Научная статья на тему 'Принципы построения и примеры реализации информационной системы принятия управленческих решений обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства'

Принципы построения и примеры реализации информационной системы принятия управленческих решений обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
542
63
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ / ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА / СЕРВИС-ОРИЕНТИРОВАННАЯ АРХИТЕКТУРА / ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕРВИСЫ / ДАННЫЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ / ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е.

Одной из основных проблем, сдерживающих внедрение цифровых технологий в практику решения задач экологической безопасности сельскохозяйственного производства, является разрыв между существующими достаточно сложными моделями анализа и прогнозирования экологических параметров объектов и территорий, с одной стороны, и информационными технологиями, обеспечивающими интегрированную обработку разнородных данных и доведение результатов до пользователей, с другой. В статье описываются архитектура информационной системы и программно-технологические решения, обеспечивающие ликвидацию этого разрыва. В качестве базовых принципов создания предлагаемой информационной системы используется сервис-ориентированная архитектура и максимально полная автоматизация ее работы. Реализация данных принципов и набора предложенных технологий и инструментов обеспечивает интеграцию разнородных источников исходных данных для проведения экологических расчетов, в том числе данных дистанционного зондирования Земли, а также максимально упрощает работу пользователя. Результаты мониторинга и анализа динамики изменений на территориях, происходящих в ходе сельскохозяйственной деятельности, представляются на специализированной геоинформационной платформе и доступны при работе как со стационарных, так и мобильных устройств пользователей. Проведенная апробация свидетельствуют о реализации заявленной функциональности информационной системы и возможностях расширения состава решаемых задач.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DESIGN CONCEPT AND IMPLEMENTATION EXAMPLES OF THE INFORMATION SYSTEM FOR DECISION-MAKING TO PROVIDE ENVIRONMENTAL SAFETY OF AGRICULTURAL PRODUCTION

One of the main problems hindering the implementation of digital technologies in the decision-making in the field of environmental safety of agricultural production is a gap between existing rather complex models for analysis and forecasting of environmental parameters of objects and territories, on the one hand, and information technologies, which provide the integrated processing of heterogeneous data and communicating the results to users, on the other hand. The article describes the information system architecture, software and technological tools, which ensure closing this gap. The proposed information system is created on the basic principles of the service-oriented architecture and maximum automation of its work. Implementation of these principles and a set of proposed technologies and tools provides the integration of diverse initial data, including Earth remote sensing data, for environmental parameters modeling, and simplifies the user work. The results of monitoring and analysis of the dynamics of changes occurring on the territories in the process of agricultural activity are being presented on the specialized geo-information platform and are available for both stationary and mobile user devices. The conducted testing indicates the implementation of the declared functionality of the information system and the possibility of expanding the tasks to be solved.

Текст научной работы на тему «Принципы построения и примеры реализации информационной системы принятия управленческих решений обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства»

РАЗДЕЛ I ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

УДК 631.1

DOI 10.24411/0131-5226-2019-10117

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской Академии наук (СПИИРАН), Санкт- Петербург, Россия

Одной из основных проблем, сдерживающих внедрение цифровых технологий в практику решения задач экологической безопасности сельскохозяйственного производства, является разрыв между существующими достаточно сложными моделями анализа и прогнозирования экологических параметров объектов и территорий, с одной стороны, и информационными технологиями, обеспечивающими интегрированную обработку разнородных данных и доведение результатов до пользователей, с другой. В статье описываются архитектура информационной системы и программно-технологические решения, обеспечивающие ликвидацию этого разрыва. В качестве базовых принципов создания предлагаемой информационной системы используется сервис-ориентированная архитектура и максимально полная автоматизация ее работы. Реализация данных принципов и набора предложенных технологий и инструментов обеспечивает интеграцию разнородных источников исходных данных для проведения экологических расчетов, в том числе данных дистанционного зондирования Земли, а также максимально упрощает работу пользователя. Результаты мониторинга и анализа динамики изменений на территориях, происходящих в ходе сельскохозяйственной деятельности, представляются на специализированной геоинформационной платформе и доступны при работе как со стационарных, так и мобильных устройств пользователей. Проведенная апробация свидетельствуют о реализации заявленной функциональности информационной системы и возможностях расширения состава решаемых задач.

Ключевые слова: экологическая безопасность, информационная система, сервис-ориентированная архитектура, геоинформационные сервисы, данные дистанционного зондирования, поддержка принятия решений.

Для цитирования: Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е. Принципы построения и примеры реализации информационной системы принятия управленческих решений обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 1(98). С. 6-17

B.А. Зеленцов, д-р техн. наук;

C.А. Потрясаев, канд. техн. наук;

И.Ю. Пиманов; А.Е. Семенов

DESIGN CONCEPT AND IMPLEMENTATION EXAMPLES OF THE INFORMATION SYSTEM FOR DECISION-MAKING TO PROVIDE ENVIRONMENTAL SAFETY OF

AGRICULTURAL PRODUCTION

V.A. Zelentsov, DSc (Engineering);

S. A. Potryasaev, Cand.Sc. (Engineering);

Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_

I. Yu. Pimanov; A. E. Semenov

St. Petersburg Institute for Informatics and Automation within the Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia

One of the main problems hindering the implementation of digital technologies in the decision-making in the field of environmental safety of agricultural production is a gap between existing rather complex models for analysis and forecasting of environmental parameters of objects and territories, on the one hand, and information technologies, which provide the integrated processing of heterogeneous data and communicating the results to users, on the other hand. The article describes the information system architecture, software and technological tools, which ensure closing this gap. The proposed information system is created on the basic principles of the service-oriented architecture and maximum automation of its work. Implementation of these principles and a set of proposed technologies and tools provides the integration of diverse initial data, including Earth remote sensing data, for environmental parameters modeling, and simplifies the user work. The results of monitoring and analysis of the dynamics of changes occurring on the territories in the process of agricultural activity are being presented on the specialized geo-information platform and are available for both stationary and mobile user devices. The conducted testing indicates the implementation of the declared functionality of the information system and the possibility of expanding the tasks to be solved.

Keywords: environmental safety, information system, service-oriented architecture, geo-information services, remote sensing data, decision- making support.

For citation: Zelentsov V.A., Potryasaev S. A., Pimanov I. Yu., Semenov A. E. Design concept and implementation examples of the information system for decision-making support to provide environmental safety of agricultural production. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2019. 1(98): 6-17. (In Russian)

Введение

В настоящее время одним из основных направлений развития

сельскохозяйственного производства и решения сопутствующих проблем обеспечения экологической безопасности является всесторонняя информатизация и автоматизация процессов поддержки принятия решений в данных предметных областях. Эти процессы в качестве основных компонентов включают мониторинг ситуаций на объектах

сельскохозяйственного производства и анализируемых территориях,

прогнозирование их развития, и разработку рекомендаций по предотвращению возможных ущербов. Очевидно, что принятие обоснованных решений требует использования разнородной информации и

данных, поступающих, в том числе, от аэрокосмических средств, а также моделей, обеспечивающих прогнозирование развития ситуаций и решение задач выбора наилучших, в соответствии с заданным набором критериев, решений по минимизации возможных ущербов. Кроме того, перспективы использования методов обоснования управленческих решений существенно зависят от доступности результатов анализа пользователям, не имеющим специальной подготовки в области моделирования, обработки данных, геоинформационных технологий, и др., т.е. от возможностей используемых для этих целей информационных систем.

Проведенный анализ показал, что степень использования современных методов поддержки принятия решений в

области экологической безопасности, в том числе, при ведении активной сельскохозяйственной деятельности,

является недостаточной. Такое положение в значительной степени обусловлено отсутствием методов, технологий и систем, обеспечивающих интеграцию в рамках единого вычислительного процесса всех доступных данных о состоянии анализируемых объектов и территорий (в том числе, данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)), моделей изменения состояния этих объектов в ходе производственной деятельности, и оснащенных необходимыми инструментами для предоставления результатов расчетов пользователям в простой и наглядной форме в виде соответствующих тематических продуктов и сервисов. (Под тематическим сервисом понимается веб-сервис, обеспечивающий интегрированную

обработку данных ДЗЗ и других пространственных и непространственных данных, выполненную в соответствии с алгоритмом решения конкретной

тематической задачи, и предоставление результатов пользователю. Примерами тематических сервисов являются: выявление изменений на территории, определение степени загрязнения водоема, выявление источников и анализ зон загрязнений земель сельскохозяйственного назначения, и др. (http://litsam.ru)).

Проведенный анализ показал, что существующие системы, особенно основанные на унаследованных

традиционных разработках

геоинформационных приложений, имеют излишне усложненные пользовательские интерфейсы и требуют высокой квалификации пользователей для

реализации интерактивного или ручного режима работы.

Вместе с тем ключевым требованием к подобным информационным системам

является необходимость максимально полной автоматизации обработки исходных данных и предоставления результатов в виде готовых сервисов по оцениванию загрязнения сельскохозяйственных земель, поверхностных и грунтовых вод, образованию и накоплению отходов производства, и др.

Именно автоматизация, а также интеграция распределенных разнородных информационных ресурсов являются основными принципами, положенными в основу предлагаемых в данной работе программных и информационно-

технологических решений по созданию информационной системы для

формирования и предоставления

тематических сервисов в интересах решения задач экологической безопасности сельскохозяйственного производства

(ИСЭБ).

Материалы и методы

Как уже отмечено, поддержка принятия управленческих решений на уровне сельхозпредприятий или региона требует от ИСЭБ не только поставки данных о состоянии анализируемых объектов лицу, принимающему решение, но и предоставления информации о результатах оценивания динамики происходящих изменений и прогнозирования параметров изменения состояния территорий в результате сельскохозяйственного

производства с количественной оценкой потенциальных ущербов.

Для выполнения этого требования ИСЭБ при своем функционировании должна обеспечивать решение задач:

• анализа и определения требований к составу и характеристикам исходных данных (включая данные ДЗЗ) для проведения расчетов, исходя из требуемого качества принимаемых решений;

• заказа, получения, и предварительной обработки данных ДЗЗ;

• организации загрузки полученных данных в соответствующие программные модули, осуществляющие анализ динамики и прогноз происходящих изменений на анализируемых объектах и территориях, причем эти модули могут быть распределены по разным организациям и выполнены с использованием различных языков программирования в разных операционных системах;

• обмена данными со сторонними ИАС, включая специализированные базы и банки данных, а также, ИАС федеральных и местных органов власти и управления;

• интерпретации результатов расчетов и организации взаимодействия с пользователями;

• организации каталогизации, хранения и обновления получаемых исходных данных и созданных тематических продуктов.

Наиболее распространёнными типами архитектур при создании подобных систем являются [1]:

монолитная архитектура; модульная архитектура; компонентная архитектура; клиент-серверная архитектура; сервис-ориентированная архитектура.

Преимуществами систем с монолитной архитектурой [2,3] являются простота управления и развертывания, обеспечение высокой согласованности программного кода и высокого качества контроля ошибок. Основным недостатком данных систем с точки зрения рассматриваемых задач является их ориентация на создание относительно небольших локальных приложений, развертываемых на едином вычислительном ресурсе.

Модульная архитектура используется при создании более сложных программных комплексов [2, 4]. Она основана на декомпозиции приложения и введении понятия плагина - программного модуля, который независимо компилируется, может

динамически подключаться к основной программе и обеспечивать тем самым расширение ее функциональности.

В компонентной архитектуре [5] используется аналогичный подход, позволяющий создавать достаточно сложные информационные системы за счет «блочного» построения программного кода и повторного использования одних и тех же фрагментов кода. При этом базовым является требование универсальности используемых модулей. Развитие универсальности привело к созданию программных библиотек с возможностью широкого выбора необходимых модулей для реализации требуемой функциональности информационной системы.

Однако и монолитная, и компонентная архитектуры предназначены для построения локализованных информационных систем.

Для ИСЭБ одной из основных требуемых функций является организация взаимодействия разнородных

информационных ресурсов, к тому же функционирующих в асинхронном режиме. К таким ресурсам относятся: программные комплексы и автоматизированные системы получения и предобработки исходных данных, их каталогизации, хранения, архивирования; расчетно-вычислительные модули, осуществляющие анализ динамики изменения на сельскохозяйственных объектах и контролируемых территориях, оценивание происходящих изменений и потенциальных ущербов; программно-инструментальные средства интерпретации результатов расчетов и предоставления их пользователю, и т.д. Причем отдельные информационные ресурсы и модули могут быть территориально распределены и должные взаимодействовать через телекоммуникационные сети. Реализацию такого взаимодействия обеспечивает клиент-серверная архитектура [6]. В простейшем варианте клиент-серверная архитектура

включает пользовательский клиент, на котором реализуется основная логика работы информационной системы, и серверную часть в виде СУБД или файл-сервера. В общем случае, данный тип архитектуры обеспечивает любое взаимодействие двух и более распределённых программных модулей. Наиболее полный вариант такого взаимодействия обеспечивается при использовании сервис-ориентированной архитектуры (СОА) [7].

СОА позволяет реализовать модульный подход к построению сложных информационных систем. Для этой цели отдельные прикладные модули системы исполняются как веб-сервисы с возможностью обмена данными по стандартным протоколам. Связующим программным обеспечением в SOA традиционно является сервисная шина предприятия (Enterprise Service Bus, ESB). ESB предоставляет централизованный и унифицированный событийно-

ориентированный обмен сообщениями между различными модулями

информационной системы [7].

Используемые модули могут содержать внутри себя сторонние программные комплексы, решающие конкретные прикладные задачи и представленные в виде законченных решений, прошедших, при необходимости, валидацию и верификацию. При этом могут использоваться различные языки программирования, программно-технологические средства и инструменты для организации взаимодействия, обработки и хранения данных. Это дает возможность рационального построения ИСЭБ в целом за

счет выбора наилучшей конфигурации программно-аппаратных решений для каждой прикладной задачи.

Существует два основных вида реализации СОА - с использованием технологии микросервисов, и в наиболее общем «классическом» виде [8-11]. Микросервисная архитектура становится в последнее время все более популярной за счет преимуществ, связанных с предоставляемыми ею возможностями контейнерной виртуализации при создании и сопровождении программных продуктов, а также возможностями по автоматизации разработки программного обеспечения и его масштабируемости. Эти преимущества успешно реализуются при создании информационных систем «с нуля» и при их дальнейшем развитии, однако не применимы в полной мере при создании систем типа ИСЭБ, где предполагается использование не только вновь создаваемых, но и унаследованных информационно-расчетных модулей, а также разнородных модулей поставки и обработки данных о состоянии объектов и территорий. Для таких систем базовой является возможность интеграции различных модулей на уровне стандартных протоколов взаимодействия в СОА. При этом обеспечивается автономное развитие каждого веб-сервиса при сохранении согласованного описания интерфейсов взаимодействия. Именно такой режим предоставляется «классической» СОА.

Обобщенная характеристика

возможностей использования описанных архитектур информационных систем приведена в таблице 1.

Таблица 1

Возможности реализации требуемых функций ИСЭБ

Тип архитектуры Функция системы ^—^^ Монолитная Компонентная Клиент-серверная Микросервисы СОА

Определение требований к составу и характеристикам исходных данных (включая данные ДЗЗ) + + + + +

Заказ, получение, и предварительная обработка данных ДЗЗ + + + + +

Интеграция получаемых данных с расчетно-аналитическими модулями - - - - +

Обмен данными со сторонними ИАС - - - - +

Интерпретация результатов расчетов и организация взаимодействия с пользователями + + + + +

Организация каталогизации, хранения и обновления исходных данных и созданных тематических продуктов - - + + +

Из результатов анализа следует, что наиболее пригодным типом архитектуры для создания ИСЭБ является «классический» вариант СОА, при котором реализуется подход к разработке информационной системы на базе модульного построения, обеспечивающий использование заменяемых распределенных компонентов,

взаимодействующих по стандартным протоколам через телекоммуникационные сети.

В качестве модулей ИСЭБ могут использоваться разнородные программные продукты, выполняющие функции предобработки данных ДЗЗ и наземных измерений, их каталогизации, хранения данных, визуализации, и т.д., а также компоненты тематических сервисов, взаимодействующих через сервисную шину ИСЭБ. Такая архитектура позволяет на уровне управления сервисной шиной конфигурировать информационные ресурсы, необходимые для решения конкретных задач в интересах управления сельскохозяйственным производством и обеспечения экологической безопасности. При этом обеспечивается взаимодействие ИСЭБ с поставщиками данных с отечественных и зарубежных космических аппаратов, а также

с информационно - аналитическими системами органов власти регионального и федерального уровней для взаимного обмена данными и результатами решения задач поддержки управленческой деятельности. Поставщики и потребители сервисов взаимодействуют, передавая данные в согласованном формате, при отсутствии каких-либо требований к внутренней структуре модулей. Таким образом, использование сервисов позволяет обеспечивать логическое разделение приложения на модули за счёт явного физического разделения по аппаратным серверам. Благодаря этому становится возможным использование разных языков программирования, инструментов

взаимодействия, мониторинга и хранения данных, что позволяет оптимизировать инфраструктуру путём подбора лучшего программно-аппаратного решения для конкретного сервиса.

Важнейшей особенностью

разрабатываемой ИСЭБ является ее ориентация на формирование и представление результатов в виде, доступном для пользователя, не имеющего специальных знаний в области информационных технологий. Опыт

показывает, что лучшим вариантом для рассматриваемого класса задач является представление результатов на цифровой картографической основе с необходимой сопровождающей атрибутивной

информацией. В настоящее время для решения этих задач активно используются геоинформационные системы (ГИС) различных производителей. Как правило, общими недостатками таких систем являются стремление к излишнему укрупнению создаваемых баз данных и усложнение пользовательских интерфейсов. Это в значительной степени нивелирует положительные свойства известных ГИС при необходимости работы с максимально точными пространственными данными непосредственно на территории.

Альтернативой таким системам является рассматриваемая ИСЭБ, при разработке которой учтены основные современные тенденции создания современных ГИС, состоящие в следующем:

1. Поддержка стандартов Open Geospatial Consortium (OGC) при реализации процедур обмена пространственными данными.

2. Кроссплатформенность, наличие версий системы под разные настольные и мобильные платформы, в том числе Windows (Microsoft), Linux, iOS (Apple), Android (Google).

3. Возможность работы с наиболее распространёнными хранилищами пространственных данных, включая поддержку Oracle Spatial, Microsoft Spatial и PostGIS, как наиболее распространённых и функциональных хранилищ данных.

4. Активное использование наработок по созданию свободно распространяемого ПО, базирующееся на стандартах OGC

5. Поддержка работы с как с двумерным, так и трехмерным представлением данных.

Учитывая эти тенденции, при создании ИСЭБ наиболее перспективна ее реализация на основе свободно распространяемого ПО с

использованием связки PostGIS + Geoserver + OpenLayers.

Результаты и обсуждение

Рассмотренные принципы

архитектурного построения и работы с разнородными данными, отвечающие требованиям информационно-аналитической поддержки принятия решений в области экологической безопасности

сельскохозяйственного производства,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

реализованы в настоящее время в действующей версии информационной системы.

Общая архитектура разработанной ИСЭБ на базе СОА представлена на рис. 1.

В соответствии с принципами сервис-ориентированной архитектуры, обмен сообщениями между различными системами происходит через единую точку, обеспечивающую транзакционный контроль, преобразование данных, аудит сообщений. При изменении какого-либо модуля, подключённого к сервисной шине, нет необходимости в перенастройке остальных компонентов системы.

Функционирование представленной на рисунке программной платформы на базе сервисной шины предоставляет следующие возможности:

- поддержка синхронного и асинхронного способа вызова веб-служб, что позволяет работать с системами с непредсказуемым временем реакции (в том числе, включающие работу оператора или пользователя системы, что характерно в случае интерактивного режима работы какого-либо сервиса);

- использование защищённого транспорта, с гарантированной доставкой сообщений, поддерживающего транзакционную модель;

- синтез вычислительных процессов с контролем исполнения и их реконфигурацией;

доступ к данным из сторонних

обработка и преобразование

информационных систем с помощью сообщений. готовых или специально разработанных адаптеров;

Рис. 1. Архитектура ИСЭБ

Важнейшими отличительными

особенностями ИСЭБ на базе СОА, обеспечивающими предоставление

максимального количества услуг

пользователю по принципу «одного окна», являются наличие в составе ИСЭБ модулей заказа и каталогизации космических снимков, а также применение языка исполнения бизнес-процессов (Business Process Execution Language, BPEL [12]) для описания процессов взаимодействия компонентов системы. BPEL позволяет организовать логику взаимодействия модулей и веб-сервисов при решении каждой конкретной прикладной задачи, используя, в том числе, визуальный редактор. Тем самым обеспечивается простое визуальное формирование алгоритмов работы с данными с задействованием различных источников и сервисов и масштабирование состава предоставляемых услуг по принципу «конструктора».

Реализованная в системе

функциональность обеспечивает интеграцию существующих данных об объектах и территориях, их оперативную актуализацию, в том числе за счет использования аэрокосмических снимков и краудсорсинга, решение задач поиска, тематической обработки, подготовки аналитических материалов, управления нештатными ситуациями, удобное визуальное

представление, анализ развития ситуаций на территории в динамике, с прогнозом на будущее. Кроме того, обеспечивается предоставление мобильных сервисов на базе веб-технологий с помощью персональных устройств (смартфоны, планшетные компьютеры). Работа с системой не требует от пользователя специальных знаний в геоинформатике и в области компьютерных технологий.

Визуальное представление пользовательского интерфейса ИСЭБ приведено на рис. 2.

Рис. 2. Варианты представления адаптивного пользовательского интерфейса ИСЭБ

В настоящее время разработан и практически апробирован целый ряд методик тематической обработки и актуализации пространственных данных о территории на базе ИСЭБ.

Ниже представлены рисунки с примерами визуализации результатов экологического мониторинга на базе данной системы. На рис. 3 показан внешний вид интерфейса пользователя платформы при отображении результатов мониторинга степени зарастания Лубанского озера (Латвия) в результате активной сельскохозяйственной деятельности в прибрежной зоне. Анализ ситуации выполнен с использованием тематической обработки мультивременных данных ДЗЗ с космического аппарата Landsat-8 за вегетационный период в ходе выполнения международного проекта по программе приграничного сотрудничества ESTLATRUS (http://www.infrom.eu/).

Рис. 3. Визуализация в ИСЭБ зарастания Лубанского озера

На рис. 4 представлены результаты анализа воздействия интенсивной хозяйственной деятельности на

экологическое состояние растительности на особо охраняемой природной территории. Юнтоловского заповедника в Санкт-Петербурге. В качестве исходных данных для анализа использованы материалы космической съемки с космического аппарата «Канопус-В».

Необходимо отметить, что при использовании ИСЭБ обеспечивается отображение и анализ результатов мониторинга не только в конкретный момент времени, но в динамике (см. временную шкалу в нижней части рис. 3). Пользователь может проанализировать динамику происходящих изменений путем простого передвижения движка временной шкалы. Кроме того, система поддерживает оперативную работу с результатами

Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства и животноводства_

мониторинга на мобильных устройствах данными с внешними информационными пользователя, а также взаимный обмен системами на базе стандартных протоколов.

Рис. 4. Юнтоловский заповедник (Санкт-Петербург). Пример отображения экологического состояния объекта мониторинга средствами ИСЭБ

Выводы

Проведенный анализ существующих и перспективных технологий интеграции распределенных информационных ресурсов при решении задач поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности показал, в качестве базового подхода к созданию ИСЭБ целесообразно использовать сервис- и событийно-ориентированные архитектуры, в сочетании с технологиями платформо-независимого универсального описания, автоматического поиска и интеграции веб-сервисов. Приведенные примеры и результаты апробации показывают, что применение такого подхода обеспечивает полную реализацию необходимой

функциональности ИСЭБ, и выполнение базовых требований к подобным системам, прежде всего: способности интеграции разнородных территориально

распределенных информационных ресурсов при создании и функционировании тематических сервисов, максимально полной автоматизации этих процессов, простоты для

пользователя, и возможности развития и наращивания функциональных

возможностей ИСЭБ при появлении новых перспективных технологий взаимодействия информационных систем и обработки данных, включая данные ДЗЗ. Ключевым направлением дальнейшего развития подобных систем является разработка программно-технологических решений по интеграции в ИСЭБ существующих и перспективных моделей анализа

экологической безопасности и управления сельскохозяйственным производством. Для практической реализации такой интеграции к настоящему времени разработаны и апробированы методы создания

программных оболочек для разнородных по языку программирования и среде исполнения моделей, обеспечивающих их преобразование к стандартам веб-сервисов.

Поддержка исследований

Исследования, выполненные по данной тематике, проводились при финансовой поддержке гранта РФФИ № 17-06-00108, в рамках бюджетной темы 0073-2019-0004.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Советов Б.Я., Водяхо А.И., Дубенецкий В.А., Цехановский В.В. Архитектура информационных систем // М.: Издательский центр «Академия». 2012. 288 с.

2. Гринфилд Дж., Шорт К., Кук С., Кент С., Крупи Дж. Фабрики разработки программ: потоковая сборка типовых приложений, моделирование, структуры и инструменты: пер. с англ. // М.: ООО "И.Д. Вильямс", 2007. 592 с.

3. Gouigoux J. P., Tamzalit D. From Monolith to Microservices: Lessons Learned on an Industrial Migration to a Web Oriented Architecture // Proceedings of IEEE International Conference on Software Architecture Workshops (ICSAW'2017). Gothenburg. 2017. pp. 62-65. doi: 10.1109/ICSAW.2017.35

4. Календарев А. Современная веб-архитектура. От монолита к микросервисам // Системный администратор. 2017. №1-2. С. 80-83.

5. Richards M. Software Architecture Patterns // O'Reilly Media, Inc. 2015. 47 p.

6. Oluwatosin H.S. Client-Server Model // IOSRJ Comput. Eng. 2014. vol. 16, no. 1, pp. 2278-8727.

7. Paik H., Lemos A., Barukh M., Benatallah B., Natarajan A. Web Service Implementation and Composition Techniques // Springer International Publishing, 2017. 256 p.

8. Ньюмен С. Создание микросервисов // СПб.: Питер. 2016. 304 с.

9. Kwan A., Jacobsen H.-A., Chan A., Samoojh S. Microservices in the modern software world // Proceedings of the 26th Annual International Conference on Computer Science and Software Engineering (CASCON '16). Toronto. 2016. pp. 297-299.

10. Bakshi K. Microservices-based software architecture and approaches // Proceedings of the IEEE Aerospace Conference. Big Sky, MT, USA. 2017. pp. 1-8.

11. Артамонов Ю. С., Востокин С. В. Разработка распределенных приложений сбора и анализа данных на базе микросервисной архитектуры Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18. №4-4. С. 688693.

12. Ting-Huan K., Chi-Hua C., Hsu-Yang K. Applications of the web service middleware framework based on the BPEL // Proceedings of the IEEE 5th Global Conference on Consumer Electronics. Kyoto. 2016. pp. 1-5.

REFERENCES

1. Sovetov B. Ja., Vodjaho A.I., Dubeneckij V.A., Cehanovskij V.V. Arhitektura informacionnyh system [Architecture of information systems]. Moscow: Akademija. 2012: 288 (In Russian)

2. Greenfield J., Short K., Cook S., Kent S., Krupi J. Software factories: Assembling applications with patterns, models, framework and tools. DOI: 10.1145/949344.949348. (Russ. ed.: Grinfild Dzh., Short K., Kuk S., Kent S., Krupi Dzh. Fabriki razrabotki programm: potokovaja sborka tipovyh prilozhenij,

modelirovanie, struktury i instrument. Moscow: Williams Publ. 2007: 592). (In Russian)

3. Gouigoux J. P., Tamzalit D. From Monolith to Microservices: Lessons Learned on an Industrial Migration to a Web Oriented Architecture. Proc. IEEE Int. Conf. on Software Architecture Workshops (ICSAW'2017). Gothenburg. 2017: 62-65. Doi: 10.1109/ICSAW.2017.35

4. Kalendarev A. Sovremennaja veb-arhitektura. Ot monolita k mikroservisam [Modern web architecture. From monolith to micro services].

Sistemnyj administrator. 2017. vol. 1-2: 80-83. (In Russian)

5. Richards M. Software Architecture Patterns. O'Reilly Media, Inc. 2015: 47.

6. Oluwatosin H.S. Client-Server Model. IOSRJ Comput. Eng. 2014. vol. 16. No. 1: 2278-8727.

7. Paik H., Lemos A., Barukh M., Benatallah B., Natarajan A. Web Service Implementation and Composition Techniques. Springer International Publishing, 2017: 256.

8. Sam Newman. Building microservices. O'Reilly Media. 2015. (Russ. ed: N'yumen S. Sozdanie mikroservisov. Saint Petersburg: Piter. 2016: 304. (In Russian)

9. Kwan A., Jacobsen H.-A., Chan A., Samoojh S. Microservices in the modern software world. Proc. of 266 Ann Int Conf on Computer Science and Software Engineering (CASCON '16). Toronto. 2016: 297-299.

10. Bakshi K. Microservices-based software architecture and approaches. Proc IEEE Aerospace Conf. Big Sky, MT, USA. 2017: 18.

11. Artamonov Ju. S., Vostokin S. V. Razrabotka raspredelennyh prilozhenij sbora i analiza dannyh na baze mikroservisnoj arhitektury [Development of distributed applications for data collection and analysis based on microservice architecture]. \zvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2016. vol. 18. No. 4-4: 688-693. (In Russian)

12. Ting-Huan K., Chi-Hua C., Hsu-Yang K. Applications of the web service middleware framework based on the BPEL Proceedings of IEEE 5th Glob. Conf. on Consumer Electronics. 2016: 1-5.

УДК 631:62-539 Б01 10.24411/0131-5226-2019-10118

ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ВНЕСЕНИЯ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

А.К. Лысов, канд. техн. наук; Т.В. Корнилов

Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, г. Санкт-Петербург, Россия

В представленной работе рассмотрены результаты исследований по разработке дистанционных методов съема и обработки информации о мелкомасштабной неоднородности распределения вредных объектов в агроландшафтах сельскохозяйственных культур для дифференцированного внесения средств защиты растений. При исследованиях использовались два метода съема и обработки информации о фитосанитарной обстановке на участках поля. Метод дешифровки снимаемой информации, который базируется на решении обратной задачи, когда с полученных изображений удаляли основную культуру, имеющую однородно-периодическую структуру сильно контрастирующую с почвой и сорной растительностью. Вторым перспективным направлением исследований по разработке дистанционных методов съема и обработки информации является метод геокодированого сбора информации на основе использования оптоэлектронных датчиков, работающих в видимой и инфракрасной областях спектра излучений. Сравнительный анализ полученных результатов, при использовании нового метода обработки получаемой информации в сравнении с результатами наземных стандартных учетов засоренности, показал высокую его достоверность, которая составила 91,7% . Исследования так же показали, что спектральные характеристики отражения почвы и зеленых культурных и сорных растений имеют четкие различия

17

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.