Технология ГИС - Pacificinfo.ru

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ИМ. В.И. ИЛЬИЧЕВА
ЕДИНАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ИНФОРМАЦИИ ОБ ОБСТАНОВКЕ В МИРОВОМ
ОКЕАНЕ
(ЕСИМО)
Протокол опытной эксплуатации №_1_
Дата 4 сентября 2007 г.
ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ВЕДЕНИЯ КОРПОРАТИВНОЙ ГИС ПО МОРСКИМ
НАУКАМ (СЕВЕРО-ЗАПАДНАЯ ЧАСТЬ ТИХОГО ОКЕАНА)
Общее описание технологии, версия 1.0.0 от 27.07.2007
Владивосток 2007
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение
3
1.1 Цель
3
1.2 Обзор документа
3
1.3 Основные определения
4
1.4 Порядок ведения и использования
4
1.5 Нормативные ссылки
5
2 Назначение
6
2.1 Основные функции технологии
6
2.1.1 Доступ к данным
6
2.1.2 Система отображения данных
7
2.1.3 Система аналитической поддержки
7
2.1.4 Пользователи ОГИС
7
2.2 Объекты автоматизации
7
3 Описание технологии
9
3.1 Общая схема функционирования технологии
9
3.2 Базовый сервер данных ОГИС
11
3.3 Удаленный доступ к ресурсам корпоративной сети
12
3.4 Мониторинг океанологических ресурсов Интернета
12
3.5 Организация доступа к оперативным данным экспериментов
14
4 Описание программного обеспечения
16
5 Описание применения
17
5.1 Технологический процесс формирования и ведения ОГИС
17
5.2 Условия применения
17
6 Документация технологии
18
7 Руководство пользователя
19
7.1 Обучающая система
19
7.2 Работа с ОГИС
20
7.3 Работа с системой аналитической поддержки ОГИС
22
7.4 Поддержка технологий распределенных и суперкомпьютерных вычислений
23
7.5 Работа с электронной библиотекой полнотекстовых журнальных публикаций
24
Список использованных источников
25
Лист изменений
26
2
1 ВВЕДЕНИЕ
1.1 Цель
Целью документа является описание информационной технология формирования и ведения
корпоративной ГИС ТОИ ДВО РАН по морским наукам (северо-западная часть Тихого океана) на
основе принятых стандартов Единой системы информации об обстановке в Мировом океане
(ЕСИМО).
Документ содержит общие сведения о построении технологии РКХ, ее компонентах,
методах и средствах функционирования и предназначен для разработчиков и пользователей
технологий ЕСИМО.
Разработка документа выполнена в отделе № 8 информационных технологий ТОИ ДВО
РАН (fischenko@poi.dvo.ru) в соответствии с действующими положениями и руководящим
нормативным документом [1].
1.2 Обзор документа
Настоящий документ состоит из следующих разделов:
Раздел 1 «Введение»
Раздел 2 “Назначение” – описывается вид деятельности, для автоматизации которой
предназначена технология; дается перечень объектов автоматизации, задействованных в
технологии и приводится перечень функций, реализуемых технологией.
Раздел 3 “Описание технологии” включает описание общей схемы функционирования
технологии, дается общая структура технологии и назначение ее отдельных компонент;
приводятся сведения о технологии в целом и ее компонентах в части методического
(математического),
программного,
информационного
и
организационного
обеспечения
технологии.
Раздел 4 “Описание программного обеспечения” содержит общее описание ПО.
Раздел 5 «Описание применения» включает общее описание технологического процесса
обработки данных; порядок и регламент выполнения основных работ технологии, а также
программно-технические характеристики (состав и характеристики операционных систем, ГИС и
другого общего программного обеспечения, минимально необходимый набор вычислительных
средств и иного оборудования для бесперебойной работы технологии, условия организационного
характера и др.)
Раздел 6 “Документация технологии” содержит перечень и краткая характеристика
разработанной и предъявляемой к испытаниям документации.
Раздел 7 Руководство пользователя.
3
1.3 Основные определения
1.3.1 Информационная технология формирования и ведения корпоративной ГИС ТОИ ДВО
РАН по морским наукам (северо-западная часть Тихого океана) - совокупность процедур, методов,
производственных и программно-технологических средств, объединенных в технологическую
цепочку, обеспечивающих основные функции технологии с привлечением ручных операций, а
также методов и средств вычислительной техники и систем связи.
1.3.2 Программно-технический комплекс – это совокупность средств вычислительной
техники, программного обеспечения и средств создания и заполнения информационной базы.
1.3.3 Информационная база данных технологии - это совокупность упорядоченной
информации, используемой при функционировании информационной технологии.
1.3.4 Массив информации (данных) - это систематизированная совокупность однородных
по структуре данных, логическая единица информационной базы данных. Массив информации
может быть представлен в виде базы данных ГИС или наборов данных в виде системы файлов
данных.
1.3.5 Рабочая документация на информационную технологию - комплекс взаимоувязанных
документов, в котором полностью описаны все решения по созданию и функционированию
технологии.
1.3.6 Эксплуатационная документация на информационную технологию - часть рабочей
документации, предназначенная для использования при реализации технологии, определяющая
правила действия при ее функционировании, проверке и обеспечении ее работоспособности.
1.4 Порядок ведения и использования
Разработка и сопровождение технологии осуществляется в отделе информационных
технологий ТОИ ДВО РАН под руководством В.К. Фищенко (fischenko@poi.dvo.ru). В рамках
сопровождения
технологии
проводится
консультационное
обслуживание.
Использование
технологии не должно противоречить положениям Закона РФ об интеллектуальной собственности
[2].
Для технологии устанавливается следующая схема назначения версий:
1. Первая цифра изменяется в случае кардинальных изменений.
2. Вторая цифра изменяется в случае существенных изменений.
3. Третья - в случае уточнений, исправления ошибок, незначительных поправок.
Текущая версия - 1.0.0.
4
1.5 Нормативные ссылки
ГОСТ 19.001-77 ЕСПД. Общие положения.
ГОСТ 19.101-77 ЕСПД. Виды программ и программных документов (переиздан в ноябре
1987 г с изменениями).
ГОСТ 19.103-77 ЕСПД. Обозначение программ и программных документов.
ГОСТ 19.105-78 ЕСПД. Общие требования к программным документам.
ГОСТ 19.401-78 ЕСПД. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению.
ГОСТ 19.402-78 ЕСПД. Описание программы.
ГОСТ 19.504-79 ЕСПД. Руководство программиста.
ГОСТ 19.781-90. Обеспечение систем обработки информации программное.
ГОСТ 34.201-89 Виды, комплектность и обозначение документов при создании
автоматизированных систем.
РД 50-34_698-90 Методические указания. Информационная технология. Комплекс
стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы.
Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию банков данных в
автоматизированных системах различного назначения (ОРММ).
Системный проект Единой системы информации об обстановке в Мировом океане.
Утвержден заказчиком подпрограммы ЕСИМО Росгидрометом (январь, 2001 года).
5
2 НАЗНАЧЕНИЕ
Технология
предназначена
для
формирования
и
ведения
океанологической
геоинформационной системы (ОГИС) ТОИ ДВО РАН по северо-западной части Тихого океана.
ОГИС – программная система, которая предоставляет всем заинтересованным специалистам
Тихоокеанского океанологического института, ряда других институтов ДВО РАН, студентам и
преподавателям дальневосточных вузов непосредственно на их рабочих местах в лабораториях и
на морских экспериментальных станциях с помощью стандартного Web-интерфейса доступ:
1) к большой совокупности накопленных в институте и полученным из других источников
данных по состоянию морского дна (батиметрия, морская геология, морская геофизика,
морская геохимия, седиментология и т.д.), водной среды (температура, соленость, плотность,
содержание различных химических веществ, морские гидробионты) и атмосферы (направление
и скорость ветра, давление, влажность, температура, облачность и т.д.) на акваториях
дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана;
2) к наглядным средствам совместной картографической и общенаучной визуализации всех видов
данных;
3) к эффективным программным средствам обработки и анализа данных.
2.1 Основные функции технологии
2.1.1 Доступ к данным
ОГИС обеспечивает доступ к:
- историческим данным, полученным специалистами ТОИ в морских и береговых экспедициях за
всю историю деятельности института;
- оперативным данным, получаемым в режиме реального времени на морских экспериментальных
станциях и, в перспективе, в морских экспедициях;
- данным, переданным в ТОИ в электронном виде другими отечественными и зарубежными
организациями по условиям соответствующих соглашений;
- данным, находящимся в информационных базах океанологических данных, организованных в
отдельных подразделениях ТОИ и других институтов ДВО РАН ;
- данным, выставляемым отечественными и зарубежными организациями в сети Интернет для
свободного либо авторизованного доступа.
С учетом проблемы защиты авторских прав на данные, выставляемые в ОГИС, разработана
и реализована специальная политика разграничения прав доступа пользователей к различным
видам данных. Наивысший приоритет имеют пользователи из ТОИ ДВО РАН.
6
2.1.2 Система отображения данных
ОГИС,
являясь
геоннформационной
системой,
обеспечивает
совместную
картографическую визуализацию на компьютере пользователя данных, имеющих координатную
привязку. Кроме этого, при необходимости применяются другие способы визуального
представления научных данных – графики, диаграммы, спектрограммы, вейвлетограммы,
изображения и т.д.
2.1.3 Система аналитической поддержки
ОГИС предоставляет пользователям возможность эффективной обработки и анализа
запрошенных ими данных. Для этого системой будут поддерживаться:
- классические методы обработки и анализа (корреляционно-спектральный анализ сигналов и
полей, распознавание образов, методы многомерного статистического анализа и т.д.);
- современные методы и технологии обработки и анализа данных (вейвлет-анализ, технологии
искусственных нейронных сетей, морфологический анализ изображений и т.д.);
- предметно-ориентированные методики моделирования и анализа океанологических данных,
разрабатываемые специалистами ТОИ и других институтов ДВО РАН.
Разрабатываемые средства встраиваются в систему аналитической поддержки ГИС и
вызываются при работе с соответствующими типами данных. В настоящее время в систему
аналитической поддержки ОГИС включены около 10 программ обработки данных и
моделирования.
2.1.4 Пользователи ОГИС
Во-первых, это сотрудники ТОИ ДВО РАН - пользователи локальной сети института. Вовторых, сотрудники других институтов ДВО РАН – пользователи корпоративной компьютерной
сети ДВО РАН (прежде всего ИАПУ, ИБМ, ИПМТ). В-третьих, это студенты «океанологических»
специальностей вузов Владивостока (ДВГУ, ДВГТУ, Дальрыбвтуз). В-четвертых, это все
заинтересованные лица, имеющие доступ к сети Интернет (они имеют наименьшие права доступа
к ресурсам ОГИС).
Вся функциональность технологии в основном основана на использовании различных
программных продуктов, включенных в технологию.
2.2 Объекты автоматизации
К объектам автоматизации технологии относятся:
7
- программные средства, как коммерческого происхождения, так и специально разработанные для
нужд технологии, осуществляющие обработку запросов пользователя базовым сервером ОГИС,
выборку данных из БД, их обработку и передачу пользователям в виде HTML-страниц;
- обеспечение удаленного доступа к ресурсам корпоративной сети;
- обеспечение мониторинга океанологических ресурсов Интернета;
- организация доступа к оперативным данным удаленных мониторинговых экспериментов;
8
3 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
3.1 Общая схема функционирования технологии
ОГИС – геоинформационная система, основанная на применении Web-технологий. С
формальной точки зрения архитектура ОГИС - архитектура типа "клиент-сервер". На стороне
сервера имеется базовая СУБД и ядро (enginе) - основной механизм, осуществляющий обработку
запросов пользователя, выборку данных из БД, их обработку и передачу пользователям в виде
HTML-страниц. На стороне пользователя должна быть стандартная программа навигатор
(например, MS Internet Explorer) и, возможно, специализированные аналитические средства,
осуществляющие особо сложную обработку запрашиваемых пользователем данных.
На рис.1 представлена принципиальная схема разрабатываемой системы, увязывающая
основные группы пользователей, источники данных и информационные потоки в ОГИС.
Основной сегмент ОГИС (на рисунке вверху слева) расположен в здании ТОИ, где базовый ГИСсервер с использованием стандартных средств языка HTML (HyperText Markup Language)
обеспечивает работу с ОГИС специалистов института непосредственно со своих рабочих мест с
помощью персональных компьютеров, подключенных к локальной сети.
Справа на схеме условно представлены два сегмента пользователей ОГИС, подключенных
к локальным сетям других научных институтов ДВО и сетям учебных учреждений Владивостока.
Учитывая высокую скорость соединений между всеми учреждениями, пользователей этих
сегментов можно считать полноценными Интранет-клиентами ОГИС. В данных сегментах
выделены удаленные серверы, которые помимо стандартных функций управления локальной
сетью могут брать на себя некоторые функции ОГИС и управления данными, принадлежащими
соответствующим организациям. При этом взаимодействие базового ГИС-сервера с этими
удаленными серверами будет осуществляться с использованием языка XML (eXtensible Markup
Language).
Внизу на схеме условно представлены Интернет-клиенты ОГИС - пользователи мировой
компьютерной
сети,
желающие
воспользоваться
сервисами
и
ресурсами
ОГИС,
предоставляемыми им по обычным Интернет-каналам. Очевидно, информационные обмены ГИСсервера с Интернет-клиентами происходят во много раз медленнее, поэтому такой режим работы
мало похож на обычную работу с ГИС. Тем не менее, необходимые ресурсы могут быть
запрошены клиентом у сервера и спустя некоторое время получены и отображены в нужных видах
на компьютере клиента.
Также в зоне Интернета на схеме представлены т.н. "хранилища данных" - расположенные
в мировой сети информационные ресурсы по океанологии дальневосточных морей и северозападной части Тихого океана. В настоящее время ведется разработка универсального интерфейса
9
ОГИС с такими удаленными информационными ресурсами, позволяющего пользователям в
единообразном стиле организовывать запросы и получать из различных источников в Интернете
требуемые данные в виде файлов или их графических отображений. Учитывая низкую скорость
обмена данными при работе непосредственно в Интернете, разработана специальная подсистема
кэширования в ОГИС удаленных данных, к которым наиболее часто обращаются пользователи. В
частности, сейчас кэшируются ежедневно обновляемые данные по давлению и скорости ветра в
Японском море, представляемые в Интернете японскими организациями.
Рисунок 1. Архитектура ОГИС
10
3.2 Базовый сервер данных ОГИС
Основной массив данных ОГИС физически располагается на главном ГИС-сервере в отделе
Информационных технологий ТОИ ДВО РАН и находится под управлением СУБД MS SQL-server
2003. Данные сгруппированы в тематические слои, для каждого слоя обычно присутствует
пространственно-координированная информация, представленная в соответствии с ГИСстандартами в виде точек, линий, полилиний, полигонов, а также атрибутивная информация в том
виде, в каком принято представлять информацию в соответствующей предметной подобласти
океанологии. Помимо картографической привязки большинство данных имеет временную
координату, фиксирующую момент проведения измерений. В основную БД ОГИС помещаются
данные, предоставляемые научными подразделениями для открытого либо ограниченного
использования. Каждый слой данных сопровождается метаинформацией, включающей помимо
пространственно-временных координат и некоторого описания методик проведения измерений,
данные о владельце данных и предлагаемых им условиях использования его данных. Поскольку,
как правило, данные отдельных владельцев первоначально представлены в самых разнообразных
форматах (текстовых файлах, бинарных файлах, таблицах Excel и т.д.), то практически для
каждого случая разрабатываются соответствующие программные утилиты конвертирования
данных для помещения их в общую БД. Некоторые массивы океанологических данных,
помещаемые в ОГИС, получены не самими специалистами ТОИ, а переданы другими
организациями по условиям соответствующих соглашений, либо скачаны из открытых источников
в Интернете. В этих случаях также разрабатываются соответствующие утилиты конвертирования
данных, причем, эта задача осложняется тем, что, как правило, форматы хранения исходных
данных не известны. Такие данные также сопровождаются информацией об их владельце, для
Web-ресурсов указывается их адрес в Интернете.
Как ранее упоминалось, данные сгруппированы в тематические слои, для каждого из
которых с помощью стандартного Web-интерфейса организуется окно организации запросов к
данным. Пространственные ограничения в запросах устанавливаются естественным образом – в
БД запрашиваются только те данные, которые могут присутствовать в текущем представлении
картографического окна. Часто данные имеют временную привязку, в этом случае в окне запроса
можно указать с помощью специального интерфейса время начала и конца временного интервала,
в течение которого были измерены необходимые пользователю данные. В некоторых случаях
интерес представляет не конкретный временной интервал, а сезон, например, могут потребоваться
данные о температуре морской поверхности, которая была во все годы в июне месяце. В
некоторых случаях может потребоваться более сложный запрос, для этого из формы стандартного
запроса можно вызвать режим «расширенного фильтра» и в отдельной форме более детально
установить требования к запрашиваемым данным.
11
3.3 Удаленный доступ к ресурсам корпоративной сети
В ряде научных подразделений ТОИ и других институтов ДВО РАН накоплены
значительные массивы экспериментальных данных, ориентированных на соответствующие классы
научных задач. Чаще всего эти информационные ресурсы располагаются на рабочих компьютерах,
подключенных к сетям институтов, и потенциально могут быть доступны с других рабочих мест в
сети. При этом многие владельцы данных не приветствуют создание полномасштабных копий
этих данных на основном сервере ОГИС, тем не менее, не возражают против того, чтобы их
данные были все-таки «видны» в ОГИС ограниченному кругу пользователей. Это дает
возможность совместного использования этих данных и любых других данных из ОГИС, важную,
прежде всего, для самих владельцев, либо для коллег, которым владельцы готовы передать особые
права на работу с данными. Другой причиной отказа от хранения данных на ГИС-сервере является
то, что некоторые информационные хранилища чрезвычайно объемны (например, хранилища
спутниковой информации в лаборатории спутниковой океанологии ТОИ занимают десятки
гигабайт памяти на дисковых носителях). В связи с этим нами исследовались возможности
реализации в ОГИС технологии распределенного хранения информации на серверах отдельных
научных групп в сети ДВО РАН.
Для пользователей ОГИС, обладающих правами доступа к таким данным, интерфейс
запросов остается стандартным. ГИС-сервер при получении запроса от пользователя, формирует
XML-запрос на получение данных с компьютера владельца. Наиболее часто такие данные
представляются научными специалистами института в виде набора файлов, рассредоточенных в
специально организованной системе вложенных папок, облегчающих для пользователя процесс
поиска нужных данных. В этом случае по согласованию с административной группой ОГИС
проводится дополнительная установка и настройка специальных программных компонент на
удаленный компьютер. В результате удаленный компьютер начинает функционировать в режиме
файл-сервера, обслуживающего формируемые ГИС-сервером XML-запросы на выборку из
файловой системы и пересылку нужных файлов данных.
Если хранилища данных удаленных пользователей организованы в виде баз данных, то
должно производиться согласование схемы запросов ГИС-сервера и структуры данных,
используемых в соответствующей БД на стороне хранилища данных. После этого запросы
пользователя транслируются ГИС-сервером в запросы для удаленной СУБД, найденная
информация пересылается ГИС-серверу, где она обрабатывается и предоставляется в нужном виде
пользователю.
3.4 Мониторинг океанологических ресурсов Интернета
12
Эффективность океанологических исследований в большой мере зависит от полноты
сведений об объекте исследования, имеющихся в распоряжении научных специалистов. Как
правило, помимо данных, получаемых непосредственно организацией, где работает специалист,
имеется значительное число данных, полученных другими отечественными и зарубежными
организациями. Часто эти данные выставляются в Интернете и могут быть доступны
заинтересованным специалистам. Однако, невысокая пропускная способность отечественных
интернет-каналов, зачастую недостаточная подготовка пользователей к работе в Интернете,
многократное дублирование в пределах одной организации информационных поисков и запросов
приводят в целом к невысокой эффективности использования информационных ресурсов
Интернета. Учитывая перечисленные выше соображения, была принято решение в рамках проекта
ОГИС разработать систему автоматизированного сбора и мониторинга выставляемой в Интернете
океанологической информации по северо-западной части Тихого океана. Такая система, названная
(Remote Data Searcher), была создана в 2003 году.
Система действует в составе разрабатываемой в ТОИ ОГИС и обеспечивает выполнение
следующих функций: 1 - создание и пополнение списка актуальных для пользователей ОГИС
океанологических ресурсов в Интернете; 2 - выполнение с заданной периодичностью, либо по
требованию пользователя запросов на получение данных с удаленных источников; 3 - контроль
актуальности удаленных данных и организация системы кэширования наиболее часто
запрашиваемых данных на внутреннем сервере; 4 - выполнение поисковых запросов по базе
зарегистрированных информационных ресурсов.
В настоящее время с помоощью системы RDS осуществляется мониторинг шести
океанологических ресурсов Интернета. Так, например, по заказу лаборатории Физики геосфер был
организован пробный мониторинг трех информационных ресурсов. С сайта Японского
метеорологического агентства http://www.imoc.co.jp/wxfax.htm с периодичностью 2 раза в сутки
скачиваются в БД ОГИС факсимильные карты приземного давления атмосферы в регионе. С сайта
http://JPL/POO.DAAC.SeaWinds ежедневно скачиваются оперативные данные по характеристикам
ветра
над
северо-
западной
частью
Тихого
океана.
С
сайта
http://www.jma.go.jp/JMA_HP/en/typh/typh.all.html осуществляется мониторинг наиболее мощных
тайфунов и тропических циклонов в Тихом океане, способных оказать воздействие на фон
микросейсмических колебаний в районе сейсмоакустических исследований, проводимых ТОИ
ДВО РАН. С использованием системы автоматического мониторинга в 2004 году блок
гидрологических данных ОГИС был пополнен двумя новыми крупными массивами данных. В
частности, в БД ОГИС был внесен фрагмент банка океанографических данных WOD-2001
Национального центра океанографических данных США. Этот банк включает наиболее полный
массив данных вертикальных CTD- зондирований океана, осуществленных океанографическими
13
организациями разных стран мира за период с 1804 по 2001 год. Основная версия банка
распространялась в виде комплекта из девятнадцаити компакт-дисков. На сайте НЦОД
http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD01/pr_wod01.html выставлены данные этого банка, которые
время от времени пополняются и корректируются с учетом найденных несоответствий. Система
автоматического мониторинга океанографических Интернет-ресурсов, встроенная в ОГИС,
проверяет регулярно сайт НЦОД на наличие обновлений в банке, которые автоматически
скачиваются в ОГИС. Последующее преобразование данных и их встраивание в основной блок
CTD-данных ОГИС производится администратором либо оператором системы, обычно не позднее
недели-двух с момента появления обновлений банка WOD-2001. Таким образом, практически в
каждый момент времени в ОГИС поддерживается наиболее полная и правильная версия банка
WOD-2001. При работе с этими данными научным специалистам нет необходимости знать
используемые в WOD-2001 форматы хранения данных, местоположение нужных данных на
конкретных CD-дисках, достаточно воспользоваться стандартными формами пространственновременных запросов к ОГИС и получить на своем компьютере либо визуальные образы данных
либо сами данные в цифровой форме. Второй крупный массив океанологических данных,
внесенных в 2004 году в ОГИС - данные буйковых и попутных судовых измерений параметров
состояния морской среды и атмосферы в приводном слое. Эти данные по региону северо-западной
части Тихого океана собираются странами- участниками международного океанографического
проекта NEAR GOOS (Япония, Корея, Китай, Россия) и выставляются для участников проекта на
сайте http://near-goos1.jodc.go.jp/. С помощью системы автоматического мониторинга ОГИС новые
поступления данных буйковых и судовых наблюдений автоматически считываются в основную
БД ОГИС и становятся доступными ее пользователям.
3.5 Организация доступа к оперативным данным экспериментов
В 2006 году были начаты работы по включению в ОГИС информационных ресурсов двух
морских экспериментальных станций ТОИ – на м. Шульца и о. Попова. На МЭС м.Щульца
развернута первая очередь локальной компьютерной сети. В настоящее время высокоскоростными
оптоволоконными каналами (скорость 1 Гб/сек, общая длина – более 1 км) соединены
компьютеры, расположенные в нескольких рабочих помещениях. Сеть МЭС по радиоканалу
соединена с сетью ДВО РАН, что обеспечивает научным специалистам на МЭС практически все
те же возможности, которые они имеют в здании ТОИ (Интернет, электронная поста, доступ к
информационным ресурсам сети ДВО РАН). Для управления сетью МЭС организован постоянно
действующий сервер. С его помощью организована служба синхронизации времени на всех
рабочих компьютерах МЭС, созданы FTP-сервера общего пользования для хранения данных
сейсмоакустических и акустических экспериментов, данных видеомониторинга близлежащих
14
акваторий. Начаты работы по организации оперативного доступа к информационным ресурсам
МЭС для пользователей ОГИС, что позволит реализовать в системе концепцию оперативного
научного мониторинга важных океанологических и иных природных процессов и явлений. На
МЭС о. Попова также осуществлено развертывание первой очереди локальной компьютерной
сети. Сеть основана на радиосоединениях, она объединяет два лабораторных корпуса, несколько
мест проживания научного персонала и администрации МЭС. Сеть станции подключена к сети
ДВО РАН и, соответственно, к сети Интернет. Организован FTP сервер для приема оперативной
информации с рабочих мест МЭС, сервер доступен из сети ДВО, что позволит впоследствии
развернуть на МЭС ряд систем оперативного научного мониторинга с предоставлением
информации пользователям ОГИС.
15
4 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Программное обеспечение ОГИС написано на нескольких языках программирования (С++,
Java, Fortran, Python, Java, ASP), включает более 70 независимых модулей, более 20000 строк
программного кода. При создании программного обеспечения использовались несколько систем
программирования.
Вследствие большого объема программного кода, его полные тексты в настоящем
руководстве не приводятся.
16
5 ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ
5.1 Технологический процесс формирования и ведения ОГИС
Весь технологический процесс формирования и ведения ОГИС представляется в виде
цепочки выполняемых функций технологии именно в той последовательности, в которой они
описаны в разделе 3.
5.2 Условия применения
Обязательными условиями применения технологии являются:
- наличие описанных выше программно-технологических средств;
- наличие необходимых информационных ресурсов;
- соответствие поставленной пользователем задачи функциональности технологии.
17
6 ДОКУМЕНТАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ
Документация на технологию формирования и ведения информационных ОГИС ТОИ ДВО
РАН подготовлена в соответствии с общими требованиями ЕСИМО и включает в себя настоящий
документ. Этот документ содержит общие сведения о построении технологии, ее составляющих,
методах и средствах функционирования и руководство пользователю. Они предназначены для
использования в ТОИ ДВО РАН, являющимся организацией - поставщиком данных и информации
в ЕСИМО.
18
7 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Для начала работы с ОГИС, пользователь со своего компьютера, подключенного к
локальной компьютерной сети ТОИ, должен загрузить начальную страницу http://gis.poi.dvo.ru
(рис.2). Здесь пользователю предлагается либо сразу начать работу с картографической
информацией в режиме обычного пользователя, либо пройти авторизацию и получить
расширенный доступ к информационным ресурсам и аналитическим средствам ОГИС в
соответствии с соглашениями реализованной в системе политики доступа к данным.
7.1 Обучающая система
Начинающие
пользователи
могут
воспользоваться
обучающей
системой
(http://gis.poi.dvo.ru/teach/), демонстрирующей в интерактивном режиме возможности ОГИС и
порядок работы с ее основными компонентами. Для оказания оперативной методической помощи
пользователям и организации обратной связи, позволяющей разработчикам оперативно получать и
учитывать в последующих версиях ОГИС замечания и предложения от научных специалистов,
организован специальный консультационный форум. ОГИС сопровождается электронной
библиотекой полнотекстовых журнальных публикаций по проблемам океанологии, обработки
данных и новых информационных технологий. Вход в библиотеку может быть осуществлен с
начальной страницы ОГИС.
Рисунок 2. Начальная HTML-страница OГИС (адрес в интернете: http://gis.poi.dvo.ru/)
19
7.2 Работа с ОГИС
Основная работа с системой ведется в специальном информационном окне, в котором
отображается картографическая информация из баз данных ОГИС (см. рис. 3). Пользователю
предоставляются удобные средства навигации в картографическом окне, изменения масштабов,
выбора требуемых географических регионов. Отображение информации осуществляется в виде
накладывающихся информационных слоев, выбираемых пользователем. Слои сгруппированы в
тематические группы. Имеется т.н. группа основных слоев (географические названия стран и
морей, очертания берегов, батиметрия); климатология; геология и геофизизика, данные морских
научных экспедиций, спутниковые данные по тепловой излучательности поверхности океана;
данные спутниковой радиометрии поверхности океана. Большинство информационных слоев
помимо пространственной привязки имеет временную привязку (т.е. слои представлены данными,
изменяющимися по годам и месяцам, среднемесячными либо среднесезонными данными).
Соответственно, в ОГИС реализованы механизмы организации запросов к этим слоям с учетом
временных критериев. Всего в настоящее время в ОГИС поддерживаются 34 информационных
слоя общим объемом около 500 Гб. Кроме этого для авторизованных пользователей имеется
возможность организации и поддержки средствами ОГИС собственных информационных слоев.
Права на просмотр этих слоев принадлежат их автору, но при необходимости могут передаваться
другим
пользователям
координированной
атрибутивную
ОГИС.
информации
информацию
по
Помимо
визуального
пользователю
любой
отображения
предоставляется
географической
точке
пространственно-
возможность
региона
в
получить
специальном
информационном окне. При необходимости пользователь, обладающий соответствующими
правами доступа, может получить требуемую информацию по указанному географическому
региону в виде файла данных либо растрового изображения.
20
Рисунок 3. Типовая конфигурация окна картографического отображения при работе с
ОГИС зарегистрированных пользователей
21
7.3 Работа с системой аналитической поддержки ОГИС
В соответствии с базовой концепцией ОГИС, помимо океанологических данных и средств
их визуализации система должна предоставлять пользователям возможность проведения
эффективной аналитической обработки запрошенных данных. Эта возможность реализуется в
ОГИС несколькими способами.
Во-первых, пользователям при наличии прав доступа предоставляется возможность
сохранения запрошенных данных на свой компьютер в виде файлов, форматы которых
«понимают» современные программные системы математической обработки данных (Matlab,
Scilab, Mathcad и т.д.).
Во-вторых, некоторая скрытая от пользователя математическая предобработка данных
проводится системой при ее функционировании (подготовка графических образов различных
типов данных, распаковка упакованных системами сжатия массивов данных, преобразование
нестандартных данных из внешних источников к форматам ОГИС, различные виды интерполяции
данных, генерация preview-образов данных и т.д.).
В-третьих, для аналитической обработки некоторых видов данных реализуются т.н.
компонентные
технологии,
в
частности,
технологии
Active-X,
что
дает
возможность
пользователям проводить обработку запрошенных данных не выходя из системы с помощью
обычного Web-интерфейса. При первом запросе такой процедуры обработки на компьютер
пользователя при его согласии автоматически устанавливаются необходимые программные
компоненты, с помощью которых пользователь может производить соответствующую обработку.
Как правило, такие компоненты сопровождаются системой помощи, поясняющей пользователю
порядок работы с программой. При последующих запросах на обработку данных сразу
используются ранее установленные программные компоненты. В случае появления в ОГИС новых
версий Active-X компонент, при очередном запросе аналитической обработки пользователь
предупреждается о наличии новой версии, которая при желании может быть автоматически
установлена вместо старой версии.
В-четвертых, в ОГИС поддерживается сопровождение внешними программами обработки,
“понимающими” форматы файлов данных ОГИС. Информация о таких программных средствах
размещена в разделе “Аналитическая поддержка”.
Пользователь
может
просмотреть
краткое
описание
любой
программы
и
при
необходимости скачать программу к себе на компьютер. После установки программы на личном
компьютере пользователь получает возможность обрабатывать файлы данных, которые он также
получает из ОГИС. Для примера на рис.4 приведено окно программы морфологического анализа
22
при
обработке
спутникового
радиолокационного
изображения
морской
поверхности
с
проявлениями нефтяного загрязнения.
Рисунок 4. Обработка спутникового радиолокационного изображения с помощью
программы «Morpho» из системы аналитической поддержки ОГИС
7.4 Поддержка технологий распределенных и суперкомпьютерных вычислений
Важной особенностью ОГИС является возможность выполнения пользователем особо
сложных процедур обработки данных и математического моделирования с использованием
вычислительных ресурсов корпоративной сети Дальневосточного отделения РАН. Такими
ресурсами являются, во-первых, многочисленные персональные компьютеры пользователей сети,
во-вторых, несколько суперкомпьютерных комплексов с параллельной архитектурой, имеющихся
в Вычислительном Центре и ИАПУ ДВО РАН. Использование этих совокупных вычислительных
ресурсов научными специалистами отделения осложняется необходимость изучения достаточно
сложных технологий организации высокопроизводительных вычислений. В ОГИС реализуется
концепция разработки и включения в систему аналитической поддержки актуальных для многих
научных специалистов программ, способных выполняться с использованием вычислительной
инфраструктуры ДВО РАН. При этом пользователю ОГИС достаточно лишь уточнить параметры
23
соответствующих алгоритмов и отправить программу на выполнение. Для апробации этой
технологии в ОГИС включены две программы: 1 – программа нелинейной пространственной
фильтрации большеразмерных изображений; 2 – программа моделирования трехмерных
случайных полей с заданными статистическими свойствами. Обе программы представляют
интерес для широкого круга океанологов. Первая программа выполняется с использованием
технологий
распределенных
вычислений
на
8
персональных
компьютерах
отдела
информационных технологий ТОИ, вторая – на суперкомпьютерном комплексе МВС-1000 в
ИАПУ ДВО РАН. В распоряжение пользователей предоставляется удобный Web-интерфейс для
необходимой настройки входных параметров программ. Пробная эксплуатация программ
подтвердила эффективность реализованных схем высокопроизводительных вычислений. Отметим
также, что
при
реализации
схем распределенных
и параллельных вычислений нами
использовались инструментальные средства (Condor, Globus Toolkit), поддерживающие открытые
стандарты проектирования GRID-систем - OGSA. Это было обусловлено нашим принципиальным
решением со временем трансформировать ОГИС в полноценный региональный океанологический
GRID-проект.
7.5 Работа с электронной библиотекой полнотекстовых журнальных публикаций
В составе ОГИС действует электронная библиотека полнотекстовых научных публикаций
[3]. Основные научные направления: океанология, математические методы моделирования и
обработки данных, современные информационные технологии. В настоящее время в библиотеке
содержится более 7000 научных статей. Доступ читателей к библиотеке осуществляется с
основной страницы ОГИС, адрес http://gislib.poi.dvo.ru/main/. Интерфейс пользователя прост и
понятен. Сначала пользователь составляет запрос к библиотеке, уточняя при необходимости
название журнала, год публикации, ключевые слова, содержащиеся в названиях статей, списках
авторов, списках ключевых слов, в рефератах. Далее система производит поиск в БД ОГИС и
предоставляет в отдельно окне перечень названий публикаций, удовлетворяющих запросу.
Пользователь может прочитать краткие рефераты найденных статей либо их полнотекстовые
версии.
Особенностью библиотеки, является то, что она может пополняться дистанционно из
разных мест в сети ТОИ и даже в сети ДВО РАН. Для этого лицу, ответственному за определенное
научное направление, сообщается специальный пароль. Введя этот пароль, он получает доступ к
системе ввода новой информации в библиотеку, а также получает возможность редактировать
ранее введенные им же записи.
24
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Документация на информационные технологии ЕСИМО. Требования к содержанию и
оформлению. – Обнинск: ГУ «ВНИИГМИ-МЦД». – 2006. – с.29
2. Закон РФ «Об интеллектуальной собственности».
3. Голик А.В., Ущиповский В.Г, Ахалина Е.А., Фищенко В.К. Электронная библиотека
полнотекстовых публикаций по проблемам океанографии, обработки данных и
информационных технологий // Тезисы докладов XXXI Дальневосточной математической
школы-семинара им. академика Е.В. Золотова. Владивосток. 2006. с. 155-156.
25
ЛИСТ ИЗМЕНЕНИЙ
№ п/п
Дата
Номер
Номер
Содержание
внесения
раздела,
страницы,
внесенного
изменений
пункта, в
на которой
изменения
который
вносится
вносится
изменение
изменение
26
Подпись
Должность,
Ф.И.О.