Разработка метода объединения данных из различных информационных систем в единую информационную систему Минэкологии РБ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ЯлГЙОяО/

Уфа : УГАТУ. 2011__________________________________________________________________________^^_Т. 15, №2(42). С. 3-7

УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАТИКА

УДК 004:528

С. В. Павлов, 0. И. Христодуло

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОБЪЕДИНЕНИЯ ДАННЫХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ЕДИНУЮ ИНФОРМАЦИОННУЮ СИСТЕМУ МИНЭКОЛОГИИ РБ

Описывается метод формирования структуры базы общих данных при объединении информационных систем в единую информационную систему организации на примере Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан, основанный на формальном анализе баз атрибутивных и пространственных данных, входящих в состав действующих в министерстве информационных систем, и позволяющий выявить общую для нескольких баз данных атрибутивную и пространственную информацию и организовать многопользовательский доступ к распределенно-хранящимся разнородным данным Минэко-логии РБ. Единая база данных; пространственные и атрибутивные данные; информационное обеспечение; управление природными ресурсами

Важнейшей функцией Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан (далее Минэкологии РБ, министерство) является эффективное управление природными ресурсами Республики. Для его достижения необходима информация об объектах управления: природных ресурсах, их окружении, природо-пользователях, экологически опасных объектах, потенциально затапливаемой территории в период весенних паводков и пр.

Министерство создает и ведет республиканский фонд информации по природным ресурсам, охране окружающей среды и экологической безопасности, осуществляет обмен, передачу и распространение этой информации, участвует в создании информационных систем для нужд природопользования, охраны окружающей среды, экологической безопасности и сохранения биологического разнообразия.

В процессе развития информационного обеспечения министерства число задач, для решения которых используется пространственная информация о территориально распределенных природных и техногенных объектах, например, водных или природных ресурсах, увеличивается. Особенностью этих объектов является их существенная протяженность и распределенность по территории Республики Башкортостан. Наличие информации о точном местоположении объектов, их взаимном расположении и взаимосвязи существенно влияет на качество управленческих решений, поэтому при создании интегрированной информационной системы Минэкологии РБ необходимо применение геоинформационных технологий. При этом все блоки информации должны содержать

Контактная информация: (347)273-77-33

как описательную (атрибутивную)информацию (наименование, количественные характеристики, пространственную информацию, принадлежность и др.), так и характеризующую местоположение объекта на поверхности Земли.

На сегодняшний день в министерстве функционируют следующие информационные системы (ИС) [1~3] (рис. 1):

• подсистема информационного обеспечения контроля развития паводковой ситуации (ГИС «Паводок»);

• автоматизированная система ведения реестра территорий, загрязненных нефтепродуктами (автоматизированная информационная система «Реестр загрязненных территорий»);

• информационная система по ведению и формированию регионального кадастра отходов на территории РБ (ИС «Кадастр отходов»);

• информационная система «Инспекционная деятельность»;

несколько локальных геоинформационных систем:

• ГИС «Особо охраняемые природные территории»;

• ГИС «Расположение ГТС РБ»;

• ГИС «Расположение рыбопромысловых участков»;

• ГИС «Регистрационная карта кадастра расположения подземных вод по РБ»;

• ГИС «Месторождения и участки подземных вод с утвержденными запасами»;

а также локальные информационные системы территориальных управлений Минэкологии РБ. Практически во всех вышеперечисленных ИС ведется обработка разнородной информации (пространственной и атрибутивной), кроме того,

периодически возникает необходимость в обмене данными между различными системами, каждая отдельная ИС Минэкологии РБ содержит свою базу данных, при этом некоторые из ИС должны использовать информацию из баз данных других информационных систем. Например, для специалистов министерства очень актуально создание и ведение единого и централизованного фонда информации о природополь-зователях на территории РБ — «Справочника природопользователей РБ», при этом одни и те же атрибутивные данные о природопользовате-лях хранятся в различных информационных системах: «Кадастр отходов» и «Инспекционная деятельность».

Аналогично общегеографические данные, такие как гидрография, растительность, населенные пункты, дороги и др., которые являются общими для большинства информационных систем, обрабатывающих пространственную информацию, хранятся одновременно в базах данных ГИС «Паводок» и АИС «Реестр загрязненных территорий».

Для формирования целостного представления о территориально распределенных объектах необходимо единое формальное описание пространственной информации, которая является разнородной (по типу, формату и способу описания), распределенной по территориальному месту хранения (территориальные подразделения министерства) и по принадлежности к действующим информационным системам. Для возможности объединения и представления разнородных пространственных данных, получаемых (создаваемых) в министерстве, очевидно, они должны быть унифицированы, то есть иметь единые модель данных и базу данных. В силу этого актуальной задачей является интеграция разнородных пространственных данных существующих информационных систем в единую базу данных и последующая разработка интегрированной информационной системы Минэкологии РБ.

Для организации хранения информации необходимо выявить общие данные для всех информационных систем Минэкологии РБ, провести анализ требований к этим данным, чтобы минимизировать дублирование данных (с точки зрения хранения) и время получения пользователем информации.

Обозначим /-ю информационную систему министерства — ИС, а ее базу данных БДг-, где / = 1,п , п - общее количество ИС.

Выделим в каждой из БД- две части: БД/ -а часть БД/, данные из которой находятся как в БДг-, так и в других базах данных, БД2 - часть

БД/, использующаяся только в ИС/ и не содержащаяся в других базах данных, при этом:

БД,. = БД/ и БД,2, / = ~п. (1)

Для исключения (или минимизации) дублирования данных необходимо, чтобы общие для всех (или нескольких) БД, данные хранились в единой базе данных.

Обозначим БД0 - единая база данных Минэкологии РБ, тогда

БД, с БД 0, для всех , = 1, п. (2)

Поскольку базы данных информационных систем министерства содержат как пространственные, так и атрибутивные данные, то представим БД/ как совокупность двух частей, описывающих атрибутивную - БД/1 и пространственную - БДП информацию [4]:

БД, = БД4 иБДП, / = \П. (3)

Тогда БД0 будет также состоять из двух частей:

БД о = БД А и БД П. (4)

В соответствии с (1), в каждой /-й БДП выделим две части: БД/п - та часть БДП, которая входит в состав соответствующей БД,1, БД2П -часть БДП, входящая в состав БД,2. Тогда эти части могут быть представлены:

БДП = БД/п и БД,2П, / = й (5)

Аналогично, для каждой /-й БД/1: БД/*4 - та часть БД4 которая входит в состав БД;1, БД24 -часть БД4 входящая в состав БДг2. Тогда:

БД/4 = БД/4 и БД,24, / = ~п. (6)

Следовательно,

БД/ = (БД/4 и БД,24) и (БД/п и БД,П), / = ~п. (7)

БД,"содержит пространственную информацию, хранящуюся, как правило, в БД/ в виде цифровых топографических карт определенного масштаба, состоящих из тематических слоев или классов пространственных объектов Б/, то есть:

БДП ={б/ }, / = Щ, / = 1т, (8)

где т/ - количество слоев, хранящихся в БДП.

В каждой БД- каждый из слоев может содержаться либо в части БД1П , либо в БД2П, но не в обеих одновременно. ОбозначимМ/ - мно-

жество номеров у слоев, содержащихся в БД/п , т. е. для которых справедливо Б/ е БД/п при у е М1 и / = 1, п, тогда:

БД/П = Б} у е М), (9)

и М2 - множество номеров у слоев, для которых справедливо Б/е БД2П , при у е М/2 и / = 1, п, тогда:

бд2п ={б/ }, у е М2, (10)

С учетом (9) и (10), часть БД, из (4) включает:

БДП = {Б0, Б02,..., Б0М}, (11)

где М — общее число слоев в БД",

и Б0 Ф Б0, у Ф g, Цб; = и Б/.

г=1М

і=1,п

]=1,т,

Приведем аналогичное описание атрибутивных данных. БД4 содержит атрибутивную информацию, хранящуюся в БДЬ в виде реляционных таблиц, в которых атрибутивная информация для пространственного объекта представлена совокупностью значений атрибутов. Поэтому пусть БД4 представлена в виде совокупности отношений:

БДА = Д До2,..., }, і = Щ, (12)

где кі - количество отношений в і-й БДА , содержащих атрибутивную информацию.

По аналогии с БДП в каждой і-й БДА выделим две части: БД1А - та часть БДА, которая входит в состав БД1, БД2А - часть БДА, входящая в состав БД2. Каждое из отношений Д может содержаться либо в части БД1А, либо в БД2 А, но не в обеих одновременно.

Минэкологии РБ

АИС по формированию и ведению регионального кадастра отходов на территории РБ

1

ИС «Инспекционная деятельность»

АИС ведения реестра территорий, загрязненных нефтепродуктами

3

ГИС «Паводок»

I

БДд БДз

Локальная

особо охраняемые природные территории М 1:500000 расположение ГТС РБ М 1:200000 расположение рыбопромысловых участков М 1:100000 регистрационная карта кадастра подземных вод по РБ М 1:500000 месторождения и участки подземных вод с утвержденными запасами М 1:500000

Территориальные

управления

ТУ1

БДті

Локальная

[. . .] ТУ9

_БДГ,

Локальная

Рис. 1. Схема информационного взаимодействия информационных систем территориальных управлений и центрального аппарата Минэкологии РБ

Обозначим К1, I = 1, п - множество номеров отношений Щ , таких, что Я1 е БД/4 при у е К/, тогда:

БД/4 = {Щ}, уе К1, (13)

и К2- множество номеров отношений из БД4 таких, что Щ е БД24, при у е К2, тогда:

БД24 = {Щ}, уе К/2, (14)

С учетом (13) и (14), часть БД4 из (4) включает:

БД 4 = щ щ2,..., К }, (15)

где К — общее число отношений в БД4

и щ ф Щ, у ф я, ЦЩ = и Л.

к=1,К /=1,п

у'=1,к

По (4), имеем:

БД0 = (БД04 и БД24) и (БД0П и БД2П). (16)

И из (6), (11), (15) получаем:

БД 0 = {Я0, я2,..., К, Б0, Б 02,..., Б0М }. (17)

Поскольку после создания базы общих пространственных данных производится ряд преобразований БД; (например, перенос слоя гидрографии из БД'4 в БД 4), а необходимость в пространственной информации у пользователей информационных систем остается, необходимо установить соответствие между местом хранения данных в БД’4 до преобразований и нынешним местом хранения данных в единой БД4 . Таким образом, для создания единой базы данных необходимо установить соответствие между элементами множеств БД; и БД0, а для этого задать функцию, такую что:

^ : БД/ ® БД0, где / = 1, п. (18)

Каждая ^ является множеством отображений /4 и /П ,

^ = {/41,/42,...,/4к,/П1,/П2,...,/Пт} (19)

где / 4у — отображение, устанавливающее соответствие между каждым отношением из множества БД, и определенным отношением из множества БД0, то есть:

щ = /4 (щ), i = Щ у = \к, (20)

а / Пу — отображение, устанавливающее соответствие между каждым слоем из множества БД 4 и слоем из БД0:

На рис. 2 показан пример установления соответствия между слоями БД04 и слоями в БД14 , необходимого для нахождения соответствующего слоя в БД0 в процессе обновления информации, производящегося из БД1 .

В результате построения всех отображений появится возможность создать непротиворечивую структуру данных, необходимую для реализации единой базы данных министерства, содержащую все отношения и слои, входящие ранее в БД;-, / = 1, п, а соотношения (1)-(21) можно рассматривать как формализацию процесса объединения данных из различных информационных систем при их объединении в единую информационную систему Минэколо-гии РБ (рис. 3).

Рис. 2. Схема построения отображений для установления соответствия между слоями БД0 и слоями в существующих БД /

50 = (5/), і = 1, п, у = 1, т.

(21)

Рис. 3. Схема получения единой базы данных Минэкологии РБ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен метод объединения разнородных данных из различных информационных систем в единую информационную систему, основанный на формальном анализе баз атрибутивных и пространственных данных, входящих в состав действующих информационных систем, и позволяющий выявить общую для нескольких баз данных атрибутивную и пространственную информацию и установить соответствие множеств БД и БД0 для создания единой базы данных Минэкологии РБ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павлов С. В., Христодуло О. И., Шара-футдинов Р. Р. Разработка геоинформационной модели речной сети с учетом картографической, гидрологической и морфометрической информации для определения границ зон затопления при изменении уровня воды в водных объектах // Вестник УГАТУ: Науч. ж-л Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. Сер. «Управление, вычислительная техника и информатика». 2008. Т. 11, № 1 (28). С. 18-27.

2. Интеграция информационных систем по формированию и ведению регионального кадастра отходов и «Инспекционная деятельность» для Минэ-кологии РБ / И. Н. Заитов [и др.] // Геоинформацион-

ные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: Межвузовск. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2010. С. 87-92.

3. Абдуллин А. Х., Мальцева Е. А., Христо-дуло О. И. Разработка автоматизированной системы ведения реестра территорий, загрязненных нефтепродуктами // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: Межвузовск. науч. сб. Уфа: УГАТУ 2010. С. 118-126.

4. Бадамшин Р. А., Павлов А. С. Многопользовательская обработка распределенно хранящейся пространственной информации в научно-образовательной ГИС РБ // Вестник УГАТУ: науч. ж-л Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. 2009. Т. 12, № 1(30). С. 3-8.

ОБ АВТОРАХ

Павлов Сергей Владимирович, проф., зав. каф. геоинф. систем. Дипл. математик по спец. «Вычислительная математика» (БГУ, 1977). Д-р техн. наук (УГАТУ, 1998). Иссл. в обл. обработки пространств. данных.

Христодуло Ольга Игоревна, доц. той же каф. Дипл. инж. по автоматиз. и механиз. процессов обр. и выдачи информации (УАИ, 1991). Канд. техн. наук (УГАТУ, 2000). Иссл. в обл. проектир.и разработки корпорат. инф. систем.