+7(904)3314610

Средства интероперабельности в распределенных геоинформационных системах

Гришенцев А.Ю., Коробейников А. Г.

баннер статьи

Дата:

Предложены средства централизованного обеспечения технической интероперабельности в распределённых геоинформационных системах (ГИС). Рассмотрено несколько вариантов возможных решений данной проблемы, выбрано решение, называемое в рамках работы «модуль набора преобразований», наиболее оптимальное с точки зрения обеспечения безопасности и масштабируемости ГИС при минимальных затратах на модернизацию программного обеспечения. Проектное решение основано на встраиваемом в файловый сервер программном обеспечении, осуществляющем скрытое от пользователей преобразование форматов. Авторами статьи разработаны и внедрены программно-алгоритмические средства преобразования форматов данных. В ходе модернизации отечественных станций вертикального зондирования ионосферы выполнен анализ и восстановления описание формата *.ion, необходимое в связи с частичной утратой документации. Рассмотрены проблемы внедрения модуля наборов преобразований в структуру геоинформационной системы, технические проблемы интеграции отечественных ГИС в структуру мировых центров данных (МЦД). Предложена модель построения единого информационного пространства ГИС.

Развитие информационных технологий не обходит стороной ГИС, а зачастую даже порождено потребностями ГИС. Так, например, множество оборудования было разработано специально для спутников, осуществляющих дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ). В связи с некоторым временным «провалом» (в 90-е – 00-е гг.) в сфере обновления технического арсенала отечественных ГИС, и уровнем современного развития информационных технологий, актуальной является проблема интероперабельности и отсутствие концептуального единства в пространстве доступа и обработки данных. В большинстве случаев обновление оборудования для каждого элемента ГИС производится комплексно и проблем технической интероперабельности на аппаратном уровне в масштабах ГИС обычно не наблюдается, при этом вопросы интероперабельности переходят в область разработки программного обеспечения, использования специализированных протоколов передачи, форматов хранения и методов обработки данных. Поэтому далее в статье, говоря о технической интероперабельности в ГИС, мы будем иметь виду интероперабельность на уровне протоколов и форматов данных. Совместимость на уровне протоколов передачи данных также называется «Coexistent».

Следует отметить, что под данными понимаются не только данные, полученные в результате научных наблюдений, но, например, управляющие команды, сообщения о состоянии систем и пр. В большинстве случаев каждый элемент ГИС (спутник, аппарат авиамониторинга, наземная станция наблюдения) получает и отдаёт комплекс данных. Например, спутники ДЗЗ оснащены мультиспектральными приёмниками и регистрируют геоизображения в различных диапазонах частот. Так например, система ДЗЗ EOS MODIS использует 36 спектральных каналов для получения изображений поверхности Земли и околоземного пространства в различных спектральных диапазонах. Дополнительно каждый спутник требует обмена телеметрическими данными, связанными с мониторингом за состоянием и управлением оборудованием спутника. Другой пример: станции вертикального зондирования ионосферы (ВЗИ) обычно регистрируют не только ионограммы, но и напряжённость магнитного поля в месте расположения станции ВЗИ, возможно, метеоданные.

Высокая надёжность оборудования ГИС обычно позволяет производить его длительную эксплуатацию, при параллельном вводе в эксплуатацию нового оборудования и/или частичном обновлении, при сохранении актуальности архивных данных возможно возникновение проблем технической интероперабельности.

Нельзя обойти стороной и вопросы международного сотрудничества в формате взаимодействия с МЦД. Для эффективного международного обмена данными требуется оперативное предоставление результатов наблюдений и предварительного анализа в определённых, хорошо документированных форматах, для формирования единого концептуально целостного прогноза необходимо использование общих принципов обработки и анализа данных. Безусловно, имеется необходимость разграничения доступа к информации, продиктованная геополитическими интересами, охраной авторского права, корпоративными интересами, как на уровне международного сотрудничества, так и в рамках внутри организации, обеспечивающей функционирование ГИС.

В соответствии с определением, интероперабельность (Interoperability) – это способность двух или более информационных систем или компонентов к обмену информацией и к использованию информации, полученной в результате обмена. При развитии средств интероперабельности в распределённых ГИС, в соответствии с эталонной моделью интероперабельности, присутствуют не только техническая (физическая, синтаксическая, семантическая) интероперабельность, но и организационная (консолидационная и координационная). Развитие технического уровня интероперабельности позволяет создавать единое информационное пространство в масштабах конкретной ГИС, и, что более значимо, осуществлять интеграцию в структуру МЦД, что в свою очередь неизбежно приводит к консолидационной и координационной интероперабельности в масштабах международного научного сотрудничества.

Анализ работы отечественных станций ВЗИ позволил выявить существенные проблемы уже на уровне средств технической интероперабельности. Например, достаточно распространенным способом представления ионограмм является графический формат *.png, данный формат удобен для визуального восприятия, но при этом малопригоден для машинной обработки в связи с утратой части данных. Множество эксплуатируемых ионозондов имеют специфические, в большинстве случаев несовместимые между собой форматы. В последние годы широкое распространение получили ионозонды CADI канадского производства, предоставляющие ионограммы в форматах: *.md1, *.md2, *.md3, *.md4. Указанные форматы позволяют сохранять всю необходимую информацию данных вертикального зондирования, при этом имеют значительное распространение по всему миру. Существенным плюсом форматов является компактная форма хранения информации, способствующая разгрузке ресурсов памяти и каналов передачи данных.

Результаты данной работы востребованы в отечественных системах ВЗИ и внедрены в практику организации ГИС на базе Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) и частично в практику Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ). Таким образом, данная работа развивает научно-исследовательскую систему отечественных распределённых станций ВЗИ, способствуя повышению её эффективности, тем самым обеспечивается актуальность работы.

Целью работы является развитие и внедрение в практику эксплуатации станций вертикального зондирования ионосферы средств технической интероперабельности, удовлетворяющих требованиям скрытого (от пользователя или программы) и безопасного преобразования форматов данных ионограмм, общее повышение эффективности ГИС за счёт внедрения принципов и роста уровня интероперабельности.

Полный текст статьи

Средства интероперабельности в распределенных геоинформационных системах // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2015. N3. URL: http://jre.cplire.ru/jre/mar15/7/text.pdf.