Технология разработки и внедрения информационно- аналитической системы мониторинга состояния подземных вод

В ФГУП ГНЦ РФ ВНИИгеосистем совместно с ФГУГП «Гидроспецгеология» в 2007 г. создана первая версия программно-технологического комплекса подсистемы «Подземные воды» ИАС ГМСН (ИАС ГМСН ПВ) для ведения мониторинга на территориальном, региональном и федеральном уровнях. Разработанная ИАС ГМСН ПВ предназначена для использования специалистами-гидрогеологами службы ГМСН и представляет собой единую технологическую основу для ведения государственного мониторинга состояния подземных вод в автоматизированном режиме на территориальном (субъект РФ), региональном (ФО, гидрогеологическая структура) и федеральном уровнях. Подсистема является многопользовательской, основывается на унифицированной иерархической системе классификации и кодирования информации, единой информационной модели данных и реализована с использованием средств современных систем управления базами данных (СУБД) и геоин-формационных систем (ГИС). ИАС ГМСН ПВ реализует информационное обеспечение решения следующих задач:

• •    сбор, хранение и обобщение информации по объектам наблюдения за состоянием подземных вод,

• •    ведение государственного учета подземных вод,

• •    оценка состояния ресурсов и запасов подземных вод и их использования

• •    анализ состояния подземных вод, включая прогноз уровня и оценку гидрохимического и гидродинамического состояния.

Основными функциями подсистемы являются: ввод и унифицированное хранение данных по объектам мониторинга, динамическое построение запросов для выполнения информационно-поисковых функций, аналитическая обработка данных режимных наблюдений, формирование регламентированной и нерегламентированной отчетности, анализ и обобщение данных ГМСН на региональном и федеральном уровнях, автоматизация построения тематических карт в среде ГИС по информации из базы данных [3]. Разработанная прикладная информационно-аналитическая система основана на разработанной во ВНИИгеосистем технологической платформе, которая представляет собой развитие современных технологий создания программных систем, работающих с большими массивами территориально распределенной информации. К особенностям и преимуществам технологической платформы можно отнести:

• ■    полностью визуальный подход к конструированию клиентских мест ИАС, не требующий написания программного кода и унифицированное создание рабочих мест ИАС в виде Windows- и Web-приложений позволяет ускорить разработку информационных систем и обеспечить надежность за счет использования готовых программных компонентов;

• ■    встроенные средства для работы с пространственной информацией и сторонними ГИС позволяют легко включать ГИС-функции информационно-аналитические системы;

• ■    взаимодействие с внешними приложениями и создание расширений обеспечивает возможность наращивания инструментальных возможностей технологической платформы.

• ■    встроенные средства для загрузки и преобразования данных обеспечивают интеграцию разобщенных источников данных.

Все это позволило создать программный комплекс ИАС ГМСН ПВ с многопользовательским режимом функционирования в архитектуре «клиент-сервер», обладающий целым рядом особенностей и преимуществ, среди которых можно выделить:

• ■    Возможность хранения, агрегирования, анализа и предоставления всей необходимой информации на различных уровнях ведения ГМПВ.

• ■    Методическая, классификационная и информационная совместимость баз данных (БД) различных уровней ведения мониторинга.

• ■    Гибкое многосвязное представление элементов системы, обеспечивающее взаимосвязь между различными информационными разделами базы данных, что предоставляет пользователю широкие возможности единовременной работы с информацией любой степени детальности.

• ■    Большое количество удобных пользовательских инструментов для проведения поиска, аналитических выборок и многомерных запросов.

• ■    Наличие инструментов для решения предметных задач ГМПВ, в частности, контроля и анализа качества воды, мониторинга и анализа режимных данных, прогноза уровней подземных вод и т.п.

• ■    Наличие как библиотеки уже готовых регламентированных выходных отчетов, так и инструментов быстрого создания пользовательских отчетов.

• ■    Двухуровневый механизм защиты информации и разграничения доступа к функциональным разделам системы.

• ■    Возможность расширения информационных, функциональных и аналитических возможностей без потери надежности уже существующих блоков системы.

• ■    Возможность реализации удаленных клиентских мест на основе Интернет.

В подсистеме реализуются функции сбора, хранения и обобщения информации по объектам наблюдения за состоянием подземных вод, ведения учета подземных вод, оценки состояния ресурсов и запасов подземных вод и их использования, анализа состояния подземных вод, включая прогноз уровня и оценку качества подземных вод, автоматизации построения тематических карт в среде ГИС по информации из БД, упрощенной подготовки отчетных картографических материалов. Ведение информационных ресурсов в составе ИАС ГМСН обеспечивает обмен данными между базами данных территориального и регионального уровней и унификацию используемой нормативной базы (классификаторов, кодификаторов, словарей, картографических основ и т.д.), интеграцию информационных ресурсов на верхних иерархических уровнях.

В соответствии с нормативнометодическими требованиями Госцентра «Геомониторинг» (ФГУГП «Гидроспецгеология») мониторинг подземных вод в ИАС ГМСН ПВ ведется по блокам государственного учета подземных вод, режима, качества, лицензирования и добычи подземных вод. Разработаны аналитические инструменты для анализа режимных данных и прогноза уровней, а также средства для построения отчетных форм (рис. 1).

C 2009 г. начато внедрение системы в региональных и отдельных территориальных центрах ГМСН. Развитие этих работ осуществляется в направлении внедрения и освоения программного комплекса ИАС ГМСН ПВ, формирования (на основе действующих информационных ресурсов) баз данных мониторинговой информации территориального и регионального уровня. Поскольку информационная система ИКС ГМГС (Геолинк) и другие применяемые информационные системы являются действующим инструментом ведения мониторинга подземных вод на территориальном уровне, определена эволюционная технология внедрения ИАС ГМСН ПВ, обеспечивающая преемственность существующих архивов и баз данных (должен быть обеспечен перенос накопленных архивов информации из имеющихся локальных БД) и перенос накопленных данных из локальных БД территориального уровня на региональный с одновременной проверкой целостности данных, отсутствия дублирования, соответствия классификаторам и кодификаторам и т.д. В настоящее время ведутся работы по внедрению разработанной информационно-аналитической системы в федеральный, региональные и территориальные центры служ бы ГМСН. Проводится апробация и опытнометодическая эксплуатация программнотехнологического обеспечения подсистемы «Подземные воды» ИАС ГМСН для ведения мониторинга на территориальном уровне на примере Саратовской, Самарской, Свердловской, Архангельской и Томской областей.

Рис.1. Тематические блоки в ИАС ГМСН ПВ

Самым главным и сложным этапом внедрения системы является этап формирования базы данных с перегрузкой в нее ретроспективной информации по государственному мониторингу подземных вод, накопленной в локальных базах и других источниках данных центров службы ГМСН, в ИАС ГМСН ПВ. Процесс извлечения и загрузки ретроспективной информации реализуется следующей последовательностью этапов: анализ исходных данных в информационных источниках (включающий чтение, фильтрацию и обработку ретроспективных данных); загрузка исходных данных (включая создание сценария и загрузку в хранилище с предотвращением потерь и агрегированием исходных данных, а также сортировкой отклоненных записей); анализ загруженной информации с верификацией информации на корректность и полноту перенесенных данных. Этап загрузки данных в результирующую БД реализуется на основе применения специально разработанных во ВНИИгеосистем программно-технологических средств конвертации данных («Конвертор»). Данная программа позволяет обеспечить анализ, проверку по заданным условиям, фильтрацию, загрузку данных и контроль ошибок, возникающих в процессе конвертации. Для перегрузки накопленной информации в конверторе необходимо создать сценарий для загрузки данных, который можно сохранить и использовать в дальнейшем для дозагрузки информации из других аналогичных таблиц и баз данных. После создания сценария загрузки производится конвертация данных, которая осуществляется по заданным соответствиям полей с указанием среди них ключевых. Также к полям, относящимся к классификатору, подгружаются или заносятся вручную перекоди-ровочные таблицы (представляющие собой таблицу соотнесения кодов классификаторов исходной и результирующей баз данных).

Рис. 2. Пример сценария для загрузки данных из базы данных ИКС ГМГС (Геолинк) в базу данных ИАС ГМСН ПВ

Наиболее распространенные ошибки, выявляемые при загрузке данных, связаны с: - нарушением целостности информации, загружаемой в базу данных (например, в таблицах исходной базы данных часто присутствует информация по объектам, отсутствующим в каталогах), - несовместимостью типов данных таблиц исходной и результирующей баз данных.

После загрузки информации средствами «Конвертора» выполняется анализ загруженных данных и выявление недостающей информации для корректной работы системы. По указанным соответствиям полей (и выделению среди них ключевых) открывается форма сравнения данных, где в левой части формы показана исходная таблица, а в правой части - результирующая (рис. 3). В этих таблицах на форме сравнения данные закрашены в разные цвета в зависимости от полностью, частично совпавших и несовпавших данных.

Рис. 3. Пример сравнения исходной и загруженной информации

Дальнейшее развитие этих работ проводится в направлении обеспечения решения комплекса задач по учету и оценке гидрохимического и гидродинамического состояния подземных вод; создания и совершенствования федерального банка данных ГМСН по разделам участков загрязнения и водозаборов, на которых выявлены загрязнения подземных вод, государственной опорной сети мониторинга подземных вод федерального уровня, уровней грунтовых вод для составления сезонных прогнозов на федеральном уровне, учета месторождений (участков) подземных вод с подготовкой соответствующей картографической основы и ГИС-проекта, созданием электронных легенд выходных карт.