Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій
Розглянута загальна архітектура розподіленої системи для обробки геопросторових даних і представлення результатів, яка призначена для моніторингу довкілля і надзвичайних ситуацій. Зокрема, в системі реалізована підтримка автоматизованої обробки радіолокаційних даних супутника ENVISAT/ASAR, а також і...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наука та інновації |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28119 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій / Н.М. Куссуль, С.В. Скакун, А.Ю. Шелестов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 4. — С. 21-28. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28119 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Куссуль, Н.М. Скакун, С.В. Шелестов, А.Ю. 2011-10-29T09:27:27Z 2011-10-29T09:27:27Z 2010 Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій / Н.М. Куссуль, С.В. Скакун, А.Ю. Шелестов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 4. — С. 21-28. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin6.04.021 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28119 Розглянута загальна архітектура розподіленої системи для обробки геопросторових даних і представлення результатів, яка призначена для моніторингу довкілля і надзвичайних ситуацій. Зокрема, в системі реалізована підтримка автоматизованої обробки радіолокаційних даних супутника ENVISAT/ASAR, а також інформаційні технології оцінки площ затоплених територій. Результати отримані при виконанні науково-технічного проекту НАН України за підтримки міжнародної програми UN-SPIDER і космічного агентства NASA. Рассмотрена общая архитектура распределенной системы для обработки геопространственных данных и представления результатов, которая предназначена для мониторинга окружающей среды и чрезвычайных ситуаций. В частности в системе реализована поддержка автоматизированной обработки радиолокационных данных спутника ENVІSAT/ASAR, а также информационные технологии оценки площадей затопленных территорий. Результаты получены при выполнении научно-технического проекта НАН Украины при поддержке международной программы UN-SPІDER и космического агентства NASA. Common architecture of the distributed system for geospatial data processing and visualization designed for environment and disaster monitoring is considered. In particular, automated processing support of the radar data ENVISAT/ASAR and informational technologies for flooded area estimation have been realized in the infrastructure. The results were obtained within the scientific-technical project of National Academy of Sciences of Ukraine, which was supported by the international program UN-SPIDER, and NASA Space Agency. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій Геоинформационная инфраструктура мониторинга окружающей среды и чрезвычайных ситуаций Geo-informational infrastructure for environment and disasters monitoring Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| spellingShingle |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій Куссуль, Н.М. Скакун, С.В. Шелестов, А.Ю. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title_short |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| title_full |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| title_fullStr |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| title_full_unstemmed |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| title_sort |
геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій |
| author |
Куссуль, Н.М. Скакун, С.В. Шелестов, А.Ю. |
| author_facet |
Куссуль, Н.М. Скакун, С.В. Шелестов, А.Ю. |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Геоинформационная инфраструктура мониторинга окружающей среды и чрезвычайных ситуаций Geo-informational infrastructure for environment and disasters monitoring |
| description |
Розглянута загальна архітектура розподіленої системи для обробки геопросторових даних і представлення результатів, яка призначена для моніторингу довкілля і надзвичайних ситуацій. Зокрема, в системі реалізована підтримка автоматизованої обробки радіолокаційних даних супутника ENVISAT/ASAR, а також інформаційні технології оцінки площ затоплених територій. Результати отримані при виконанні науково-технічного проекту НАН України за підтримки міжнародної програми UN-SPIDER і космічного агентства NASA.
Рассмотрена общая архитектура распределенной системы для обработки геопространственных данных и представления результатов, которая предназначена для мониторинга окружающей среды и чрезвычайных ситуаций. В частности в системе реализована поддержка автоматизированной обработки радиолокационных данных спутника ENVІSAT/ASAR, а также информационные технологии оценки площадей затопленных территорий. Результаты получены при выполнении научно-технического проекта НАН Украины при поддержке международной программы UN-SPІDER и космического агентства NASA.
Common architecture of the distributed system for geospatial data processing and visualization designed for environment and disaster monitoring is considered. In particular, automated processing support of the radar data ENVISAT/ASAR and informational technologies for flooded area estimation have been realized in the infrastructure. The results were obtained within the scientific-technical project of National Academy of Sciences of Ukraine, which was supported by the international program UN-SPIDER, and NASA Space Agency.
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28119 |
| citation_txt |
Геоінформаційна інфраструктура моніторингу навколишнього середовища та надзвичайних ситуацій / Н.М. Куссуль, С.В. Скакун, А.Ю. Шелестов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 4. — С. 21-28. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT kussulʹnm geoínformacíinaínfrastrukturamonítoringunavkolišnʹogoseredoviŝatanadzvičainihsituacíi AT skakunsv geoínformacíinaínfrastrukturamonítoringunavkolišnʹogoseredoviŝatanadzvičainihsituacíi AT šelestovaû geoínformacíinaínfrastrukturamonítoringunavkolišnʹogoseredoviŝatanadzvičainihsituacíi AT kussulʹnm geoinformacionnaâinfrastrukturamonitoringaokružaûŝeisredyičrezvyčainyhsituacii AT skakunsv geoinformacionnaâinfrastrukturamonitoringaokružaûŝeisredyičrezvyčainyhsituacii AT šelestovaû geoinformacionnaâinfrastrukturamonitoringaokružaûŝeisredyičrezvyčainyhsituacii AT kussulʹnm geoinformationalinfrastructureforenvironmentanddisastersmonitoring AT skakunsv geoinformationalinfrastructureforenvironmentanddisastersmonitoring AT šelestovaû geoinformationalinfrastructureforenvironmentanddisastersmonitoring |
| first_indexed |
2025-11-25T20:34:09Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:34:09Z |
| _version_ |
1850525027114418176 |
| fulltext |
21
Наука та інновації. 2010. Т. 6. № 4. С. 21—28.
© Н.М. КУССУЛЬ, С.В. СКАКУН, А.Ю. ШЕЛЕСТОВ, 2010
Н.М. Куссуль, С.В. Скакун, А.Ю. Шелестов
Інститут космічних досліджень НАНУ–НКАУ, Київ
ГЕОІНФОРМАЦІЙНА ІНФРАСТРУКТУРА
МОНІТОРИНГУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
ТА НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ
Розглянута загальна архітектура розподіленої системи для обробки геопросторових даних і представлення ре-
зультатів, яка призначена для моніторингу довкілля і надзвичайних ситуацій. Зокрема, в системі реалізована під-
тримка автоматизованої обробки радіолокаційних даних супутника ENVISAT/ASAR, а також інформаційні технології
оцінки площ затоплених територій. Результати отримані при виконанні науково-технічного проекту НАН України за
підтримки міжнародної програми UN-SPIDER і космічного агентства NASA.
К л ю ч о в і с л о в а: інформаційні технології, обробка геопросторових даних, розподілена система, моніторинг
над звичайних ситуацій.
Значне збільшення кількості природних над-
звичайних ситуацій за останні роки продемон-
струвало людству важливість моніторингу та
попередження катастроф. Зміни клімату при-
звели до збільшення злив, ураганів, повеней,
посух та інших погодних аномалій. У звіті [1],
підготовленому за сприяння Організація Об’єд-
на них Націй (ООН), зазначено помітне збіль-
шення кількості надзвичайних ситуацій за ос-
тан ні роки. Так, наприклад, за 2007 р. сталося
414 природних надзвичайних ситуацій, які при-
звели до загибелі 16 847 людей та збитків на
суму більше 70 млрд. дол. США. У звіті також
відзначається, що більше половини природних
надзвичайних ситуацій складають гідрометео-
рологічні явища — повені та зсуви ґрунтів, обу-
мовлені опадами. Причому за останнє десяти-
річчя кількість таких лих збільшується в серед-
ньому на 7,4 % щорічно.
Україна також вразлива до повеней, особли-
во в Західному регіоні, де паводки спостеріга-
ються майже кожного року. Наприклад, під час
повені в 2008 р. в західних регіонах України за-
гинуло 34 людини, близько 25 000 людей були
евакуйовані. Завдані повенями збитки оціню-
ються в 3–4 млрд. грн. Іншим стихійним лихом,
яке завдає значних втрат економіці України, є
посухи. Весною та влітку 2007 р. південні регіо-
ни України постраждали від значної засухи. За
даними Міністерства надзвичайних ситуацій
України внаслідок посухи було повністю зни-
щено близько 1400 тис. га сходів (тобто 16 % від
загальної площі посівів) та пошкоджено посіви
сільськогосподарських культур загальною пло-
щею близько 8500 тис. га. Сума завданих збит-
ків становила понад 450 млн. грн. (надзвичайна
ситуація державного рівня).
З огляду на вищесказане надзвичайно важ-
ливого значення набули розробки інформа-
ційних інфраструктур для моніторингу до-
вкілля і надзвичайних ситуацій. За оцінками
спеціалістів США, залучення даних дистан-
ційного зондування Землі дає можливість
зменшити затрати на моніторинг зрошуваних
земель більш ніж на 80 % порівняно з назем-
ними методами [2].
22 Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
На сьогоднішній день попередження та моні-
торинг надзвичайних ситуацій неможливі без
залучення даних спостереження Землі з космо-
су. Існує ряд міжнародних ініціатив, які спрямо-
вані на використання супутникових даних для
попередження та ліквідації надзвичайних ситуа-
цій та екстреного реагування. До них слід відне-
сти міжнародну «систему систем» GEOSS, Між-
народну хартію по космосу та великих катастро-
фах, Партнерство по комплексній стратегії гло-
бальних спостережень, Гло бальний моніторинг
в інтересах охорони нав ко лишнього середовища
та безпеки (GMES), Програму попередження та
зменшення наслід ків стихійних лих Всесвітньої
метеорологічної організації, Платформу ООН
UN-SPI DER, Міжнародну ініціативу Inter na tio-
nal Char ter «Space and Major Disasters». Крім
того, такі ініціативи, як RESPOND-GMES та
UNOSAT, надають комерційні інформаційні
продукти для прийняття рішень (заходів) при
надзвичайних ситуаціях.
Важливим аспектом при використанні су-
путникових даних в умовах виникнення над-
звичайних ситуацій є оперативність отриман-
ня і обробки даних та надання відповідних
інформаційних продуктів кінцевим користу-
вачам. Наприклад, під час повені в 2008 р. в
Західній Україні виявилося неможливим за-
безпечити оперативний прийом даних від за-
рубіжних супутників, які б дозволили швидко
оцінити масштаби катастрофи та скоордину-
вати зусилля для її ліквідації.
Тому Інститут космічних досліджень (ІКД)
НАНУ—НКАУ ініціював виконання науково-
технічного проекту зі створення сучасної геоін-
формаційної інфраструктури екологічного моні-
торингу довкілля та надзвичайних ситуацій. Ме-
тою науково-технічного проекту стало створення
геоінфромаційної інфраструктури для забезпе-
чення швидкого та ефективного доступу, оброб-
ки та надання геопросторової інформації з метою
моніторингу навколишнього середовища та
надзвичайних ситуацій. В рамках інформацій-
ної інфраструктури впроваджені сервіси оцін-
ки площ затоплених те риторій та стану рослин-
ності за даними супут никового спостереження.
Зазначені сервіси впро ваджені в межах системи
GEO-Ukraine, платформи ООН UN-SPIDER та
розроблюваного в межах системи GEOSS пілот-
ного проекту Caribbean Flood Pilot.
ЗАГАЛЬНА АРХІТЕКТУРА СИСТЕМИ
АВТОМАТИЧНОЇ ОБРОБКИ ДАНИХ
СУПУТНИКА ENVISAT
В межах геоінформаційної інфраструктури
забезпечено автоматизований цикл отриман-
ня, обробки та візуалізації радіолокаційних
супутникових даних ENVISAT/ASAR з метою
швидкого картографування затоплених пове-
нями територій. Для доступу до супутникових
даних Європейського космічного агентства
(ЄКА) створено графічний інтерфейс корис-
тувача (портал) та програмні інтерфейси. В
ар хівах ЄКА дані зберігаються протягом 1–2 год
з моменту їх отримання. Реалізація відповід-
них інтерфейсів дає можливість оперативно
(1–3 год) отримувати необхідні дані, які ви-
користовуються для створення інформацій-
них продуктів щодо оцінки площ затоплених
територій. Як вхідна інформація задаються
координати території, де відбувається (відбу-
деться) надзвичайна ситуація (повені). В ре-
зультаті знаходиться перелік відповідних зо-
бражень. Отримані дані зберігаються в межах
Grid-інфраструктури, яка створена в ІКД
НАНУ–НКАУ та ІК НАНУ. Для підвищен ня
ефективності обробки даних автоматизова-
ний цикл реалізовано в межах Grid-се ре до-
вища. В результаті виконання автоматизова-
ного циклу надаються інформаційні продукти
для прийняття рішень (заходів) при надзви-
чайних ситуаціях. Для цього використову-
ються міжнародні стандарти OGC та INSPIRE.
Інформація щодо затоплень надається у ви-
гляді карт через мережу Internet та систему
Google Earth (файли KML).
Розглянемо сервіси, реалізовані в межах ге-
оінформаційної інфраструктури для виконан-
ня автоматизованого циклу обробки супутни-
кових даних (рис. 1).
23Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Точкою входу у систему є портал (рис. 2).
Портал забезпечує прозору для користувача
взаємодію з ресурсами різного рівня, даючи
можливість отримати за створеним власноруч
запитом оброблені супутникові дані, що по-
кривають потрібну територію. Портал безпо-
середньо пов’язаний з сервісами вищого рівня.
До них відносяться: підсистема безпеки; ката-
лог даних; метадані (опис, доступність); сервіс
автоматичного генерування workflow; сервіс
агрегації, вибору та візуалізації даних.
Високорівневі сервіси, що потребують ви-
користання значних обчислювальних ресур-
сів, взаємодіють із сервісами нижчого рівня,
які реалізовані в межах Grid-інфраструктури
[3–4]. Ці сервіси призначені для планування
та розподілу задач, що виконуються, на обчис-
лювальних ресурсах.
До складу Grid-інфраструктури входять такі
компоненти:
інфраструктура безпеки Grid (GSI);
підтримка протоколу передачі даних Grid
(GridFTP);
управління та призначення Grid-ресурсів
(GRAM);
система збереження сертифікатів та управ-
ління повноваженнями (MyProxy);
система визначення місцезнаходження ре-
плік (RLS);
система організації спільного доступу до да-
них (OGSA-DAI).
Найнижчим рівнем у ієрархії є сервіси спе-
ціалізованих серверів та бази даних. До них
відносяться: віддалене сховище даних; опера-
Рис. 1. Перелік сервісів в межах розробленої геоінформаційної інфраструктури
Рис. 2. Портал системи
24 Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
ційне сховище даних; система обчислення;
сервери баз даних.
Стандартизованість та сумісність різнорів-
невих компонентів дозволяє в разі необхідності
масштабувати систему, не заважаючи її керова-
ності. Складність взаємодії окремих підсистем
прихована від кінцевого користувача.
ВИСОКОРІВНЕВІ СЕРВІСИ
Каталог даних. Супутникові дані зберіга-
ються на ресурсах Grid-інфраструктури. Для
пошуку та отримання доступу до даних ство-
рено відповідні сервіси.
Метадані. В межах порталу користувачеві
надаються можливості пошуку та вибору необ-
хідних супутникових даних. Для цього вико-
ристовуються метадані, які зберігаються у від-
повідному каталозі. До важливої інформації,
яка використовується для пошуку, належить
ім’я файлу, дата зйомки, географічне покриття,
режим зйомки (Wide Swath Mode — WSM,
Image Mode — IM, Alternating Po la ri za tion Mo-
de — APM). При зверненні до цієї підсистеми
формується відповідь, що є основою для відо-
браження на порталі необхідної інформації.
Сервіс автоматичного генерування пото-
ку виконання задач. Різні компоненти, які
відповідають за кроки попередньої обробки,
тематичної обробки та візуалізації геопросто-
рових даних, об’єднані в межах єдиного авто-
матизованого циклу. Для підвищення ефек-
тивності всього процесу цей цикл реалізовано
в межах Grid-середовища. Крім того, створено
паралельну версію алгоритму тематичної об-
робки супутникових зображень. Паралеліза-
цію виконано таким чином: вихідне супутни-
кове зображення автоматично розбивається
на рівні частини, які обробляються на різних
обчислювальних вузлах з використанням ін-
терфейсу OpenMP Application Program In ter-
face (www.openmp.org). Для керування циклом
обробки використано стандартні засоби для
роботи з потоком виконання задач в Grid-сис-
темах (мова Karajan). Використання паралель-
ної версії дало можливість зменшити час, не-
обхідний для виконання обчислень з 30 хв на
одному обчислювальному вузлі до менше 1 хв
в межах Grid-системи.
Сервіс агрегації, вибору та візуалізації да-
них. Результати обробки даних необхідно на-
дати у вигляді, доступному для користування
у широко розповсюдженому програмному за-
безпеченні. Для цього використовуються між-
народні стандарти візуалізації та представлен-
ня інформації (KML, WMS, ESRI shape). Сервіс
агрегації, вибору та візуалізації даних призна-
чений для перетворення внутрішнього предс-
тавлення результатів обробки даних у за га ль но-
доступний формат.
СЕРВІСИ GRID-ІНФРАСТРУКТУРИ
Інфраструктура безпеки Grid (GSI). Під-
система безпеки призначена для встановлення
ідентифікації клієнта (аутентифікації) та ке-
рування правами доступу (авторизації). Осно-
вою для функціонування підсистеми безпеки
є система користувацьких сертифікатів. Су-
часні криптографічні алгоритми дозволяють
перевірити аутентичність користувача з неве-
ликими затратами. Єдиною умовою для надій-
ності процесу є довіра до органу (сертифіка-
ційного центру), що видає сертифікати. Сер-
тифікаційний центр є публічно відомим су-
б'єк том постійного контролю репутації.
Інфраструктура безпеки Grid забезпечує
підтримку політик доступу до даних, специ-
фічну для Grid-систем. Кожна взаємодія в
межах інфраструктури потребує двосторон-
ньої аутентифікації: клієнт має переконатися,
що сервер є тим, за кого себе видає, та навпаки.
Для цього також використовуються сертифі-
кати (користувацькі та серверні), підписані
довіреним сертифікаційним центром.
Специфічною для Grid-систем є концепція
делегування прав від користувача до сервера.
Для проведення обчислень сервер повинен мати
можливість виконувати дії від імені користува-
ча. Реалізується це за допомогою короткостро-
кових проксі-сертифікатів. Їх використання дає
змогу досягнути гнучкості, зберігаючи безпеку.
25Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Підтримка протоколу передачі даних Grid
(GridFTP). Обмін даними між вузлами Grid-
інфраструктури здійснюється за певним про-
токолом, який є розширенням стандартних
протоколів передачі даних. Необхідність роз-
ширення стандартних протоколів зумовлена
вимогами, по-перше, до швидкої передачі да-
них великих об'ємів, і, по-друге, до безпеки
системи в цілому. Надійність та доступність
збережених даних забезпечується за рахунок
використання сховищ великого об'єму.
Управління та призначення Grid-ресурсів
(GRAM). В умовах високої завантаженості важ-
ливо оптимально використовувати наявні ре-
сурси. За розподілення задач між обчислюваль-
ними ресурсами відповідає окрема підсистема.
Вона зберігає та аналізує інформацію про по-
точне завантаження ресурсів і приймає рішен-
ня щодо умов виконання задач, які надходять.
Компонентам, які використовують GRAM, на-
дається прозорий інтерфейс для запуску задач і
отримання результатів їх виконання.
Система збереження сертифікатів та уп-
равління повноваженнями (MyProxy). Не з-
ва жаючи на принципову загальнодоступність
сервісу існують обмеження, пов’язані з необ-
хідністю наявності у користувача його особис-
того сертифікату при здійсненні запиту до
системи. Для того щоб полегшити викорис-
тання однією особою або компонентом систе-
ми ресурсів з різних місць, введено окремий
сервіс, який керує повноваженнями. Клієнт,
переконавшись у аутентичності сервісу, може
передати йому повноваження, використовую-
чи свій сертифікат. Ця делегація повноважень
обмежена у часі, але є достатньо довгою для
зручної роботи (зазвичай один–два тижні).
Протягом цього часу користувач може безпеч-
но використовувати Grid-сервіси від свого іме-
ні, не маючи безпосереднього доступу до влас-
ного сертифікату, за тієї умови, що використо-
вувані сервіси довіряють серверу MyProxy.
Система визначення місцезнаходження
реп лік (RLS). Сервіс RLS працює у зв’язці з
GridFTP та створює більш високий рівень аб-
стракції для роботи по збереженню даних.
Сер віс дозволяє отримувати доступ до даних
за системою імен незалежно від фізичного
місцезнаходження даних. Користувач згідно
з цією схемою ізольований від деталей розпо-
ділення даних по ресурсах. Сервіс дає мож-
ливість отримати меншу затримку при досту-
пі до даних у разі використання реплікацій за
рахунок автоматичного вибору найближчої
репліки.
Система організації спільного доступу до
даних (OGSA-DAI). Сервіс OGSA-DAI при-
значений для уніфікації доступу до даних, що
зберігаються у багатьох місцях та у різних
форматах. Цей сервіс дозволяє трансформува-
ти дані із однієї форми представлення у іншу,
інтегрувати дані з різних джерел у єдину базу
та надавати дані кінцевим користувачам за до-
помогою загальновживаних механізмів пере-
дачі даних.
Спеціалізовані сервери та бази даних.
Віддалене сховище дає можливість ефективно
зберігати дані, які є важливими, але не потре-
бують швидкого операційного доступу. Дані
зберігаються на спеціалізованому обладнанні,
налаштування якого передбачає автоматичне
створення резервних копій та підтримку над-
лишковості збережуваних даних. Для збері-
гання поточних та проміжних результатів не-
обхідне операційне сховище, яке буде забезпе-
чувати мінімальну затримку при збереженні
та доступі до даних. Таке сховище є спільним
для декількох сервісів. Воно фізично розташо-
ване окремо і доступне через мережу, але робо-
та з ним ідентична роботі з локальною файло-
вою системою.
Система високопродуктивних обчислень.
Для обчислень використовуються вузли висо-
копродуктивного кластера. Кластер налашто-
ваний таким чином, щоб завдання, які надхо-
дять для обчислень, не конкурували при до-
ступі до спільних ресурсів. Локальний плану-
вальник кластера відповідає за організацію
роботи з чергою завдань, обліком результатів
та веденням статистики.
26 Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Сервери баз даних. Через значні вимоги до
об'єму дані зберігаються на окремих ресурсах.
Для зберігання використовуються спеціальні
структури даних та відповідним чином побу-
довані індекси, що дають змогу швидко знайти
необхідну вибірку з даних великого об’єму.
WIDE AREA GRID — INTERGRID-ІНФРАСТРУКТУРА
ДЛЯ МОНІТОРИНГУ ПОВЕНЕЙ
Метою впровадження архітектури WAG (Wi-
de Area Grid) є об’єднання взаємодоповнюю-
чих ресурсів ІКД НАНУ–НКАУ та центру
Center for Earth Observation and Digital Earth
(CEODE) Китайської академії наук. Українсь-
ка сторона, зокрема, надає інформаційні про-
дукти щодо затоплених територій з викорис-
танням радіолокаційних даних супутника
ENVISAT/ASAR, а китайська сторона надає
інформаційні продукти з використанням оп-
Рис. 3. Архітектура WAG
Рис. 4. Інтерфейс пошуку радіолокаційних супутнико-
вих даних
27Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
тич них спостережень супутників Terra та Aqua
(прилад MODIS). Загальна архітектура інф-
раструктури наведена на рис. 3.
Портали. Безпосередньо з сервісами спіль-
ного використання даних взаємодіють портали
кожної з організацій. Портали здатні повноцін-
но функціонувати окремо один від одного. Над-
будовані над порталами сервіси дають можли-
вість проводити оперативну взаємодію між
ними безпосередньо після отримання запиту
користувача.
Брокери. Портали організацій взаємодіють з
відповідними системами через брокер. Так, для
отримання метаданих про радіолокаційні дані,
генерації та виконання автоматизованого циклу
обробки даних ENVISAT/ASAR портал CEODE
створює запит брокера, що розташований на ре-
сурсах ІКД НАНУ–НКАУ. Отримуючи запит,
брокер виконує пошук (рис. 4) і повертає пере-
лік знайдених даних для відображення на порта-
лі CEODE (рис. 5). Після того як користувач ви-
брав дані, знову генерується запит брокера для
генерації автоматизованого потоку виконання
задач. Варто відзначити, що брокер транслює зо-
внішні запити і ініціює та викликає локальні
сервіси на ресурсах ІКД НАНУ-НКАУ. Оброб-
ка радіолокаційних даних здійснюється з вико-
ристанням інтелектуальної методології, описа-
ної в [5]. Проміжні та кінцеві результати оброб-
ки зберігаються на ресурсах ІКД НАНУ–НКАУ.
Кінцеві геоінформаційні продукти подаються
на портал CEODE з використанням стандартів
OGC WMS та KML.
Аналогічним чином працює брокер на ре-
сурсах CEODE. Він транслює запити, отрима-
ні від порталу ІКД НАНУ–НКАУ, для ініціа-
лізації та виклику локальних сервісів щодо
отримання, обробки та візуалізації даних при-
ладу MODIS супутників Terra та Aqua.
Підсистеми керування обліком корис-
тувачів. Для доступу до ресурсів системи
користувачеві необхідно отримати відповід-
ний сертифікат. Сервер управління серти фі-
катами (VOMS – Virtuаl Organisation Ma na-
gement Server) знаходиться на ресурсах ІКД
НАНУ–НКАУ. Система моніторингу відслід-
ковує всі запити, зроблені користувачами.
Інтеграція Grid-інфраструктур. Обчислю-
вальні ресурси кожної з організацій поєднані з
використанням безпечних механізмів аутенти-
Рис. 5. Відображення результатів пошуку
Рис. 6. Візуалізація результатів обробки у середовищі
Google Earth
Рис. 7. Візуалізація результатів обробки за допомогою
бібліотеки OpenLayers
28 Наука та інновації. № 4, 2010
Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
фікації сервісів. Це можливо завдяки наявності
сертифікатів, підписаних центром сертифікації,
який визнається обома організаціями. Для інте-
грації ресурсів української та китайської сторін
розроблено брокери, що транслюють зовнішні
запити для виконання локальних сервісів.
В процесі автоматичної обробки даних користу-
вач може перевірити статус виконання кожного
кроку, натиснувши кнопку. Після виконання всіх
етапів обробки з’являється посилання на файли
візуалізації результатів обробки (рис. 6, 7).
ВИСНОВКИ
В результаті виконання проекту створено гео-
інформаційну інфраструктуру, яка забезпечує
швидкий та ефективний доступ, обробку та пред-
ставлення геопросторової інформації з метою мо-
ніторингу навколишнього середовища та надзви-
чайних ситуацій, зокрема повеней. В межах вико-
нання даного науково-технічного проекту розро-
блено автоматизований цикл обробки радіолока-
ційних даних супутника ENVISAT/ASAR та
впроваджено інформаційні продукти щодо оцін-
ки площ затоплених територій.
Даний проект виконувався у тісній співпраці
з міжнародними організаціями UN-SPIDER та
NASA, які виступали партнерами проекту, нада-
ючи доступ до супутникових даних при виник-
ненні надзвичайних ситуацій. За результатами
виконання проекту в Державному департаменті
інтелектуальної власності зареєстровано автор-
ське право на комп’ютерну програму автоматич-
ного картографування повеней на основі радіо-
локаційних супутникових даних ENVISAT.
ЛІТЕРАТУРА
1. Scheuren J.-M., le Polain de Waroux O., Below R., et al.
Annaul Disaster Statistical Review — The Number and
Trends 2007 // Center for Research of the Epidemiology
of Disasters (CRED), Jacoffsaet Printers, Melin, Bel-
gium. — 2008.
2. Morse A., Kramber W.J., Allen R.G. Cost Comparison for
Monitoring Irrigation Water Use: Landsat Thermal
Data Versus Power consumption Data // Proceedings
of the 17th William T. Pecora Memorial Remote Sensing
Symposium. — 2008. — Denver, CO, USA.
3. Kussul N., Shelestov A., Skakun S. Grid System for Flood
Extent Extraction from Satellite Images // Earth Sci en-
ce Informatics. — 2008. — Vol. 1, No. 3. – Р. 105—117.
4. Kussul N., Shelestov A., Skakun S. Intelligent Computa-
tions for Flood Monitoring // International Book Series
«Advanced Research in Artificial Intelligence» (ed. Mar-
kov K., Ivanova K., Mitov I.). — 2008. — 2. — P. 48–54.
5. Куссуль Н.Н., Лупян Е.А., Шелестов А.Ю. и др. Ней-
росетевой метод мониторинга затопленных террито-
рий с использованием радиолокационных спутнико-
вых данных // Исследование Земли из космоса. —
2008. — 4. — C. 29–35.
Н.Н. Куссуль, С.В. Скакун, А.Ю. Шелестов
ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА
МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Рассмотрена общая архитектура распределенной сис-
темы для обработки геопространственных данных и пред-
ставления результатов, которая предназначена для мони-
торинга окружающей среды и чрезвычайных ситуаций. В
частности в системе реализована поддержка автоматизи-
рованной обработки радиолокационных данных спутника
ENVІSAT/ASAR, а также информационные технологии
оценки площадей затопленных территорий. Результаты
получены при выполнении научно-технического проекта
НАН Украины при поддержке международной програм-
мы UN-SPІDER и космического агентства NASA.
Ключевые слова: информационные технологии, об-
работка геопространственных данных, распределенная
система, мониторинг чрезвычайных ситуаций.
N. Kussul, S. Skakun, A. Shelestov
GEO-INFORMATIONAL INFRASTRUCTURE FOR
ENVIRONMENT AND DISASTERS MONITORING
Common architecture of the distributed system for geospa-
tial data processing and visualisation designed for environment
and disaster monitoring is considered. In particular, automated
processing support of the radar data ENVISAT/ASAR and in-
formational technologies for flooded area estimation have been
realised in the infrastructure. The results were obtained within
the scientific-technical project of National Academy of Scienc-
es of Ukraine, which was supported by the international pro-
gram UN-SPIDER, and NASA Space Agency.
Key words: information technology, geospatial data
processing, distributed system, disaster management.
Надійшла до редакції 23.03.10
|