Dušan Cibulka: Publikácia vybraných geoúdajov vo webovom prostredí, In: Juniorstav 2012: 14. odborná konferencia doktorandského štúdia, 26.1.2012, Vysoké učení technické v Brne

1. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
PUBLIKÁCIA VYBRANÝCH GEOÚDAJOV VO WEBOVOM PROSTREDÍ
PUBLICATION OF THE SELECTED GEODATA IN WEB ENVIRONMENT
Dušan Cibulka1
Abstract
The paper deals with publication of selected geodata in a Web environment. For the publication were used standardized
web services. For access to the geodata the geoportal was created, which follow specification from Open Geospatial
Consortium and International Organization for Standardization. Part of the publication is also a services performance
testing. For this purpose a new tool is developed. The article contains the first results of this tool.
Keywords
Web Services, geodata, geoportal, spatial data infrastructure, performance testing
1 ÚVOD
K publikácii priestorových informácii je možné použiť veľa spôsobov. Vzhľadom k súčasnej rozsiahlej
informatizácii a internetizácii spoločnosti je najefektívnejší spôsob použitie webových služieb. Tie dodávajú riešeniam
dostatočnú mieru voľnosti a zároveň zabezpečujú prehľadnosť systémov realizovaných takýmto spôsobom. V prípade
použitia štandardizovaných služieb je zaručená interoperabilita, kompatibilita s inými časťami systému, alebo s inými
systémami bez závislosti na platformách, programovacích jazykoch, alebo operačných systémoch.
Pri publikácii je potrebné dodržať pravidlá správnej kartografickej vizualizácie, zabezpečiť a otestovať výkonnosť
a dostupnosť služieb a tiež poskytnúť prostriedok, ktorý by umožnil interakciu používateľov so službami.
Príspevok sa zaoberá sprístupnením vybraných geoúdajov vo webovom prostredí prostredníctvom platných
špecifikácií a štandardov. Popisuje publikáciu časti údajov, ktoré sú používané a produkované na KGZA (Katedre
geodetických základov, Stavebnej fakulty, Slovenskej technickej univerzity v Bratislave), jedná sa o modely PWV
(Precipitable Water Vapour), model kvázigeoidu a hodnoty zvislicových odchýlok, výškový model SRTM (Shuttle
Radar Topography Mission) a sieť bodov CEPER. V ďalšej časti je popísaný geoportál, ktorý bol realizovaný ako
vstupný bod do infraštruktúry priestorových informácií a služieb. Na záver príspevku je popísaný prístup k testovaniu
vytvorenej infraštruktúry a testovací nástroj realizovaný pre potreby testovania, ktoré umožňuje zistiť kvalitatívne
charakteristiky webových služieb publikujúcich geoúdaje.
2 VSTUPNÉ ÚDAJE
Na Katedre geodetických základov je realizovaná infraštruktúra priestorových informácií pre potreby uľahčenia a
centralizácie prístupu k priestorovým údajov používaným v rámci tohto pracoviska. Časť vstupných údajov tejto
infraštruktúry, ktorých publikácia je popisovaná v tomto príspevku sú:
• 1. Relatívny model kvázigeoidu a zvislicové odchýlky pre oblasť Slovenska vo forme modelov pre meridiánovú a
priečnu zložku vypočítané z modelu EGM08 (Earth Gravitational Model) a SRTM.
• 2. Výškový model SRTM pre oblasť strednej Európy.
• 3. Sieť bodov permanentných staníc CEPER.
• 4. Modely obsahu vodnej pary (PWV) v troposfére pre oblasť Slovenska počítané z meraní permanentných staníc
GNSS (Globálne navigačné satelitné systémy).
Tieto údaje boli harmonizované pre potreby sprístupnenia vo webovom prostredí a následne boli publikované
prostredníctvom webových služieb realizovaných Open Source nástrojmi.
3 PUBLIKÁCIA GEOÚDAJOV
Publikáciu geoúdajov popisovanú v tomto príspevku môžeme rozdeliť na publikáciu služieb, realizáciu geoportálu
a na testovanie kvality služieb.
1
Dušan Cibulka, Ing., Slovenská technická univerzita v Bratislave, Stavebná fakulta, Katedra geodetických základov, Radlinského 11, 813 68
Bratislava, dusan.cibulka@stuba.sk
1

2. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
3.1 Publikácia webových priestorových služieb
Pri publikácii služieb je potrebné dodržať pravidlá správnej kartografickej vizualizácie, dbať na to aby boli údaje
čitateľné vo všetkých mierkach a aby načítavanie údajov bolo plynulé a bez dlhých odoziev. S rastúcou podrobnosťou,
rôznorodosťou a objemom priestorových údajov rastie tiež náročnosť na dodržanie všetkých aspektov publikácie
priestorových údajov prostredníctvom webových služieb. Podľa typu údajov je potrebné zvoliť správne dátové formáty,
reštrukturalizovať údaje, navrhnúť a vytvoriť štýly pre jednotlivé vrstvy v závislosti od mierky mapy, prípadne vykonať
generalizáciu pre odvodené mierky.
Pri publikácii služieb, ale aj pri realizácii geoportálu boli dodržiavané štandardy a špecifikácie od organizácií ISO
(International Organization for Standardization), OGC (Open Geospatial Consortium) a W3C (World Wide Web
Consortium). Jedná sa o ISO 19128 – WMS (Web map server interface), ISO 19142 – WFS (Web Feature Service),
WCS (Web Coverage Service), WPS (Web Processing Service), SLD (Styled Layer Descriptor), ISO 19136 – GML
(Geography Markup Language) a WMC (Web Map Context).
Podkladom pre publikáciu modelu kvázigeoidu a zvislicové odchýlky boli tri rastrové modely. Prvý predstavoval
relatívne výšky kvázigeoidu, druhý a tretí boli meridiánová a priečna zložka zvislicových odchýlok. Prvý model bol
publikovaný troma spôsobmi:
• 1.1 vo forme rastra s exaktnými hodnotami, pre potreby zisťovania hodnôt z tohto modelu v každom bode,
• 1.2 vo forme rastra ako hypsometrická vizualizácia tohto modelu vo farbách.
• 1.3 ako vektor vo forme izočiar s dvoma podvrstvami v intervaloch 0,1 a 0,01 metra, ktoré boli zlúčené do jednej
vrstvy, ktorá je pre používateľa čitateľnejšia vo viacerých mierkach.
Druhé dva modely boli publikované dvoma spôsobmi:
• 1.4 vo forme dvoch rastrových modelov s exaktnými hodnotami, pre potreby zisťovania hodnôt zvislicových
odchýlok v každom bode modelov,
• 1.5 ako bodový vektor vo forme šípok, ktoré určujú smer a veľkosť zvislicovej odchýlky v mieste bodu. Táto
vrstva sa skladá z troch podvrstiev, ktorých podrobnosť odpovedá mierkam v ktorých za zobrazujú.
Kombinácia vrstiev 1.2, 1.3 a 1.5 sa nachádza na obrázku 1.
Obr. 1 Kombinácia vrstiev kvázigeoidu a zvislicových odchýlok
Výškový model SRTM bol vypublikovaný dvoma spôsobmi:
• 2.1 ako vizualizácia modelu, ktorá vznikla spojením hypsometrickej reprezentácie s tieňovaním modelu,
• 2.2 vo forme rastra s exaktnými hodnotami, pre potreby zisťovania hodnôt z tohto modelu v každom bode.
Rastrové modely boli vypublikované Open Source programom GeoServer ako služby WMS a WCS. Pre tento typ
údajov sa ako najefektívnejší javí formát GeoTIFF, ktorý umožňuje vytvorenie interných dlaždíc a pyramíd, ktoré
zabezpečujú rýchlosť načítavania vo všetkých mierkach mapy. Sieť bodov permanentných staníc CEPER bola
vypublikovaná ako vektorová bodová vrstva. Na realizáciu služieb WMS a WFS pre túto vrstvu bol tiež použitý
program GeoServer. Štýly pre všetky vektorové geoúdaje boli definované vo formáte SLD. Modely obsahu vodnej pary
(PWV) v troposfére boli publikované vo forme služby WMS TIME a k ich publikácii bol použitý program MapServer.
Ich podrobnejší postup publikácie je popísaný v [1].
Realizované webové služby sú dostupné na webových lokalitách http://geo.vm.stuba.sk:8080/geoserver/kgza/ows,
http://147.175.80.68/cgi-bin/mapserv?map=/var/www/apps/tropo_wms/tropo.map a
http://147.175.80.38:8080/geoserver/kgza/ows.
3.2 Realizácia geoportálu
Na to aby mohol používateľ so službami pracovať je potrebné, aby mal k dispozícii vhodný softvér. Takýto GIS
(geografický informačný systém) slúži ako klient zabezpečujúci interakciu používateľa s priestorovými službami.
2

3. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
Existuje viacero desktopových a webových riešení, ktoré umožňujú pracovať so službami typu WMS a WFS. Pre účely
infraštruktúry priestorových služieb KGZA je vyvíjaný geoportál umožňujúci pracovať s realizovanými službami.
Takýto prístup umožňuje prispôsobenie riešenia požiadavkám používateľov a pracoviska. Zároveň je možné navrhnúť
riešenie tak, aby nebolo závislé na softvérovom produkte, alebo platforme.
Keďže geoportál mal byť prístupný cez webový prehliadač bez potreby inštalácie softvéru a zásuvných modulov,
bolo potrebné aby dizajn a mapová funkcionalita boli realizované použitím HTML (Hypertext Markup Language),
JavaScript a kaskádovými štýlmi. Preto k realizácii geoportálu boli použité API (Application Programming Interface)
OpenLayers [2] a Dojo Toolkit [3]. OpenLayers umožňuje realizovať väčšinu požiadaviek z hľadiska GIS. Dojo Toolkit
umožňuje realizovať používateľsky prívetivé grafické rozhranie.
Medzi nástroje, ktoré realizovaný geoportál obsahuje patria nástroje pre prácu s mapou (posun, približovanie,
voľba mierky), meranie vzdialeností a plôch, možnosť odčítať súradnice a iné. Podporuje prístup k službám typu WMS
a WFS. Umožňuje editáciu geografických objektov prostredníctvom transakčných služieb WFS. Umožňuje načítavať
a ukladať vektorové formáty GML, GeoJSON (Geo JavaScript Object Notation), GPX (GPS Exchange Format) a WKT
(Well-known text). Užitočnou vlastnosťou je možnosť uložiť mapovú kompozíciu do formátu WMC pre potreby
budúceho načítania. Pre potreby práce s geoúdajmi boli do geoportálu začlenené voľne dostupné mapové podklady zo
serverov Google, Bing a OpenStreetMap. Ako užitočná funkcionalita bola do geoportálu začlenená možnosť
vyhľadávania lokalít prostredníctvom Google geokódovacieho API.
Realizovaný geoportál so zapnutou podkladovou mapou OpenStreetMap, s načítanou WMS službou modelu SRTM
a s nastavenou transparentnosťou na 70% sa nachádza na obrázku 2.
Obr. 2 Realizovaný geoportál
Ďalšou podporovanou službou je služba pre spracovanie dát - WPS. V súčasnosti existuje iba niekoľko klientov,
ktoré vedia pracovať s týmito službami. Medzi ne patrí napríklad uDig so zásuvným modul od 52° North [4], vyvíjaný
OpenLayers WPS klient [5], alebo WPS plugin pre Quantum GIS. Pre potreby vyvíjaného geoportálu bolo realizované
vlastné rozhranie pre prístup k procesom z WPS. Toto rozhranie je naprogramované v jazyku JavaScript a je
implementované univerzálne voči štandardu od OGC. Využíva všetky operácie WPS – GetCapabilities,
DescribeProcess a Execute. Na obrázku 3 je znázornená vykonaná analýza prostredníctvom služby WPS. Geoportál
obsahuje funkcie umožňujúce postavenie žiadosti pre WPS. Umožňuje zobraziť zdrojový kód žiadosti a reťaziť
operácie WPS.
Obr. 3 Vytvorenie obalovej zóny prostredníctvom služby WPS
Realizovaný geoportál je dostupný z webovej lokality http://geo.vm.stuba.sk/.
3

4. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
3.3 Testovanie výkonnosti služieb
Po realizácii služieb je potrebné overiť ich nastavenie a správnu konfiguráciu dátových štruktúr, vrstiev, mierok
a štýlov. Okrem týchto funkčných testov je potrebné zamerať sa aj na záťažové testy, ktorých základná realizácia je
popísaná v tejto kapitole. Napríklad smernica INSPIRE [7] definuje kvalitu služieb charakteristikami výkonnosť,
kapacita a dostupnosť. Testy umožňujú zistiť parametre služieb ako čas odozvy, alebo počet vybavených žiadostí za
sekundu, takzvanú priechodnosť. Prístup k testovaniu mapových služieb je popisovaný napríklad v [6].
V súčasnosti je k dispozícii väčšie množstvo programov, ktoré umožňujú vykonať záťažové testovanie webových
aplikácií. Medzi ne patria aj komerčný program WAPT alebo Open Source JMeter. Metodika testovania týchto
nástrojov spočíva v cyklickom odosielaní žiadostí a v meraní oneskorenia, času odozvy, objemu prenesených dát, počtu
chýb a iných parametrov. Pre potreby simulácie viacerých používateľov je možné nastaviť počet súčasných
používateľov.
Pre potreby testovania je vyvíjaný vlastný nástroj, ktorý by na podobnom princípe umožňoval testovanie
priestorových služieb. Nástroj sa skladá z troch častí, z jadra aplikácie, z používateľského rozhrania a z databázy. Jadro
aplikácie je programované v jazyku Java, a využíva vybrané triedy z Open Source programu JMeter. Rozhranie na
ovládanie je realizované ako webová aplikácia (HTML, JavaScript, Dojo Toolkit, OpenLayers). Informácie o testoch
a výsledky testovania sú ukladané do databázy PostgreSQL, čo umožní aj dlhodobé testovanie dostupnosti, bez obáv
zo straty nameraných hodnôt. Nástroj bude umiestnený na výkonnom serveri s rýchlym pripojením do siete internet.
Takto postavené riešenie umožní spúšťanie testov z ľubovoľného miesta s prístupom k tomuto serveru. Výhodou oproti
klasickým testovacím nástrojom je možnosť automatického generovania žiadostí na získanie mapy zo služieb WMS.
Tieto náhodne vygenerované žiadosti pokrývajú celé záujmové územie v rôznych geografických ohraničeniach,
v rôznych rozlíšeniach a veľkostiach mapy. Aplikácia umožňuje vygenerovať neobmedzený počet žiadostí. Tieto
žiadosti otestujú celé záujmové územie v rôznych mierkach. Pri realizácii takéhoto testu je možné určiť oneskorenie
alebo čas odozvy v závislosti od rozlíšenia, konfigurácie služby, počtu používateľov alebo iné parametre. Rozhranie
umožňujúce automatické generovanie žiadostí sa nachádza na obrázku 4. Kvôli prehľadnosti je v tejto ukážke
vygenerovaných iba päť žiadostí. Generované žiadosti a záujmové územie sú zobrazované v mape.
Obr. 4 Rozhranie na automatické generovanie žiadostí na služby WMS
Týmto nástrojom boli testované vybrané vrstvy publikovaných služieb. Výsledky testovania boli uložené
v databáze. Z tejto databázy boli potom vytvorené výstupy vo forme grafov. Publikované služby sú umiestnené na
dvoch počítačoch:
• PC 1: 2 jadrový Pentium Dual-Core E5200 @ 2,50GHz, 3,18 GB RAM, OS Windows XP + SP3, NVIDIA
GeForce 9300, Oracle Java
• PC 2: 16 jadrový AMD Opteron 6128, 24 GB RAM, OS Ubuntu 10.04, Open JDK a Oracle Java
Testované boli dve vrstvy, ktorých údaje neboli uložené v cache (priame načítavanie údajov prostredníctvom
rozhrania WMS):
• rastrový model relatívnych výšok kvázigeoidu, ktorý vznikol kombináciou vrstiev 1.1 a 1.2.
• vektorová bodová vrstva ako vizualizácia hodnôt zvislicových odchýlok – 1.5.
Pri testovaní výkonnosti v závislosti od mierky bol simulovaný jeden používateľ. Na obrázku 5 je znázornený
výsledok testovania vrstvy 1.5 pre PC 1 (napravo) a PC 2 (naľavo).
4

5. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
Obr. 5 Testovanie času odozvy v závislosti od rozlíšenia mapy
Na obrázku 5 je vidieť závislosť času odozvy pre tri podvrstvy, z ktorých sa skladala testovaná vrstva. Červenou
farbou sú zvýraznené trendové čiary týchto nameraných hodnôt. Takýmto testom je možné odhaliť vysoké časy odozvy
v nepriaznivých mierkach, respektíve rozlíšeniach mapy. Následne sa dá v prípade potreby vykonať zmena konfigurácie
služby za účelom dosiahnutia vyváženého výkonu pri načítavaní mapy.
Obdobným testovaným kombinácie rastrových vrstiev 1.1 a 1.2 sa nepotvrdila zásadná závislosť času odozvy od
mierky mapy. Priemerný čas odozvy bol 0,38 sekundy pri rôznych mierkach mapy. Tento fakt môžeme pripisovať
použitému formátu GeoTIFF, ktorý mal v rámci jedného dátového súbory vytvorené pyramídy s odvodenými mierkami.
Pri záťažovom testovaní týchto vrstiev bolo simulovaných 30 používateľov, ktorý naraz dopytovali mapy zo
služieb. Test trval iba 5 minút a počet používateľov v závislosti od času je znázornený na obrázku 6.
Obr. 6 Počet používateľov v závislosti od času
Výsledky testovania vrstvy 1.5 sa nachádzajú na obrázku 7. Graf pre PC 1 sa nachádza napravo a pre PC 2 naľavo.
V grafoch sa nachádzajú kĺzavé priemery nameraných hodnôt. Samotné namerané hodnoty majú veľký rozsah času
odozvy, od desiatok milisekúnd po 15 sekúnd pre PC 1 a do cca 35 sekúnd pre PC 2. Dôvod tohto rozptylu bude musieť
byť ďalej analyzovaný.
Obr. 7 Čas odozvy pri 30 používateľoch
Pri testovaní kombinácie rastrových vrstiev 1.1 a 1.2 pre 30 používateľov boli na PC 2 už pri piatich simultánnych
používateľoch namerané veľké časové odozvy presahujúce desiatky sekúnd. Táto konfigurácia hardvéru, softvéru,
a dátových formátov sa prejavila ako nepoužiteľná pre viacerých simultánnych používateľov. Tieto rastrové vrstvy bude
potrebné prekonfigurovať, alebo použiť iný mapový server.
V rámci konfigurácie mapového servera na operačnom systéme Linux boli porovnané výkonnostné charakteristiky
Oracle Java a OpenJDK. Porovnanie bolo vykonané spustením záťažového testu pre mapovú vrstvu 1.5. Na obrázku 8
sa nachádzajú priemerné času odozvy pri použití rôznych implementácií jazyka Java pre 30 simultánnych používateľov.
Obr. 8 Čas odozvy pri Oracle Java a OpenJDK
5

6. JUNIORSTAV 2012
6.3 Kartografie a GIS
Priemerné hodnoty z týchto testov sú takmer zhodné. Z testov sa nepotvrdili výkonnostné výhody alebo nevýhody
týchto implementácii pre mapové služby.
4 ZÁVER
V príspevku bol popísaný prístup k publikácii vybraných geoúdajov z oblasti geodézie využitím štandardizovaných
webových služieb. Takto publikované údaje sú prístupné širokému okruhu používateľov. Pri publikácii geoúdajov
webovými službami je potrebné brať do úvahy fakt, že budú prístupné v rôznych mierkach. Tomu je potrebné
prispôsobiť štruktúru vrstiev a zabezpečiť ich čitateľnosť vo všetkých dostupných mierkach.
Pre potreby práce s realizovanými službami bol vytvorený vlastný geoportál, ktorý bol budovaný na báze
špecifikácií OGC. Tento fakt umožňuje začlenenie webových služieb aj z iných zdrojov, nie len zo služieb, ktorých
publikácia bola popísaná v tomto príspevku. Vlastné geoportálové riešenie je síce náročnejšie na realizáciu, avšak je
možné ho maximálne prispôsobiť požiadavkám budúcich používateľov.
Testovania výkonnosti mapových služieb, ktorého základná metodika je popísaná v príspevku, sú veľmi dôležité.
Pri ich pozitívnych výsledkoch nie je potrebné obávať sa preťaženia systému. V príspevku sa nachádzajú prvé výsledky
vyvíjaného nástroja umožňujúceho testovanie mapových služieb. Z výsledkov testovanie je zrejmé, že je vhodné
vyladiť rastrové mapové vrstvy.
Celý prístup k publikácii geoúdajov popisovaný v tomto príspevku si vystačí s Open Source nástrojmi, z čoho
vyplývajú nulové náklady na nákup softvéru. Takéto riešenie môže byť pre menšie organizácie alebo firmy obrovskou
výhodou.
LITERATURA
[1] CIBULKA, Dušan: Časová webová mapová služba – klient a server. In: Juniorstav 2010 : 12. Odborná konference
doktorského studia. Brno, 24. 2. 2010. - Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2010. - ISBN 978-80-214-4042-5. -
s. 351.
[2] OpenLayers. [online]. [cit. 2011-11-20]. Dostupný z: http://openlayers.org/.
[3] Dojo Toolkit. [online]. [cit. 2011-11-20]. Dostupný z: http://dojotoolkit.org/.
[4] 52° North – uDig WPS klient. [online]. [cit. 2011-11-07]. Dostupný z: http://52north.org/maven/project-
sites/wps/52n-wps-client-udig-site/index.html.
[5] 52° North – OpenLayers WPS klient. [online]. [cit. 2011-11-07]. Dostupný z: http://52north.org/maven/project-
sites/wps/52n-wps-client-ol/.
[6] HORÁK Jiří, ARDIELLI Jiří. Dostopnost a výkonové parametry nového WMS serveru ČUZK z pohledu klienta.
Symposium GIS Ostrava 2011, [cit. 2011-11-26]. ISBN 978-80-248-2366-9. Dostupný z:
http://gis.vsb.cz/GIS_Ostrava/GIS_Ova_2011/sbornik/papers/Horak_dostupnost.pdf
[7] INSPIRE. [online]. [cit. 2011-11-14]. Dostupný z: http://inspire.jrc.ec.europa.eu/.
6