Articolo - 4 e giornate italiane gvsig Udine

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1 Articolo - 4 e giornate italiane gvsig Udine Titolo Persona di contatto di contatto Autori Espositori gvsig per la Provincia Autonoma di Bolzano: motivazioni, stato attuale, futuro. Martin Zambaldi martin.zambaldi@provinz.bz.it Martin Zambaldi, Wolfgang Moser, Fulvia Gambalonga, Helmuth Leitner Provincia Autonoma di Bolzano - Uff. Informatica geografica e statistica Fulvia Gambalonga Provincia Autonoma di Bolzano - Uff. Informatica geografica e statistica 1 Riassunto Questo articolo presenta le attuali esperienze ed applicazioni di gvsig quale client GIS all interno della Provincia di Bolzano. La prima esperienza di utilizzo di gvsig è rappresentata dalla realizzazione dell estensione genesig, ovvero un applicazione client per l infrastruttura newgis, il nuovo sistema di gestione dei geodati della Provincia di Bolzano. gvsig è stato scelto principalmente perché è un prodotto open-source che offre giá una ricca gamma di funzionalità GIS e perchè il suo modello ad estensioni si presta alla realizzazione di personalizzazioni. Un altra importante ed interessante applicazione basata su gvsig è WG-Edit, ovvero un estensione di gvsig che permette la gestione del grafo stradale all interno del sistema per la gestione del catasto strade della Provincia di Bolzano chiamato WEGE. Anche in questo caso la scelta è caduta su gvsig in quanto esso rappresenta un prodotto GIS open-source, completo e user friendly. Viste le qualità di gvsig è stato inoltre deciso di utilizzarlo quale client GIS standard presso l Amministrazione, sostituendo le attuali installazioni di ArcView3, che peraltro non è più supportato da ESRI. Per adattare gvsig alle esigenze dei nostri utenti è però necessario adeguare alcune funzionalità e/o prevederne di nuove, di cui verrà data una breve descrizione. Keywords: estensione gvsig, editing, oggetti tridimensionali, WebServices 2 L infrastruttura newgis L infrastruttura newgis è un architettura a tre livelli (database, application server e client) il cui progetto è partito alla fine del 2007 ed ha i seguenti obiettivi: - Il database è responsabile dell integrità e della sicurezza dei dati - Architettura 3-tier - Standardizzazione delle interfacce di comunicazione (WebServices) - Gestione unificata dei dati geometrici ed alfanumerici nello stesso DB - Costi ridotti di mantenimento e licenze. Per il database è stato scelto Oracle Spatial, in quanto offre la gestione della topologia persistente e permette di interrogare i dati attraverso lo Spatial SQL. A livello applicativo è stata scelta la tecnologia Java EE, in particolare JBoss AS. L ambiente dell application server consiste nell Editing Server, il MetaDB ed un WMS. 1

2 I vari clients newgis non accedono mai al DB direttamente, bensì attraverso l application server con il quale comunicano utilizzando dei WebServices (GML/XML) (vedi figura 1). Figura 1: Infrastruttura newgis a tre livelli 2.1 Il client genesig E previsto che vengano implementati diversi clients newgis a seconda delle esigenze degli utenti. Il primo client implementato è basato su gvsig e si chiama genesig. genesig è stato sviluppato utilizzando il modello ad estensioni di gvsig e presenta le seguenti caratteristiche/funzionalità principali: - Interfaccia multilingue - Autenticazione dell utente attraverso Active Directory - Apertura di progetti predefiniti con proprietà impostate nel MetaDB - Apertura di workspace remoti (un workspace rappresenta una lock area definita dall utente) - Supporto della multiutenza attraverso profili, ruoli e regole - Supporto dell editing (transazioni) - Gestione diritti sui vari layers (geometrie e attributi) anche dal p.d.v. topologico - Possibilità d invocare servizi newgis per selezionare dati in remoto, validare geometrie e svolgere attività di geoprocessing - Persistenza locale di ogni layer (GML), progetto, workspace - Controllo di regole topologiche (controlli locali vengono realizzati attraverso JTS e l estensione Topology di gvsig, per trovare potenziali errori nei dati spaziali) - Gestione degli errori topologici: tali errori sono visualizzati prima che le geometrie vengano salvate in remoto Progetti e workspaces Il progetto rappresenta il contenitore logico dei dati spaziali. Dopo che l utente si è autenticato, viene visualizzata la finestra di gestione dei progetti (vengono visualizzati solo i progetti per i quali l utente ha i necessari diritti). Il workspace rappresenta una regione spaziale, o meglio, una sessione di modifica a transazione lunga circoscritta ad un boundig box spaziale (lock area). Solo il creatore del workspace può effettuare modifiche ad esso. Una volta autenticato, l utente può accedere alla finestra di gestione dei workspace, che sono persistiti localmente per ogni utente. 2

3 Figura 3: Finestra Gestione progetti Una volta selezionato un progetto, gvsig carica tutti i layers definiti nel progetto stesso Figura 4: genesig con progetto e workspace caricati Nella vista del progetto, l utente può creare il suo workspace (lock area) oppure aprirne uno esistente Tabelle degli attributi Le tabelle degli attributi sono usate per modificare il valore degli attributi: - Gli attributi sono visualizzati in rosso se l utente non ha il diritto di modificarli (sola lettura) - Se l utente non ha i diritti di lettura su uno o più campi, il valore reale viene sostituito con un messaggio personalizzato 3

4 - Le regole di validazione per l input vengono applicate in base al tipo dato pre-configurato - In caso di valori di look-up, viene mostrato solo il valore dell attributo di look-up e per l inserimento o la modifica dei valori è prevista un apposita mascherina Figura 5: Tabella degli attributi con colori personalizzati Figura 6: Messaggio di validazione dell input Figura 7: Tabella degli attributi con valore di look-up Figura 8: Maschera per modifica valore di look-up Controlli topologici Quando i dati spaziali modificati dall utente vengono salvati in remoto, la validazione di newgis controlla se sono rispettate le regole topologiche definite nel metadb. In caso di errori topologici, il server restituisce dei messaggi che genesig visualizza nella apposita finestra di dialogo. Le regole topologiche possono essere definite tra uno o più layers e possono essere di tipo bloccante o di tipo non bloccante; nel primo caso il processo di modifica dei dati spaziali viene annullato ed il sistema ritorna un apposito messaggio; nel secondo caso il sistema ritorna il messaggio di errore, ma l utente può decidere di portare ugualmente a termine il processo di modifica. 4

5 Figura 9: Finestra di dialogo segnalazione errori topoologici Figura 10: Finestra di dialogo con dettaglio sulla singola segnalazione Servizi newgis Alcuni servizi newgis per la manipolazione di dati spaziali e l esecuzione di query spaziali, sono stati integrati in genesig. Figura 11: Finestra di dialogo per la selezione di fetaures (query builder) Attraverso le query spaziali vengono effettuate selezioni remote sul sistema newgis utilizzando non istruzioni SQL bensì WebServices Difficoltà e problemi e riscontrati - È stato necessario fixare alcune classi di GeoTools per far sì che da ORACLE_SDO_Geometry venisse generato un GML corretto. - Per mantenere la possibilità di aggiornare gvsig alle nuove versioni è si è scelto un approccio modulare. - È stato necessario utilizzare dei listeners per non dover modificare la GUI di gvsig. - Alcune classi di gvsig non usano interfacce per accedere ai metodi, gli oggetti vengono assegnati direttamente alle classi stesse. Per questo motivo è stato necessario estendere alcune classi, invece che implementare le interfacce. 5

6 3 Il Sistema WEGE WEGE è un sistema GIS collaborativo per la gestione delle infrastrutture stradali (strade, ponti, gallerie, ecc.) ed oggetti correlati (trasporto pubblico, fermate autobus, stazioni rifornimento, indirizzi, ecc.), che garantisce una accurata definizione di ruoli e responsabilità. Lo sviluppo della struttura dati si basa su un concetto a tre strati (vedi fig. 12): 1. Lo strato di base rete di base : gestisce la geometria e la topologia delle strade classificate in base alle competenze (Es. strade forestali, strade comunali). 2. Il secondo strato é composto da OGLM Layers specifici, dove OGLM significa Oggetto geometrico Lineare misurato. Ad esempio le linee degli autobus possono essere un OGLM Layer specifico, in quanto su questo strato non si definiscono nuove geometrie, ma si creano tratti stradali di oggetti già esistenti che fanno riferimento alla rete di base 3. Il terzo strato contiene i cosiddetti Eventi. Questi sono una raccolta di oggetti puntiformi o lineari che sono sempre in rapporto con un dato della rete di base (vedi fig. 12 strato 1) o con un dato degli OGLM Layers specifici (vedi fig. 12 strato 2). Un esempio sono i ponti, gestiti come un evento lineare. Solo in rapporto con la strada il ponte ha un punto d inizio e un punto di fine, nonché la posizione assoluta (coordinate xy). Figura 12: struttura dati nel progetto WEGE Per la gestione del primo strato, la rete di base, è stata in origine implementata una estensione per ArcView 3 chiamata WG-Edit. A seguito della decisione di sostituire ArcView 3 con un software GIS open-source, WG-Edit è stato reimplementato come estensione di gvsig. 3.1 Il client WG-Edit Il modulo WG-Edit permette a gvsig di interagire con il sistema WEGE e fornisce le funzionalità necessarie per gestire la rete stradale (grafo). Figura 13: architettura dell estensione WG-Edit 6

7 Gli obiettivi alla base dell implementazione della nuova estensione sono stati i seguenti: - Database responsabile della sicurezza ed integrità dei dati - Architettura a tre livelli (database, application server, clients) e standardizzazione delle interfacce di comunicazione tra questi livelli (WebServices e XML/GML) - Amplimento delle funzionalità del servizio di mappa per geodati, ad es.: analisi spaziali attraverso WebServices che utilizzano funzionalità GIS. - Creazione di una piattaforma internet GIS orientata ai servizi - Gestione delle geometrie come oggetti 3D (X,Y,Z) e calcolo della coordinata M - Accesso ai dati attraverso servizi WMS/WFS e formato GML (standard OGC) - Supporto della storicizzazione dei dati - Notifica della modifica di strade/eventi al responsabile del dato - Interfaccia multilinge Come si vede in fiura 13, l interazione tra WG-Edit e WEGE avviene tramite WebServices. Anche le autenticazioni e autorizzazioni, gestite dal Gate-module, sono esposte come WebServirce (vedi fig. 13). L interscambio dei dati avviene attraverso messaggi di testo in formato standard (OGC GML/XML) e per le mappe vengono sempre utilizzati servizi OGC (WMS/WFS) La vista WG-edit Dopo l autenticazione dell utente, una vista particolare, chiamata Vista WG-Edit viene caricata automaticamente in gvsig e contestualmente vengono visualizzate due toolbars dedicate: - La prima è sempre visibile e fornisce funzionalità generiche (check-out, rilascio lock, import di strade, gestione nomenclatura, gestione proposte, ricerca vie, crazione strade e aggiunta vertici). - La seconda è visibile solo in modalità editing e permette sostanzialmente di gestire la coordinata Z degli shapefiles. Figura 14: un esempio di vista WG-Edit Grazie al meccanismo di locking dei dati, attraverso check-out e successivo check-in e rilascio, più utenti possono lavorare contemporaneamente sulla stessa strada (su parti diverse della stessa geometria). 7

8 Facendo una selezione geometrica sulla mappa (box), si apre una finestra di dialogo che mostra tutte le strade interessate dalla selezione (selezione effettuata direttamente sul layer spaziale) e permette effettuare su di esse una serie di operazioni: identify, modifica denominazione, battezzo, cambio tipologia, gestione Z, verifica connessione, check-out, storicizzazione e zoom-to. Figura 15: dialogo di selezione strade Gestione della coordinata Z e verifica connessioni L innovazione più importante introdotta con la nuova estensione è la gestione della quota delle strade, ovvero la gestione delle coordinate Z ed M, oltre ad X e Y. Purtoppo gvsig non gestisce correttamente la scrittura di shapefiles con le dimensione Z ed M, quindi alcune funzionalità di editing di gvsig sono state re-implementate e rese disponibili nella toolbar di WG-Edit. Per ottenere la quota di un punto 2D esistono tre metodi: - Calcolo lato client (Sextante): si recupera il valore di Z contenuto nel DEM, recuperandolo dalla sua rappresentazione RGB. Il limite di tale approccio è costituito da eccessivi tempi di dowload di immagini ad alta risoluzione (esposte via WCS). - Calcolo lato server: simile al precedente ma più veloce in quanto si eliminano i tempi di download, tuttavia l operazione di calcolo resta molto onerosa e rischia di consumare troppe risorse. - Editing manuale: talvolta la coordinata Z presenta valori errati, provenienti dal DEM o generati dopo un upgrade del database. È stata quindi prevista una interfaccia grafica integrata in WG-Edit per la gestione/correzione della coordinata Z, chiamata Modifica prolfilo (vedi Fig. 16). Figura 16: interfaccia grafica per gestione della coordinata Z (Plot editor) Un altra importante innovazione è rappresentata dall introduzione della validazione del dato topologico (lato client e lato server). Ciò permette di lavorare con una rete stradale topologicamente corretta, che può essere usata come base per il calcolo percorsi e altre funzionalità previste nel progetto WEGE. 8

9 4 gvsig come client standart per l amministrazione provinciale A seguito della decisione di sostituire ArcView 3 di ESRI con gvsig quale software GIS standard per la Provincia di Bolzano, è sorta l esigenza di adeguare quest ultimo alle esigenze degli utenti aggiungendo alcune funzionalità. Di seguito si descrivono le più importanti. 4.1 AddLayerWizard I dati a cui gli utenti devono accedere tramite gvsig si trovano su Database Oracle con ArcSDE 8.3. Purtroppo gvsig riesce ad accedere a dati ArcSDE versione 9.1 ma non 8.3, perciò è stato deciso di risolvere il problema utilizzando i formati WMS e WFS per caricare i dati in gvsig, attraverso un wizard realizzato come estensione di gvsig. L estensione offre le seguenti funzionalità: - Attivazione AddLayerWizard: sulla base del contesto operativo sarà gestita l attivazione della estensione; in particolare, se non è attiva una finestra di lavoro gvsig tale estensione non sarà attiva. - Selezione della lingua con cui filtrare i layers in visualizzazione (italiano o tedesco). - Elenco categorie e layers sotto forma di albero di navigazione. I rami di primo livello rappresentano le categorie (in ordine crescente), le foglie rappresentano i layers e sono aggiunti alla struttura ordinati per nome (associato alla lingua scelta). - Funzionalità caricamento layer: alla selezione di un layer la componente client recupera la sorgente associata al layer, configura il data-source sulla base delle informazioni date (layers da visualizzare nel servizio, ecc.) e la aggiunge alla attuale ToC di gvsig; se presente applica la tematizzazione del layer. La funzionalità di caricamento è disattivata per i layers in cui è definito un valore di minscale/ maxscale maggiore/ minore della scala attualmente definita per la finestra di lavoro del client. Oltre alla disattivazione, tali elementi sono colorati in maniera differente per distinguerli dai layers validi e un tool-tip informerà l utente del perché il layer non è caricabile (scala minore e/o maggiore). È prevista la possibilità di aggiungere nuovi layer all elenco direttamente da gvsig accedendo al wizard stesso in modalità amministrativa. In questo caso è previsto l accesso ad una form per l inserimento dei dati nel DB di configurazione del wizard. Figura 17: Architettura AddLayerWizard 4.2 Snapping contestualizzato Nativamente gvsig permette di configurare uno o più layers su cui effettuare lo snapping in fase di editing, ma i vertici dell oggetto su cui si vuole snappare diventano visibili solo nel momento in cui avviene il cosiddetto aggancio, si modifica infatti l aspetto del cursore. 9

10 Per rendere più agevole l utilizzo della funzionalità di snapping sarà previsto quindi il rendering dei nodi degli oggetti selezionati appartenenti al/ai layer configurati come snapping-layers. 4.3 Formato GPX Per consentire agli utilizzatori di GPS di scaricare i dati dal proprio dispositivo in formato.gpx, visualizzarli direttamente in gvsig ed esportarli in formato shapefile, verrà aggiunta la possibilità di caricare in gvsig dati in formato gpx. Figura 18: caricamento dati.gpx ed export in.shp 4.4 Default directories Attualmente l impostazione delle default directories in gvsig avviene a livello generale, ovvero è valida per tutti i progetti creati o caricati in gvsig. Figura 19: gestione default directories in gvsig È prevista la modifica della gestione delle default directories in modo che l impostazione avvenga invece a livello di singolo progetto, come avviene per ArcView3. 5 Conclusioni In questo articolo sono state presentate le prime esperienze di utilizzo di gvsig presso la Provincia Autonoma di Bolzano. Per adattare gvsig alle varie esigenze specifiche, è stato necessario implementare delle personalizzazioni e migliorare alcune funzionalità. Gli sforzi e le risorse investite per adeguare gvsig non andranno a beneficio della sola Provincia di Bolzano, ma è nostra intenzione mettere a disposizione della comunità e della associazione il gvsig il codice delle correzioni e nuove funzionalità da noi implementate attualmente ed in futuro. Per contro, è di fondamentale importanza per la Provincia di Bolzano avere la garanzia che tali migliorie possano diventare parte delle future versioni ufficiali, o almeno che tali implementazioni rimangano compatibili con le future versioni di gvsig. 10