Опыт разработки научно-образовательного геопортала в Республике Башкортостан

Христодуло О.И., д.т.н., заведующая кафедрой «Геоинформационные системы»
Тел.: (3472) 73-7733, E-mail: o-hristodulo@mail.ru
Уфимский государственный авиационный технический университет
www.ugatu.ac.ru

Scientific and Educational Geoportal in Bashkortostan Republic: Practical Experience

В настоящее время геоинформационные технологии применяются почти во всех сферах человеческой деятельности, одной из них является региональный научно-образовательный кластер. Научно-образовательный геопортал представляет собой наиболее многофункциональный инструмент проведения комплекса научных исследований, связанных с использованием карт, атласов, геоинформационных систем.

Предпосылки создания научно-образовательного геопортала Республики Башкортостан

Большая часть научных исследований, проводимых в Республике Башкортостан (РБ), посвящены изучению территории республики и различных протекающих на ней процессов. На сегодняшний день накоплен достаточно большой опыт использования геоинформационных технологий (ГИС) в различных областях науки, реализованы многочисленные геоинформационные проекты, созданы большие объемы баз пространственных данных научно-исследовательских институтов, высших учебных заведений и других научных и образовательных организаций РБ. В то же время данные этих научных исследований рассредоточены, их использование ограничено зачастую рамками того проекта, где они созданы, затруднены или невозможны поиск существующих данных и доступ к ним, не налажен обмен ими. Недостаток сведений о наличии пространственной информации, в свою очередь, приводит к многократному дублированию работ, неоправданным затратам средств и времени, что препятствует их широкому использованию. Причина этого – отсутствие эффективной системы управления пространственными данными по научным исследованиям.

В связи с этим, во многих странах мира, в том числе и в России, ведутся работы по созданию инфраструктур пространственных данных. Для этого каждой страной разрабатывается или уже разработан необходимый свод законов, направленный на регулирование и стандартизацию таких систем, где едиными точками доступа к распределенным геоинформационным ресурсам выступают геопорталы. Геопорталы могут быть разработаны для нужд различных ведомств и организаций и быть как специальными, так и тематически универсальными [1]. Согласно предметной специализации геопорталы могут обеспечивать эффективное функционирование градостроительства, мониторинга лесов, рек, морей и океанов, экологического мониторинга результатов деятельности человека, в области науки и образования.

Перспективным направлением внедрения технологии геопорталов в научную среду и образование являются результаты научных исследований регионального уровня, связанные с накоплением больших объемов пространственных данных и других геоинформационных ресурсов на исследуемую территорию.

Необходимость информационной поддержки для обеспечения активного сотрудничества между учеными и исследователями, а также другими пользователями пространственной информации в сфере науки и образования делает актуальной задачу объединения разнородных научных данных в научно-образовательный геопортал, как наиболее многофункциональный инструмент проведения научных исследований, связанных с использованием карт, атласов, возможностей геоинформационных систем [2].

Основные задачи научно-образовательного геопортала Республики Башкортостан

Вот основные задачи, решаемые научно-образовательным геопорталом РБ:

• организация распределенной системы автоматизированного сбора, хранения и обработки пространственных данных о научных исследованиях, проводимых в регионе;
• общее управление отображением пространственных данных (перемещение, масштабирование, позиционирование и т.д.);
• обеспечение информационно-поисковых запросов по географическим объектам;
• визуализация пространственных данных, относящихся к объектам научных организаций республики, их связей с другими университетами и академиями (в том числе и зарубежными);
• извлечение и редактирование пространственной и атрибутивной информации о научных и образовательных объектах, исследованиях и т.д.;
• автоматизированное структурирование пространственной информации по тематическим категориям (доступ к тематическим картам в соответствии с выбранной тематикой);
• пространственный и статистический анализ данных по направлениям деятельности организаций в сфере науки и образования.

Разрабатываемый геопортал предназначен для широкого круга пользователей – начиная от абитуриентов, студентов, аспирантов и преподавателей, научных работников и исследователей, и заканчивая руководителями и представителями различных научных и образовательных ведомств, практикующих ГИС-специалистов.

В процессе определения требований к программному, аппаратному обеспечению и базам данных научно-образовательного геопортала РБ особое внимание уделено разработке архитектуры геопортала, в результате были выделены следующие категории возможных пользователей: модераторский отдел (администратор) и группа пользователей (рис. 1). Модераторский отдел выдает разрешения на просмотр и редактирование/добавление информации, производит непосредственную проверку этой информации, а также управляет правами доступа к данным и сервисам.

Рис. 1. Архитектура научно-образовательного геопортала Республики Башкортостан.

Группа пользователей, в свою очередь, делится на три типа:

1. Рядовые пользователи, им предоставлены разрешения только на просмотр общей информации.
2. Пользователи с расширенными правами просмотра данных – они могут получить доступ как к базовой, так и к специализированной информации.
3. Пользователи с расширенными правами просмотра данных, имеющие ГИС средства. Эта категория пользователей имеет доступ к специализированной информации, а также разрешение на добавление/редактирование информации.

Исходя из основных функций и задач, решаемых геопорталом, предложена обобщенная структура научно-образовательного геопортала РБ (рис. 2), содержащая:

• блок подсистем, включающий подсистему визуализации информации для работы в информационно-справочном режиме, подсистему для решения функциональных задач, подсистему ввода, редактирования пространственной информации, подсистему управления правами пользователей, а также картографический сервис и сервис хранения данных;
• хранилище данных, которое включает в себя базовые и тематические пространственные данные и их описания – метаданные.

Рис. 2. Структура научно-образовательного геопортала Республики Башкортостан.

Основой научно-образовательного геопортала РБ являются следующие информационные ресурсы открытого пользования:

• общегеографическая карта территории РБ масштаба 1:100000;
• тематические карты РБ;
• результаты научно-исследовательской деятельности;
• внешние пространственные ресурсы – это карты свободного доступа: OpenStreetMap, доступные через Esri космоснимки и др.

Анализ технологий разработки геопорталов

Анализ действующих геопорталов показал, что разрабатываемые геопорталы должны соответствовать следующим требованиям:

• создаваться для определенной территории, на которой проводятся исследования, и предоставлять пользователям системы базовые пространственные данные (БПД) на эту территорию;
• обеспечивать пользователей тематическими данными гарантированного качества для географической и тематической привязки результатов исследования;
• обеспечить разграничение прав доступа пользователей;
• быть интегрированы с распространенными картографическими сервисами;
• предоставлять средства поиска ресурсов по метаданным, публикации метаданных, обмена метаданными, отображения наборов БПД в картографическом виде;
• метаданные должны создаваться в соответствии с международными стандартами метаданных для описания геоинформационных ресурсов;
• все наборы БПД должны предоставляться пользователям в картографическом виде в форме картографических веб-сервисов, основанных на международных стандартах обмена пространственной информацией [2].

Обобщенная технологическая схема геопортала, разработанная с учетом вышеописанных требований, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Технологическая схема геопортала.

В процессе проектирования геопортала было выделено три последовательных уровня его построения: концептуальный, содержательный и технологический.

На концептуальном уровне определяется общая структура геопортала. Сюда входит выработка принципиальной организации инфраструктуры, выделение основных компонентов и сегментов, выбор методов взаимодействия пользователей с географическими информационными узлами и наборами данных. На этом этапе прорабатываются основные необходимые функции геопортала, их содержание и связь между ними, формируется общий принцип работы с информационными ресурсами. Важной задачей, решаемой на концептуальном уровне проектирования, является определение системы доступа пользователя к пространственным данным, распределенным по разным источникам.

Содержательный уровень проектирования заключается в выборе содержимого геопортала. Здесь определяется состав и характер базовых пространственных данных и пространственных объектов: пространственные данные, карты, веб-сервисы, описания. На этом уровне определяются и стандарты метаданных в соответствии с результатами концептуального проектирования.

Наконец, на технологическом уровне определяются технологии, используемые для воплощения геопортала, и его окончательный вид. Кроме того, на данном этапе выбирается: какой язык веб-программирования будет применяться для создания геопорталов, какие имеющиеся технологии можно привлечь для реализации системы, в каком виде географические информационные узлы будут представлены пользователю [3].

Сравнительный анализ основных технологий разработки картографических сервисов и информационных систем, представляющих основные структурные элементы геопорталов, и создания веб-приложений с помощью ArcGIS API for JavaScript и ArcGIS API for Flex, приведен в таблице.

В целом, анализ основных технологий разработки геопорталов показал, что наиболее перспективным, на сегодняшний день, при построении геопорталов, является использование технологии ArcGIS API for JavaScript и картографического сервиса OpenStreetMap.

Научно-образовательный геопортал Республики Башкортостан, как пример интеграции разнородных пространственных данных

Основу государственного сектора науки РБ составляют научные учреждения, отраслевые научно-исследовательские институты, высшие учебные заведения.

В научном комплексе РБ осуществляют деятельность около 70 организаций. Научные исследования фундаментального и прикладного характера ведутся в 14 институтах Уфимского научного центра Российской Академии наук, 19 учреждениях Академии наук РБ, 16 отраслевых институтах и проектно-конструкторских организациях, а также на кафедрах высших учебных заведений (рис. 4). Для качественного понимания структуры научно-образовательного сектора республики предлагается использовать следующие категории научных и образовательных организаций, расположенных на территории РБ:

• учреждения Академии наук Республики Башкортостан (АН РБ);
• учреждения Уфимского научного центра Российской академии наук;
• научно-исследовательские центры и институты республики;
• высшие учебные заведения (вузы);
• другие коммерческие и некоммерческие организации.

Рис. 4. Научно-образовательные организации как основа государственного сектора науки Республики Башкортостан.

В результате формирования перечня данных по организациям РБ, занимающимся научной и исследовательской деятельностью, информация о научных и образовательных учреждениях добавлена в базу геоданных разрабатываемого геопортала и опубликованы картографические веб-сервисы, позволяющие отображать объекты научных и образовательных организаций РБ, а также получать подробную информацию об их местонахождении и области научной деятельности [4]. Пример визуализации пространственной информации по научным и образовательным организациям, расположенным на территории РБ, показан на рис. 5.

Рис. 5. Пример визуализации пространственной информации по научным и образовательным организациям Республики Башкортостан.

В ближайшем будущем планируется введение дополнительных функциональных возможностей научно-образовательного геопортала РБ, позволяющих отображать количественные и статистические данные о научных исследованиях и образовательной деятельности, что даст возможность проводить всестороннюю оценку и анализ для принятия более детальных и взвешенных решений.

Таким образом, научно-образовательный геопортал РБ – это единый информационный центр, предоставляющий оперативный доступ всем ответственным и заинтересованным лицам к распределенным сетевым ресурсам геопространственных данных и геосервисов (поиска, визуализации, редактирования, анализа и т.п.), а также дающий возможность объективно оценить ситуацию с точностью и полнотой имеющихся данных.

Реализация научно-образовательного геопортала РБ позволит эффективно использовать результаты научно-образовательной деятельности в интересах социально-экономического развития республики, в частности:

• обеспечения органов государственной власти актуальной и комплексной информацией для оперативного всестороннего исследования, оценки и обоснования управленческих решений в сфере науки и образования;
• повышения эффективности процедуры принятия решений, обеспечиваемой функциями анализа пространственных данных и представлением результатов научных исследований в наглядном и удобном для восприятия виде.

Литература

1. Кошкарев А.В. Геопортал как инструмент управления пространственными данными и геосервисами. // Москва: Пространственные данные, 2008 г., №2 – С.28-30.
2. Осокин С.А. Инфраструктуры пространственных данных в географии // ArcReview, 2010. № 3 (54). — С.21-22.
3. Анализ технологий разработки научно-образовательного геопортала / О. Христодуло, Л. Валиева, Д. Райманова // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. научн. сб. Уфа: Изд. УГАТУ, 2013. С.121-125.
4. Разработка информационно-аналитической подсистемы в составе научно-образовательного геопортала Республики Башкортостан / О. Христодуло, Л. Хазиева // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвуз. научн. сб. Уфа: Изд. УГАТУ, 2014. С.33-41.