Михаил Немынов, зав.лаб., Борис Хлебников, зав.отделом, Отдел геоинформационных систем и цифровой картографии, ГлавНИВЦ, МПР России, Москва, тел/факс: (095) 192-8021
Как это начиналось
Можно смело сказать, что геоинформационные системы в российской геологии взяли старт в 1991 году, когда в одной из головных и подготовленных на тот момент организаций отрасли — ГлавНИВЦ — был приобретен первый программный продукт семейства ArcInfo — PC ARC/INFO. Несмотря на то, что во многих организациях отрасли в те годы разрабатывались собственные как «доморощенные» программы, так и серьезные аналитические системы, ставшие впоследствии известными самостоятельными продуктами (ГИСПарк, например, и некоторые другие), все-таки настоящий всплеск использования и развития ГИС в организациях отрасли произошел только после того, как на достаточно высоком уровне было принято решение об использовании в геологическом картировании в качестве базовых технологий семейства программных продуктов мирового лидера-разработчика ГИС-инструментария — Института исследований систем окружающей среды (ESRI, Inc, США).
При этом, был учтен и опыт федеральных геологических служб передовых стран (Канады, США, Австралии), и тот факт, что за основу можно было взять уже существующие и общепризнанные технологии, которые являлись и являются открытыми и масштабируемыми при решении задач разного уровня. Сегодня в организациях и предприятиях отрасли семейство программных продуктов ESRI представлено более 500 лицензиями ArcInfo, 10 лицензиями ArcSDE, 250 лицензиями ArcView и т.д. За последний год приобретены несколько десятков лицензий на использование нового семейства программных продуктов ArcGIS, которые постепенно будут дополнять и заменять в производственных процессах прежние ГИС продукты и системы разработки ESRI.
Сейчас ГИС-технологии широко используются для представления в компьютерном виде, хранения и дальнейшего использования графической геологической информации: различных видов карт геологического содержания и топоосновы, планов, геологических разрезов, данных дистанционного зондирования Земли и др. ГИС-технологии обеспечивают эффективные средства для решения задач во всех областях хранения, обработки и использования пространственной информации. Они являются основными инструментами для создания цифровых моделей (ЦМ) карт, разработки ГИС-приложений, для обеспечения управления информационными ресурсами и организации доступа к геоданным.
Обучение специалистов отрасли
В самом начале пути 16 специалистов отрасли прошли обучение в цитадели разработки ГИС-технологий — в Центре обучения ESRI. А в 1994 г. ГлавНИВЦ, самый крупный пользователь программных продуктов ArcInfo в России, и официальный дистрибьютор программных продуктов ESRI в России и странах СНГ — DATA+ при поддержке ESRI учредили Проектный и учебно-методический Центр по геоинформационным технологиям «ГИСпроект» с целью проведения обучения пользователей программ и технологий ESRI в собственном Авторизованном Учебном Центре. Сейчас в Учебном Центре более 10 сертифицированных инструкторов проводят обучение более чем по 20 стандартным учебным курсам по использованию программных продуктов и технологий, разрабатываемых в ESRI: ArcInfo, ArcView GIS, ArcSDE, ArcIMS, MapObjects, ArcGIS. Материалы курсов переведены на русский язык. За время существования центра «ГИСпроект» в нем прошли обучение геоинформационным технологиям более 2500 человек, и 1000 из них — специалисты отрасли.
Государственный банк цифровой геологической информации
Коллегией Государственного комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр (Роскомнедра) 10 августа 1993 г. было принято постановление № 2-2 “О создании информационной компьютерной системы в области геологического изучения и использования недр”, в котором предусматривалось создание Государственного банка цифровой геологической информации и информации о недропользовании в России (ГБЦГИ), как информационной основы системы управления недропользованием на территории Российской Федерации.
В настоящее время ГБЦГИ представляет собой интегрированную многоуровневую территориально распределенную систему, включающую информационные ресурсы (фонд цифровой геологической информации) и комплекс нормативно-правовых, программно-технических средств и информационных технологий, обеспечивающих сбор, учет, хранение, защиту и использование цифровой геоинформации, полученной в результате геологического изучения и использования недр России. Создание и ведение ГБЦГИ предусматривает выполнение работ в два этапа. Работы первого этапа были завершены сдачей в опытную эксплуатацию объектов ГБЦГИ в ГлавНИВЦ, региональных и специализированных информационных компьютерных центрах (ИКЦ). Итоги работ этого этапа были одобрены коллегией МПР России (постановление от 22.10.97 № 17-1). Результаты работ второго этапа, завершившегося приемкой в промышленную эксплуатацию первой очереди ГБЦГИ, также были одобрены коллегией МПР России (постановление от 08.12.99 № 19-1).
В результате работ в период с 1994 по 2001 гг.:
- Создана и функционирует организационная структура ГБЦГИ (численностью более 1400 чел.) в составе ГлавНИВЦ и 24 специализированных и региональных ИКЦ с филиалами, обеспечивающая развитие и ведение Банка на единой программно-технической, информационно-технологической и нормативно-правовой основе.
- Создан, используется и регулярно актуализируется информационный фонд ГБЦГИ: фактографические и картографические базы и банки данных и автоматизированные архивы цифровой информации по территории и шельфу России, состояние и объемы которых регулярно отражаются в “Бюллетене информационных ресурсов ГБЦГИ”.
- Подготовлен пакет нормативно-методических документов, обеспечивающих создание и функционирование Банка и регламентирующих порядок, состав и формы представления данных в ГБЦГИ.
- Освоены и внедряются технологии формирования и ведения Центрального банка данных ГБЦГИ.
- Разработаны и используются информационные технологии и системы формирования и ведения типового регионального (территориального) банка данных ГБЦГИ.
- Ведется подготовка к внедрению информационной системы регулирования использования минерально-сырьевых ресурсов (ИСР МСР) в округах и субъектах Российской Федерации.
- Получены первые результаты по созданию информационной системы дистанционного зондирования Земли для изучения природных ресурсов России.
- Ведутся работы по интеграции информационных ресурсов по всему комплексу природопользования путем создания цифровых атласов природных ресурсов для различных территорий Российской Федерации.
- Формируются базы и банки данных аналитической информации в отделениях Специализированного компьютерно-аналитического центра по минерально-сырьевым ресурсам России, созданного на базе ведущих научно-исследовательских организаций отрасли.
- Создается система защиты государственных фондов геологической информации от несанкционированного доступа и разрушения.
- На базе современных средств телекоммуникации в ИКЦ и Центральном аппарате МПР России созданы и функционируют локальные информационно-вычислительные сети, начаты работы по их объединению в отраслевую сеть на базе технологии Интранет/Интернет (рис. 1).
Рис. 1. Сеть РИКЦ.
На протяжении всего периода разработки и опытной эксплуатации Банка коллективно вырабатывалась и осуществлялась единая политика по унификации системно-технического обеспечения ГБЦГИ. Созданные комплексы программно-технических средств позволяют выполнять работы по вводу, обработке, хранению и отображению всех видов информации геологического и экономического содержания.
Системно-технический базис технологических блоков ГБЦГИ составляют аппаратные и программные средства ведущих фирм-производителей: Intel, SUN Microsystems, AMD, Microsoft, ORACLE, ESRI, Adobe и др. Эти аппаратные и программные средства соответствуют современным мировым стандартам в области информационных технологий и позволяют проводить планомерное развитие систем ГБЦГИ в наиболее перспективных направлениях.
В организациях ГБЦГИ созданы и эксплуатируются мощные компьютерные системы, использующие сетевые технологии обработки информации. Постоянно поддерживается система взаимных консультаций специалистов ГлавНИВЦ и информационных компьютерных центров по вопросам технической политики и практического решения задач ввода в действие технических средств и инсталляции программного обеспечения. Средства вычислительной техники объединены в локальные вычислительные сети, что позволяет эффективно использовать имеющиеся системные ресурсы.
Банк цифровой картографической информации
В составе государственного банка цифровой геологической информации функционирует несколько компонент: центральный банк данных (ЦБнД), банки данных полевой геохимии, данных глубокого бурения и др. с первичной геолого-геофизической информацией, банки данных по месторождениям полезных ископаемых, информационно-аналитические системы для обеспечения формирования и использования банков аналитической информации о минерально-сырьевой базе (МСБ) России, ряд других банков и систем.
Наибольшее использование и развитие геоинформационные технологии получили в одной из основных компонент ГБЦГИ — Банке Цифровой Картографической Информации (БЦКИ), который территориально размещается в здании ГлавНИВЦ. В БЦКИ сосредоточен значительный объем информационных ресурсов.
Банк содержит цифровые модели карт различных масштабов на территорию России и состоит из следующих тематических разделов:
- общегеографические карты и единая топографическая основа;
- карты геологического содержания;
- цифровые геологические атласы (ЦГА) и цифровые интегрированные геологические пакеты (ЦИГИП);
- автоматизированные архивы данных дистанционного зондирования Земли.
В настоящее время решены задачи первого этапа создания Банка:
- Интеграция различных типов цифровой картографической информации: цифровых моделей карт геологического содержания и топографической основы разных масштабов и проекций, фактографических баз данных, цифровых атласов и геоинформационных пакетов, данных дистанционного зондирования Земли и др.
- Организация унифицированного многопользовательского доступа в оперативном режиме из локальной сети ГлавНИВЦ к имеющейся в Банке цифровой картографической информации и ее описанию.
- Создание и ведение метабазы по наличию и состоянию постоянно добавляемых и обновляемых ресурсов картографической компоненты ГБЦГИ, и обеспечение доступа к метабазе пользователей Банка из локальной сети ГлавНИВЦ и сети Intranet.
- Разработана нормативная документация, классификаторы и технология создания цифровых моделей топографических и геологических карт масштабов 1:1 000 000 и 1:200 000.
- Разработана методика интеграции в составе цифровых геологических атласов и геоинформационных пакетов различных видов цифровой картографической и фактографической информации по отдельным регионам, территориям и геологическим объектам.
- Разработана технология унифицированного удаленного многопользовательского доступа к цифровой картографической информации в оперативном режиме из ведомственной информационной сети МПР России.
- Ведется обслуживание организаций отрасли и других государственных организаций информационными ресурсами Банка цифровой картографической информации (рис. 2).
Рис. 2. Ресурсы БЦКИ.
Структура интегрированного хранения информационных ресурсов Банка на серверах пространственных данных локальной сети ГлавНИВЦ и организация доступа к информации представлена на рис. 3.
Рис. 3. Структура БЦКИ.
Создание в отрасли единой цифровой топографической основы для обеспечения геологосъемочных работ, создания цифровых атласов и геоинформационных пакетов
В качестве первоочередной задачи формирования банка цифровой картографической информации предусматривается создание цифровых моделей (ЦМ) топографических карт масштабов 1:200 000 как топооснов для:
- обеспечения проведения геологосъемочных работ (ГСР);
- создания цифровых моделей карт геологического содержания;
- формирования ГИС-проектов в составе цифровых атласов, цифровых интегрированных геоинформационных пакетов (ЦИГИП).
Работы по созданию на территорию России цифровых топографических карт разных масштабов ведутся в отрасли с 1992 г. За это время оцифрованы общегеографическая карта масштаба 1:2 500 000 и топографическая карта масштаба 1:1 000 000 на всю территорию, более 1800 номенклатурных листов карт масштаба 1:200 000. Работы по оцифровке карт масштаба 1:200 000 будут продолжаться и далее согласно планам МПР России проведения ГСР. Все карты создаются в соответствии с классификатором, разработанным в ГлавНИВЦ на основе классификаторов топографической информации, используемых в Роскартографии и Генштабе ВС России. Благодаря этому все созданные цифровые карты имеют одинаковый набор слоев и идентичные структуры атрибутивных данных. В связи с тем, что за последний год существенно переработаны и дополнены инструкции и стандарты на представление ЦМ топографических карт, ведутся работы по приведению существующих цифровых моделей карт к требованиям утвержденных стандартов ГБЦГИ, а с 2002 г. планируется начать работы по уточнению топокарт с использованием данных ДЗЗ (рис. 4).
Рис. 4. Единая ЦТО.
Цифровые модели карт геологического содержания
Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200 000 (Госгеолкарта-200) создается и издается как основа для решения большого круга задач, связанных с хозяйственной деятельностью на суше и прилегающих акваториях России. К началу 1994 г. издано или подготовлено к печати 3454 (из 4823) номенклатурных листа масштаба 1:200 000 Государственной геологической карты страны. В настоящее время в БЦКИ представлено около 1000 ЦМ карт геологического содержания, оцифрованных за эти годы в организациях отрасли. Планируется дальнейшее развитие банка геологических карт масштаба 1:200 000. Ведутся работы по созданию геологических карт нового поколения на основе данных, полученных при проведении геологосъемочных работ (рис. 5).
Рис. 5. Геологические карты.
Формирование цифровых атласов природных ресурсов
В цифровых атласах природных ресурсов и геоинформационных пакетах (ЦИГИП) сосредоточена результирующая информация, относящаяся к отдельной территории или объекту, по определенной тематике: геологическое строение, виды и запасы полезных ископаемых, охрана недр и т.д. Разработаны и утверждены методические рекомендации, содержащие требования по составу информации, технологии формирования, условиям передачи в ГБЦГИ цифровых атласов и геоинформационных пакетов. Базовый масштаб топографических и тематических цифровых карт, входящих в состав цифровых атласов 1:1 000 000, 1:500 000 и 1:200 000, базовый масштаб топографических и тематических цифровых карт, входящих в состав геоинформационных пакетов — 1:200 000 и крупнее.
Состав цифровых атласов зависит от их тематики, назначения, а также от особенностей объекта или региона, по которому они создаются. В атлас могут быть включены топографическая основа, геологические карты, геоморфологические, тектонические, геофизические карты, схемы сейсмического районирования, данные ДЗЗ и т.д. Помимо картографической информации, включаются также фактографические данные в текстовом или табличном виде, полученные на различных этапах изучения охватываемой территории. Между картографическими и фактографическими данными организуется интерфейс, обеспечивающий их совместное использование.
Цифровые геоинформационные пакеты создаются на отдельные объекты природопользования или недропользования и включают в свой состав большие объемы фактографической информации. В состав пакета может включаться фактографическая информация, размещенная непосредственно в пакете в тематических базах данных, и доступная через графический интерфейс из цифровых базовых карт, входящих в состав пакета. Кроме того, в состав пакета может входить первичная геолого-геофизическая информация, организованная в виде самостоятельных информационных блоков или размещаемая в автономных базах данных ГБЦГИ. Доступ к такой информации организуется на основе WEB- технологий.
Основой создаваемых атласов и пакетов являются геоинформационные системы ArcView GIS и ArcInfo. Фактографические базы данных формируются на основе СУБД MS Access, Oracle и др., а интерфейсы между пространственной информацией и фактографическими БД в составе пакетов и атласов организуются средствами ArcView и СУБД или создаются с помощью систем программирования Visual Basic, С++ и т.п.
В настоящее время в БЦКИ представлено 70 пакетов и атласов (рис. 6).
Рис. 6. ЦГА и ЦИГИП.
Данные дистанционного зондирования Земли
Концепция создания ГБЦГИ предусматривает наличие в системе информационных ресурсов данных дистанционного зондирования Земли. Информационная система ДЗЗ создается в соответствии с приказом МПР России от 30.04.99 № 95 как приоритетный вид деятельности организаций Министерства. Предусмотрено три основных направления деятельности: по техническому, информационному и методическому обеспечению системы.
Техническое обеспечение направлено на формирование наземной сети приемных станций на основе использования малых станций типа “СканЭР”, разработанных инженерно-технологическим центром “Сканэкс”. Их эксплуатация осуществляется в соответствии с “Положением о порядке проведения съемок поверхности Земли с космического аппарата (КА) “Ресурс-О1” и использовании данных космических съемок в интересах социального и экономического развития страны и международного сотрудничества” и “Положением по эксплуатации малых станций приема “СканЭР” с КА оперативного наблюдения “Ресурс-О1”. В настоящее время развернуты и функционируют три приемо-обрабатывающие станции: в Южно-Сахалинске, Иркутске и Москве (эксплуатируется совместно с ИТЦ “Сканэкс”), обеспечивающие прием информации с КА “Ресурс-О1” №3 и с КА “Океан-О” №1 по большей части территории России, за исключением Чукотки и северных районов Сибири и Урала.
Федеральной космической программой России в 2000-2005 годах планируется совершенствование космической системы изучения природных ресурсов, экологического мониторинга и всепогодного наблюдения, создание космического комплекса оперативно-электронного наблюдения за земной поверхностью, разработка и создание системы микроспутников ДЗЗ. В связи с этим, дальнейшее повышение технических возможностей ведомственной информационной системы ДЗЗ МПР России предусматривает совершенствование аппаратно-программного оснащения Центров приёма и обработки материалов ДЗЗ с учетом возможности приема информации как отечественных, так и зарубежных КА (“Ресурс-О1”, “Океан-О”, “Метеор-3М”, NОАА, EOS-AM, IRS).
Технологии доступа к ресурсам Банка через Интранет/Интернет
Еще одним направлением развития в области информатизации геологической отрасли являются технологии телекоммуникации (Интранет/Интернет-технологии). Благодаря развитию современных средств связи, специалисты, разделенные большими расстояниями, получают возможность корпоративно решать общие задачи. Современные технологии позволяют обеспечить специалистам сервисных компаний доступ к огромным объемам геологической информации, обеспечить связь и возможность сотрудничества с другими профессионалами. В последние годы Интранет/Интернет-технологии используются в Банке для организации доступа к накопленным информационным ресурсам. В настоящее время в Банке для предоставления картографической информации в сети Интранет/Интернет используется программный продукт ArcIMS.
Информацию по составу и структуре хранения пространственной информации в БЦКИ, а также сведения по наличию и состоянию информационных ресурсов Банка (метаданные) можно получить на страничке «Банк цифровой картографической информации» сайта www.gbdgi.ru.
