Создание единой среды для интеграции информационных ресурсов в природопользовании

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

Создание единой среды для интеграции информационных ресурсов в природопользовании

Специальность: Информационные технологии в профессиональной деятельности

Чесалов Леонид Евгеньевич



Сегодня особенно интенсивно растет объем информации о геосфере, биосфере и технической сфере Земли, что влечет за собой естественное расчленение данных и знаний по отраслям и дисциплинам науки. Для обеспечения целостности и комплексности оценок информации процессу дифференциации необходимо противопоставить усилия по интеграции знаний и информации на основе создания единых методологических и методических подходов, методов и информационных технологий. Важным стимулом развития процесса интеграции знаний и информации является нарастание конфликта человечества со средой обитания, который может завершиться либо разрушением природы Земли, либо установлением гармонического взаимодействия между этими компонентами мира, т. е. реализацией модели устойчивого развития.

Модель устойчивого развития обеспечивает сбалансированное решение задач социально-экономического развития. Такое развитие предусматривает обеспечение высоких темпов экономического развития региона при выполнении социальных нормативов и сохранении экологического равновесия и подразумевает не истощительное использование возобновляемых и рациональное использование не возобновляемых природных ресурсов.

Таким образом, стратегической целью государственной политики в сфере природных ресурсов является рациональное использование, оптимальное воспроизводство и охрана минерально-сырьевого и природно-ресурсного комплекса страны в целом. Решение этих проблем основано на формировании общегосударственных информационных ресурсов и совершенствовании информационных технологий государственного управления.

Современной организационной стратегией государственного управления является радикальная административная реформа. Суть реформы состоит в переходе от административного к целевому, или стратегическому государственному управлению и планированию. Качественное повышение его эффективности связано с внедрением современных информационно-коммуникационных технологий с целью создания "электронного правительства", главной задачей которого должно стать кардинальное совершенствование внутриведомственных и межведомственных взаимодействий и сферы предоставления государственных услуг бизнесу, гражданам и обществу в целом. Для природно-ресурсной отрасли - производителя информации о состоянии и использовании объектов окружающей природной среды, и в первую очередь, минеральных ресурсов - ключевым становится достижение единства информационного обеспечения как основы рационального природопользования, открытости и прозрачности информации. В настоящее время формируются фонды государственных информационных ресурсов, включающие в себя данные о состоянии природных ресурсов и окружающей природной среды, и на их базе создаются информационные системы по видам природных ресурсов. Однако существующие ведомственные информационные ресурсы и системы не согласованы между собой ни информационно, ни организационно. Процесс реформирования системы управления природными ресурсами Российской Федерации прежде всего должен быть направлен на интеграцию отраслевых систем управления отдельными видами природных ресурсов и системы управления охраной окружающей природной среды в единую систему с целью реализации принципов комплексного рационального природопользования на всех уровнях управления.

Развитие системы информационного обеспечения отрасли сопряжено с решением таких задач, как развитие сети телекоммуникаций, переходом на электронный документооборот, внедрением современных методов и информационных технологий, доступа и интеграции ресурсов через создание единой информационной среды. Для создания единой информационной среды для интеграции отраслевых информационных ресурсов в сфере природопользования актуальным является разработка ее методологической, методической и технологической основы, включая:

- методологию интеграции геоинформационных ресурсов по уровням управления, источникам данных (базы данных действующих ведомственных информационных систем) и их согласованного представления;

- разработку методик и технологий создания многоуровневых территориально-распределенных информационно-аналитических систем, базирующихся на данных различных ведомственных систем, методах и системах поддержки принятия решений и ситуационного управления;

- развитие средств представления, обработки и комплексного анализа данных в ГИС для решения задач изучения и использования природных ресурсов.

В связи с вышеизложенным, целью работы являлась разработка концепции построения, методического и технологического обеспечения единой среды для интеграции отраслевых информационных ресурсов в сфере природопользования и реализация соответствующих программно-технологических решений.

Основными задачами исследований являлись:

1. Формулирование проблемы и анализ современного состояния информационного обеспечения природопользования.

2. Разработка концепции построения единой среды для интеграции информационных ресурсов отрасли в сфере природопользования и охраны окружающей среды.

3. Разработка методического подхода и технологических решений по созданию территориально-распределенных информационно-аналитических систем в области управления природными ресурсами, включая:

- методику и технологию создания интегрированного хранения и удаленного доступа к информации;

- программно-инструментальные средства разработки распределенных информационно-аналитических систем, построения моделей задач и оценки вариантов решений на результирующем этапе принятия управленческих решений;

- научно-методическое и информационно-технологическое обеспечение аналитической ситуационной системы, специализированной на решение задач в сфере управления природопользованием;

- функциональное, алгоритмическое и программно-технологическое обеспечение ввода, анализа и представления пространственно-временной информации в среде ГИС для решения задач контроля использования и мониторинга состояния природных ресурсов.

4. Апробация методологического подхода, методического и программно-технологического обеспечения при создании отраслевых информационных систем в сфере управления природопользованием.

Для решения сформулированных задач применялись методы системного анализа, теории принятия решений, проектирования и разработки БД, и информационных систем, аналитические методы пространственного анализа и ГИС-моделирования, организации Web-доступа, обработки и анализа изображений и т. д.

Научной новизной исследований является:

1. Разработана концепция построения единой среды функционирования системы информационного обеспечения в сфере природопользования на основе постепенного увеличения степени унификации и интеграции информационных ресурсов по уровням управления, источникам данных и согласованности представления, унифицированной пространственной привязки;

2. Предложены новые методические и программно-технологические решения для разработки распределенных информационно-аналитических систем поддержки управления природными ресурсами на основе комплексирования, развития и применения методов и средств СУБД, СППР, ГИС и Web-технологий в единой среде;

3. Разработано обеспечение решения слабо формализованных задач поддержки принятия управленческих решений на основе знаний и многокритериальных оценок, и на его базе реализована система поддержки принятия решений в задачах природного пользования. Впервые разработано методическое и информационно-технологическое обеспечение федерального ситуационного центра как многоцелевой информационно-аналитической системы поддержки управления в природно-ресурсной сфере и реализована ГИС-среда карты оперативной обстановки на территории РФ.

В работе защищаются следующие положения:

1. Создание единой среды для интеграции информационных ресурсов на основе:

- перехода к единой системе общероссийских нормативов на всех уровнях и объектах системы;

- агрегирования территориальных и ведомственных систем классификации и кодирования;

- согласования информационных ресурсов на основе унифицированной пространственной привязки и анализа в среде ГИС;

- создания и использования баз метаданных и интегрированных хранилищ данных обеспечивает преемственность и эволюционное формирование иерархической территориальной распределенной системы информационного обеспечения природопользования.

2. Предложенный методический подход к построению территориально- распределенных информационно-аналитических систем, включающий многозвенную архитектуру доступа к базам данных и Web-доступа к единому банку метаданных путем введения дополнительного слоя программного обеспечения для управления метаданными и организации доступа к интегрированным хранилищам, позволяет эффективную реализовать различные компоненты единой среды для интеграции информационных ресурсов в природопользовании.

3. Полученные программно-технологические решения, основанные на последовательном взаимоувязанном проектировании функциональной модели и структуры данных, разработке программных приложений с использованием библиотек визуальных компонентов и модели разделяемых программных интерфейсов, обеспечивают создание прикладных территориально-распределенных информационно-аналитических систем поддержки принятия управленческих решений в области мониторинга природных ресурсов и управления природопользованием.

4. Разработанные методические и технологические основы создания аналитической ситуационной системы в природно-ресурсной сфере обеспечивают построение и функционирование многоцелевого ситуационного центра федерального уровня.

5. Созданные средства математического и программного обеспечения технологий оперативного анализа и унифицированного представления пространственно-временной информации о состоянии и использовании природных ресурсов в среде ГИС, генерации альтернатив и выбора вариантов решений реализуют оперативную поддержку мониторинга природопользования и подготовки вариантов управленческих решений.

Практическая ценность работы основана на применении предложенных решений при создании информационно-аналитических и ситуационных систем в сфере природопользования.

ГНЦ РФ ВНИИ систем является координатором и исполнителем работ по формированию методической и технологической основы единой системы информационного обеспечения МПР России, созданию и обеспечению функционирования Ситуационного центра МПР России (СЦ МПР). На основе выполненных разработок в составе первой очереди СЦ МПР создана, функционирует и поддерживается в среде ГИС карта оперативной обстановки на территории РФ, в режиме реального времени ведется мониторинг опасных и чрезвычайных ситуаций, в том числе лесных пожаров, паводков, ледовой обстановки, техногенных происшествий и катастроф по сообщениям с территорий и данным дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Созданы и постоянно действуют картографические проекты, отражающие состояние лицензионных участков распределенного фонда недр, минерально-сырьевая база мира и России и другие аналитические материалы. Полученные информационно-технологические решения положены в основу созданной и успешно функционирующей первой очереди Государственного банка информации о недрах и недрами пользовании Республики Казахстан (РК), проект реализован по заказу Комитет геологии и недрами пользования Министерства энергетики и минеральных ресурсов РК и эксплуатируется Республиканским и территориальными центрами геологической информации РК.

Разработанное методическое и программно-технологическое обеспечение в области проектирования и создания информационно-аналитических систем обеспечили разработку первой очереди Информационно-аналитической системы государственного мониторинга состояния недр РФ (ИАС ГМСН) федерального уровня.

В главе 1. - рассмотрены проблемы и перспективы развития информационного обеспечения природопользования.

В разделе 1.1 - описаны основные направления и перспективы информатизации органов государственной власти, а также задачи информационных технологий в этом процессе.

Оценка состояния, прогнозирование и принятие управленческих решений в природно-ресурсном комплексе неразрывно связаны с необходимостью формирования общегосударственных информационных ресурсов и совершенствовании информационных технологий государственного управления.

Информационные технологии в сфере государственного управления должны обеспечить: повышение эффективности государственного регулирования и управления ресурсами путем создания и развития информационно-аналитического обеспечения деятельности федеральных органов государственной власти и ситуационных центров, поддержки выработки основных направлений повышения эффективности управления на базе развития систем сбора, учета и обработки информации; совершенствование взаимодействия органов государственной власти Российской Федерации и субъектов на основе создания общей защищенной информационной среды.

В настоящее время развитие информационных технологий достигло достаточно высокого уровня, наиболее быстро развиваются корпоративные системы различного назначения, к которым могут быть также отнесены системы, ориентированные на управление целыми отраслями. Это утверждение в полной мере относится и к системе информационного обеспечения природопользования и охраны окружающей среды. При этом наряду с задачами создания новых стоит проблема интеграции уже созданных систем в единый информационный комплекс. Только путем последовательной увязки существующих систем по иерархическим уровням и интеграции их информационных ресурсов в единую среду можно повысить качество и эффективность управления в целом.

В разделе 1.2 - рассмотрены предшествующие работы и современное состояние информационно-аналитического обеспечения в сфере природопользования на примере Министерства природных ресурсов Российской Федерации.

Современный этап продолжает предшествующие исследования, в которых были разработаны основные методологические принципы построения интегрированных аналитических систем и их использования в решении геологических задач.

Постепенное внедрение компьютерных технологий в производственные циклы создало возможность массового преобразования информации в цифровой вид, организации ее массовой обработки, накопления и распространения.

Значительным достижением данного периода явилась развитие ГИС-технологий, систем управления базами данных (СУБД) и распределенных информационных систем. В мировой практике все большее распространение получает создание центров анализа, аккумулирующих большие объемы природно-ресурсной информации.

В них наряду с централизацией данных развиваются подходы к интеграции распределенных баз данных.

Информационное обеспечение в сфере природопользования системы МПР России исторически складывалось постепенно, по мере объединения в один федеральный орган исполнительной власти геологической, водной, лесной отраслей, а затем и службы Государственного контроля в области природопользования и охраны окружающей среды. В результате информационное обеспечение является плохо регламентированным и весьма разнородным: не определена нормативно-методическая база, отсутствует единые механизмы сбора и обработки данных, ведомственные информационные системы созданы на разных принципах, не обеспечено движение информационных потоков по вертикали и горизонтали, разнородны системы учета и отчетности, не разработаны механизмы межведомственной координации.

Проведение административной реформы системы МПР России требует новых подходов к интеграции информационных ресурсов и систем, и координации информационного обеспечения деятельности системы государственного управления природопользованием.

В разделе рассматриваются задачи и информационные потоки, функциональная и организационная структура информационного обеспечения системы МПР России, а также обосновывается необходимость создания единой среды для формирования государственных информационных ресурсов и их унифицированного представления.

В разделе 1.3 - проводится исследование способов сбора, организации доступа, обработки, анализа и представления информационных ресурсов в сфере природопользования. Выполнен обзор действующих в системе МПР России интегрированных информационных систем. Основное их назначение - сбор, хранение и обработка государственной и ведомственной статистической отчетности по разным направлениям природопользования. Эти системы созданы для решения ведомственных задач и плохо совместимы между собой. Решение задач управления природопользованием в целом требует информационной совместимости и системы комплексных интегральных показателей.

Из проведенного анализа сделаны выводы о том, что развитие информационных технологий может обеспечить качественно новый уровень государственного управления, чему способствуют результаты предшествующих исследований по созданию глобальных автоматизированных систем отрасли и выявлению проблем создания системы информационного обеспечения природопользования. В то же время, существующие системы информационного обеспечения представляют собой набор разрозненных независимо развивавшихся автоматизированных систем, отсутствует среда интеграции разнородных и разно уровневых информационных ресурсов.

В качестве путей решения поставленных проблем рассматриваются создание единой федеральной системы мониторинга состояния и использования природных ресурсов для принятия управленческих решений, и формирование общегосударственных информационных ресурсов для решения задач рационального природопользования на базе существующих информационных структур.

Технологической основой организации информационного взаимодействия должно стать построение информационно-коммуникационной инфраструктуры и создание единой среды для интеграции информационных ресурсов системы МПР России. Сделан также вывод о необходимости применения, развития и комплексирования методов и средств СУБД, СППР, ГИС и Web-технологий при создании единой среды для интеграции отраслевых информационных ресурсов в сфере природопользования.

Глава 2. - посвящена концепции построения единой среды функционирования системы информационного обеспечения рационального природопользования.

Раздел 2.1 - посвящен методологии построения единой среды функционирования системы информационного обеспечения рационального природопользования на основе постепенного увеличения степени интеграции информационных ресурсов.

Из проведенного анализа следует, что одним из ключевых вопросов при создании единой информационной среды является интеграция информационных ресурсов по уровням управления (федеральный (региональный), территориальный, локальный), источникам данных (различные ведомственные информационные системы), по согласованности представления (единые классификаторы и справочники, метаданные, унифицированные по размерностям, измерениям и т. п.).

Интеграция данных в информационных системах - это обеспечение единой инфраструктуры для некоторой совокупности неоднородных независимых источников данных. В качестве средств интеграции информационных ресурсов:

- обмен данными - (средства импорта и экспорта данных, обмена данными между репозиториями);

- совместный поиск (средства маршрутизации поисковых запросов, обслуживания их результатов, предоставления информации о способах доступа к найденным ресурсам);

- единообразный доступ (унифицированный механизм доступа к найденным ресурсам, вне зависимости от конкретных источников, в которых они располагаются, и используемых внутри них базовых протоколов доступа).

Введено определение единой среды интеграции в распределенной системе как глобальной инфраструктуры, обеспечивающей комплексирование неоднородных информационных ресурсов из различных источников. Очевидно, что для обеспечения создания и функционирования единой среды отраслевой системы необходимым принципом является синтез следующих подходов к интеграции информационных ресурсов:

1. Приведение к единой нормативной основе в части использования на всех уровнях и объектах (базах данных и информационных системах) единой системы общероссийских классификаторов. Создание банка базовых информационных ресурсов (общероссийские справочники и классификаторы, финансово-экономическая и социально-экономическая информация, цифровые топографические карты, данные дистанционного зондирования Земли).

2. Определение состава информационных ресурсов территориального уровня, используемых на федеральном уровне и модернизация системы классификации и кодирования информации на основе использования иерархического метода классификаций. Поэтапное создание и внедрении единых отраслевых словарей и справочников, т. е. унификация нормативной базы федерального уровня системы на основе агрегирования территориальных и ведомственных систем классификации и кодирования, что обеспечит на начальном этапе преемственность существующих архивов и баз данных без прерывания эксплуатации действующих систем.

3. Согласование информационных ресурсов на основе унифицированной пространственной привязки, что обеспечит не только наложение объектов на единой картографической основе, но и возможности совместного анализа данных путем проведения оверлейных пространственных операций. Создание с этой целью единой информационной среды как оболочки всей системы управления, что предоставляет качественно новые возможности для подготовки и принятия управленческих решений за счет обеспечения увязки и интеграции информации на основе географических объектов.

4. Наиболее эффективный способ накопления и хранения данных путем интеграции основан на технологии создания и использования интегрированных хранилищ данных. Этот подход предполагает наличие (создание) единого информационного пространства полученных из различных источников и согласованных данных (приведенных к общему знаменателю по используемым классификаторам, справочникам, размерности, кодировке). Здесь решаются вопросы:

- архитектуры хранилища данных и средств накопления, хранения и доступа к информации (центральное и оперативное хранилище данных, репозитарий метаданных, представления и витрины данных, модели организации данных, используемые СУБД);

- разработки пользовательских программных приложений регламентного расчета и представления данных;

- оперативной аналитической обработки (многомерные кубы данных, подходы к агрегированию данных, реализация иерархий);

- разработки и применения систем поддержки принятия решений;

- создания средств формирования отчетности.

В качестве основных принципов создания единой среды рассматривается единство нормативно-правовой и информационной политики, развитость телекоммуникационных средств, обеспеченность современными программно-технологическими решениями для формирования и интеграции информационных ресурсов.

В разделе 2.2 - определены основные направления построения единой информационной среды отрасли на федеральном уровне.

Рассмотрены методические аспекты создания единой среды для интеграции информационных ресурсов. Определены основные требования к единой информационной среде, принципы ее проектирования; совокупность функциональных задач и реализующих их подсистем распределенной информационной системы в сфере природопользования. Изложен подход к организации хранилищ данных, выбору базовой архитектуры, созданию коммуникационной инфраструктуры, созданию предметных ГИС-приложений. Таким образом, в главе определена концептуальная схема, основные принципы и методические подходы к построению единой информационной среды для интеграции отраслевых информационных ресурсов в сфере природопользования.

В главе 3. - рассмотрены теоретические и методические. вопросы создания информационно-аналитических систем поддержки принятия управленческих решений в сфере природопользования.

В разделе 3.1 - описаны особенности информационных систем в сфере управления природопользованием, проводится классификация этих ИС по функциональному признаку.

Вводится определение информационно-аналитической системы для обеспечения поддержки принятия решений (ИАС ППР) по управлению ресурсами как сложного функционального комплекса, включающего как техническую и коммуникационную платформу, так и средства эффективной манипуляции реляционными базами данных и пространственной информацией, системы поддержки принятия решений, инструментарий аналитической обработки информации. Создание такой системы предполагает увязку баз данных и обеспечение поддержки эксплуатации их в среде ГИС, позволяющей манипулировать разномасштабной картографической информацией, технологично создавать сложные картографические проекты, интегрировать различные программные комплексы специализированной обработки природно-ресурсной информации, осуществлять оформление и вывод электронных карт и статистической отчетности, включая информацию, полученную по результатам запросов к базам данных, оформленную в виде деловой графики.

Определяются основные функции информационно-аналитической системы.

В разделе 3.2 - проанализированы методические и технологические аспекты создания ИАС ППР в слабо формализованных областях знаний, определены основные компоненты ИАС, создаваемых в области обеспечения рационального природопользования, и их функционально-информационное обеспечение.

Разработка ИАС в области мониторинга и управления природными ресурсами опирается на комплекс инструментальных средств, включающий географические информационные системы, средства организации и управления базами данных, средства многофункционального анализа пространственно-статистического распределения объектов и аппарата моделирования, а также средства систем поддержки принятия решений.

Для эффективной оценки исходной и агрегированной информации и аналитических решений, предлагаемых системой, и реализации управленческих воздействий необходимо включение в ИАС блока оптимизации управленческих решений в качестве систем поддержки принятия решений. В технологическом смысле современные ИАС ППР должны обеспечить:

- удобный пользовательский интерфейс, ориентированный на создание комплексной модели задачи путем построения иерархии природных, техногенных, социально-экономических и др. факторов;

- автоматический анализ экспертных суждений на результирующем этапе принятия управленческих решений при выборе из нескольких полученных системой альтернативных вариантов решений в условиях неоднозначности и риска.

Выделены основные функциональные элементы ИАС, которые могут присутствовать в различных прикладных информационно-аналитических системах, различающихся предметной направленностью и ориентацией на различные структуры данных:

- ввод и корректировка данных первичных наблюдений;

- решение информационно-поисковых задач;

- решение вычислительно-аналитических задач;

- генерация и печать отчетности;

- работа с неструктурированными данными (электронными документами);

- работа с пространственно-привязанными данными;

- решение слабоструктурированных задач на основе знаний и многокритериальных оценок.

Раздел 3.3 - посвящен описанию применяемого и разработанного математического аппарата для автоматизации этапов процесса принятия решений при постановке и решении задач природопользования.

Приведена схема процесса принятия решений, описаны основные этапы и методы принятия решений в слабоструктурированных проблемных ситуациях. Описаны основные формальные процедуры и их последовательность на этапах постановки задачи, формирования решений и выбора наиболее предпочтительного решения, реализующие процесс принятия решений.

Основным препятствием на пути автоматизации задач комплексной оценки и планирования рационального природопользования является слабая формализация базы знаний предметной области. Вследствие этого формирование и формализация моделей решаемых задач на основе представлений специалистов приобретает особую важность.

Разработан новый методико-технологический подход визуального моделирования для автоматизированного построения моделей задач, основанный на развитии системного подхода, когнитивного моделирования и структурного анализа разнородной информации, а также иерархического подхода к анализу слабоструктурированных данных. Этот подход реализован в программном комплексе модулей СППР. Разработанное математическое обеспечение для создания программно-технологического блока поддержки принятия решений содержит алгоритмы, в которых используются как формализуемые (объективные), так и слабо формализуемые (субъективные) данные, производится расчет локальных и обобщенного приоритетов выбираемых решений, реализуется оценка согласованности экспертных предпочтений. Приведены разработанные модификации критериев индивидуального выбора, применяемые для формальной интерпретации экспертом множества полученных альтернатив решения.

В разделе 3.4 - обоснованы базовые архитектурные и технологические решения для создания территориально-распределенной информационно-аналитической системы в сфере природопользования, основанной на многозвенной архитектуре, интегрированных хранилищах и функциональных витринах данных, удаленном доступе к БД.

Стержнем любой информационно-аналитической системы является превращение данных в информацию и знания, которые затем используются для поддержки принятия решений. Данные в настоящее время могут быть сохранены в объемных, современных и сравнительно недорогих системах хранения. Однако сами по себе эти огромные массивы данных не представляют ценности для лиц, принимающих решения. Ведь для того, чтобы принять решение, необходимо выполнить качественный и количественный анализ и получить информацию и новые знания.

Для построения хранилища выбрана многомерная модель представления данных, позволяющая эффективно проводить анализ природно-ресурсной информации, его архитектура соединяет концепции хранилища и OLAP (оперативной аналитической обработки на основе организации кубов данных), и использует хранилище данных в качестве единственного источника информации для всех витрин данных. Основными преимуществами варианта многомерного хранилища данных являются возможности выполнения сводного и интеллектуального анализа данных, постепенность построения хранилища, начиная с центрального с добавлением витрин, интеграция в одном хранилище реляционных и многомерных витрин и различных OLAP- средств для работы с ними.

Основой технологии доступа к информации, содержащейся в различных ведомственных БД, является создание в каждом узле системы репозиториев, содержащих метаданные.

Управление метаданными в системе централизовано путем создания в репозиториях блока общих метаданных, характеризующих предметную область. В них содержатся также локальные (частные для каждого репозитория) и интерфейсные (описание структур передачи, процедур доступа и др.) метаданные.

Организации доступа к территориально распределенным базам данных предполагает введение дополнительного слоя программного обеспечения, реализующего управление метаданными и предоставляющего методы доступа. Таким образом, пользователю становятся доступны набор данных унифицированных типов (таблица, куб, документ и т. п.).

Для формирования единого информационного пространства в распределенных программных системах выбрана многозвенная архитектура доступа к базам данных. Многозвенная архитектура, являющаяся шагом вперед по сравнению с традиционной архитектурой клиент - сервер, определяет более развитый и гибкий подход к реализации доступа к ресурсам удаленных серверов, в том числе ориентированный на использование Internet технологий.

Предложена обобщенная схема организации технологической структуры распределенной информационной системы. Технология создания распределенной НАС определяет единый централизованный доступ, анализ и обработку информации из независимых баз данных, находящихся на удаленных компьютерах (узлах) и работающих под управлением различных СУБД в локальных корпоративных сетях.

В разделе 3.5 - рассмотрены вопросы ГИС-составляющей информационно-аналитической системы и ее роли в процессе интеграции информационных ресурсов. Поскольку практически все процессы и объекты природопользования являются пространственно привязанными, географические информационные системы (ГИС) являются важным элементом информационно-аналитических систем и ситуационных систем.

В основу технологии ГИС изначально заложен принцип интеграции. Ввиду своей универсальной природы и интеграционной способности, географическая (пространственно привязанная) информация является ключевым элементом для принятия решений. Технология ГИС позволяет преодолеть неестественный разрыв между пространственными и непространственными данными, интегрировать средства пространственного анализа с другими технологиями, совместно использовать разные методы хранения, обработки и отображения данных.

Использование взаимно совместимых компонентов программного обеспечения, общих форматов данных и стандартных методов их представления позволяет строить не просто отдельную корпоративную систему, а целостную распределенную инфраструктуру пространственных данных для решения задач рационального природопользования в масштабах России.

В главе 4. - определена методическая и технологическая основа создания аналитической ситуационной системы в сфере природопользования.

В разделе 4.1 - освещаются теоретические вопросы построения ситуационных систем в природопользовании.

Принятие стратегических решений по наиболее важным проблемам управления природно-ресурсным комплексом представляет собой сложную задачу, результативность решения которой зависит не только от полноты сбора исходной информации, но и применения высокоэффективных средств анализа, прогноза и отображения промежуточных и конечных результатов. Наиболее перспективным решением таких вопросов является использование ситуационных систем. Ситуационная система представляет собой комплекс специально организованных рабочих мест для персональной и коллективной аналитической работы руководителя или группы руководителей. Рассмотрены общие принципы построения ситуационных систем.

Ситуационный центр (СЦ) определяется как специализированная ситуационная система, основной целью которой является поддержка принятия стратегических и оперативных решений на основе визуализации и углубленной аналитической обработки. Описаны задачи и функции СЦ, основные характеристики ситуационного центра, отличающие его от других СППР. СЦ также характеризуется, как система, основанная на знаниях. Такая система использует знания специалистов о некоторой узкоспециализированной предметной области для принятия решений и обладает необходимой компетентностью, способностью к анализу и рассуждению, решению трудных реальных задач. Она должна содержать такие компоненты, как база знаний, блок объяснения решений, интеллектуальный интерфейс общения и др.

Необходимой функцией СЦ является информационная поддержка принятия оперативных решений и решений в условиях нештатных ситуаций, что накладывает на СЦ требования, предъявляемые к системам реального времени, включая учет временного фактора, динамической поступление данных и информации, содержащейся в базе знаний.

Описаны требования к информационной модели среды СЦ. Рассмотрены классификации СЦ по: целевой направленности, составу средств ситуационного моделирования, масштабу, размещению, способу отображения ситуационной информации, универсальности. Выделены основные компоненты СЦ.

Раздел 4.2 - посвящен обзору практического опыта построения Ситуационных центров, полученного при проектировании Многоцелевого ситуационного центра Администрации Президента РФ, Министерства по чрезвычайным ситуациям, Росгидромета, Министерства путей сообщения России, Центробанка России и некоторых других. В настоящее время создан ситуационный центр при Правительстве РФ, а также ряд ситуационных комнат для губернаторов в Ленинградской, Орловской, Белгородской, Тюменской и других областях. В общей сложности уже стартовало 20 таких региональных проектов.

В результате этих работ сегодня уже имеются имеется методический и практический опыт создания таких центров, который может быть использован при проведении аналогичных работ в интересах МПР России.

В разделе 4.3 - определяется методическая и технологическая основа ситуационной системы в сфере как информационно-аналитической системы, позволяющей оценить реальное состояние объекта управления, уловить тенденции развития внешних и внутренних изменений, проанализировать возможные последствия действий, способствующей повышению эффективности выработки управленческих решений на федеральном уровне. Разработана архитектура СЦ в сфере природопользования, состав и структура его информационно-технологического, программно-аппаратного и системного обеспечения на примере Ситуационного центра МПР России. Определены функциональные компоненты программно-технологического комплекса многоцелевого СЦ МПР для обеспечения оперативного решения задач управления природопользованием. Географическая информация и средства ее анализа представляют существенный раздел информационных ресурсов СЦ МПР. Цели аналитических ГИС для СЦ состоят в нахождении связей между географическими объектами и их свойствами, в прогнозировании целевых заранее неизвестных свойств, обнаружении и распознавании целевых объектов и явлений в пространственно-временных процессах. Обоснована необходимость и выполнена разработка ГИС-среды для создания технологии оперативного пространственного анализа и унифицированного представления пространственно-временной информации по состоянию и использованию природных ресурсов для создания цифровой карты оперативной обстановки в рамках ситуационного центра федерального уровня, определены требования к функциональному и прикладному обеспечению технологии.

Глава 5. - посвящена описанию разработанных программно-технологического обеспечения создания различных компонентов единой среды для интеграции информационных ресурсов в сфере природопользования.

В разделе 5.1 - описывается разработанная методика и технология интегрированного хранения информации для обеспечения решения задач мониторинга и управления природопользованием.

Разработана и апробирована на создании интегрированной базы данных фондовой геологической информации методика и технология разработки интегрированной БД, основанная на последовательном взаимоувязанном проектировании функциональной модели и структуры данных, разделении логической и физической модели (прямое и обратное проектирование БД), единой системе классификаторов, включении механизмов, отвечающих за логику работы БД, поддержку целостности данных и их защиту.

Предложенный методический подход позволяет автоматизировать и унифицировать процесс проектирования, проводить оперативное проектирование (реинжиниринг) структуры БД без потери данных и без нарушения ее функционирования, использовать любую СУБД, обеспечить логику работы БД, поддержку целостности данных, их защиту, пересчет различных информационных показателей на уровне БД.

В БД в соответствии с задачами выделяются блоки (гиперкубы) интегрированных данных. Специальный программный компонент позволяет создавать многомерные запросы к гиперкубам данных, и представлять их в удобном для проведения многомерного анализа виде.

В разделе 5.2 - изложены полученные технологические решения, реализующие специализированную программно-инструментальную среду разработки НАС поддержки принятия управленческих решений.

Инструментальная среда разработки ИАС в области поддержки управления природопользованием обеспечивает автоматизацию создания системы на всех этапах принятия решений. Развитие принципов многозвенной архитектуры «сервер баз данных - сервер приложений - клиент» в части реализации доступа к ресурсам удаленных серверов, в том числе ориентированного на использование Internet технологий, обеспечивает создание территориально распределенных систем, функционирующих в едином информационном пространстве. Многозвенная архитектура позволяет резко снизить требования к мощности клиентских мест (в качестве клиентских приложений могут выступать Web-браузеры), уменьшить нагрузку на сервер и трафик в сети.

При этом каждый элемент ИАС может выступать как часть клиентских приложений как Windows, так и Internet.

В разделе 5.3 - описан разработанный программно-технологический комплекс СППР. Система используется для анализа слабоструктурированных задач природопользования, их формализации, генерации возможных альтернатив решения, их оценки и выбора приоритетного и в частности, реализует алгоритмические разработки, описанные в разделе 3.3.

Решение задачи в СППР происходит по следующей схеме: на первом этапе пользователь строит иерархию задачи, и задает предпочтения. После этого системой производится расчет иерархии, и формируются значения обобщенных приоритетов, которые представляются в удобном для анализа графическом виде.

Разработанная СППР обладает следующими функциональными возможностями:

- построение моделей задач в виде иерархического дерева;

- задание экспертных приоритетов на основе парных сравнений;

- оценка и исправление несогласованности экспертных суждений;

- расчет локальных (по критериям) и обобщенных приоритетов критериев и альтернатив по субъективным и объективным данным;

- определение предпочтительности альтернатив по отдельным критериям;

- ранжирование альтернатив по обобщенной предпочтительности;

- оценка чувствительности результата к изменению входных данных и экспертных предпочтений;

- возможность подключения и обработки информации из ГИС;

- возможность импорта результирующих данных в ГИС, их анализ и интерпретацию в рамках пространственно-привязанной информации.

К достоинствам СППР можно отнести возможность численного, вербального и графического задания предпочтений при проведении парных сравнений элементов иерархии, а также абсолютных весов элементов, оценку согласованности входных данных и средства исправления несогласованных суждений по проблеме с помощью процедуры согласования предпочтений, высказанных разными экспертами, использование как субъективных, так и объективных данных.

Разработанный технологический механизм позволяет устанавливать связь блока СППР и ГИС в прикладной информационно-аналитической системе на уровнях обмена исходными и расчетными данными, произведения необходимых расчетных настроек алгоритмов обработки данных. Разработанные программные процедуры, использующие технологии СОМ и DDE, реализуют обмен данными между БД, СППР и ГИС в соответствии с установленной привязкой.

В разделе 5.4 - приведено описание разработанного функционального и прикладного обеспечения ГИС-технологии оперативного пространственного анализа и унифицированного представления пространственно-временной информации по состоянию и использованию природных ресурсов в рамках ситуационного центра федерального уровня.

При разработке пользовательских приложений в ГИС-среде для обеспечения функционирования карты оперативной обстановки ситуационного центра используется большой объем вычислительных и аппаратных ресурсов. Для оптимизации и систематизации хода работ структура главного ГИС-проекта формируется из тематических разделов, представленных объектно-ориентированными базами данных. Тематические разделы проекта представлены в форме загружаемых компонентов, хранящих в текстовой форме все компоненты соответствующего раздела ГИС-проекта и ссылки на источники используемых данных. Управление тематическими разделами осуществляется с помощью специализированного управляющего модуля. Такой подход позволяет расширить стандартный функционал ГИС и обеспечивает удобный доступ и представление информации.

В ГИС-оболочку встроен ряд дополнительных функций, обеспечивающих: загрузку в ГИС-среду интересующего раздела, его исправление, расширение и обновление, создание новых тематических разделов, запуск файлов любых приложений и Интернет страниц, что значительно расширяет возможности проекта.

Создан специализированный интерфейс для ввода и визуализации оперативных данных. Реализованы возможности визуализации и интегрирования между собой в проекте различных видов информации. Система позволяет выполнять интегрированную визуализацию различных представлений данных, таких как растровая информация (например, привязанный снимок) и полученная при его дешифрировании векторная информация. Дополнительно к стандартному пользовательскому интерфейсу добавлены пункты меню и панели инструментов, которые позволяют оперировать данными проекта.

В главе 6. - приведены результаты апробации и применения разработанных решений.

Раздел 6.1 - Создание системы информационного обеспечения МПР России. В настоящее время последовательно разрабатывается и внедряется информационно-аналитическая система природопользования и охраны окружающей среды, предназначенная для учета, анализа и, в конечном счете, управления информационными ресурсами и информационными потоками в сфере природопользования и охраны окружающей среды.

При непосредственном участии автора разработана Концепция создания системы и ее основные положения, подготовлены проекты регламентных документов по созданию единой системы классификации и кодирования информации в области природопользования и охраны окружающей среды, определению порядка предоставления и формированию информационных ресурсов уровня руководства министерства.

С участием автора реализованы проектные решения по созданию технической и коммуникационной основы иерархической ИАС на примере построения корпоративной сети для создания вертикали "территория - регион - центр" в Приволжском федеральном округе.

В разделе 6.2 - приведено описание Ситуационного центра МПР России. Научно-методическое и технологическое обеспечение функционирования Ситуационного центра МПР России реализовано на основе выполненных разработок. В составе СЦ МПР создана, функционирует и поддерживается в среде ГИС карта оперативной обстановки на территории РФ, в режиме реального времени ведется мониторинг опасных и чрезвычайных ситуаций. Ведется база данных всех событий, снимков и сопутствующей информации. Отрабатывается схема взаимодействия с государственным банком цифровой геологической информации по волоконно-оптическим линиям связи. Полученная информация направляется в хранилище СЦ МПР и находится в режиме online. Информация представляется на оперативной карте в виде диаграмм, цифр, текстовых сводок, изображений.

Созданы и постоянно действуют картографические проекты, отражающие состояние лицензионных участков распределенного фонда недр и другие аналитические материалы по лесным, водным и другим ресурсам. Ведется создание СППР проектов решения различных задач управления природопользованием в СЦ МПР.

Полученные информационно-технологические решения в области интеграции и обеспечения доступа к информационным ресурсам положены в основу проектирования и разработки программно-технологического обеспечения первой очереди Государственного банка информации о недрах и недрами пользовании Республики Казахстан. Описание проекта приведено в разделе 6.3, банк реализован по заказу Комитета геологии и недрами пользования Республики Казахстан и эксплуатируется в Республиканском центре (РЦГИ "Казгеоинформ") и территориальных управлениям геологической информации РК.

Выполнена разработка технического проекта, структуры и средств формирования массивов данных для наполнения интегрированной базы фондовой информации централизованного хранения, проведена апробация, актуализация и согласование данных ретроспективных локальных БД; созданы и функционируют рабочие места по формированию и ведению первоочередных информационных ресурсов лицензий и контрактов, контрактных условий, балансов, мониторинга недрами пользования, геолого-геофизической изученности, анализа информации в ГИС, кадастра месторождений и проявлений полезных ископаемых, мониторинга подземных вод.

Разработанные методические и технологические решения в области проектирования и создания информационно-аналитических систем обеспечили разработку первой очереди Информационно-аналитической системы мониторинга состояния недр (ИАС ГМСН), описанной в разделе 6.4 - Система создавалась с применением инструментальной среды разработки ИАС. В результате было создано и апробировано программно-технологическое обеспечение первой очереди ИАС ГМСН по подсистемам мониторинга подземных вод (ПВ) и опасных экзогенных геологических процессов (ОЭГП). информационный кодирование программный

При этом разработана технологическая основа ведения мониторинга подземных вод в автоматизированном режиме на федеральном, региональном и территориальном уровнях. Программно-технологическое обеспечение системы позволяет интегрировать СУБД, пользовательские клиентские программные приложения и ГИС в единой среде ИАС ГМСН.

В заключении сформулированы основные результаты проведенных исследований. Основными результатами являются разработка концепции построения единой среды для интеграции информационных ресурсов в сфере природопользования и реализации ее компонентов при создании методической и программно-технологической основ системы информационного обеспечения МПР России и Ситуационного центра МПР России, ИАС ГМСН, Государственного банка информации о недрах и недрами пользовании Республики Казахстан.

Размещено на Allbest.ru