Проблемы формирования информационно-вычислительного обеспечения систем экологического мониторинга

Эффективность мониторинга состояния окружающей природной среды в значительной степени определяется его информационно-аналитическим обеспечением. Чтобы успешно управлять территорией и рационально распоряжаться ее ресурсами, нужно хорошо представлять себе обобщенные характеристи- ки ее состояния и иметь возможность в кратчайшие сроки в наглядной форме получать необходимые для принятия решений детальные сведения об объектах управления. Эти потребности могут быть обеспечены путем создания современной информационнокоммуникационной инфраструктуры экологического мониторинга, которая позволяет объективно оценивать ситуацию в оперативном режиме и формировать варианты управленческих решений.

Информационное обеспечение экологического мониторинга должно обеспечивать ввод, хранение, обработку и представление данных, формируемых в процессе мониторинга. Речь идет о базах исходных данных натурных наблюдений, картографических материалах, космических снимках различных типов, результатах аналитической обработки и проч. Перечисленные информационные ресурсы должны концентрироваться в хранилищах/банках данных, основанных на самых современных технологиях. Обычно предполагается создание развитых средств, интерфейсов доступа к рассматриваемой информации [1].

Характерной особенностью рассматриваемого класса задач является значительная доля данных с пространственной привязкой. В качестве базового программного инструментария для их решения сегодня, как правило, используются геоинформационные системы (ГИС). Решение задач сбора и передачи, организации авторизованного доступа, эффективного использования геопространственных данных, в том числе данных дистанционного зондирования, являются сегодня одной из актуальных проблем, стоящих перед научным сообществом и органами государственной власти - они укладываются в понятие информационной инфраструктуры пространственных данных, развитию которой в нашей стране в настоящее время уделяется значительное внимание.

Как показывает анализ современного состояния исследований и разработок в данной области, использование Интернет-технологий при создании ГИС для рассматриваемых задач имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными настольными системами - доступность предлагаемых решений большому числу пользователей, возможность работы с распределенными большими массивами данных, упрощение процесса установки и распространения программного обеспечения, снижение его стоимости, возможность интеграции со сторонними приложениями и проч.

Следует акцентировать внимание на спутниковом мониторинге как одной из ключевых технологий. Необходимость обеспечения контроля за экологической обстановкой предъявляет серьезные требования к источникам информации о состоянии природной среды. Во-первых, средства наблюдения за объектами подстилающей поверхности должны охватывать обширные и нередко малонаселенные территории; во-вторых, вследствие локальности и относительно малых размеров интересующих объектов эта информация должна быть географически подробной и тщательно привязанной к местности; в-третьих, в силу динамичного характера процессов в природной среде повторяемость наблюдений должна быть достаточно высока. В настоящее время единственным инструментом, отвечающим этим требованиям, является региональный спутниковый мониторинг, основанный на регулярном приеме спутниковой информации и ее оперативной обработке.

Основными целями экологического мониторинга традиционно считаются следующие: определение границ зон экологического бедствия и неблагополучного состояния природной среды; отслеживание геологических процессов и деградации земель; анализ воздействия разведки и разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду; определение экологического состояния поверхностных и подземных вод, атмосферы, лесов; изучение динамики антропогенных ландшафтов; прогноз урожайности сельскохозяйственных культур.

Отличительной особенностью современных систем экологического мониторинга можно считать внушительные объемы данных и связанная с этим необходимость создания специальных методов и технологий для работы с ними. Важную роль играет потребность обеспечения возможности использования различных аналитических методов обработки, интерпретации и представления данных, например, через формирование системы прикладных веб-сервисов, с использованием распределенных вычислений, средств математического моделирования на суперкомпьютерах и т. д. [2].

Формирование информационной инфраструктуры системы экологического мониторинга связано с решением следующих задач:

• -    организация технологической среды для интеграции формируемых информационных ресурсов по рассматриваемой задаче экологического мониторинга, создание хранилища данных (цифровые модели местности, цифровые карты природных комплексов и объектов, подлежащих наблюдению, карт современной ландшафтной структуры, антропогенной трансформации ландшафтов и др.). В зависимости от специфики задачи хранилище данных может быть централизованным или распределенным;

• -    создание средств для информационного взаимодействия пользователей, управления правами доступа к размещаемой в хранилище данных информации, средств поддержки метаданных и каталогов информационных ресурсов с авторизованным доступом к данным, формирования тематических веб-сервисов и приложений (геопортал, веб-сервисы прямого доступа к данным и проч.);

• -    проектирование и разработка семейства баз данных технических характеристик объектов экологического мониторинга, включая динамику их изменений, а также средств навигации и поиска по этим данным;

• -    формирование и поддержка баз данных, содержащих сведения по оценке состояния рассматриваемой территории, ее различным геопространственным характеристикам - на основе статистической и научно-исследовательской информации, сформированные с помощью различных информационных и математических моделей;

• -    разработка новых информационных и математических моделей и методов для интерпретации данных экологического мониторинга, в том числе - методов обработки, дешифрирования и классификации спутниковых изображений в оперативном режиме;

  – создание системы доступа к средствам интерпретации и аналитической обработки данных на основе механизмов специализированных тематических приложений, основанную на прикладных веб-сервисах. Эти сервисы и приложения должны сформировать основу распределенной ГИС и базис информационной инфраструктуры экологического мониторинга, обеспечить возможность эффективного решения новых задач в рассматриваемой области – от оценки состояния окружающей природной среды и пространственного моделирования до оперативного информирования авторизованных пользователей о возникающих чрезвычайных ситуациях.