СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Описание предметной области
1.2 Роль ГИТ в муниципальных системах
1.2.1 Функциональные требования
Список использованных источников
Введение
Геоинформационные технологии (ГИТ) в последние годы стали важнейшим инструментом для создания и развития муниципальных информационных систем. Использование ГИТ позволяет эффективно обрабатывать и анализировать пространственные данные, что существенно повышает качество принятия решений на муниципальном уровне.
Муниципальные информационные системы, интегрирующие геоинформационные технологии, обеспечивают возможность создания подробных картографических баз данных, которые включают информацию о инфраструктуре, землепользовании, экологических объектах и других важных аспектах муниципальной деятельности. Это позволяет оптимизировать процессы управления территориальными ресурсами, улучшить планирование развития инфраструктуры и повысить эффективность реагирования на чрезвычайные ситуации.
Целью данной курсовой работы является изучение и анализ применения геоинформационных технологий в создании муниципальных информационных систем. В рамках работы будут рассмотрены следующие задачи:
1. Изучение теоретических основ геоинформационных технологий:
· Анализ основных концепций и инструментов ГИТ;
· Описание роли ГИТ в обработке и анализе пространственных данных.
2. Анализ существующих муниципальных информационных систем:
· Оценка текущего состояния использования ГИТ в муниципальных информационных системах;
· Выявление сильных и слабых сторон существующих систем.
3. Исследование перспектив развития ГИТ в муниципальном управлении:
· Анализ тенденций развития ГИТ и их потенциального влияния на муниципальное управление.
· Выявление возможных направлений дальнейшего развития и внедрения ГИТ в муниципальных информационных системах.
Решение этих задач позволит глубже понять роль геоинформационных технологий в создании эффективных муниципальных информационных систем и определить пути их дальнейшего развития и совершенствования.
1 Аналитическая часть
1.1 Описание предметной области
Геоинформационные технологии (ГИТ) представляют собой комплекс методов, инструментов и программных решений, направленных на сбор, хранение, обработку, анализ и визуализацию пространственных данных. В контексте муниципальных информационных систем (МИС) ГИТ используются для создания цифровых моделей территорий, управления ресурсами, планирования инфраструктуры и решения задач городского развития.
Муниципальные информационные системы — это специализированные программно-аппаратные комплексы, предназначенные для автоматизации процессов управления городским хозяйством. Их ключевая задача — обеспечение органов местного самоуправления актуальными данными для принятия обоснованных решений.
1.2 Роль ГИТ в муниципальных системах
ГИТ выступают основой для интеграции пространственных данных с другими информационными ресурсами МИС. К их основным функциям относятся:
· Картографирование и визуализация данных: создание интерактивных карт, отображающих объекты инфраструктуры, зонирование территорий, экологические зоны.
· Анализ пространственных взаимосвязей: выявление закономерностей в распределении ресурсов, оценка рисков (например, подтоплений или пожаров).
· Управление земельными ресурсами: учет земельных участков, контроль за их использованием, планирование застройки.
· Мониторинг и прогнозирование: отслеживание изменений городской среды, прогнозирование последствий градостроительных решений.
Ключевые направления применения ГИТ в МИС
· Градостроительное планирование: Использование ГИС (геоинформационных систем) для разработки генеральных планов городов, моделирования транспортных потоков, оптимизации размещения социальных объектов (школ, больниц).
· Экологический мониторинг: Анализ данных о загрязнении воздуха, воды и почвы, оценка влияния промышленных объектов на окружающую среду.
· Управление ЖКХ: Визуализация сетей водоснабжения, электросетей и теплотрасс, прогнозирование аварийных ситуаций.
· Кризисное управление: Моделирование сценариев ЧС (например, наводнений), планирование эвакуационных маршрутов.
Перспективы развития
Современные тренды включают:
· Использование искусственного интеллекта: Автоматизация анализа геоданных для прогнозирования урбанистических процессов.
· 3D-моделирование территорий: Создание цифровых двойников городов для тестирования управленческих решений.
· Открытые геоданные: Развитие платформ с открытым доступом к картографической информации для повышения прозрачности управления.
Геоинформационные технологии являются неотъемлемым компонентом современных муниципальных информационных систем. Их применение позволяет перейти от фрагментарного управления к комплексному анализу городской среды. Однако успешная реализация проектов требует преодоления технических, организационных и кадровых ограничений. Дальнейшее развитие МИС будет связано с интеграцией ГИТ, Big Data и технологий машинного обучения, что откроет новые возможности для устойчивого развития муниципальных образований.
1.2.1 Функциональные требования
Муниципальные информационные системы, интегрирующие геоинформационные технологии, должны обеспечивать комплексный набор функций для эффективного управления городской инфраструктурой и ресурсами. Система должна быть способна собирать и хранить большие объемы геопространственных данных из различных источников, таких как спутниковые снимки, аэрофотосъемка и GPS-треки. Хранение данных должно быть надежным и масштабируемым, чтобы обеспечить безопасность и доступность информации.
Обработка и анализ данных должны включать геопrocessing, который позволяет выполнять пространственные операции, такие как пересечение, объединение и буферизация. Кроме того, система должна поддерживать статистический анализ, включая регрессионный анализ и кластеризацию, для выявления закономерностей и тенденций в данных. Визуализация данных должна быть возможна в различных форматах, включая 2D и 3D интерактивные карты, что позволит пользователям лучше понимать и интерпретировать информацию.
Система должна иметь надежную систему управления пользователями и доступом, включая аутентификацию и авторизацию, чтобы обеспечить контроль над доступом к различным функциям и данным. Назначение ролей и разрешений должно быть гибким, чтобы соответствовать различным потребностям пользователей.
В области градостроительного планирования система должна обеспечивать инструменты для разработки и редактирования генеральных планов городов, а также моделирования и оптимизации транспортных потоков. Это позволит улучшить планирование развития инфраструктуры и повысить эффективность городского транспорта.
Экологический мониторинг должен включать анализ и визуализацию данных о загрязнении воздуха, воды и почвы, а также отслеживание состояния природных ресурсов, таких как леса и водоемы. Это поможет в выявлении проблемных зон и разработке стратегий по их устранению.
Управление жилищно-коммунальным хозяйством должно включать визуализацию сетей водоснабжения, электросетей и теплотрасс на карте, а также инструменты для прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций. Это позволит оперативно реагировать на возникающие проблемы и минимизировать ущерб.
Кризисное управление должно обеспечивать моделирование различных сценариев чрезвычайных ситуаций, таких как наводнения или пожары, а также планирование эвакуационных маршрутов. Это поможет в подготовке к потенциальным угрозам и минимизации последствий.
Интеграция с другими системами, такими как системы управления документооборотом и IoT-устройствами, должна быть возможна для обмена данными и сбора информации в реальном времени. Это позволит создать единую информационную среду и повысить эффективность управления.
Обеспечение безопасности данных должно включать шифрование данных при передаче и хранении, а также автоматическое создание резервных копий для предотвращения потери информации.
Пользовательский интерфейс должен быть интуитивно понятным и удобным для пользователей с разным уровнем подготовки. Доступ к системе должен быть возможен через мобильные устройства, что позволит использовать систему в полевых условиях.
2 Проектная часть
Проект разработки муниципальной информационной системы с использованием геоинформационных технологий обусловлен необходимостью повышения эффективности управления городской инфраструктурой и ресурсами. Система должна обеспечить комплексный анализ и визуализацию пространственных данных для принятия обоснованных решений в области градостроительства, экологического мониторинга, управления ЖКХ и кризисного управления.
Система будет построена на основе трехуровневой архитектуры:
· Уровень данных: включает хранилище геопространственных данных, которое будет обеспечивать надежное и масштабируемое хранение информации.
· Уровень приложений: будет включать модули для анализа и обработки данных, инструменты для градостроительного планирования, экологического мониторинга и управления ЖКХ.
· Уровень представления: обеспечит пользовательский интерфейс для доступа к системе через веб- и мобильные приложения.
Для реализации системы будут использованы следующие технологии и инструменты:
· Геоинформационные системы (ГИС): такие как ArcGIS или QGIS для обработки и анализа геопространственных данных.
· Базы данных: реляционные базы данных (например, PostgreSQL) для хранения структурированных данных и NoSQL базы данных (например, MongoDB) для хранения неструктурированных данных.
· Программные платформы: Python с библиотеками как GeoPandas и Folium для разработки приложений.
· Облачные сервисы: использование облачных платформ для обеспечения масштабируемости и доступности системы.
Список использованных источников
1. Esri. Что такое геоинформационные системы (ГИС)? [Электронный ресурс]. — URL: https://www.esri.com/ru-ru/what-is-gis (дата обращения: 10.03.2025).
2. QGIS. Руководство пользователя QGIS [Электронный ресурс]. — URL: https://docs.qgis.org/3.22/ru/docs/user_manual/ (дата обращения: 15.03.2025).
3. ArcGIS. Применение геоинформационных систем в муниципальном управлении [Электронный ресурс]. — URL: https://www.esri.com/ru-ru/industries/government/local-government (дата обращения: 12.03.2025).
4. Геопортал Москвы. Использование геоинформационных технологий в городском управлении [Электронный ресурс]. — URL: https://geoportal.mos.ru/ (дата обращения: 18.03.2025).
5. Федеральная служба государственной статистики. Использование геоинформационных технологий в статистике [Электронный ресурс]. — URL: https://rosstat.gov.ru/ (дата обращения: 20.03.2025).
6. Habr. Применение геоинформационных технологий в городском планировании [Электронный ресурс]. — URL: https://habr.com/ru/company/itmo/articles/ (дата обращения: 25.03.2025).
7. GeoProfi. Геоинформационные технологии в управлении городской инфраструктурой [Электронный ресурс]. — URL: https://geoprofi.ru/ (дата обращения: 28.03.2025).
ПРИЛОЖЕНИЕ A
Листинг 1. Класс User
@Entity // Аннотация от JPA, описать класс как сущность в бд
@Getter // Аннотация Lombok, автоматически создает геттеры данного класса. Сокращает шаблонный код
@Setter // Аннотация Lombok, автоматически создает сеттеры данного класса. Сокращает шаблонный код
@ToString // Аннотация Lombok, автоматически создает метод toString. Сокращает шаблонный код
@NoArgsConstructor // Аннотация Lombok, автоматически создает конструктор без аргументов. Конструктор без аргументов необходим для работоспособности JPA. Сокращает шаблонный код
@AllArgsConstructor // Аннотация Lombok, автоматически создает конструктор со всеми полями. Сокращает шаблонный код
//Реализация интерфейса UserDetails из SprngBoot Security для интеграции с аутентификацией и авторизацией
public class User implements UserDetails {
@Id // Аннотация JPA, Необходима для определения поля как идентификатора в таблице
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY) // Аннотация JPA, описывает стратегию генерации идентификатора сущности
private Long id; // Идентификатор пользователя
private String firstname; // Имя
private String lastname; // Фамилия
@Column(unique = true) // Аннотация для определения ограничений поля
private String username; // Логин
private String password; // Пароль
@Column(unique = true)
private String email; // Эмаил
private Date createdAt; // Поле для сохранения даты регистрации
private boolean enabled; // Поле, описывающее, активная ли учетная запись
@ManyToMany(fetch = FetchType.EAGER) // JPA аннотация, которая описывает отношение многие ко многим. Значение FetchType = Eager означает, что при запросе на выборку в таблице User, будет также выполнятся запрос на выборку в таблице Role
private Collection<Role> roles; // Список доступных ролей для пользователя
// Конструктор, который реализует цепочку конструкторов при помощи конструкции this
public User(String firstname, String lastname, String username, String password, String email) {
this(null, firstname, lastname, username, password, email, new Date(), true, new ArrayList<>());
}
@Override // Аннотация в java, описывающая, что метод переопределен.
// метод использует Stream API для конвертации модели Role в объект SimpleGrantedAuthority для интеграции с Spring security
public Collection<? extends GrantedAuthority> getAuthorities() {
return roles.stream()
.map(role -> new SimpleGrantedAuthority(role.getName()))
.collect(Collectors.toList());
}
}
Листинг 2. Класс Role
@Entity
@Getter
@Setter
@ToString
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Role {
@Id
@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
private Long id; // Идентификатор роли
private String name; // Имя роли
}
Листинг 3. Класс UserCreateDTO
@Getter
@RequiredArgsConstructor // Создает конструктор с полями помеченными ключевым словом final. Сокращает шаблонный код
public class UserCreateDTO {
private final String firstname;
private final String lastname;
private final String username;
private final String password;
private final String email;
}
Листинг 4. Класс UserDTO
@Getter
@Setter
@AllArgsConstructor
public class UserDTO {
private String firstname;
private String lastname;
private String username;
public UserDTO(User user) {
this(user.getFirstname(), user.getLastname(), user.getUsername());
}
}
Листинг 5. Интерфейс RoleRepository
// Интерфейс расширяет интерфейс JpaRepository
public interface RoleRepository extends JpaRepository<Role, Long> {
// Метод для получения роли по имени
Role findByName(String name);
}
Листинг 6. Интерфейс UserRepository
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
// Метод для получения пользователя по логину
Optional<User> findByUsername(String username);
// метод для проверки, существует ли пользователь с указанным логином
boolean existsByUsername(String username);
// метод для проверки, существует ли пользователь с указанным эмаилом
boolean existsByEmail(String email);
}
Листинг 7. Класс RegistrationControllerTest
@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
public class RegistrationControllerTest {
@Autowired
private MockMvc mockMvc;
@Test
void testRegistration() throws Exception {
String json = "{\"username\":\"test\",\"password\":\"password\"}";
mockMvc.perform(post("/api/register")
.contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
.content(json))
.andExpect(status().isOk());
}
}
Листинг 8. КлассLoginControllerTest
@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
public class LoginControllerTest {
@Autowired
private MockMvc mockMvc;
@Test
void testLogin() throws Exception {
String json = "{\"username\":\"test\",\"password\":\"password\"}";
mockMvc.perform(post("/api/login")
.contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
.content(json))
.andExpect(status().isOk());
}
}
Листинг 9. Класс RefreshTokenControllerTest
@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
public class RefreshTokenControllerTest {
@Autowired
private MockMvc mockMvc;
@Test
void testRefreshToken() throws Exception {
String refreshToken = obtainRefreshToken();
mockMvc.perform(post("/api/refresh-token")
.header("Authorization", "Bearer " + refreshToken))
.andExpect(status().isOk());
}
private String obtainRefreshToken() throws Exception {
// Получить токен через тест входа
String json = "{\"username\":\"test\",\"password\":\"password\"}";
var result = mockMvc.perform(post("/api/login")
.contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
.content(json))
.andReturn();
// Извлечь токен из ответа
return result.getResponse().getContentAsString();
}
}