ArcGIS

ArcGIS — это семейство программных продуктов для геоинформационных систем (ГИС), разрабатываемое и поддерживаемое компанией Esri (Environmental Systems Research Institute). ArcGIS представляет собой интегрированную платформу для сбора, хранения, управления, анализа, визуализации и распространения пространственных данных (геоданных). Система позволяет создавать цифровые карты, проводить пространственный анализ, решать задачи в области территориального планирования, управления ресурсами, мониторинга окружающей среды и многих других сферах, где требуется работа с географической информацией.

История

Развитие ArcGIS началось в конце 1990-х годов как эволюция более ранних продуктов Esri — ARC/INFO (первая коммерческая ГИС, выпущенная в 1982 году) и ArcView GIS (настольное приложение для работы с картами, появившееся в 1991 году). К концу 1990-х годов архитектура ARC/INFO, основанная на командной строке и покрывающей модели данных (coverage), устарела, а ArcView имел ограничения по масштабируемости и функциональности.

В 1999 году компания Esri анонсировала новую платформу под названием ArcGIS 8.0, выпущенную в 2001 году. Ключевым нововведением стала объектно-реляционная модель данных — геодatabase (база геоданных), которая заменила покрытия и шейп-файлы (shapefile) в качестве основного формата хранения. ArcGIS 8.0 включал три основных настольных приложения: ArcCatalog (для управления данными), ArcMap (для картографии и анализа) и ArcToolbox (набор инструментов геообработки). Платформа была построена на архитектуре COM (Component Object Model) от Microsoft, что позволяло расширять её функциональность через сторонние модули.

В 2004 году вышла версия ArcGIS 9.0, в которой была представлена среда геообработки на основе Python, а также инструменты для 3D-анализа (ArcScene, ArcGlobe) и работы с растровыми данными. Версия 9.2 (2006 год) добавила поддержку серверных технологий и веб-сервисов, что стало основой для будущего перехода к облачным и веб-ориентированным решениям.

Значительным этапом стал выпуск ArcGIS 10.0 в 2010 году. Эта версия ввела концепцию ArcGIS Online — облачного сервиса для создания, хранения и публикации карт, а также интеграцию с мобильными устройствами. Архитектура была переработана с использованием .NET Framework, а интерфейс стал более современным. Версия 10.1 (2012 год) представила новую серверную платформу — ArcGIS Server, которая заменила устаревший ArcIMS (Internet Map Server). ArcGIS Server позволял публиковать геообработку, карты и данные в виде веб-сервисов (REST, SOAP, WMS, WFS).

В 2013 году Esri начала активное продвижение платформы ArcGIS Pro — нового настольного приложения, пришедшего на смену ArcMap. ArcGIS Pro был построен на 64-битной архитектуре, поддерживал многопоточность, имел ленточный интерфейс (Ribbon) и был ориентирован на работу с 2D- и 3D-данными в единой среде. С 2015 года ArcGIS Pro стал основным продуктом для настольных ГИС, а ArcMap был объявлен устаревшим, хотя продолжал поддерживаться до 2026 года.

С 2016 года Esri развивает ArcGIS Enterprise — комплексное серверное решение, объединяющее ArcGIS Server, портал (Portal for ArcGIS), сервер изображений (Image Server) и другие компоненты. Эта платформа позволяет развёртывать ГИС-инфраструктуру на собственных серверах организации или в частном облаке.

Архитектура и компоненты

Платформа ArcGIS имеет модульную архитектуру, включающую несколько основных компонентов:

Настольные приложения

• ArcGIS Pro — основное 64-битное приложение для профессиональной работы с ГИС. Поддерживает 2D- и 3D-визуализацию, редактирование данных, пространственный анализ, картографию, геообработку на Python (ArcPy). Имеет ленточный интерфейс и вкладки для разных задач.
• ArcMap (устаревший) — предшественник ArcGIS Pro, использовался для создания карт, редактирования и анализа. Поддерживает расширения (extensions) для специализированных задач.
• ArcCatalog — инструмент для управления пространственными данными, подключения к базам геоданных, просмотра метаданных.
• ArcScene и ArcGlobe — приложения для 3D-визуализации и анализа (входят в состав расширения 3D Analyst).

Серверные решения

• ArcGIS Server — серверное приложение для публикации карт, геообработки и данных в виде веб-сервисов (REST, SOAP, OGC). Поддерживает масштабирование, кэширование, безопасность.
• Portal for ArcGIS — портал для организации, позволяющий публиковать, находить и использовать карты, приложения и данные внутри организации или в интернете. Обеспечивает управление пользователями и группами.
• ArcGIS Image Server — сервер для обработки и распространения больших наборов растровых данных (спутниковые снимки, аэрофотосъёмка, цифровые модели рельефа).
• ArcGIS GeoEvent Server — сервер для обработки потоковых данных в реальном времени (GPS-треки, датчики IoT).

Облачные сервисы

• ArcGIS Online — облачная платформа Esri, предоставляющая инструменты для создания, хранения и публикации карт, приложений и данных. Включает базовые карты (basemaps), геокодирование, маршрутизацию, анализ. Доступна по подписке.
• ArcGIS Living Atlas of the World — коллекция глобальных пространственных данных, включающая спутниковые снимки, демографические, климатические, топографические и другие слои, доступные через ArcGIS Online.
• ArcGIS Velocity — облачный сервис для обработки больших объёмов потоковых данных в реальном времени.

Мобильные приложения

• ArcGIS Field Maps — приложение для сбора данных в полевых условиях (GPS, формы, привязка к карте). Объединяет функции ранее существовавших приложений Collector for ArcGIS и Explorer for ArcGIS.
• ArcGIS Survey123 — приложение для создания и заполнения опросов и форм с привязкой к местоположению.
• ArcGIS QuickCapture — приложение для быстрого сбора точечных данных (например, отметки о повреждениях инфраструктуры).

Форматы данных и модель данных

Основным форматом хранения пространственных данных в ArcGIS является геодatabase (база геоданных). Геодatabase может быть:

• Файловая геодatabase (File Geodatabase) — набор файлов в папке, поддерживает размер до 1 ТБ на таблицу, сжатие, индексы.
• Персональная геодatabase (Personal Geodatabase) — формат на основе Microsoft Access (MDB), устаревший, ограничен 2 ГБ.
• Корпоративная геодatabase (Enterprise Geodatabase) — хранится в реляционных СУБД (Oracle, Microsoft SQL Server, PostgreSQL, IBM Db2) с поддержкой многопользовательского доступа, версионирования, репликации.

Геодatabase поддерживает пространственные типы данных: точки, линии, полигоны, мультиточки, мультилинии, мультиполигоны, а также растровые данные (изображения, DEM), сетки (TIN, terrain), сети (network), аннотации, размеры (dimension). Модель данных включает домены (ограничения на значения атрибутов), отношения (relationship classes), топологические правила.

Помимо геодatabase, ArcGIS поддерживает импорт и экспорт многих других форматов: шейп-файлы (Shapefile), GeoJSON, KML/KMZ, GPX, CSV с координатами, растры (TIFF, JPEG, MrSID, ECW, IMG), CAD-форматы (DWG, DXF, DGN), базы данных (PostGIS, SpatiaLite, Microsoft SQL Server Spatial).

Функциональные возможности

Пространственный анализ

ArcGIS предоставляет обширный набор инструментов для пространственного анализа, сгруппированных в расширения (extensions):

• Spatial Analyst — анализ растров: интерполяция (Kriging, IDW), зональная статистика, уклон, экспозиция, гидрологическое моделирование, анализ плотности.
• 3D Analyst — работа с трёхмерными данными: построение TIN, terrain, лазерное сканирование (LiDAR), видимость, профили, объёмы.
• Network Analyst — анализ транспортных сетей: маршрутизация, поиск ближайшего, зоны обслуживания, логистика.
• Geostatistical Analyst — геостатистические методы: вариограммы, кригинг, семивариограммы.
• Business Analyst — анализ рынка, демография, торговые зоны, профилирование потребителей.

Картография и визуализация

ArcGIS позволяет создавать карты различного масштаба и назначения: топографические, тематические, интерактивные веб-карты. Поддерживаются символы (точки, линии, полигоны), классификация данных (Natural Breaks, Equal Interval, Quantile), надписи (labels), аннотации, легенды, масштабные линейки, компасы. Для веб-карт используется технология ArcGIS Web AppBuilder и Experience Builder, позволяющие создавать интерактивные приложения без программирования.

Геообработка (Geoprocessing)

Геообработка — это автоматизация пространственного анализа с помощью инструментов, моделей и скриптов. Инструменты объединены в ArcToolbox (в ArcMap) или Geoprocessing pane (в ArcGIS Pro). Поддерживается написание скриптов на Python с использованием библиотеки ArcPy, которая предоставляет доступ ко всем инструментам геообработки, а также к объектам карты, слоям, таблицам. Модели геообработки создаются в ModelBuilder — визуальной среде, где инструменты соединяются в последовательность.

Пространственные запросы и SQL

ArcGIS поддерживает пространственные запросы (пространственные отношения: contains, within, intersects, touches, overlaps) как через графический интерфейс, так и через SQL (для корпоративных геодatabase). В ArcGIS Pro реализована поддержка прямого SQL-запроса к базам данных.

Применение

ArcGIS широко используется в государственном управлении, бизнесе, науке и образовании. Основные области применения:

• Градостроительство и территориальное планирование — анализ землепользования, зонирование, планирование транспортной инфраструктуры, мониторинг строительства.
• Управление природными ресурсами — лесное хозяйство, водные ресурсы, недропользование, сельское хозяйство (точное земледелие).
• Экология и охрана окружающей среды — мониторинг загрязнений, моделирование распространения загрязнителей, анализ местообитаний видов, оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС).
• Чрезвычайные ситуации и гражданская оборона — картографирование зон затопления, пожаров, землетрясений, маршруты эвакуации, координация спасательных служб.
• Транспорт и логистика — оптимизация маршрутов, управление автопарком, анализ дорожной сети, планирование общественного транспорта.
• Оборона и разведка — ситуационная осведомлённость, анализ местности, планирование операций, картографирование.
• Наука и образование — географические исследования, демография, археология, климатология, биоразнообразие.
• Бизнес и маркетинг — анализ рынка, выбор местоположения, сегментация клиентов, управление сетью филиалов.

Критика и ограничения

ArcGIS неоднократно подвергался критике за высокую стоимость лицензирования, особенно для небольших организаций и образовательных учреждений. Лицензионная модель Esri включает несколько уровней (Basic, Standard, Advanced) и требует покупки расширений для многих функций. В ответ на критику компания ввела программу ArcGIS for Personal Use (недорогая подписка для частных лиц) и ArcGIS for Student Use (бесплатный доступ для студентов на один год).

Другой аспект критики — закрытость форматов и зависимость от экосистемы Esri. Хотя ArcGIS поддерживает открытые стандарты OGC (WMS, WFS, WCS, WMTS), многие продвинутые функции доступны только в проприетарных форматах (например, файловая геодatabase, сервисы ArcGIS Server). Это затрудняет миграцию на другие ГИС-платформы (QGIS, GRASS GIS, MapInfo). В последние годы Esri предприняла шаги по улучшению совместимости, в том числе поддержку GeoJSON, GPKG и интеграцию с PostgreSQL/PostGIS.

Также отмечается сложность интерфейса и крутой порог входа для новых пользователей, особенно в версии ArcMap. ArcGIS Pro частично решил эту проблему за счёт более современного интерфейса, но остаётся требовательным к ресурсам компьютера (рекомендуется 16 ГБ ОЗУ и дискретная видеокарта).

Интересные факты

• Компания Esri была основана в 1969 году Джеком Дэнджермондом (Jack Dangermond) и Лорой Дэнджермонд (Laura Dangermond). Джек Дэнджермонд считается одним из пионеров ГИС.
• ArcGIS является самой распространённой коммерческой ГИС-платформой в мире, по оценкам Esri, её используют более 350 000 организаций в 200 странах.
• ArcGIS Online насчитывает более 10 миллионов пользователей и содержит более 100 миллионов карт и слоёв данных.
• В 2019 году Esri выпустила ArcGIS Notebooks — среду для интерактивной работы с данными на основе Jupyter Notebooks, встроенную в ArcGIS Pro и ArcGIS Enterprise.
• ArcGIS используется НАСА для анализа спутниковых снимков, Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для картографирования распространения заболеваний, а также армиями многих стран для военного планирования.

Источники

• Esri. «What is ArcGIS?» — официальная документация Esri.
• Esri. «ArcGIS Pro Documentation» — руководство пользователя.
• Esri. «ArcGIS Enterprise Documentation» — официальная документация.
• Esri. «ArcGIS Online Help» — справка по облачной платформе.
• Longley, P. A., Goodchild, M. F., Maguire, D. J., Rhind, D. W. (2015). «Geographic Information Science and Systems» (4th ed.). Wiley.
• Tomlinson, R. (2003). «Thinking About GIS: Geographic Information System Planning for Managers» (2nd ed.). Esri Press.
• Журнал «ArcReview» (Esri CIS) — статьи о применении ArcGIS в России.