázorňuje a popisuje vytvorené štýly.

35 Názov štýlu Vrstva Typ Obsah okresy okresy polygón zelená výplň, čierne ohraničenie raster ortofotomapa raster nastavenie opacity cesty_popis cesty línie šedá výplň, zobrazenie popisu polygon budovy polygón oranžová výplň, čierne ohraničenie line železnice línie červená výplň vody vodstvo línie modrá výplň point_popis obce body červená výplň, zobrazenie a odsadenie popisu Tabuľka 5.2 Prehľad vytvorených štýlov Po publikovaní jednotlivých vrstiev je možné ich jednoduché prezeranie pomocou funkcie Layer Preview, ktorú Geoserver obsahuje. Pokiaľ je vrstva zle naformulovaná, alebo má chybný SLD dokument, program vráti hlásenie o akú chybu ide. 5.2 Testovanie Vytvorenú a upravenú verziu WMS na ktorej som pracoval, som otestoval pomocou softvérov, ktoré poskytujú prezeranie a manipuláciu s WMS. Testovanie spočíva v kontrole načítania WMS, v správnosti zobrazenia jednotlivých vrstiev, kódovania, fungovania funkcie GetFeatureinfo na získanie atribútov vrstvy a v prevode do iných súradnicových systémov, konkrétne do S-JTSK. Testovanie prebehlo na softvéroch ArcGIS, QuantumGIS, udig a gvsig ArcGIS ArcGIS je balík produktov obsahujúci GIS-ové softvéry vyvinuté firmou ESRI. Je ako jediný z testovaných programov komerčný a je potrebné si ho riadne zakúpiť. Balík obsauje programy ArcView, ArcReader, ArcEditor a ArcInfo. WMS sa podarilo úspešne načítať a zobrazilo všetky vrstvy aj s fungujúcou funkciou GetFeatureinfo. Problém nastal iba pri kódovaní, kedy pri atribútoch zobrazilo nesprávnu diakritiku. Prevod do S-JTSK tiež fungoval.

36 QuantumGIS QuantumGIS je voľne šíriteľný GIS-ový software, ktorý okrem iného dokáže načítať ľubovoľnú WMS a následne ju prezerať. Pripojenie na WMS prebehlo v poriadku a rovnako v poriadku prebehla aj kontrola jednotlivých vrstiev, ktoré zobrazili všetko správne spolu s funkciou GetFeatureinfo. Prevod do S-JTSK je tiež možný udig Cieľom tohto programu je zabezpečiť kompletné riešenie na báze jazyku Java v prístupe k desktopovým GIS dátam, ich editovaniu a prezeraniu. Program je tiež voľne šíriteľný. Načítanie WMS sa mi hneď na začiatku nepodarilo a vyhodilo chybu týkajúcu sa neúspešného pripojenia. Zopakoval som načítanie ešte raz a to už prebehlo korektne. Testovanie prebehlo úspešne a všetko bolo zobrazené korektne s výnimkou kódovania pri názvoch atribútov, kedy namiesto diakritiky zobrazilo nečitateľné znaky gvsig stránkach. gvsig je GIS-ová desktopová aplikácia navrhnutá na zber, skladovanie, prácu a analýzu akýchkoľvek referencovaných geografických informácií. Je rovnako voľne šíriteľná. Testovanie prebehlo korektne po všetkých URL link GetMap Požadovanú mapu, ktorá sa nachádza vo vytvorenej WMS je možné načítať aj jednoduchým URL linkom pomocou funkcie GetMap. Uvádza sa v ňom verzia WMS, cesta k tejto WMS, ohraničenie, šírka, výška, súradnicový systém a nakoniec formát v ktorom chceme výslednú mapu. Daný link na výslednú mapu môže vyzerať nasledovne: p&layers=zph_bratislava&styles=&bbox=16.833,48.007,17.523,48.654&width=1012& height=980&srs=epsg:4156&format=image/png

37 GetFeatureInfo Ak chceme pomocou URL zobraziť atribúty prvku mapy, ktorú sme získali funkciou Get Map použijeme funkciu GetFeatureInfo. Okrem spoločných parametrov s GetMap sa tu pridáva zoznam dopytovaných vrstiev a počet vyžadovaných geoprvkov. FeatureInfo&EXCEPTIONS=application/vnd.ogc.se_xml&BBOX=16.833,48.007,17.523, &X=600&Y=500&INFO_FORMAT=text/html&QUERY_LAYERS=okresy&FEATU RE_COUNT=50&SRS=EPSG:4156&LAYERS=okresy&STYLES=&WIDTH=1012&HEIG HT= Záverečné zhrnutie Tabuľka 5.3 zobrazuje zhrnutie testovania WMS na jednotlivých softvéroch. Obrázky z jednotlivých obrazoviek pri testovaní sa nachádzajú v prílohách. Názov Načtanie Zobrazenie Zistenie Prevod do Kódovanie programu WMS vrstiev atribútov iných súr. sys. ArcGIS áno áno áno nie áno QuantumGIS áno áno áno áno áno udig áno áno áno nie áno gvsig áno áno áno áno áno URL link áno áno áno áno áno Tabuľka 5.3 Zhrnutie testovania WMS

38 ZÁVER Priblížil som tematiku webových služieb so zameraním na štandardy OGC. Samotné testovanie ukázalo veľmi dobrú aktuálnosť a kompatibilitu jednotlivých GIS-ových softvérov s vytvorenou WMS. Testovaná funkcionalita spĺňala správne načítanie WMS, zobrazenie jej jednotlivých vrstiev, zobrazenie atribútov vrstvy a prevod do súradnicového systému S-JTSK. Jediný problém, ktorý sa vyskytol u programov ArcGIS a udig, bolo zobrazenie diakritiky pri atribútoch vrstiev, ktoré obsahovali popis. Daný problém je ale iba v samotnom softvéri, ktorý ju správne nezobrazil, pretože diakritika vo WMS funguje a softvéry QuantumGIS a gvsig ju zobrazili správne. Výsledky tejto práce poukazujú na stálu aktualizáciu a progres v oblasti webových mapových služieb.

39 Zoznam použitej lietratúry [1] WEBOPEDIA. Web Services. [online]. [cit.12.februára 2010]. Dostupné na internete: < [2] CHARVÁT, K., KOCÁB, M., KONEČNÝ, M., KUBÍČEK, P. Geografická data v informační společnosti. Zdiby : VÚGTK, v.v.i str. ISBN [3] WIKIPEDIA. Open Geospatial Consortium.[online].[cit.20.marca 2010]. Dostupné na internete:< [4] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Web Future Service. [online]. [cit.20.marca 2010]. Dostupné na internete:< [5] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Web Coverage Service. [online]. [cit.20.marca 2010]. Dostupné na internete: < [6] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Web Processing Service. [online]. [cit.20.marca 2010].Dostupné na internete:< [7] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Web Catalogue Service. [online] [cit.26.marca 2010]. Dostupné na internete: < [8] CIBULKA, D. Využitie Webových služieb na publikovanie geodát. In Juniorstav 2009 : 11.Odborná konference doktorského studia.brno, Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2009, s ISBN [9] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Styled Layer Descriptor (SLD). [online]. [cit.28.marca 2010].Dostupné na internete: < [10] OPEN GEOSPATIAL CONSORTIUM. Web Map Server Cookbook. [online]. [cit.28.marca 2010]. Dostupné na internete: < [11] JOEL BLYTH, SEAN GEOGHEGAN AND DAMIAN O DEA, Investigating Web Map Service Client Technologies, 2004, DSTO Information Sciences Laboratory, DSTO-TN-0536 [12]GEOSERVER. Clients. [online]. [cit.24.apríla 2010]. Dostupné na internete: <

40 PRÍLOHY

41 Príloha č.1 Geoserver Zoznam vytvorených vrstiev a ich štýlov Editácia štýlov

42 Príloha č.2 Testovanie QuantumGIS gvsig

43 udig Príloha č.2

44 Príloha č.3 URL Link GetMap Getfeatureinfo