EcologiCS: глоток чистой воды для служб экологического мониторинга
Экологическая обстановка, особенно в крупных промышленных зонах и мегаполисах, непрерывно ухудшается, а значит органам санитарно-эпидемиологического надзора все более необходимы результаты всестороннего мониторинга окружающей среды. При этом, как правило, требуется одновременный мониторинг водных, воздушных и почвенных ресурсов, а также обобщение результатов по различным областям, городам, районам и другим объектам территориального деления.
Сегодня практически повсеместно ситуация выглядит следующим образом. Существует сеть ведомственно разобщенных организаций, которые осуществляют замеры в различных точках и по различным параметрам. Часть результатов дублируется, а ряд параметров, необходимых для оценки среды или интегральной оценки экологического состояния территории, попросту никем не отслеживается. Свести воедино результаты такого мониторинга практически невозможно: для начала нужно унифицировать его инструментарий, наборы контролируемых параметров и ряды их стандартных значений, а затем разграничить доступ, предоставляя конкретным организациям возможность пополнять базу наблюдений только в сфере их компетенции. Параллельно с этой работой следует формировать сводную базу наблюдений, обеспечить возможность ее комплексного анализа и исключить несанкционированное изменение любых данных.
Именно такая задача была успешно решена калининградским отделением компании CSoft (www.csoft.ru) в рамках международного проекта ENVRUS 9803 «Экологический мониторинг и управление водными ресурсами Калининградской области», финансировавшегося по программе TACIS. Типизированные программные модули были установлены в восьми организациях, осуществляющих контроль состояния водных ресурсов (лаборатории Водоканала, Гидрометеослужбы, лаборатории СЭС, пункты отбора проб учебных и исследовательских институтов, а также департамент охраны природы областной администрации). Заметим, что эти организации различаются и по ведомственному, и по производственному принципу…
Единственно возможное техническое решение — использовать в качестве платформы разработки системы серверную СУБД, при администрировании которой регламентируется доступ пользователей к единому хранилищу данных. Само же хранилище формируется за счет репликации данных между пространственно распределенными клиентскими местами. В перспективе среди хранимых и анализируемых данных хотелось видеть не только семантическую, но и пространственную информацию, поэтому выбор пал на СУБД Oracle.
Ролевой подход, реализованный стандартными средствами администрирования серверной СУБД, обеспечил доступ к конкретным подмножествам точек измерений с индивидуальным набором параметров. А механизм репликации позволил участникам мониторинга оперативно обмениваться данными с помощью обычного модемного соединения — объем передаваемых данных ограничивался только массивом изменений, который генерировался автоматически.
Представленное программное решение показалось всем участникам проекта настолько удачным, что было переведено на польский язык (водные ресурсы не признают государственных границ...) и успешно эксплуатируется в Гданьске.
А развитие системы продолжилось уже в ходе следующего проекта. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в Калининградской области поручила CSoft Калининград разработать автоматизированный программный комплекс, позволяющий осуществлять мониторинг не только водных, но и воздушных и почвенных ресурсов, с возможностью использования геоинформационной составляющей.
Итогом работы над обоими проектами стал программный комплекс EcologiCS, располагающий весьма развитым функционалом.
Во-первых, решена задача унификации справочников, используемых различными организациями, что резко уменьшило риск ошибок операторского ввода. Процедура обновления справочников осуществляется централизованно — и только специалистами, имеющими полномочия системных администраторов.
Создание системы справочников. При помощи этой системы создаются база данных и база знаний, содержащие исходные данные и правила. Справочники включают всю необходимую информацию по населенным пунктам, административным территориям, на которых осуществляется мониторинг, а также по показателям качества, единицам и методам измерения, классам опасности, рискам здоровью, расчетным формулам этих рисков (рис. 1-3) и т.д.
Рис. 1. Пример справочника Список рисков и параметров
Рис. 2. Пример справочника Водоисточники
Рис. 3. Пример справочника Показатели качества
Все перечисленные параметры служат исходными данными для последующего анализа, статистической обработки и формирования отчетности.
Во-вторых, благодаря единой системе справочников унифицировалась сама процедура ввода данных.
Ввод данных — это ввод результатов измерений по конкретным показателям качества в определенной станции наблюдения (мониторинговой точке) и на определенную дату. Для удобства оператора они объединяются в специальные формы, пример которой показан на рис. 4. Следует отметить, что в каждом субъекте федерального деления (населенном пункте, районе, округе) операторы вводят данные только по замеряемым на данном участке параметрам качества и только по подведомственным им мониторинговым точкам. Через определенные промежутки времени данные синхронизируются с центром, где собирается наиболее полная информация по состоянию окружающей среды на определенной территории.
Рис. 4. Форма ввода данных
В-третьих, пользователь EcologiCS получил возможность комплексно анализировать сведенные воедино данные — в том числе и собранные другими организациями.
Анализ данных и формирование отчетности. Полученные результаты требуется проанализировать, выполнить их статистическую обработку с последующим формированием отчетов или экспортом в форматы данных, распознаваемые сторонними приложениями (например, в XLS-файлы для обработки в MS Excel). Виды отчетов различны: это могут быть как уже готовые формы документов, регулярно отсылаемых в вышестоящие организации, так и отчеты с настраиваемыми входными параметрами — например, отчет по динамике того или иного параметра в определенной мониторинговой точке и за определенное время (рис. 5).
Рис. 5. График изменения параметра в точке измерения
Сами отчеты формируются с помощью простого и популярного механизма drag-and-drop: любые поля базы данных, по которым предполагается осуществить анализ, в любом порядке просто перетаскиваются с помощью мыши в специальное поле. Подобная операция занимает не больше нескольких секунд, а мгновенно полученный результат представляется в виде стандартных отчетов, форм, графиков, диаграмм (рис. 6).
Рис. 6. Таблица измерений данных
И наконец, о пространственной составляющей, появления которой в составе EcologiCS так ждали пользователи. Сталкиваясь с проблемами экологического мониторинга, они зачастую хотят не только вносить результаты измерений в некое универсальное хранилище данных, но и получить «живую» систему, способную к анализу, обработке данных. А так как мониторинг параметров качества, как правило, осуществляется в установленных местах (мониторинговых точках или станциях наблюдения), то на первом этапе желательно видеть их взаимное расположение после чего выходить на уровень пространственного анализа данных экологического мониторинга. А это уже прямая задача ГИС…
Немалый опыт компании CSoft в разработке муниципальных ГИС, специализированных систем для мониторинга коммуникаций (компоненты комплекса UtilityGuide) и систем поддержки градостроительной деятельности — ИСОГД (UrbaniCS) теперь с успехом используется в области экологии. При формировании системы EcologiCS применен принцип единого хранения пространственных и семантических данных в СУБД Oracle, а в качестве встраиваемого компонента визуализации пространственной информации вновь задействован Autodesk MapGuide.
Рис. 7. Окно карты
Работа с картой осуществляется посредством встраиваемого приложения Autodesk MapGuide Viewer (рис. 7). С помощью различных инструментов навигации и масштабирования пользователь легко ориентируется на карте, определяет положение интересующих его станций наблюдения и других объектов. Средствами приложения он может добавлять и удалять мониторинговые точки — причем как визуально, при помощи мыши, так и с указанием конкретных координат (в местной системе). Открывая контекстные меню, можно найти подробную информацию о выделенной точке или, например, проследить динамику изменения определенного параметра качества, проиллюстрированную графиком. Таким образом, подсистема работы с картой не является некой отдельной частью EcologiCS — она тесно интегрирована с другими модулями системы.
Синхронизация данных. Сбор данных по параметрам качества ведется в мониторинговых точках, находящихся на территории различных субъектов федерального деления. Скажем, в пределах области данные могут одновременно собираться как на территории областного центра, так и в районах. Задача синхронизации — собрать все результаты проведенных измерений и обеспечить их накопление в центре (например, областном), где обрабатывается информация и формируется вся необходимая отчетность. Синхронизация по результатам измерений осуществляется от периферии к центру, а синхронизация справочников данных — в обратном направлении (рис. 8).
Рис. 8. Схема синхронизации данных
В заключение отметим, что выбранные методы и средства не только позволяют реализовать весь комплекс задач, поставленных заказчиком. Открытая архитектура EcologiCS оставляет простор для развития возможностей системы — и при совершенствовании ее функционала, и при установке связей с информационными компонентами, уже внедренными у заказчика. Все это позволяет говорить об EcologiCS как о новом поколении программного обеспечения для экологического мониторинга.
