Многопользовательская обработка распределенно-хранящейся пространственной информации в научно-образовательной ГИС РБ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

СИСТЕМНЫЙ анализ, управление и обработка информации

УДК 004.6

Р. А. БАДАМШИН, А. С. ПАВЛОВ

МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКАЯ ОБРАБОТКА РАСПРЕДЕЛЕННО-ХРАНЯЩЕЙСЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ГИС РБ

Описывается проблема организации многопользовательской обработки распределенно-хранящейся пространственной информации. Геоинформационная система ; инфраструктура пространственных данных ; геопортал ; метаданные ; пространственные данные

Своевременное обеспечении органов государственной власти, научных исследований, потребностей промышленности и населения достоверными и непротиворечивыми пространственными данными (ПД) о своей территории позволяет организовать эффективное управление процессами и явлениями, происходящими в большинстве сфер жизнедеятельности.

Одним из эффективных решений этой проблемы в мировой практике является создание инфраструктуры пространственных данных (ИПД) как элемента единого информационного пространства страны для формирования эффективной системы производства и предоставления пользователям информационных ресурсов пространственных данных. Начиная с середины 90-х гг. прошлого века уже более чем в 120 странах создаются национальные инфраструктуры пространственных данных [3, 4].

Российская Федерация также приступила к созданию ИПД - иерархической территориально-распределенной системы сбора, обработки, хранения пространственных данных на основе ГИС-технологий, которая призвана объединить и обеспечить пользователям регламентированный удаленный доступ к пространственным данным на трех уровнях: федеральном, территориальном (уровень субъектов РФ) и муниципальном [5]. Естественным образом из этого вытекает актуальность создания ИПД в Республике Башкортостан (РБ) как подсистемы уровня субъекта Российской Федерации.

Контактная информация: (347)273-79-63

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Как правило, при создании ИПД выделяют ряд основных компонентов, наиболее существенными из которых являются пространственные информационные ресурсы: базовые пространственные данные (БПД), описывающие базовые пространственные объекты и их наборы; специализированные пространственные данные (СПД), описывающие пространственные объекты и их наборы, представляющие интерес для одного конкретного предприятия или органа государственной власти и необходимые для их деятельности; метаданные - данные о специализированных и базовых пространственных данных, предназначенные для поиска, оценки, назначения, пригодности и возможности обработки пространственных данных. Для определения информации, входящей в состав ИПД РБ, был проведен анализ пространственных данных, используемых органами государственной власти и крупными предприятиями в повседневной деятельности [1, 2], который позволил построить обобщенную структуру пространственных данных (рис. 1), состоящую из блока общегеографических пространственных данных и блоков пространственных данных по основным видам жизнедеятельности.

Большая часть специализированных пространственных данных и метаданные о них зачастую являются собственностью коммерческих предприятий, их создание связано с существенными материальными затратами, а использование ограничено определенным уровнем регламентированного доступа.

Исходя из вышесказанного, становится ясно, что возможность получения даже части специализированных данных, принадлежащих

коммерческим предприятиям, или организация доступа к ним в рамках ИПД РБ представляются, по крайней мере, на ранней стадии, весьма затруднительными и дорогостоящими.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Для отработки научных и технологических принципов создания ИПД количество баз данных (БД) СПД и их ведомственная принадлежность не играют существенной роли, в то же время у ученых, изучающих территорию РБ и протекающие на ней различные процессы (природные, техногенные, социальные, экономические и др.), существует актуальная потребность, и даже необходимость, в активном обмене и совместном использовании пространственных данных (в виде различных тематических карт РБ).

Поэтому предлагается в качестве прототипа ИПД РБ разработать научно-образовательную

геоинформационную систему Республики Башкортостан (ГИС РБ), позволяющую организовать многопользовательский доступ большого числа пользователей (ученых, аспирантов, студентов и др.) к распределенно-хранящейся в различных научных организациях и образовательных учреждениях пространственной информации.

На рис. 2 представлена структура предлагаемой научно-образовательной ГИС РБ, включающая:

• БД СПД научных и образовательных учреждений РБ, которые содержат информацию, полученную в ходе выполнения научноисследовательской, образовательной и хозяйственной деятельности;

• БПД о территории РБ некоторых масштабов;

• метаданные о БПД и СПД.

Общегеографические слои

Отметки высот

Административные границь

Муниципальное образование

Посты наблюдения

Г идротехнические сооружения

Гидрохимические

лабораторні/

Отдел развития инфраструктурь

Сельское

хозяйство

Животноводство

Коневодствс

Лесное хозяйство

Экономика

Банковска?

деятельность

Лесное хозяйство

Рис. 1. Обобщенная структура пространственных данных, необходимых для деятельности органов государственной власти и крупных предприятий РБ

БД БПД

Классы объектов набора данных масштаба 1:200 000

Классы объектов набора данных масштаба 1:1 000 000

Научно-образовательные учреждения

УГАТУ

УГНТУ

БГПУ

БГУ

БДСПД

БМД

БДСПД

БДСПД

БДСПД

Г]*-»

БМД

О-

БМД

БМД

Администратор

БМД

АН РБ

БДСПД

БМД

Адрес Название Владелец Система координат Дата обновления Дата создания

http://www.bgu.ru/ Месторождения БГУ WGS 1984 24.02.07 12.06.06

http://www.rbmaps.ru/ Дороги АНРБ WGS 1984 05.10.08 24.08.05

Научно-образовательная ГИС

Интерфейс

Пользователь 1

Пользователь 2

Пользователь N

Рис. 2. Структура научно-образовательной ГИС РБ

Поскольку часть информации, содержащейся в БД СПД, может носить конфиденциальный характер или интересовать узкий круг специалистов, предлагается организация удаленного многопользовательского доступ следующим образом (рис. 3). Возможность полного доступа к пространственным данным, хранящимся в БД СПД научно-образовательного учреждения, предоставляется пользователям, имеющим доступ к соответствующей локальной сети. Возможность многопользовательского удаленного доступа к базе метаданных (БМД), БД БПД, а также некоторой части пространственных данных, хранящихся в БД СПД, предоставляется пользователям, обращающимся через интернет к геопорталу.

Геопортал - географический информационный узел, предназначенный для поиска, просмотра и обмена пространственными данными. Одной из основных составляющих геопорталов является база метаданных, которая позволяет пользователям осуществлять поиск пространственных данных по необходимым критериям, определять место расположения их источника, получать доступ к этим источникам.

Пользователь 1 Пользователь 2

Пользователь п

Интернет

Интерфейс

Геопортал

БД БПД

Администратор

БМД

Интернет

Администратор

БД СПД

Интерфейс

/-ое научно-образовательное учреждение

Пользователь 1

Пользователь т

Рис. 3. Схема организации многопользовательского доступа к пространственным данным в научно-образовательной ГИС РБ

Для создания базы метаданных необходимо выявить общие для всех БД пространственные данные, провести анализ требований к этим

данным всех пользователей научно-образовательной ГИС РБ и исходя из этого определиться с местом хранения той или иной части данных. При этом в качестве основных требований выдвигаются: непротиворечивость данных, что может быть достигнуто исключением (или хотя бы минимизацией) дублирования данных (с точки зрения хранения), время получения пользователем информации о пространственных данных, а также объем занимаемой памяти.

3. ПОДХОД К РЕШЕНИЮ

Для формализованного описания всех частей пространственной информации и связей между ними введем обозначение - базу данных конкретного /-го научного или образовательного учреждения РБ обозначим через БД-, где

1 = 1, п , п - число БДг-, входящих в состав ГИС РБ. В БД1 выделим две части: БД/ - та часть БД/, которая входит в состав БД БПД, БД/2 -

часть БД-, входящая в состав БД СПД. Таким

образом, получаем:

БД= БД/и БД2, 1 = Щ . (1)

Следовательно, можно записать, что база данных БПД (которую обозначим БД0) на всю республику является совокупностью БД/:

БД0 = ЦБД/ , (2)

1=1,п

Пусть БД/ для всех БД представлены в виде совокупности отношений

БД/1 = {я/, я,2,..., ят}, 1 = Щ , (3)

т1 - количество отношений БД,. Тогда БД0 можно представить как совокупность отношений, входящих хотя бы в две из БД-1,

БД0 = и Я/ . (4)

1=1,п ]=1,т,

Предположим, что информация об одних и тех же сущностях, а также одни и те же связи между одинаковыми сущностями в различных БД входят с одним и тем же значением индекса. Учитывая это предположение, переобозначим отношения из (3), входящие в состав БД0, следующим образом:

БД 0 = {Я, Я*2,..., ЯМ } (5)

где Я*, / = 1, М - полный неповторяющийся перечень, а М - количество различных отношений из {БД 11}1=1п, входящих в БД0,

ия* = и Я (7)

1=1,М 1 =1,п

]=1,т1

Пусть схема каждого к-го отношения (3) представлена в виде совокупности атрибутов

5 (Я* ) = К*, а2*,..., аКк*} (8)

где а к*, к = 1, М, у = 1, К — множество упорядо-

ченных некоторым образом атрибутов всех отношений Я-, 1 = 1, т , так что

иа*= иа /к, к=1М. (9)

] =1,М ] =\2т1

1 =1, п

Заметим, что

т1 < М для всех 1 = 1, п, (10)

поэтому пробегание индекса к от 1 до М в (10)

корректно. Выражение (2) и способ построения БПД, описываемый соотношениями (2) - (9), задают соответствующее преобразование баз данных

: БД/ ® БД0,1 = \п, (11)

позволяющее получить информацию о составе и структуре БД БПД и БД СПД, входящих в состав научно-образовательной ГИС РБ, на основании которой будет создана БМД.

Поскольку со временем число источников информации, входящих в состав научно -образовательной ГИС РБ, может увеличиться, предложен алгоритм добавление д-го источника ПД (рис. 4), реализующий соотношения (2-9), предназначенный для автоматизации выявления общей для всех или нескольких БД пространственной информации, и оперативного изменения состава и структуры БД БПД, а также занесения информации о соответствующих изменениях в БМД. При появлении нового д-го источника информации осуществляется сравнение отношений, входящих в БД9 и БД0. Если некоторая часть отношений БД9 уже присутствует в БД0, она принимается за БД^1 в соотношении (1), а оставшаяся часть принимается за БД92. После этого сравниваются отношения из БД92 со всеми

отношениями из БД1, 1 = 1, п и определяются

совпадающие отношения, которые также переносятся в БД0, а информация о соответствующих изменениях состава и структуры БД0, БД9, БД- заносится в БМД. Если же совпадающий отношений в БД9 и БД0 нет, то БД92 = БД9, и количество БД СПД увеличивается на единицу п = п + 1.

Я* Ф Я*, при 1 Ф у

(6)

Рис. 4. Алгоритм добавления д-го источника ПД в научно-образовательную ГИС РБ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен алгоритм формирования и обновления БД БПД основанный на формальном анализе структур БД СПД, входящих в состав научно-образовательной ГИС РБ, позволяющий исключить дублирование и организовать многопользовательский доступ к распределенно-хранящимся пространственным данным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бахтизин, Р. Н. Информационная модель нефтегазового комплекса в составе инфраструктуры пространственных данных Республики Башкортостан / Р. Н. Бахтизин, С. В. Павлов, Г. М. Сайфутди-нова, А. С. Павлов // Нефтегазовое дело : науч.-техн. журнал. Уфа : Нефтегазовое дело, 2007. Т. 5. С. 2530.

2. Бадамшин, Р. А. Применение геоинформа-ционных технологий для создания инфраструктуры пространственных данных Республики Башкортостан / Р. А. Бадамшин, Р. Н. Бахтизин, С. В. Павлов,

Г. М. Сайфутдинова, А. С. Павлов // Межвуз. науч. сб. «Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем». Уфа : УГАТУ, 2008. С. 56-66.

3. Кошкарев, А. В. США - национальная инфраструктура пространственных данных / А.В. Кошкарев // ГИСинфо. 2005. № 4(10). С.27-30.

4. Кошкарев, А.В. Инфраструктура пространственных данных Финляндии / А. В. Кошкарев // Пространственные данные. 2008. № 1. С.7-17.

5. Концепция создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации, одобренная распоряжением Правительства Российской Федерации от 21 августа 2006 г. № 1157-р.

ОБ АВТОРАХ

Бадамшин Рустам Ахмарович,

проф. каф. техн. киберн., проректор по науч. и иннов. деят-ти УГАТУ. Дипл. инж.-электромех. (УГАТУ, 1973). Д-р техн. наук (УГАТУ, 2000). Действ. чл. Ме-ждунар. акад. наук высш. шк.

Павлов Александр Сергеевич,

асп. той же каф. Дипл. магистр техники и технологии (УГАТУ, 2006). Иссл. в обл. геоинформа-ционных систем.