Концепция информационной инфраструктуры Геофизической службы

УДК 681.3

КОНЦЕПЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ

© С.В. Бахвалов1, М.А. Хритова2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Описаны результаты анализа деятельности Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН. Выявлены недостатки имеющегося информационного обеспечения. Представлена концепция информационной инфраструктуры Геофизической службы, отвечающая основным требованиям. Создание единого информационного пространства - централизованного хранилища данных обеспечит эффективное выполнение основных функций организации и согласование полученных результатов. Ил. 3. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: информационная инфраструктура; единое информационное пространство; информационные процессы; хранилище данных.

GEOPHYSICAL SERVICE INFORMATION INFRASTRUCTURE CONCEPT S.V. Bakhvalov, M.A. Khritova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper describes the analysis results of the Baikal Division of the Geophysical Service of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences. It reveals the shortcomings of the available information support and presents the concept of the information infrastructure of the Geophysical Service that meets the key requirements. Creation of a single information space - a centralized data storage would enable efficient performing of the main functions of the organization and the coordination of the results obtained. 3 figures. 5 sources.

Key words: information infrastructure; single information space; information processes; data storage.

.2

Введение. Байкальский филиал Геофизической службы СО РАН (БФ ГС СО РАН) выполняет фундаментальные и прикладные научные исследования в области сейсмологии и геофизики. Основными направлениями деятельности филиала являются: непрерывная регистрация землетрясений цифровыми сейсмическими станциями, первичная и сводная обработка сейсмических событий, обеспечение службы срочных и оперативных донесений, подготовка сейсмологических материалов Прибайкалья и Забайкалья за определенные периоды, разработка методов анализа сейсмологической информации, обобщение полученных сейсмологических данных. Реализация этих видов деятельности предъявляет серьёзные требования к организации хранения первичных данных наблюдений и результатов их обработки. Каждое подразделение организации выполняет свой круг обязанностей, но информационная разобщенность подразделений может привести к дублированию работ и данных, затруднить обмен информацией и доступ к ней, а также привести к потере информации. От качества организации информационного обмена в значительной степени зависит скорость и точность работы всех подразделений БФ ГС СО РАН.

В последние годы в Байкальском филиале Геофизической службы ведется работа по созданию и внедрению автоматической системы сбора и обработки

информации в реальном и близком к реальному времени [1]. Для осуществления оперативного мониторинга сейсмичности региона (служба срочных донесений) разработано необходимое программное обеспечение [2]. Внедрение в эксплуатацию данного программного обеспечения позволило решить задачу по сбору и первичной обработке оперативной геофизической информации.

Проведение различного рода анализа сейсмологических данных за большие периоды времени или данных, содержащих разнородные параметры, вызывает необходимость проведения дополнительных подготовительных работ. Это связано с тем, что большая часть сейсмологической информации, накопленная за время проведения наблюдений, хранится разрозненно и в различной форме. Так, первичные материалы наблюдений в виде аналоговых сейсмограмм на бумажных носителях сохраняются в архиве с 1901 года, цифровые сейсмические записи, полученные от разных станций, сохраняются на CD/DVD дисках с 1997— 1998 гг. Результаты итоговой обработки землетрясений - основные параметры событий хранятся в локальной базе данных. База данных «Параметры землетрясений Прибайкалья» содержит сведения за период с ноября 1993 года по июнь 2011 года. Реализован свободный доступ через Интернет к каталогу землетрясений с энергетическим классом Кр>8.5 (Кр -

1Бахвалов Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем, тел.: 89148753332, e-mail: bsv@istu.edu

Bakhvalov Sergey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automated Systems, tel.: 89148753332, e-mail: bsv@istu.edu

2Хритова Мария Анатольевна, аспирант кафедры автоматизированных систем, тел.: 89027609818, e-mail: hritova@crust.irk.ru Khritova Maria, Postgraduate of the Department of Automated Systems, tel.: 89027609818, e-mail: hritova@crust.irk.ru

энергетический класс по номограмме Т.Г. Раутиан -параметр для измерения силы землетрясения [3]) и ограниченным числом полей-параметров. Результаты обработки землетрясений, произошедших ранее указанного периода, представлены в виде каталогов и бюллетеней в печатном виде. В настоящее время в виде отдельных файлов сохраняются характеристики сейсмостанций, макросейсмическая информация, механизмы землетрясений и другие сейсмологические данные.

Таким образом, существующая организация информационного обеспечения имеет целый ряд серьезных недостатков, связанных с устаревшими подходами к сбору, систематизации и хранению сейсмоло-

ний организации: отдела сейсмического мониторинга (ОСМ), группы производства и наблюдения (ГПН), группы методики обработки цифровых записей (ГМОЦЗ), группы сводной обработки (ГСО), центра сбора информации (ЦСИ) и группы анализа сейсмической информации (ГАСИ).

По результатам анализа построена диаграмма прецедентов с целью рассмотрения системы с точки зрения внешнего наблюдателя [4]. Представленная диаграмма (рис. 1) отображает взаимодействие между прецедентами, представляющими основные функции геофизической службы, и актерами, представляющими подразделения организации, получающие или передающие информацию в данную систему.

Рис. 1. Диаграмма прецедентов основных функций, выполняемых подразделениями БФ ГС СО РАН

гической информации. Система хранения сейсмологических и связанных с ними данных разрозненна, любая модернизация и сложные выборки требуют значительных затрат времени, усилий и знания логики хранения информации. Не может быть обеспечена информационная безопасность, отсутствует также комплексное информационно-аналитическое обеспечение деятельности БФ ГС СО РАН. Всё это позволяет сделать вывод о том, что существующая информационная инфраструктура не отвечает современным требованиям и, следовательно, требуются ее модернизация и развитие для создания единого информационного пространства Геофизической службы.

Цель исследования. Для устранения отмеченных недостатков необходимо разработать концепцию организации информационного обеспечения исследований в сейсмологии с целью повышения сохранности знаний об этих исследованиях. Разработка концепции предполагает обследование области деятельности Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН с целью выявления недостатков существующего и формирования требований к проектируемому информационному обеспечению.

Результаты исследования. В ходе обследования был проведен анализ деятельности подразделе-

Главной функцией отдела сейсмического мониторинга является непрерывная регистрация сейсмических данных. Также в их задачу входит первичная срочная обработка сильных землетрясений и передача полученных результатов в центр сбора информации. Группа производства наблюдений занимается инженерно-техническим обеспечением, включающим ремонт, настройку, модернизацию и разработку сейсмологического оборудования, обслуживанием систем связи. Подготовка первичных сейсмических данных для сводной обработки, разработка инструкций и методов для обработки сейсмических данных, ведение архива первичных материалов и базы данных основных параметров землетрясений, передача данных сторонним организациям - деятельность группы методики обработки цифровых записей. Группа сводной обработки непосредственно занимается полной обработкой всех зарегистрированных землетрясений. Мониторинг сильных землетрясений осуществляется в центре сбора информации, в срочном режиме производится обработка поступивших донесений с сети сейсмостанций и оповещение заинтересованных ведомств. Анализ и обобщение полученных результатов обработки сейсмологических данных производится группой анализа сейсмической информации, по ре-

зультатам выполненной работы публикуются научные статьи и отчеты.

На диаграмме (см. рис. 1) представлены как функции, выполняющиеся индивидуально одним каким-то подразделением, так и функции (на диаграмме отмечены серым цветом), реализующиеся несколькими подразделениями.

Для представления механизмов передачи и обработки информации в организации сформирована диаграмма потоков данных (DataFlow Diagram - DFD) (рис. 2) [5].

Диаграммы DFD наиболее удобно использовать для наглядного отображения потоков данных между функциями, выполняемыми подразделениями организации, и представления способов хранения данных.

На диаграмме потоков данных (рис. 2) выделены следующие хранилища данных:

1. Станционные записи - зарегистрированные непрерывные цифровые сейсмические записи, получаемые с каждой сейсмостанции на CD-дисках за период 20-30 дней.

2. Сейсмические записи по периодам на CD-дисках - непрерывные данные со всех сейсмостанций сети БФ ГС СО РАН, а также дополнительные данные, получаемые от сторонних организаций; на одном диске хранится подборка записей со всех станций за период 4-5 дней. Данные собираются и группируются сотрудниками ГМОЦЗ и передаются в ГСО для проведения точной обработки всех зарегистрированных землетрясений.

3. Архив непрерывных сейсмических записей, представлен совокупностью всех цифровых сейсмических записей, хранимых на CD-дисках, и аналоговых сейсмограмм за весь период деятельности организации.

4. Станционные записи и протоколы сильных землетрясений - фрагменты волновых форм землетрясений и протоколы, содержащие результаты станцион-

ных обработок землетрясений, получаемые с сейсмостанции в ЦСИ в режиме времени, близком к реальному; хранятся в типизированных файлах.

5. Оперативные каталоги - основные параметры землетрясений, получаемые в результате проведения срочной (Кр>11) и оперативной (Кр>9.5) обработок землетрясений за определенный период времени. Хранятся в базе данных под управлением СУБД MySQL.

6. База данных основных параметров землетрясений - локальная БД, содержащая параметры землетрясений и станционные бюллетени, получаемые в результате проведения точной обработки сотрудниками ГСО. Реализована под СУБД Interbase.

7. Макросейсмические данные - заполненные анкетные данные об ощутимости землетрясений людьми в определенных местах, результаты обследований территорий после сильных землетрясений, фотоматериалы и результаты анализа макросейсмических данных (карты изосейст, карты пункт-балльность). Данные представлены в виде разрозненных файлов, имеющих различные текстовые форматы (doc и txt), а также в бумажном виде.

8. Журналы обслуживания, технические характеристики сейсмостанций - информация по каждой сейсмостанции об используемой аппаратуре и изменениях, связанных с техническими параметрами (коэффициенты, тип маятников, разрядность АЦП и др.). Информация представлена и сохраняется в бумажном виде.

9. Статьи, отчеты - публикации сотрудников БФ ГС СО РАН и научные отчеты, хранятся в разрозненном виде.

Как видно из представленной диаграммы потоков данных, доступ к любому из хранилищ данных необходим нескольким подразделениям.

Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать вывод о значительной гетерогенности спосо-

Рис. 2. Диаграмма потоков данных, информации, используемой в БФ ГС СО РАН

бов хранения и методов обработки геофизических данных при осуществлении деятельности БФ ГС СО РАН, что делает необходимым разработку новой концепции организации информационной инфраструктуры.

При создании информационной инфраструктуры очень важно четко определить цели и задачи, которые она должна выполнять, и учитывать максимум факторов, способных повлиять на ее работу в будущем.

Для создания единого информационного пространства геофизической службы необходимо:

1) заменить существующую разрозненную систему хранения сейсмических и связанных с ними данных единой взаимосвязанной системой;

2) повысить эффективность работы, связанной с систематизацией и обработкой данных, путем сокращения непроизводительных и дублирующих операций и операций, выполняемых «вручную», оптимизации информационного обмена;

3) снизить временные затрат пользователей при получении и анализе информации о сети сейсмических станций, сейсмичности Байкальского региона;

4) повысить качество предоставления информации за счет полноты, достоверности и удобства форматов отображения информации.

На основе проведенного анализа деятельности Байкальского филиала Геофизической службы сформулированы требования к построению информационной инфраструктуры, предназначение которой заключается в комплексном информационно-аналитическом обеспечении деятельности БФ ГС СО РАН, в частности исполнении следующих процессов:

1. Сбор, обработка, систематизация, хранение данных, полученных в результате сейсмического мониторинга Прибайкалья и Забайкалья (каталоги землетрясений, станционные бюллетени, сейсмические записи, данные о сейсмических станциях, подборка информации о сильных событиях и др.), в центральном хранилище данных на сервере.

2. Ведение архивов без ограничения сроков давности.

3. Хранение информации о применяемых методах и программных средствах, используемых при обработке и анализе сейсмической информации.

4. Организация информационного обеспечения пользователей данными, полученными в результате сейсмологических наблюдений, для обеспечения научных исследований по фундаментальным направлениям в области наук о Земле.

5. Своевременная передача данных о сильных землетрясениях заинтересованным ведомствам, а также по запросу сторонних организаций.

6. Оперативное уведомление пользователей о внесении важных изменений в работу БФ ГС, в структуру данных или в данные непосредственно.

7. Ведение хранилища, предназначенного для накопления и структурирования научных публикаций: обзоров, статей, отчетов, каталогов, - посвященных сейсмичности Прибайкалья, Забайкалья или отражающих деятельность Байкальского филиала Геофизической службы.

8. Разграничение доступа к данным в соответствии с информационной политикой Геофизической службы.

На рис. 3 представлена схема предлагаемой информационной инфраструктуры Геофизической службы. Для реализации представленного проекта информационной инфраструктуры необходимо решение следующих задач:

1. Создание единого информационного пространства для систематизированного хранения сейсмологических данных: цифровых записей, каталогов основных параметров землетрясений, бюллетеней станционных обработок событий, характеристик сейсмостан-ций, используемых алгоритмов и методов для анализа сейсмической информации, научных статей и публикаций.

2. Оснащение сейсмостанций коммутируемыми

Рис. 3. Схема информационной инфраструктуры Геофизической службы

средствами связи для автоматической передачи непрерывных цифровых записей в режиме реального времени.

3. Организация автоматического сбора записей сейсмостанций БФ ГС СО РАН и дополнительных записей в центральном хранилище данных на сервере организации с функцией систематизации и проверки данных. Данные должны храниться в виде петли продолжительностью несколько месяцев, устаревшие данные должны записываться на сменные носители.

4. Организация ведения архива волновых форм сильных землетрясений в центральном хранилище данных (при выявлении сильных событий вырезание соответствующих волновых форм из записей и сохранение их в отдельной базе).

5. Обеспечение проведения анализа поступающих записей в автоматическом режиме на выявление землетрясений и обработку соответствующих событий для определения основных параметров.

6. Организация оперативного каталога путем ручного и автоматического определения основных параметров землетрясений в срочном режиме.

7. Разработка сервиса информирования заинтересованных организаций о сильных землетрясениях.

8. Ведение сетевой БД основных параметров землетрясений и станционных бюллетеней, получаемых в результате сводной обработки.

9. Реализация сохранения информации по сильным землетрясениям, поступающей от других сейсмологических агентств.

10. Обеспечение хранения информации об используемых методах, алгоритмах и программном обеспечении, применяемых для анализа сейсмических данных, используемых в сейсмологической аппаратуре, и изменениях, связанных с ними.

11. Создание сервиса для хранения, пополнения и систематизации научных отчетов и статей БФ ГС.

12. Обеспечение логической связи между различными частями хранилища данных с возможностью осуществления различных запросов.

13. Организация разграничения и выделения доступа к данным в зависимости от выполняемых подразделением функций.

14. Разработка сервиса для сбора, анализа и хранения макросейсмических данных.

Заключение. Представленные результаты исследования деятельности Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН выявили недостатки существующего информационного обеспечения: устаревшие методы сбора, отсутствие систематизации информации, разрозненная система хранения сейсмологических и связанных с ними данных, наличие непроизводительных и дублирующих операций и соответствующей им информации, отсутствие обеспечения информационной безопасности, отсутствие комплексного информационно-аналитического обеспечения деятельности БФ ГС СО РАН. Таким образом, существующая информационная инфраструктура не отвечает современным требованиям и ее модернизация целесообразна. Авторами выработаны требования и сформулированы задачи построения информационной инфраструктуры, предложена концепция информационной инфраструктуры геофизической службы. В основе предлагаемой концепции модернизации информационной инфраструктуры лежит создание единого информационного пространства - централизованного хранилища данных, обеспечивающего эффективное выполнение основных функций организации и согласование полученных результатов.

Библиографический список

1. Хритова М.А. Автоматизация функций Геофизической службы Прибайкалья // Винеровские чтения: труды IV Все-рос. конф. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2011. Ч. II. ^242-248.

2. Хритова М.А., Гилева Н.А. Программный комплекс для автоматической пересылки волновых форм землетрясений с сейсмостанций в Центр сбора информации в режиме, близком к реальному времени // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: материалы Пятой междунар. сейсмол. школы. Обнинск: ГС РАН, 2010. ^243-246.

3. Раутиан Т.Г. Энергия землетрясений // Методы детального изучения сейсмичности / отв. ред. Ю.В. Ризниченко. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С.75-113. (Труды ИФЗ АН СССР; № 9(176)).

4. Боггс У., Боггс М. UML и Rational Rose: Секреты эффективного проектирования сопровождаемых объектно-ориентированных приложений. М.: Изд-во Лори, 2004. 583 с.

5. Маклаков С.В. Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0. М.: Диалог-МИФИ, 2002. 224 с.