Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и создание информационно-аналитической системы ведения учета и планирования лесного хозяйства

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Разработка и создание информационно-аналитической системы ведения учета и планирования лесного хозяйства"

На правах рукописи

Мильчаков Сергей Анатольевич

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВЕДЕНИЯ УЧЕТА И ПЛАНИРОВАНИЯ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

Специальность 25.00.35 - геоинформатика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии (МИИГАиК) на кафедре Информационно-измерительных систем.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор А.А. Майоров Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор И.Г. Чугреев кандидат технических наук, Е.А Бровко.

Ведущая организация: ФГУП «Государственный

научно-внедренческий центр геоинформационных систем и технологий (ФГУП "ГОСГИСЦЕНТР")

Защита диссертации состоится 15 июня 2006 г., в 10 часов в аудитории 321 на заседании диссертационного совета Д212.143.03 при Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064, Москва, Гороховский переулок, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК).

Автореферат разослан 13 мая 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^сИтм^—^ Климков Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Современный уровень развития информационных технологий, и геоинформационных технологий в частности, позволяет существенно оптимизировать работу предприятий многих отраслей промышленности. Однако далеко не во всех отраслях Российской Федерации в полной мере используются новые технологии. Одной из отраслей, где информационные технологии не получили достаточного распространения, является лесное хозяйство.

С продолжением научно-технического прогресса один из наиболее успешных и продуктивных современных подходов к управлению лесным потенциалом страны и региона заключается в интенсификации использования информационных технологий -геоинформационных систем и систем управления ресурсами предприятия.

Для повышения качества принимаемых решений в лесном хозяйстве важно, чтобы исходная информация была не только полная и актуальная, но также была возможность для быстрой интеграции этих данных с данными других систем, а также обеспечивалась наглядность этой информации. Геоинформационные системы дают возможность легко интегрировать и использовать имеющиеся источники табличной и картографической информации и сопоставлять эту информацию не только с подобной информацией о лесном комплексе, но и с информацией других отраслей, например с данными о всей экосистеме региона или с планами развития населенных пунктов.

Актуальность проблемы, недостаточная изученность использования серверных геоинформационных систем с

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 3 БИБЛИОТЕКА

С.-Петербург ОЭ 200^»ктУ/ 7

возможностью удаленного доступа, а также редкое использование программного обеспечения с открытым исходным кодом в вертикальных отраслевых государственных решениях обусловили выбор темы диссертации, предопределили цели и задачи проведенных исследований. Настоящая работа позволила существенно повысить качество разработок в области применения геоинформационных систем в лесной отрасли, ускорить процесс разработки и значительно снизить стоимость внедрения. Цели диссертационной работы

Цель работы - создание информационно-аналитической системы на основе клиент-серверных технологий с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом, демонстрация методики ее создания. Основные задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Описать и классифицировать бизнес-процессы предприятий лесной отрасли;

2. Разработать методологию построения информационно-аналитической системы для ведения лесного хозяйства региона на основе клиент-серверных технологий с использованием математических моделей;

3. Разработать архитектуру информационной системы, описать алгоритмы взаимодействия внутренних модулей системы на различных уровнях;

4. Исследовать пропускную способность каналов связи для реализации информационной системы;

5. Выработать методику доступа и работы с картографической и атрибутивной информацией;

6. Обосновать выбор платформенных решений для построения информационной системы;

7. Провести экспериментальные исследования разработанной системы.

Методы решения поставленных задач

Задачи решались в соответствии с общепринятой методикой выполнения научных исследований. В работе проведен анализ используемых информационных систем, выявлены их основные недостатки и ключевые ограничения, проведено обобщение предшествующих исследований по проблемам внедрения геоинформационных систем в лесной отрасли, выработана рабочая гипотеза и концепция, проведены аналитические исследования, разработаны и описаны технологические процессы построения новой системы. Метод сбора информации - изучение документов, опрос специалистов, эксплуатация существующих решений. Научная новизна

Элемент новизны состоит в создании новой технологии построения информационно-аналитической системы лесной отрасли для хозяйствующих субъектов уровня лесхоза с возможностями масштабирования. Предлагаемая разработка прикладного характера повышает эффективность работы сотрудников лесной отрасли, снижает себестоимость процесса обработки и доступа к геопространственной и атрибутивной информации.

1. Впервые предложена клиент-серверная архитектура с использованием как двухуровневой, так и трехуровневой (с буферной зоной) схемой доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

2. Предложена методика выбора коммуникационных каналов связи для различных схем доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

3. Предложена методика интеграции данных других информационных систем.

Теоретическое и практическое значение

С теоретической точки зрения предлагаемая работа позволила усовершенствовать технологию сбора, хранения, анализа и выдачи геоинформационных данных, а также позволила упростить обеспечение безопасности и повысить доступность информационной системы. С практической точки зрения была создана информационно-аналитическая система, позволяющая за счет рационального выбора платформы существенно сократить издержки на эксплуатацию, и в то же время обеспечить сотрудникам хозяйствующих организаций удаленный (в том числе мобильный) доступ к базам геопространственных данных о лесной отрасли.

Актуальность. С развитием и удешевлением систем коммуникаций практическое применение систем, построенных на базе клиент-серверных технологий, становится все более востребованным и оправданным в различных отраслях промышленности. Эволюция платформенных решений сделала возможным построение на базе клиент-серверной архитектуры геоинформационных систем. В том случае, когда один и тот же набор исходных геопространственных и атрибутивных данных используется для получения производных данных различными пользователями, повысить эффективность работы сотрудников организации и снизить стоимость эксплуатации информационной инфраструктуры предприятия возможно за счет использования серверных геоинформационных систем.

Дополнительная экономия достигается за счет использования решений на базе открытого исходного кода. Прежде всего, это актуально для государственных структур с достаточно большим штатом сотрудников, которым требуется доступ к геопространственной информации, и которые стремятся снизить затраты на внедрение и эксплуатацию информационных систем.

В связи с осуществляемой в настоящее время реформой лесного хозяйства возможно появление большого количества независимых лесопользователей, к которым будут предъявляться весьма высокие требования по учету, планированию и отчетности использования лесного фонда. Для таких организаций информационная система, отвечающая вышеперечисленным требованиям, может также оказаться весьма полезной. Хорошо структурированную информацию можно использовать не только для ведения лесного хозяйства, но и для разного рода изысканий в научно-исследовательских целях, для кадастровой оценки земель, определения экологического ущерба, ведения лесного мониторинга, устройства и ведения хозяйства в рекреационных лесах, учета и оценки трансформации земель лесного фонда, результатов приема-передачи земель и т.п.

Апробация работы

По теме диссертации были сделаны доклады на Международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиК (Москва, 2004), 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2004), 60-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (Москва, 2005).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 научных работы.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 104 страницах, включая 14 рисунков и 3 таблицы. Список используемой литературы включает 54 наименования, в том числе 18 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

В ведении показана и обоснована актуальность темы диссертационной работы, кратко даются характеристика, цели и задачи исследования, излагается характеристика работы и обосновывается необходимость данного исследования и подходы к решению проблемы.

Первая глава

В первой главе исследования проведен исторический обзор развития информационных технологий для повышения эффективности лесной отрасли, исследованы возможности современных отечественных программных комплексов для ведения учета и планирования лесного хозяйства. Показано, что успех развития лесного хозяйства региона зависит от средств доступа к необходимой информации, а также от актуальности этой информации и возможности ее своевременного обновления. Осуществление сравнительного анализа имеющихся систем позволило выявить их положительные и отрицательные стороны. Сделан вывод, что все современные информационные системы лесной отрасли в качестве платформенного решения используют коммерческое программное обеспечение, в силу чего увеличивается их общая стоимость владения. Кроме того, сделан вывод о том, что от выбора платформы зависит общая стоимость информационной

системы, поддерживаемые операционные системы, возможность многопользовательской работы, простота эксплуатации и настройки и многие другие аспекты работы. В силу того, что все эти информационные системы в качестве платформенного решения используют коммерческое программное обеспечение, их общая стоимость владения существенно увеличивается и пропорциональна количеству закупаемых лицензий.

Обзор современного состояния информационных систем, используемых в лесной отрасли Российской Федерации, показал большой потенциал для снижения операционных и капитальных издержек. Оптимальный выбор методологии при построении информационно-аналитической системы, продуманная и обоснованная архитектура системы, а также грамотно подобранная технологическая платформа для реализации решения позволяют существенно сократить конечную стоимость информационной системы и значительно повысить эффективность бизнес-процессов предприятий лесной отрасли.

Для обеспечения возможности многопользовательской работы наиболее оптимальной и предпочтительной является клиент-серверная архитектура, в рамках которой следует предусмотреть отдельные компоненты для обеспечения безопасности данных, для осуществления резервного копирования данных, для работы со внешними аналитическими системами.

При выборе технологической платформы для реализации подобной схемы следует учитывать возможность работы на альтернативных операционных системах, а в целях снижения капитальных издержек имеет смысл рассматривать технологические решения на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом.

Вторая глава

Во второй главе проведено исследование ключевых бизнес-процессов различных типов предприятий лесной отрасли (лесничеств, лесоустроительных предприятий, надзорных организаций и прочих, смежных с лесной отраслью предприятий), проведена их классификация. Все бизнес-процессы были разделены по трем типам организаций лесной отрасли. Классификация бизнес-процессов может быть представлена в виде схемы, представленной на рисунке 2.1.

Лесная отрасль

Лесоулравленив

Автоматизированное получение документов произвольного содержания (по запросу пользователей) для информационной поддержки ведения лесного хозяйства и принятия управленческих решений

Диаграммный вив! ТИЭ состояния

л в иного фонда

—Е>| Лесоустроительное проектирование |

Лесоустройство

Создание повыделенной геоинформационной базы данных

-ч

Анализ состояния лесного фонда :

Формирование документации проекта организации и ведения лесного хозяйства

Составление документации по основным видам лесопользования

Формирование документации по произвольный запросам

-Диаграммный анализ

Лесное хозяйство

Поддержание повыдепвнной геоинформациеннои базы данных в актуализированном состоянии

Внесение текущих изменений

- обусловленных хозяйственной деятельностью

- обусловленных естественным ростом

Получили» и работа с данными ГУЛФ

Формирование документации по лесосечному фонду

■р Получение информации

Рисунок 2.1. Классификация бизнес-процессов лесной отрасли.

В ходе классификации процессов, проистекающих в различных предприятиях лесной отрасли, были выявлены специфические требования к информационным системам, используемым на предприятиях лесоуправления, лесоустройства и лесного хозяйства. Кроме того, во второй главе были описаны модели деятельности предприятий лесной отрасли и представлено их соотношение. Общая схема моделей представлена на рисунке 2.2.

Концептуальная модель

Поддерживает деятельность группы "С" Структурное моделирование

I_(DFD, IDEF0)_I

Логическая модель Поддерживает деятельность группы "Б" Объектно-ориентированное моделирование

__(UML)__

Физическая модель Поддерживает деятельность группы "А" _Реляционное моделирование БД (IDEF1X)__

Рисунок 2.2. Соотношение моделей деятельности предприятия.

Деятельность группы А базируется на физической платформе, под которой понимается информационные системы предприятия и система документации менеджмента качества. Деятельность группы В сводится к анализу и проектированию функционирования предприятия. Деятельность группы С основывается на концепциях, включающих мировой опыт по управлению предприятием (ERP стандарт и стандарт ИСО 9000:2000). Деятельность группы С базируется на концептуальной модели.

Вышеперечисленные группы деятельности предприятия предполагают взаимосвязанность. Таким образом, модели, используемые в рамках данных групп деятельности предприятия, также должны бьиь взаимосвязаны. Концептуальная модель связывается с логической моделью через использование шаблона на этапе создания логической модели. Логическая модель также имеет связи с физической моделью. Логическая модель, созданная на базе объектно-ориентированного подхода:

• через прямой или обратный инжиниринг, отражается в компоненте представления (интерфейс ИС);

• через описание бизнес-логики, отражается в

документации системы менеджмента качества (СМК) предприятия в серверной части информационной системы (которая функционирует с использованием сервера приложений);

• через реляционную модель, отражается в базе данных информационной системы предприятия.

Происходит стыковка трехуровневой архитектуры информационной системы с бизнес-моделированием деятельности предприятия (рис. 2.3).

Концептуальная модель

Методология структурного моделирования - IDEFO, DFD

Í С J

Логическая модель

Обьектнодриентироеанное моделирование - UML (Rallona) Rose)

тг

Моделирование БД

IDEFIX(ErWin)

Физическая модель

Моделирование док

СМК (Rational So Da) l

Клиентская част, Компонента представления (О* Java,4Gl)

tt

Реляционная СУБД (Progreee. Oracle)

Серверная часть, бизнес-логика (Application aerver или Web server)

--------------------- Трехуровневая архитектура ИС предприятия-------- ---------

Рисунок 2.3. Трехуровневая архитектура информационной системы предприятия.

В главе осуществлена формализация системы лесного хозяйства, представлена математическая модель пространственной структуры лесного хозяйства.

При моделировании пространственной структуры системы лесного хозяйства ее можно формально представить в виде кортежа: М8 = <4/, (3, и, В, Я, Н>,

где W - множество источников ресурсов (непосредственно лесных массивов);

(} - множество потребителей ресурсов (предприятия деревообрабатывающей промышленности, прочие потребители); и - множество элементов транспортировки;

В - множество элементов внешней среды, оказывающих влияние на процесс развития системы лесного хозяйства или испытывающих на себе последствия этого процесса;

Я - множество отношений между элементами множеств XV, 0, и и В;

Н - множество операций (процедур, методов), которые могут выполняться над элементами множеств W, (2, и, В и Я.

Каждый элемент множеств (2, и, В и Я характеризуется вектором параметров Ъ = | ] = 1,1}. Значение этих параметров на момент времени I определяет состояние пространственной структуры ИАС М(. На рисунке 2.4 представлена схема, отражающая взаимодействие элементов модели и процессы ее использования.

+ 1

ЛПР

Рисунок 2.4. Схема взаимодействия элементов модели.

Кроме того, во второй главе представлена математическая модель системы поддержки принятия решений; проведено обоснование выбора архитектуры системы; проанализированы и исследованы варианты коммуникационного решения при построении системы.

Очевидно, что для наиболее эффективной реализации поставленных требований целесообразно рассмотреть возможность реализации системы на иной, отличной от традиционной, "настольной" ("desktop") архитектуры.

Характер информации, с которой приходится работать в отрасли, возможность многопользовательской работы, необходимость выборки сравнительно больших объемов данных, 4

сложность консолидации данных различных пользователей указывают на оптимальность и рациональность использования клиент-серверной архитектуры.

При выборе типа клиент-серверной архитектуры анализ доступных коммуникационных каналов указал на необходимость использования смешанной структуры - двух- и трехуровневой архитектуры. В трехуровневой архитектуре промежуточный, средний уровень призван выполнять функции буфера и сглаживать возможный негативный эффект от использования медленных каналов связи.

При внедрении клиент-серверной архитектуры особое внимание следует уделять вопросам обеспечения безопасности и разграничения доступа. В этих целях в рамках системы возможно выделение специального модуля безопасности, который выполняет авторизацию пользователя и проверяет наличие необходимых привилегий перед выполнением запросов пользователя.

В то же время, высокая доступность и защищенность данных достигается за счет консолидации системы хранения данных. В этом случае резервное копирование данных и аварийное восстановление системы осуществляется существенно быстрее по сравнению с настольными реализациями.

Третья глава

В главе рассматриваются различные типы архитектур, пригодные для построения решения, удовлетворяющего поставленным задачам.

С учетом поставленных целей работы, результатов проведенного анализа существующих методов и средств пространственного моделирования, а также разработанных положений о пространственном моделировании системы лесного хозяйства были сформулированы следующие требования к автоматизированной технологии:

1. Технология должна обеспечивать распределенное ведение объектно-ориентированной модели пространственной структуры системы лесного хозяйства с одновременным хранением текущего и планируемых состояний этой системы на различные моменты времени, а также автоматизированное решение задач поддержки принятия решений по изменению этой структуры.

2. Технология должна включать практические методы сбора и обработки пространственных данных, необходимых для построения моделей из множества источников.

3. Технология должна быть гибкой, адаптироваться к условиям различных предприятий и эволюционно развиваться в составе корпоративной информационной системы по мере развития других компонентов и появления новых задач планирования.

4. Технология должна быть эффективно реализуема в условиях предприятий лесной отрасли в рамках экономически обоснованных затрат и быть достаточно простой в использовании.

В третьей главе был осуществлен анализ доступных платформенных решений, удовлетворяющих поставленным задачам. После исследования доступных платформенных решений, был выбран наиболее рациональный вариант, полностью учитывающий требования, выдвигаемые к создаваемой системе. Наиболее оптимальным оказалось использование разработки ученых университета штата Минессота, распространяемых с открытым исходным кодом. Данное платформенное решение тесно интегрировано с веб-сервером Apache и системой управления базами данных Postgre, также распространяемых с открытыми исходными кодами. На рисунке 3.1 представлена общая архитектура геоинформационного сервера MapServer с реализацией в виде подключаемого модуля MapScript для веб-сервера.

£ Архитектура MapScript

Вес-браузер

vL

http

Веб-сервер

* Результатом выполнения запросе могут различные слои Image (PNG JPEG) Flash (SWF), PDF,

WMS.WFS

все доступны» (Memoren* ~ расширения модули длв ойрашонии и недоимкам данных в макмыувмыя

СММШСЖЫХ И1ЫМХ

)

Сервер работает с шейпфайлвми, таблицами PosítGIS (PostgreSQL) изображениями TIFF, GeoTIFF, JPGWhta (посредством модуля GOAL) таблицами Oracle Spatial, таблицами MySQL, слоями WMS и WFS

Рисунок 3.1. Архитектура ГИС сервера МарБегуег.

Как видно из схемы, данное решение отличается высокой гибкостью и поддерживает широкий спектр различных форматов хранения ГИС данных, а также позволяет работать с прочими, в том числе внешними источниками данных.

Кроме того, была разработана обобщенная структура автоматизированной системы поддержки принятия решений (рис. 3.2).

Обобщённая структура АСППР

Серверы предприятия

СП

р С«рмры приладеиии

а

, , СЧ1ИЮШ1 -

ГЪУЪН У "—| часть ГИС М

^^___

Афибутимм дянмм* Гр*ф1м«ав*

медаль

^___ ---- ^

Вычисли

ТвЛЬНвй сеть

Рабочее мепо администратор АСППР

ог£Г

Модуль С0ЯДОМММЯ м

Модупь администрирования

гл-» по(1ь>овагв/)»й 4ч>де ш

_

Рабочее места пользователей АСППР

Модул* других

Модуль ампш .

пРог'Ранств#нн^ «*пцитуры С]

1Л

Рисунок 3.2. Обобщенная структура автоматизированной системы поддержки принятия решений.

Принципиальными моментами в реализации автоматизированной системы поддержки принятия решений являются использование архитектуры клиент-сервер, использование серверов РСУБД и разделение функций пользователей. В данном случае показана ставшая уже традиционной трехзвенная архитектура клиент-сервер для локальной вычислительной сети. В последнее время в связи с появлением сервисно-ориентированной архитектуры, которая основана на применении \уеЬ-сервисов Интернета, появилась возможность реализации унифицированных решений на уровне локальных сетей предприятий с единой информационной средой.

В качестве сети верхнего уровня для организации обмена данными между предприятиями в последнее время все чаще используется сеть Интернет. Эта сеть основана и развивается исключительно на стандартных протоколах. Она уже существует, и ее использование практически не требует дополнительных затрат. Поэтому Интернет все чаще рассматривается как среда для создания корпоративных информационных систем. В работе предложены специальные методы и средства распределенного ведения пространственных моделей системы лесного хозяйства с использованием обменов данными по сети Интернет.

Разработанный метод организации обмена данными на основе репликации слоев, управление которыми осуществляется средствами \уеЬ-серверов, обеспечивает возможность создания децентрализованной системы обмена пространственными данными, использование которой организациями осуществляется на основе принципов заинтересованности. Метод основан на использовании архитектуры Мар8еп/ег, которая предоставляет мощный и эффективный инструментарий для разработки геоинформационных веб-порталов, на базе которых осуществляется управление взаимодействием информационных систем предприятий.

Четвертая глава

В четвертой главе приведены результаты разработки автоматизированной системы поддержки принятия решений и ее экспериментальных исследований. При этом использовались специальные инструментальные программные средства, обеспечивающие повторное использование кода и возможность реинжиниринга информационной системы в процессе эксплуатации. Разработанный инструментальный программный комплекс на базе Мар8егуег позволил создавать компоненты информационных систем

предприятий лесной отрасли для решения задач пространственного моделирования, в которых практически реализуются разработанные в труде теоретические подходы и методы.

Применение методов объектно-ориентированного программирования при разработке инструментальных программных средств в виде объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивают возможность создания прикладных программных решений, которые в максимальной степени учитывают специфику предметной области и повышают производительность работы конечных пользователей. С другой стороны, применение концепции объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивает эффективную разработку и сопровождение в процессе эксплуатации корпоративной информационной системы эволюционирующих графических приложений, модернизацию инструментального программного комплекса с учетом новых требований без ущерба для существующих приложений.

Разработанная теория и методы были практически применены при создании информационной системы для учета и планирования лесного хозяйства. Результат экспериментальных исследований и внедрение работы подтверждают правильность теоретических положений, ее практическую значимость и востребованность полученных результатов на рынке информационных технологий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе научно-исследовательской работы решена основная задача диссертации - разработана методология построения информационно-аналитической системы для ведения лесного хозяйства региона на основе клиент-серверных технологий; исследована пропускная способность каналов связи для реализации

информационной системы; выработана методика доступа и работы с картографической и атрибутивной информацией.

Результаты исследовательской работы состоят в следующем:

• были описаны и классифицированы бизнес-процессы предприятий лесной отрасли;

• разработана методология построения информационно-аналитической системы для ведения лесного хозяйства региона на основе клиент-серверных технологий с использованием математических моделей;

• разработана архитектура информационной системы, описаны структурные и функциональные схемы информационного взаимодействия внутри информационной системы, разработаны алгоритмы взаимодействия внутренних модулей системы на различных уровнях;

• проведен анализ, на основе которого можно утверждать, что разработанная архитектура и технология для создания информационно-аналитической системы для лесной отрасли является наиболее перспективной и рациональной;

• выработана методика доступа и работы с картографической и атрибутивной информацией, впервые в области информатизации лесной отрасли предложена новая, многоуровневая схема доступа и работы с геопространственными и атрибутивными данными;

• обоснован выбор платформенных решений для построения информационной системы;

• разработана методика, позволяющая в режиме реального времени осуществлять формализованные и произвольные

запросы к базам данных с информацией о лесном фонде, в том числе с использованием мобильных устройств; • проведены экспериментальные исследования разработанной системы и проанализированы результаты ее практического применения.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Майоров A.A., Мильчаков С. А. Технологии лицензирования программного обеспечения геоинформационных систем. Известия Высших д учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. Специальный выпуск. М., 2004. ^

2. Майоров A.A., Мильчаков С.А. Разработка информационно-аналитической системы ведения кадастра лесных ресурсов. - Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 129.

3. Мильчаков С.А. Принципы построения системы автоматизации лесной отрасли. - Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 151

f I

i ¡

I f

A *

1

f

I (

! »

» i

» i

¿006А

''4

Подписано в печать 11.05.2006. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,5. Тираж 80 экз. Заказ 92. Цена договорная

УПП «Репрография» МИИГАиК 103064, Москва, Гороховский пер., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мильчаков, Сергей Анатольевич

Введение.

1. Обзор и анализ существующих информационных систем для ведения учета и планирования лесного хозяйства.

1.1. Краткий исторический обзор.

1.2 Обзор современных информационных систем для учета и планирования лесного хозяйства.

1.2.1. Информационно-программный комплекс "ЛесГИС".

1.2.2. Автоматизированная компьютерная система "ЛУГИС".

1.2.3. Информационная система "ЛесИС".

1.3 Сравнительный анализ современных информационных систем. 15 Выводы по главе 1.

2. Разработка методики построения информационно-аналитической системы для ведения и планирования лесного хозяйства.

II 2.1. Исследование ключевых бизнес-процессов лесной отрасли.

2.1.1. Описание бизнес-процессов лесоустроительных организаций

2.1.2. Описание бизнес-процессов лесхозов и лесничеств.

2.1.3. Описание бизнес-процессов контролирующих органов (региональных отделений Федерального агентства по лесному хозяйству).

2.1.4. Описание прочих бизнес-процессов лесопользователей.

2.2. Анализ отраслевых бизнес-процессов.

2.3 Формализация системы лесного хозяйства для решения задач пространственного моделирования.

2.3.2. Математическая модель пространственной структуры системы лесного хозяйства.

2.3.3. Математическая модель задачи принятия решения.

2.4. Исследование каналов связи.

2.5. Обоснование выбора архитектуры системы.

Выводы по главе 2.

3. Выбор технологической платформы.

3.1. Методика коллективного ведения пространственных моделей с использованием технологии Интернет-порталов.

3.2. Анализ платформенных решений. Серверный компонент.

3.2.1. Пространственная база данных.

3.2.2. Картографический Web-сервер.

3.2.3. Клиентские платформы и приложения.

3.3. Логика работы системы. Выполнение запросов.

3.4. Общая структура программного комплекса.

Выводы по главе 3.

4. Создание и тестирование информационно-аналитической системы для ведения лесного хозяйства.

I» 4.1 Общая информация о системе.

4.2 Техническое описание системы.

4.2.1. Серверная часть.

4.2.2. Клиентская часть.

4.3. Наполнение информационной базы

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и создание информационно-аналитической системы ведения учета и планирования лесного хозяйства"

Современный уровень развития информационных технологий, и геоинформационных технологий в частности, позволяет существенно оптимизировать работу предприятий многих отраслей промышленности. Однако далеко не во всех отраслях Российской Федерации в полной мере используются новые технологии. Одной из отраслей, где информационные технологии не получили достаточного распространения, является лесное хозяйство.

В настоящее время лес в Российской Федерации является федеральной государственной собственностью. В отличие от объектов хозяйствования других отраслей, лесные ресурсы и лесные площади являются восстанавливаемыми, и "должны использоваться' на устойчивой основе для удовлетворения социальных, экологических, культурных и духовных потребностей нынешнего и будущих поколений человечества" [20]. Поэтому перед правительствами страны стоит задача оптимизации процессов управления лесами и лесными площадями.

С продолжением научно-технического прогресса, один из наиболее успешных и продуктивных современных подходов к управлению лесным потенциалом страны и региона заключается в интенсификации использования информационных технологий -геоинформационных систем и систем управления ресурсами предприятия.

Для повышения качества принимаемых решений в лесном хозяйстве важно, чтобы исходная информация была не только полная и актуальная, но также была возможность для быстрой интеграции этих данных с данными других систем, а также наглядность этой информации. Геоинформационные системы дают возможность легко интегрировать и использовать имеющиеся источники табличной и картографической информации, и сопоставлять эту информацию не только с подобной информацией о лесном комплексе, но и с информацией других отраслей, например с данными о всей экосистеме региона или с планами развития населенных пунктов.

На сегодняшний день большинство сложностей по управлению лесными ресурсами на базовом уровне в действительности являются информационной проблемой. Несмотря на преимущества использования ГИС в управлении лесными ресурсами массового применения технологии ГИС в отрасли не произошло. Во многом это объясняется сложностью и дороговизной внедрения новых ГИС-технологий, отсутствием централизованного распространения, а также недостаточной отраслевой адаптацией ГИС.

Идея использования информационных технологий в планировании лесной отрасли не нова - первые попытки построения подобных систем предпринимались еще в 70-х годах. Однако уровень развития информационных технологий того времени не позволял в достаточной мере эффективно использовать вычислительные машины для осуществления учета, планирования или просто повседневной работы. Поэтому широкого распространения информационные системы в то время не получили.

Информационные системы, используемые в лесном хозяйстве Российской Федерации в настоящее время, уже реализуют потенциал современного аппаратного обеспечения, но при этом все они являются однотипными, и лежащая в их основе архитектура накладывает серьезные ограничения на их применение.

Во-первых, все эти системы базируются на коммерческих настольных ГИС, что существенно увеличивает их стоимость. Во-вторых, поскольку эти инфраструктурные коммерческие геоинформационные системы требуют для своей работы наличие компьютеров с операционными системами Windows, накладываются дополнительные ограничения на выбор платформы, что исключает возможность экономии за счет использования более дешевых операционных систем. В-третьих, в силу того, что все эти информационные системы построены на базе настольных ГИС, ни в одной из них не заложена возможность удобной многопользовательской работы. Наконец, в-четвертых, в этих решениях не предусмотрена возможность работы с мобильными устройствами (карманными компьютерами, смартфонами), стоимость которых за последние несколько лет существенно снизилась, а эффект использования которых нельзя недооценивать, fc В предлагаемой технологии используется совершенно иной подход. Вместо настольных коммерческих геоинформационных системах, в качестве платформы для создания информационной системы лесной отрасли предлагается использовать серверную геоинформационную систему на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом. Благодаря этому, помимо устранения всех вышеперечисленных недостатков, упрощается управление, администрирование и осуществление резервного копирования данных, что также благоприятно сказывается на стоимости эксплуатации этой информационной системы.

Актуальность проблемы, недостаточная изученность ^ использования серверных геоинформационных систем с возможностью удаленного доступа, а также редкое использование программного обеспечения с открытым исходным кодом в вертикальных отраслевых, государственных решениях обусловили выбор темы диссертации, предопределили цели и задачи проведенных исследований. Настоящая работа позволит существенно повысить качество разработок в области применения геоинформационных систем в лесной отрасли, ускорить процесс разработки и значительно снизить стоимость внедрения.

В диссертационной работе описаны принципы и методы создания информационно-аналитической системы для учета лесного хозяйства на основе клиент-серверных технологий с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом.

В рамках работы описана методология построения информационно-аналитической системы, выработаны методики доступа и работы с картографической и атрибутивной информацией, предложен анализ пропускной способности используемых каналов связи для различных реализаций сетевого взаимодействия при fr построении информационной системы.

Поставленные задачи решаются в соответствии с общепринятой методикой выполнения научных исследований. В работе проведен анализ используемых информационных систем, выявлены их основные недостатки и ключевые ограничения, проведено обобщение предшествующих исследований по проблемам внедрения геоинформационных систем в лесной отрасли, выработана рабочая гипотеза и концепция, проведены аналитические исследования, разработаны и описаны технологические процессы построения новой системы. Метод сбора информации - изучение документов, опрос специалистов, эксплуатация существующих решений. * Элемент новизны состоит в создании новой технологии построения информационно-аналитической системы лесной отрасли для хозяйствующих субъектов уровня лесхоза с возможностями масштабирования. Предлагаемая разработка прикладного характера повышает эффективность работы сотрудников лесной отрасли, снижает себестоимость процесса обработки и доступа к геопространственной и атрибутивной информации.

1. В работе впервые предложена клиент-серверная архитектура с использованием как двухуровневой, так и трехуровневой (с буферной зоной) схемой доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

2. Предложена методика выбора коммуникационных каналов связи для различных схем доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

3. Предложена методика интеграции данных других информационных систем.

С теоретической точки зрения предлагаемая работа позволила 4» усовершенствовать технологию сбора, хранения, анализа и выдачи геоинформационных данных, а также позволила упростить обеспечение безопасности и повысить доступность информационной системы. С практической точки зрения была создана информационно-аналитическая система, позволяющая за счет рационального выбора платформы существенно сократить издержки на эксплуатацию, и в то же время обеспечить сотрудникам хозяйствующих организаций удаленный (в том числе мобильный) доступ к базам геопространственных данных о лесной отрасли.

С развитием и удешевлением систем коммуникаций, практическое применение систем, построенных на базе клиент-^ серверных технологий, становится все более востребованным и оправданным в различных отраслях промышленности. Эволюция платформенных решений сделала возможным построение на базе клиент-серверной архитектуры геоинформационных систем. В том случае, когда один и тот же набор исходных геопространственных и атрибутивных данных используется для получения производных данных различными пользователями, повысить эффективность работы сотрудников организации и снизить стоимость эксплуатации информационной инфраструктуры предприятия возможно за счет использования серверных геоинформационных систем.

Дополнительная экономия достигается за счет использования решений на базе открытого исходного кода. Прежде всего, это актуально для государственных структур с достаточно большим штатом сотрудников, которым требуется доступ к геопространственной информации, и которые стремятся снизить затраты на внедрение и эксплуатацию информационных систем.

В связи с осуществляемой в настоящее время реформой лесного хозяйства возможно появление большого количества независимых лесопользователей, к которым будут предъявляться весьма высокие требования по учету, планированию и отчетности использования лесного фонда. Для таких организаций информационная система, отвечающая вышеперечисленным требованиям, может также оказаться весьма полезной. Хорошо структурированную информацию можно использовать не только для ведения лесного хозяйства, но и для разного рода изысканий в научно-исследовательских целях, для кадастровой оценки земель, определения экологического ущерба, ведения лесного мониторинга, устройства и ведения хозяйства в рекреационных лесах, учета и оценки трансформации земель лесного фонда, результатов приема-передачи земель и т.п.

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Мильчаков, Сергей Анатольевич

Выводы по главе 4

1. Практическая разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений может эффективно осуществляться только при использовании специальных инструментальных программных средств, обеспечивающих повторное использование кода и возможность реинжиниринга информационной системы в процессе эксплуатации. Разработанный инструментальный программный комплекс на базе MapServer позволили создавать компоненты информационных систем предприятий лесной отрасли для решения задач пространственного моделирования, в которых практически реализуются разработанные в труде теоретические подходы и методы.

2. Применение методов объектно-ориентированного программирования при разработке инструментальных программных средств в виде объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивают возможность создания прикладных программных решений, которые в максимальной степени учитывают специфику предметной области и повышают производительность работы конечных пользователей. С другой стороны, применение концепции объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивает эффективную разработку и сопровождение в процессе эксплуатации корпоративной информационной системы эволюционирующих графических приложений, модернизацию инструментального программного комплекса с учетом новых требований без ущерба для существующих приложений.

3. Разработанная теория и методы были практически применены при создании информационной системы для учета и планирования лесного хозяйства. Приведенный пример внедрения результатов работы подтверджает ее практическую значимость и востребованность полученных результатов на рынке информационных технологий.

Заключение по работе

В диссертационной работе проведен анализ, на основе которого можно утверждать, что выбранная архитектура и технология для создания информационно-аналитической системы для лесной отрасли является наиболее перспективной и оптимальной. Впервые в области информатизации лесной отрасли предложена новая, многоуровневая схема доступа и работы с геопространственными и атрибутивными данными, разработана методика, позволяющая в режиме реального времени осуществлять формализованные и произвольные запросы к базам данных с информацией о лесном фонде, в том числе с использованием мобильных устройств. Прогнозируется, что с использованием данной технологии может многократно увеличиться производительность труда.

Поскольку в разрабатываемой системе заложена возможность конвертации данных в форматы других, внешних приложений, с которыми работают прочие учреждения и организации, новая система обеспечивает предметную стыковку оперируемых данных, и может быть востребована в различных аспектах управления лесным хозяйством, различными хозяйствующими структурами.

Используемая программная платформа обеспечивает: ввод картографической и описательной информации, создание графического представления результатов обработки данных, создание локальных баз данных, обработку и анализ значительных объемов информации, отображение первичных и обработанных данных на экране и в печатном виде (с возможностью выбора масштаба пользователем), построение новых планшетов с необходимой топографической и тематической нагрузкой. Кроме того, выбранная платформа обеспечивает возможность реализации многопользовательской работы. Достоинства предлагаемой технологии:

1. Низкая стоимость, за счет использования программного обеспечения с открытым исходным кодом.

2. Высокая совместимость - конвертация данных в форматы других приложений, в том числе внешние аналитические системы.

3. Оперативность доступа и анализа большого объема данных (по своим возможностям проектируемая система близка к аналитическим системам с использованием технологий OLAP)

В заключение следует отметить, что перспективы развития данной работы связаны с дальнейшей интеграцией созданной информационной системы с другими внешними системами и источниками данных, используемыми в настоящее время на предприятиях лесной отрасли, а также с разработкой дополнительных интерфейсов, облегчающих взаимодействие с прочими решениями отечественных и зарубежных производителей.

Обеспечение возможности работы с крупными OLAP хранилищами данных, возможность моментального получения "срезов" состояния лесной отрасли с возможностями визуализацией также будет выгодно отличать эту информационно-аналитическую систему.

Кроме того, вероятно, весьма востребованным может оказаться разработка пакетов шаблонов типовых запросов к информационной системе. Это, а также рационально разработанный, эргономичный пользовательский интерфейс, позволят существенно повысить комфорт и оптимизировать продуктивность работы конечных пользователей.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мильчаков, Сергей Анатольевич, Москва

1. Ананьин В.И. Корпоративные стандарты точка опоры автоматизации // СУБД, №5, №6, 1997.

2. Васкевич Д. Стратегии клиент/сервер. Руководство по выживанию для специалистов по реорганизации бизнеса, Перевод с англ. К.: "Диалектика", 1996. - 384 с.

3. Волчков С.А., Балахонова И.В. Моделирование для непрерывного улучшения бизнес-процессов на базе стандартов ERP и ИСО 9001 от 2000 года// Методы менеджмента качества -2001.-№2.

4. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов /Под ред. А.М.Берлянта и А.В. Кошкарева. М.: ГИС-Ассоциация, 2000.

5. Грешнов С.П., Старостенко Д.А. О проблемах внедрения ГИС в лесное хозяйство. ГИС Ассоциация, Информационный бюллетень, № 1 (18), 1999, с. 20

6. Гринев М. XML-технологии: унифицированный доступ к разнородным данным. Сетевой журнал №6,2001.

7. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Информационная безопасность в геоинформатике. М.: МаксПресс, 2004. - 334с.

8. Кальянов Г.М. Консалтинг при автоматизации предприятий: научно-практическое издание. Серия "Информатизации России на пороге XXI века", М.: СИНТЕГ, 1997.

9. Когдаловский P.M. Энциклопедия технологий баз данных. М.: Финансы и статистика, 2002.

10. Ю.Козлов В.А. Открытые информационные системы. М.: Финансы и статистика, 1999

11. Колесников С.Н. Стратегия бизнеса: управление ресурсами и запасами. М.: Статус-Кво 97, 2000.

12. Корнеев В.В., Гареев А.Ф., Васютин С.В., Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Изд. Нолидж, 2001.-c.496.

13. Костров А.В. Основы информационного менеджмента: Учеб. пособие, М.: Финансы и статистика, 2001.

14. Н.Липаев В.В. Качество программных средств. Методические рекомендации. Под общей ред. проф., д.т.н. А.А. Полякова, М.: Янус-К. 2002.

15. Лурье И.К. Основы геоинформатики и создания ГИС. М.: ООО "ИНЕКС-92", 2002.

16. Майкл Де Мере. Географические информационные системы. Основы. -М.: Дата+, 1999.

17. Майоров А.А., Мильчаков С.А. Технологии лицензирования программного обеспечения геоинформационных систем. Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. Специальный выпуск. М., 2004.

18. Майоров А.А., Мильчаков С.А. Разработка информационно-аналитической системы ведения кадастра лесных ресурсов. -Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 129.

19. Мильчаков С.А. Принципы построения системы автоматизации лесной отрасли. Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 151

20. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002.

21. Общая декларация Конференции министров по охране лесов в Хельсинки (1995г.)22.0сновы геоинформатики: Учеб. Пособие для студентов ВУЗов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, B.C. Тикунов. М.: Издательский центр "Академия", 2004.

22. Построение баз геоданных. М.: Дата+, 2002.

23. Программирование web-сервисов для NET. Библиотека программиста / А. Феррара, М. Мак-Дональд. Киев: BXV; СПб.: Питер, 2003.

24. Руководство пользователя fGIS (http://www.digitalgrove.net/Help/fGIS help.htm)

25. Топорников П.А., Шутов В.В., Лапшина Т.И. Использование геоинформационных систем при разработке лесных кадастров. Кострома: КГТУ.

26. Уолренд Дж. Телекоммуникационные компьютерные сети. Вводный курс. М.: Постмаркет, 2001.

27. Федоров А., Елманова Н. Введение в OLAP-технологии Microsoft. М.:Энергоатомиздат, 2004.

28. Фейгин Д. Конецпция SOA. Открытые системы. 2004. - №6.

29. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. Издательство Оксфордского университета, 1991.

30. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии М.: Финансы и статистика, 1998.

31. Цветков В.Я. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Геодезия и аэрофотосъемкаа, 2000, №5.

32. Цветков В.Я. Создание интегрированной информационной основы ГИС // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №4.

33. Чакраборти А., Кранти Ю., Сандхау Р. Microsoft.NET Framework: Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург, 2003.

34. Черемных С.В. и др. Структурный анализ систем: IDEF-технологии. М.: Финансы и статистика, 2001.

35. Юсупов P.M., Заболотский В.П., Научно-методологические основы информатизации. СПб.: Наука, 2000.37.bootstrap.org Bootstap Institute. Dr. Douglas С. Engelbart.

36. Dwyer, John F.; Nowak, David J.; Watson, Gary W. 2001. Urban forestry research in the United State: the state of art and future prospects. In: Sievanen, Tuija.

37. Extensible Markup Language (XML), http://www.w3.org/XML

38. Gordon G. Strategic planning for local government. Washington, DC: ICMA, 1993.

39. Mitasova H., Neteler M. Free General-purpose GIS. A Geographic Resources Analysis Support System. GIM International, 17(11), 2003, p 40-43.

40. Scott Hutchinson, Larry Dainel. Inside ArcVuew GIS 8.3. ISBN 0766834751

41. Sessions, Roger. COM and DCOM: Microsoft's Vision for Disrtibuted