Интеграция разнородных информационных ресурсов и данных дистанционного зондирования Земли при мониторинге и управлении развитием территорий
Ключевые слова:
автоматизация, проактивное управление, информационные ресурсы, данные дистанционного зондирования Земли, интеграция данных, комплексное моделирование, сервис-ориентированная архитектура, многокритериальная оптимизацияАннотация
Статья посвящена разработке модельно-алгоритмического обеспечения и программных средств для автоматизации процессов интеграции данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и других разнородных информационных ресурсов при решении задач мониторинга и проактивного управления развитием территорий. Отличительной особенностью постановки задачи является включение в состав интегрируемых ресурсов средств моделирования состояния природно-технических объектов, расположенных на анализируемой территории. Основу разработки составляет обоснование технологии интеграции разнородных информационных ресурсов, включающей алгоритм выбора типа архитектуры создаваемого комплекса средств автоматизации, способ описания информационного процесса интеграции данных и их совместной обработки, алгоритм определения наилучшей конфигурации информационных ресурсов при решении тематических задач, а также совокупность программно-технологических решений по интеграции данных ДЗЗ с другими необходимыми данными и их совместному использованию при моделировании. В результате исследований и применения разработанных алгоритмов установлено, что наиболее предпочтительным типом архитектуры систем интеграции разнородных информационных ресурсов является сервис-ориентированная архитектура. Для описания информационного процесса интеграции предложено использование нотации Business Process Model and Notation. Ключевым компонентом разработки в части программно-технологических решений по интеграции разнородных данных является предложенная схема взаимодействия с поставщиками и потребителями данных на основе создания слоя абстракции данных. Применение предложенного решения позволяет привести разнородные данные к единому универсальному формату для последующей совместной обработки на средствах моделирования. Проведенная апробация на конкретных тематических задачах мониторинга и управления развитием территорий показала реализуемость предложенной технологии интеграции и разработанных программно-технологических средств, а также достижение существенного выигрыша в оперативности решения тематических задач.
Литература
1. Геопортал Роскосмоса. URL: https://gptl.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
2. Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства России. URL: http://www.nffc.aviales.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
3. Алексеенко Я.В., Фахми Ш.С. Применения информационной системы космического мониторинга МЧС России для обеспечения эффективных управленческих решений по защите населения и территория от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера // Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". URL: http://conf.rse.geosmis.ru/thesisshow.aspx?page=144&thesis=6014 (дата обращения 06.02.2023).
4. ВЕГА-PRO. URL: http://pro-vega.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
5. Компания «Совзонд». Геоинформационные онлайн-сервисы. URL: https://sovzond.ru/products/online-services/ (дата обращения: 06.02.2023).
6. Тематические сервисы Scanex. URL: https://www.scanex.ru/cloud/ (дата обращения: 06.02.2023).
7. «ТерраТех»: геоинформационные решения на основе анализа данных дистанционного зондирования. URL: https://terratech.ru/services/ (дата обращения: 06.02.2023).
8. Цифровая Земля. URL: https://dgearth.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
9. Кучейко А.А. Мировой опыт обеспечения открытого доступа к данным ДЗЗ. Экономические и технологические аспекты // Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. 2020. № 2. С. 50–64.
10. Заичко В.А., Шведов Д.О., Кутумов А.А. О состоянии и развитии российской государственной космической системы дистанционного зондирования Земли //Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. 2022. № 2. С. 6–17.
11. Kurbanov E., Vorobiev O., Sha J., Li X., Gitas I., Minakou C., Gabdelkhakov A., Martynova M. A survey on the use of GIS and remote sensing for sustainable forestry and ecology in Russia and China // Current problems in remote sensing of the Earth from space. 2020. vol. 17. no 5. pp. 9–22.
12. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник: Введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. 3-е изд., перераб. и доп. // М.: Физматлит. 2003. 760 с.
13. Охтилев М.Ю., Охтилев П.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Методологические и методические основы проактивного управления жизненным циклом сложных технических объектов // Изв. высш. учебн. заведений: Приборостроение. 2022. № 11. С. 781–788.
14. Sokolov B.V., Potryasaev S.A., Yusupov R.M. Proactive Management of Information Processes in the Industrial Internet // Journal of Physics: Conference Series. 2021. vol. 1864(1). DOI: 10.1088/1742-6596/1864/1/012007.
15. Lasaponara R., Aromando A., Cardettin G., Proto M. Fire Risk Estimation at Different Scales of Observations: An Overview of Satellite Based Methods // Computational Science and Its Applications (ICCSA 2018). Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. 2019. vol. 10964. pp. 375–378.
16. Zhuo L. Satellite Remote Sensing of Soil Moisture for Hydrological Applications: A Review of Issues to Be Solved // (Eds.: Scozzari A., Mounce S., Han D., Soldovieri F., Solomatine D.). ICT for Smart Water Systems: Measurements and Data Science. The Handbook of Environmental Chemistry. Springer, Cham. 2019. vol. 102. pp. 259–281.
17. Previtali M. A GIS and Remote Sensing Approach for Desertification Sensitivity Assessment of Cultural Landscape in Apulia Region (Italy) // (Eds.: Ioannides M., Fink E., Cantoni L., Champion E.). Digital Heritage. Progress in Cultural Heritage: Documentation, Preservation, and Protection. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. 2021. vol. 12642. pp. 138–149.
18. Sokolov B.V., Potryasaev S.А., Zakharov V.V., Pavlov А.N. Methodology and Technologies of the Complex Objects Proactive Intellectual Situational Management and Control in Emergencies // Advances in Intelligent Systems and Computing. Proceedings of the Fourth International Scientific Conference “Intelligent Information Technologies for Industry” (IITI’19). 2020. pp. 234–243.
19. Микони С.В., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Квалиметрия моделей и полимодельных комплексов // М.: РАН. 2018. 314 с.
20. Brown E., Bachmann D., Cranston M., et al. Methods and tools to support real time risk-based flood forecasting – a UK pilot application // FLOODrisk 2016 – 3rd European Conference on Flood Risk Management. E3S Web of Conferences. 2016. vol. 7(18019). 8 p.
21. Зеленцов В.А., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Пиманов И.Ю., Пономаренко М.Р., Потрясаев С.А., Семёнов А.Е., Соболевский В.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Модельно-ориентированная система оперативного прогнозирования речных наводнений // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 8. С. 831–843.
22. Kornilova E.D., Krylenko I.N., Rets E.P., Motovilov Y.G., Bogachenko E.M., Krylenko I.V., Petrakov D.A. Modeling of Extreme Hydrological Events in the Baksan River Basin, the Central Caucasus, Russia // Hydrology. 2021. vol. 8(1). 24 p.
23. Chomba I.C., Banda K.E., Winsemius H.C., Chomba M.J., Mataa M., Ngwenya V., Sichingabula H.M., Nyambe I.A., Ellender B. A Review of Coupled Hydrologic-Hydraulic Models for Floodplain Assessments in Africa: Opportunities and Challenges for Floodplain Wetland Management // Hydrology. 2021. vol. 8(1). no. 44. 12 p.
24. ГОСТ Р 59082-2020. Данные дистанционного зондирования Земли из космоса. Продукты обработки данных дистанционного зондирования земли из космоса тематические. Типы задач, решаемых на основе тематических продуктов // М.: Госстандарт России. 2021. 16 с.
25. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А. Архитектура и примеры реализации информационной платформы для создания и предоставления тематических сервисов с использованием данных дистанционного зондирования Земли // Труды СПИИРАН. 2017. Т. 6. № 55. С. 86–113.
26. Пиманов И.Ю. Автоматизация выбора функциональной структуры системы комплексного моделирования чрезвычайных ситуаций // Информатизация и связь. 2021. № 2. С. 15–21.
27. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А, Пиманов И.Ю. Выбор архитектуры систем интеграции разнородных информационных ресурсов при комплексном моделировании природно-технических объектов // Информатизация и связь. 2021. № 7. С. 72–77.
28. Ахметов Р.Н., Васильев И.Е., Капитонов В.А., Охтилев М.Ю., Соколов Б.В. Концепция создания и применения перспективной АСУ подготовкой и пуском ракеты космического назначения «Союз‑2»: новые подходы к интеграции, интеллектуализации, управлению // Авиакосмическое приборостроение. 2015. № 4. С. 3–54.
29. Bojkić M., Pržulj Đ., Stefanović M. Possible Application of Service-Oriented Architecture in Domain of Land Administration System // Proceedings on 18th International Conference on Industrial Systems (IS’20). 2022. pp. 496–502.
30. Hustad E., Olsen D.H. Creating a sustainable digital infrastructure: The role of service-oriented architecture // Procedia Computer Science. 2021. vol. 181. pp 597–604.
31. Мараховский В.Б., Розенблюм Л.Я., Яковлев А.В. Моделирование параллельных процессов. Сети Петри // СПб.: Профессиональная литература. 2014. 400 с.
32. Мельников Г.П. Системология и языковые аспекты кибернетики // М.: Советское радио. 1978. 368 с.
33. IDEF. URL: https://www.idef.com/ (дата обращения: 06.02.2023).
34. UML. URL: https://www.uml.org/ (дата обращения: 06.02.2023).
35. Scheer A.W. The Development Lines of Process Automation // (Eds.: Bergener K., Räckers M., Stein A.). The Art of Structuring. Springer, Cham. 2019. pp. 213–220.
36. BPMN. URL: https://www.bpmn.org/ (дата обращения: 06.02.2023).
37. Троцкий Д.В., Городецкий В.И. Сценарная модель знаний и язык описания процессов для оценки и прогнозирования ситуаций // Труды СПИИРАН. 2009. № 8. C. 94–127.
38. Flávio E.A. Horita, Porto de Albuquerque J., Marchezini V., Mendiondo E.M. Bridging the gap between decision-making and emerging big data sources: An application of a model-based framework to disaster management in Brazil // Decision Support Systems. 2017. vol. 97. pp. 12–22.
39. Vasiliev Y. SOA and WS-BPEL: Composing Service-Oriented Solution with PHP and ActiveBPEL // Packt Publishing. 2007. 316 p.
40. Юдицкий С.А. Сценарный подход к моделированию поведения бизнес-систем // М.: СИНТЕГ. 2001. 112 с.
41. Петухов Г.Б. Основы теории эффективности целенаправленных процессов. Ч1. Методология, методы, модели // М.: Изд-во МО СССР. 1989. 635 с.
42. Михалевич В.С., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем // М.: Наука. 1982. 286 с.
43. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е. Программное обеспечение «Каталог-В» для автоматической каталогизации космических снимков. Свидетельство № 2017612870. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 03.03.2017.
44. CivicStructure. URL: https://schema.org/CivicStructure (дата обращения: 06.02.2023).
2. Информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства России. URL: http://www.nffc.aviales.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
3. Алексеенко Я.В., Фахми Ш.С. Применения информационной системы космического мониторинга МЧС России для обеспечения эффективных управленческих решений по защите населения и территория от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера // Пятнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". URL: http://conf.rse.geosmis.ru/thesisshow.aspx?page=144&thesis=6014 (дата обращения 06.02.2023).
4. ВЕГА-PRO. URL: http://pro-vega.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
5. Компания «Совзонд». Геоинформационные онлайн-сервисы. URL: https://sovzond.ru/products/online-services/ (дата обращения: 06.02.2023).
6. Тематические сервисы Scanex. URL: https://www.scanex.ru/cloud/ (дата обращения: 06.02.2023).
7. «ТерраТех»: геоинформационные решения на основе анализа данных дистанционного зондирования. URL: https://terratech.ru/services/ (дата обращения: 06.02.2023).
8. Цифровая Земля. URL: https://dgearth.ru/ (дата обращения: 06.02.2023).
9. Кучейко А.А. Мировой опыт обеспечения открытого доступа к данным ДЗЗ. Экономические и технологические аспекты // Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. 2020. № 2. С. 50–64.
10. Заичко В.А., Шведов Д.О., Кутумов А.А. О состоянии и развитии российской государственной космической системы дистанционного зондирования Земли //Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. 2022. № 2. С. 6–17.
11. Kurbanov E., Vorobiev O., Sha J., Li X., Gitas I., Minakou C., Gabdelkhakov A., Martynova M. A survey on the use of GIS and remote sensing for sustainable forestry and ecology in Russia and China // Current problems in remote sensing of the Earth from space. 2020. vol. 17. no 5. pp. 9–22.
12. Воройский Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь-справочник: Введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. 3-е изд., перераб. и доп. // М.: Физматлит. 2003. 760 с.
13. Охтилев М.Ю., Охтилев П.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Методологические и методические основы проактивного управления жизненным циклом сложных технических объектов // Изв. высш. учебн. заведений: Приборостроение. 2022. № 11. С. 781–788.
14. Sokolov B.V., Potryasaev S.A., Yusupov R.M. Proactive Management of Information Processes in the Industrial Internet // Journal of Physics: Conference Series. 2021. vol. 1864(1). DOI: 10.1088/1742-6596/1864/1/012007.
15. Lasaponara R., Aromando A., Cardettin G., Proto M. Fire Risk Estimation at Different Scales of Observations: An Overview of Satellite Based Methods // Computational Science and Its Applications (ICCSA 2018). Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. 2019. vol. 10964. pp. 375–378.
16. Zhuo L. Satellite Remote Sensing of Soil Moisture for Hydrological Applications: A Review of Issues to Be Solved // (Eds.: Scozzari A., Mounce S., Han D., Soldovieri F., Solomatine D.). ICT for Smart Water Systems: Measurements and Data Science. The Handbook of Environmental Chemistry. Springer, Cham. 2019. vol. 102. pp. 259–281.
17. Previtali M. A GIS and Remote Sensing Approach for Desertification Sensitivity Assessment of Cultural Landscape in Apulia Region (Italy) // (Eds.: Ioannides M., Fink E., Cantoni L., Champion E.). Digital Heritage. Progress in Cultural Heritage: Documentation, Preservation, and Protection. Lecture Notes in Computer Science. Springer, Cham. 2021. vol. 12642. pp. 138–149.
18. Sokolov B.V., Potryasaev S.А., Zakharov V.V., Pavlov А.N. Methodology and Technologies of the Complex Objects Proactive Intellectual Situational Management and Control in Emergencies // Advances in Intelligent Systems and Computing. Proceedings of the Fourth International Scientific Conference “Intelligent Information Technologies for Industry” (IITI’19). 2020. pp. 234–243.
19. Микони С.В., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Квалиметрия моделей и полимодельных комплексов // М.: РАН. 2018. 314 с.
20. Brown E., Bachmann D., Cranston M., et al. Methods and tools to support real time risk-based flood forecasting – a UK pilot application // FLOODrisk 2016 – 3rd European Conference on Flood Risk Management. E3S Web of Conferences. 2016. vol. 7(18019). 8 p.
21. Зеленцов В.А., Алабян А.М., Крыленко И.Н., Пиманов И.Ю., Пономаренко М.Р., Потрясаев С.А., Семёнов А.Е., Соболевский В.А., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. Модельно-ориентированная система оперативного прогнозирования речных наводнений // Вестник Российской академии наук. 2019. Т. 89. № 8. С. 831–843.
22. Kornilova E.D., Krylenko I.N., Rets E.P., Motovilov Y.G., Bogachenko E.M., Krylenko I.V., Petrakov D.A. Modeling of Extreme Hydrological Events in the Baksan River Basin, the Central Caucasus, Russia // Hydrology. 2021. vol. 8(1). 24 p.
23. Chomba I.C., Banda K.E., Winsemius H.C., Chomba M.J., Mataa M., Ngwenya V., Sichingabula H.M., Nyambe I.A., Ellender B. A Review of Coupled Hydrologic-Hydraulic Models for Floodplain Assessments in Africa: Opportunities and Challenges for Floodplain Wetland Management // Hydrology. 2021. vol. 8(1). no. 44. 12 p.
24. ГОСТ Р 59082-2020. Данные дистанционного зондирования Земли из космоса. Продукты обработки данных дистанционного зондирования земли из космоса тематические. Типы задач, решаемых на основе тематических продуктов // М.: Госстандарт России. 2021. 16 с.
25. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А. Архитектура и примеры реализации информационной платформы для создания и предоставления тематических сервисов с использованием данных дистанционного зондирования Земли // Труды СПИИРАН. 2017. Т. 6. № 55. С. 86–113.
26. Пиманов И.Ю. Автоматизация выбора функциональной структуры системы комплексного моделирования чрезвычайных ситуаций // Информатизация и связь. 2021. № 2. С. 15–21.
27. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А, Пиманов И.Ю. Выбор архитектуры систем интеграции разнородных информационных ресурсов при комплексном моделировании природно-технических объектов // Информатизация и связь. 2021. № 7. С. 72–77.
28. Ахметов Р.Н., Васильев И.Е., Капитонов В.А., Охтилев М.Ю., Соколов Б.В. Концепция создания и применения перспективной АСУ подготовкой и пуском ракеты космического назначения «Союз‑2»: новые подходы к интеграции, интеллектуализации, управлению // Авиакосмическое приборостроение. 2015. № 4. С. 3–54.
29. Bojkić M., Pržulj Đ., Stefanović M. Possible Application of Service-Oriented Architecture in Domain of Land Administration System // Proceedings on 18th International Conference on Industrial Systems (IS’20). 2022. pp. 496–502.
30. Hustad E., Olsen D.H. Creating a sustainable digital infrastructure: The role of service-oriented architecture // Procedia Computer Science. 2021. vol. 181. pp 597–604.
31. Мараховский В.Б., Розенблюм Л.Я., Яковлев А.В. Моделирование параллельных процессов. Сети Петри // СПб.: Профессиональная литература. 2014. 400 с.
32. Мельников Г.П. Системология и языковые аспекты кибернетики // М.: Советское радио. 1978. 368 с.
33. IDEF. URL: https://www.idef.com/ (дата обращения: 06.02.2023).
34. UML. URL: https://www.uml.org/ (дата обращения: 06.02.2023).
35. Scheer A.W. The Development Lines of Process Automation // (Eds.: Bergener K., Räckers M., Stein A.). The Art of Structuring. Springer, Cham. 2019. pp. 213–220.
36. BPMN. URL: https://www.bpmn.org/ (дата обращения: 06.02.2023).
37. Троцкий Д.В., Городецкий В.И. Сценарная модель знаний и язык описания процессов для оценки и прогнозирования ситуаций // Труды СПИИРАН. 2009. № 8. C. 94–127.
38. Flávio E.A. Horita, Porto de Albuquerque J., Marchezini V., Mendiondo E.M. Bridging the gap between decision-making and emerging big data sources: An application of a model-based framework to disaster management in Brazil // Decision Support Systems. 2017. vol. 97. pp. 12–22.
39. Vasiliev Y. SOA and WS-BPEL: Composing Service-Oriented Solution with PHP and ActiveBPEL // Packt Publishing. 2007. 316 p.
40. Юдицкий С.А. Сценарный подход к моделированию поведения бизнес-систем // М.: СИНТЕГ. 2001. 112 с.
41. Петухов Г.Б. Основы теории эффективности целенаправленных процессов. Ч1. Методология, методы, модели // М.: Изд-во МО СССР. 1989. 635 с.
42. Михалевич В.С., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем // М.: Наука. 1982. 286 с.
43. Зеленцов В.А., Потрясаев С.А., Пиманов И.Ю., Семенов А.Е. Программное обеспечение «Каталог-В» для автоматической каталогизации космических снимков. Свидетельство № 2017612870. Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 03.03.2017.
44. CivicStructure. URL: https://schema.org/CivicStructure (дата обращения: 06.02.2023).
Опубликован
2023-07-06
Как цитировать
Зеленцов, В. А., Пиманов, И. Ю., & Потрясаев, С. А. (2023). Интеграция разнородных информационных ресурсов и данных дистанционного зондирования Земли при мониторинге и управлении развитием территорий. Информатика и автоматизация, 22(4), 906-940. https://doi.org/10.15622/ia.22.4.8
Раздел
Цифровые информационно-телекоммуникационные технологии
Copyright (c) Вячеслав Алексеевич Зеленцов, Илья Юрьевич Пиманов, Семен Алексеевич Потрясаев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).