Разработка и создание информационно-аналитической системы ведения учета и планирования лесного хозяйства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Мильчаков, Сергей Анатольевич

• Мильчаков, Сергей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мильчаков, Сергей Анатольевич

Введение.

1. Обзор и анализ существующих информационных систем для ведения учета и планирования лесного хозяйства.

1.1. Краткий исторический обзор.

1.2 Обзор современных информационных систем для учета и планирования лесного хозяйства.

1.2.1. Информационно-программный комплекс "ЛесГИС".

1.2.2. Автоматизированная компьютерная система "ЛУГИС".

1.2.3. Информационная система "ЛесИС".

1.3 Сравнительный анализ современных информационных систем. 15 Выводы по главе 1.

2. Разработка методики построения информационно-аналитической системы для ведения и планирования лесного хозяйства.

II 2.1. Исследование ключевых бизнес-процессов лесной отрасли.

2.1.1. Описание бизнес-процессов лесоустроительных организаций

2.1.2. Описание бизнес-процессов лесхозов и лесничеств.

2.1.3. Описание бизнес-процессов контролирующих органов (региональных отделений Федерального агентства по лесному хозяйству).

2.1.4. Описание прочих бизнес-процессов лесопользователей.

2.2. Анализ отраслевых бизнес-процессов.

2.3 Формализация системы лесного хозяйства для решения задач пространственного моделирования.

2.3.2. Математическая модель пространственной структуры системы лесного хозяйства.

2.3.3. Математическая модель задачи принятия решения.

2.4. Исследование каналов связи.

2.5. Обоснование выбора архитектуры системы.

Выводы по главе 2.

3. Выбор технологической платформы.

3.1. Методика коллективного ведения пространственных моделей с использованием технологии Интернет-порталов.

3.2. Анализ платформенных решений. Серверный компонент.

3.2.1. Пространственная база данных.

3.2.2. Картографический Web-сервер.

3.2.3. Клиентские платформы и приложения.

3.3. Логика работы системы. Выполнение запросов.

3.4. Общая структура программного комплекса.

Выводы по главе 3.

4. Создание и тестирование информационно-аналитической системы для ведения лесного хозяйства.

I» 4.1 Общая информация о системе.

4.2 Техническое описание системы.

4.2.1. Серверная часть.

4.2.2. Клиентская часть.

4.3. Наполнение информационной базы

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и создание информационно-аналитической системы ведения учета и планирования лесного хозяйства»

Современный уровень развития информационных технологий, и геоинформационных технологий в частности, позволяет существенно оптимизировать работу предприятий многих отраслей промышленности. Однако далеко не во всех отраслях Российской Федерации в полной мере используются новые технологии. Одной из отраслей, где информационные технологии не получили достаточного распространения, является лесное хозяйство.

В настоящее время лес в Российской Федерации является федеральной государственной собственностью. В отличие от объектов хозяйствования других отраслей, лесные ресурсы и лесные площади являются восстанавливаемыми, и "должны использоваться' на устойчивой основе для удовлетворения социальных, экологических, культурных и духовных потребностей нынешнего и будущих поколений человечества" [20]. Поэтому перед правительствами страны стоит задача оптимизации процессов управления лесами и лесными площадями.

С продолжением научно-технического прогресса, один из наиболее успешных и продуктивных современных подходов к управлению лесным потенциалом страны и региона заключается в интенсификации использования информационных технологий -геоинформационных систем и систем управления ресурсами предприятия.

Для повышения качества принимаемых решений в лесном хозяйстве важно, чтобы исходная информация была не только полная и актуальная, но также была возможность для быстрой интеграции этих данных с данными других систем, а также наглядность этой информации. Геоинформационные системы дают возможность легко интегрировать и использовать имеющиеся источники табличной и картографической информации, и сопоставлять эту информацию не только с подобной информацией о лесном комплексе, но и с информацией других отраслей, например с данными о всей экосистеме региона или с планами развития населенных пунктов.

На сегодняшний день большинство сложностей по управлению лесными ресурсами на базовом уровне в действительности являются информационной проблемой. Несмотря на преимущества использования ГИС в управлении лесными ресурсами массового применения технологии ГИС в отрасли не произошло. Во многом это объясняется сложностью и дороговизной внедрения новых ГИС-технологий, отсутствием централизованного распространения, а также недостаточной отраслевой адаптацией ГИС.

Идея использования информационных технологий в планировании лесной отрасли не нова - первые попытки построения подобных систем предпринимались еще в 70-х годах. Однако уровень развития информационных технологий того времени не позволял в достаточной мере эффективно использовать вычислительные машины для осуществления учета, планирования или просто повседневной работы. Поэтому широкого распространения информационные системы в то время не получили.

Информационные системы, используемые в лесном хозяйстве Российской Федерации в настоящее время, уже реализуют потенциал современного аппаратного обеспечения, но при этом все они являются однотипными, и лежащая в их основе архитектура накладывает серьезные ограничения на их применение.

Во-первых, все эти системы базируются на коммерческих настольных ГИС, что существенно увеличивает их стоимость. Во-вторых, поскольку эти инфраструктурные коммерческие геоинформационные системы требуют для своей работы наличие компьютеров с операционными системами Windows, накладываются дополнительные ограничения на выбор платформы, что исключает возможность экономии за счет использования более дешевых операционных систем. В-третьих, в силу того, что все эти информационные системы построены на базе настольных ГИС, ни в одной из них не заложена возможность удобной многопользовательской работы. Наконец, в-четвертых, в этих решениях не предусмотрена возможность работы с мобильными устройствами (карманными компьютерами, смартфонами), стоимость которых за последние несколько лет существенно снизилась, а эффект использования которых нельзя недооценивать, fc В предлагаемой технологии используется совершенно иной подход. Вместо настольных коммерческих геоинформационных системах, в качестве платформы для создания информационной системы лесной отрасли предлагается использовать серверную геоинформационную систему на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом. Благодаря этому, помимо устранения всех вышеперечисленных недостатков, упрощается управление, администрирование и осуществление резервного копирования данных, что также благоприятно сказывается на стоимости эксплуатации этой информационной системы.

Актуальность проблемы, недостаточная изученность ^ использования серверных геоинформационных систем с возможностью удаленного доступа, а также редкое использование программного обеспечения с открытым исходным кодом в вертикальных отраслевых, государственных решениях обусловили выбор темы диссертации, предопределили цели и задачи проведенных исследований. Настоящая работа позволит существенно повысить качество разработок в области применения геоинформационных систем в лесной отрасли, ускорить процесс разработки и значительно снизить стоимость внедрения.

В диссертационной работе описаны принципы и методы создания информационно-аналитической системы для учета лесного хозяйства на основе клиент-серверных технологий с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом.

В рамках работы описана методология построения информационно-аналитической системы, выработаны методики доступа и работы с картографической и атрибутивной информацией, предложен анализ пропускной способности используемых каналов связи для различных реализаций сетевого взаимодействия при fr построении информационной системы.

Поставленные задачи решаются в соответствии с общепринятой методикой выполнения научных исследований. В работе проведен анализ используемых информационных систем, выявлены их основные недостатки и ключевые ограничения, проведено обобщение предшествующих исследований по проблемам внедрения геоинформационных систем в лесной отрасли, выработана рабочая гипотеза и концепция, проведены аналитические исследования, разработаны и описаны технологические процессы построения новой системы. Метод сбора информации - изучение документов, опрос специалистов, эксплуатация существующих решений. * Элемент новизны состоит в создании новой технологии построения информационно-аналитической системы лесной отрасли для хозяйствующих субъектов уровня лесхоза с возможностями масштабирования. Предлагаемая разработка прикладного характера повышает эффективность работы сотрудников лесной отрасли, снижает себестоимость процесса обработки и доступа к геопространственной и атрибутивной информации.

1. В работе впервые предложена клиент-серверная архитектура с использованием как двухуровневой, так и трехуровневой (с буферной зоной) схемой доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

2. Предложена методика выбора коммуникационных каналов связи для различных схем доступа к геоинформационным и атрибутивным данным.

3. Предложена методика интеграции данных других информационных систем.

С теоретической точки зрения предлагаемая работа позволила 4» усовершенствовать технологию сбора, хранения, анализа и выдачи геоинформационных данных, а также позволила упростить обеспечение безопасности и повысить доступность информационной системы. С практической точки зрения была создана информационно-аналитическая система, позволяющая за счет рационального выбора платформы существенно сократить издержки на эксплуатацию, и в то же время обеспечить сотрудникам хозяйствующих организаций удаленный (в том числе мобильный) доступ к базам геопространственных данных о лесной отрасли.

С развитием и удешевлением систем коммуникаций, практическое применение систем, построенных на базе клиент-^ серверных технологий, становится все более востребованным и оправданным в различных отраслях промышленности. Эволюция платформенных решений сделала возможным построение на базе клиент-серверной архитектуры геоинформационных систем. В том случае, когда один и тот же набор исходных геопространственных и атрибутивных данных используется для получения производных данных различными пользователями, повысить эффективность работы сотрудников организации и снизить стоимость эксплуатации информационной инфраструктуры предприятия возможно за счет использования серверных геоинформационных систем.

Дополнительная экономия достигается за счет использования решений на базе открытого исходного кода. Прежде всего, это актуально для государственных структур с достаточно большим штатом сотрудников, которым требуется доступ к геопространственной информации, и которые стремятся снизить затраты на внедрение и эксплуатацию информационных систем.

В связи с осуществляемой в настоящее время реформой лесного хозяйства возможно появление большого количества независимых лесопользователей, к которым будут предъявляться весьма высокие требования по учету, планированию и отчетности использования лесного фонда. Для таких организаций информационная система, отвечающая вышеперечисленным требованиям, может также оказаться весьма полезной. Хорошо структурированную информацию можно использовать не только для ведения лесного хозяйства, но и для разного рода изысканий в научно-исследовательских целях, для кадастровой оценки земель, определения экологического ущерба, ведения лесного мониторинга, устройства и ведения хозяйства в рекреационных лесах, учета и оценки трансформации земель лесного фонда, результатов приема-передачи земель и т.п.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Мильчаков, Сергей Анатольевич

Выводы по главе 4

1. Практическая разработка автоматизированной системы поддержки принятия решений может эффективно осуществляться только при использовании специальных инструментальных программных средств, обеспечивающих повторное использование кода и возможность реинжиниринга информационной системы в процессе эксплуатации. Разработанный инструментальный программный комплекс на базе MapServer позволили создавать компоненты информационных систем предприятий лесной отрасли для решения задач пространственного моделирования, в которых практически реализуются разработанные в труде теоретические подходы и методы.

2. Применение методов объектно-ориентированного программирования при разработке инструментальных программных средств в виде объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивают возможность создания прикладных программных решений, которые в максимальной степени учитывают специфику предметной области и повышают производительность работы конечных пользователей. С другой стороны, применение концепции объектно-ориентированного моделирования предметных областей обеспечивает эффективную разработку и сопровождение в процессе эксплуатации корпоративной информационной системы эволюционирующих графических приложений, модернизацию инструментального программного комплекса с учетом новых требований без ущерба для существующих приложений.

3. Разработанная теория и методы были практически применены при создании информационной системы для учета и планирования лесного хозяйства. Приведенный пример внедрения результатов работы подтверджает ее практическую значимость и востребованность полученных результатов на рынке информационных технологий.

Заключение по работе

В диссертационной работе проведен анализ, на основе которого можно утверждать, что выбранная архитектура и технология для создания информационно-аналитической системы для лесной отрасли является наиболее перспективной и оптимальной. Впервые в области информатизации лесной отрасли предложена новая, многоуровневая схема доступа и работы с геопространственными и атрибутивными данными, разработана методика, позволяющая в режиме реального времени осуществлять формализованные и произвольные запросы к базам данных с информацией о лесном фонде, в том числе с использованием мобильных устройств. Прогнозируется, что с использованием данной технологии может многократно увеличиться производительность труда.

Поскольку в разрабатываемой системе заложена возможность конвертации данных в форматы других, внешних приложений, с которыми работают прочие учреждения и организации, новая система обеспечивает предметную стыковку оперируемых данных, и может быть востребована в различных аспектах управления лесным хозяйством, различными хозяйствующими структурами.

Используемая программная платформа обеспечивает: ввод картографической и описательной информации, создание графического представления результатов обработки данных, создание локальных баз данных, обработку и анализ значительных объемов информации, отображение первичных и обработанных данных на экране и в печатном виде (с возможностью выбора масштаба пользователем), построение новых планшетов с необходимой топографической и тематической нагрузкой. Кроме того, выбранная платформа обеспечивает возможность реализации многопользовательской работы. Достоинства предлагаемой технологии:

1. Низкая стоимость, за счет использования программного обеспечения с открытым исходным кодом.

2. Высокая совместимость - конвертация данных в форматы других приложений, в том числе внешние аналитические системы.

3. Оперативность доступа и анализа большого объема данных (по своим возможностям проектируемая система близка к аналитическим системам с использованием технологий OLAP)

В заключение следует отметить, что перспективы развития данной работы связаны с дальнейшей интеграцией созданной информационной системы с другими внешними системами и источниками данных, используемыми в настоящее время на предприятиях лесной отрасли, а также с разработкой дополнительных интерфейсов, облегчающих взаимодействие с прочими решениями отечественных и зарубежных производителей.

Обеспечение возможности работы с крупными OLAP хранилищами данных, возможность моментального получения "срезов" состояния лесной отрасли с возможностями визуализацией также будет выгодно отличать эту информационно-аналитическую систему.

Кроме того, вероятно, весьма востребованным может оказаться разработка пакетов шаблонов типовых запросов к информационной системе. Это, а также рационально разработанный, эргономичный пользовательский интерфейс, позволят существенно повысить комфорт и оптимизировать продуктивность работы конечных пользователей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мильчаков, Сергей Анатольевич, 2006 год

1. Ананьин В.И. Корпоративные стандарты точка опоры автоматизации // СУБД, №5, №6, 1997.

2. Васкевич Д. Стратегии клиент/сервер. Руководство по выживанию для специалистов по реорганизации бизнеса, Перевод с англ. К.: "Диалектика", 1996. - 384 с.

3. Волчков С.А., Балахонова И.В. Моделирование для непрерывного улучшения бизнес-процессов на базе стандартов ERP и ИСО 9001 от 2000 года// Методы менеджмента качества -2001.-№2.

4. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов /Под ред. А.М.Берлянта и А.В. Кошкарева. М.: ГИС-Ассоциация, 2000.

5. Грешнов С.П., Старостенко Д.А. О проблемах внедрения ГИС в лесное хозяйство. ГИС Ассоциация, Информационный бюллетень, № 1 (18), 1999, с. 20

6. Гринев М. XML-технологии: унифицированный доступ к разнородным данным. Сетевой журнал №6,2001.

7. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Информационная безопасность в геоинформатике. М.: МаксПресс, 2004. - 334с.

8. Кальянов Г.М. Консалтинг при автоматизации предприятий: научно-практическое издание. Серия "Информатизации России на пороге XXI века", М.: СИНТЕГ, 1997.

9. Когдаловский P.M. Энциклопедия технологий баз данных. М.: Финансы и статистика, 2002.

10. Ю.Козлов В.А. Открытые информационные системы. М.: Финансы и статистика, 1999

11. Колесников С.Н. Стратегия бизнеса: управление ресурсами и запасами. М.: Статус-Кво 97, 2000.

12. Корнеев В.В., Гареев А.Ф., Васютин С.В., Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Изд. Нолидж, 2001.-c.496.

13. Костров А.В. Основы информационного менеджмента: Учеб. пособие, М.: Финансы и статистика, 2001.

14. Н.Липаев В.В. Качество программных средств. Методические рекомендации. Под общей ред. проф., д.т.н. А.А. Полякова, М.: Янус-К. 2002.

15. Лурье И.К. Основы геоинформатики и создания ГИС. М.: ООО "ИНЕКС-92", 2002.

16. Майкл Де Мере. Географические информационные системы. Основы. -М.: Дата+, 1999.

17. Майоров А.А., Мильчаков С.А. Технологии лицензирования программного обеспечения геоинформационных систем. Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. Специальный выпуск. М., 2004.

18. Майоров А.А., Мильчаков С.А. Разработка информационно-аналитической системы ведения кадастра лесных ресурсов. -Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 129.

19. Мильчаков С.А. Принципы построения системы автоматизации лесной отрасли. Известия Высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. №6, М., 2005, стр. 151

20. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002.

21. Общая декларация Конференции министров по охране лесов в Хельсинки (1995г.)22.0сновы геоинформатики: Учеб. Пособие для студентов ВУЗов / Е.Г. Капралов, А.В. Кошкарев, B.C. Тикунов. М.: Издательский центр "Академия", 2004.

22. Построение баз геоданных. М.: Дата+, 2002.

23. Программирование web-сервисов для NET. Библиотека программиста / А. Феррара, М. Мак-Дональд. Киев: BXV; СПб.: Питер, 2003.

24. Руководство пользователя fGIS (http://www.digitalgrove.net/Help/fGIS help.htm)

25. Топорников П.А., Шутов В.В., Лапшина Т.И. Использование геоинформационных систем при разработке лесных кадастров. Кострома: КГТУ.

26. Уолренд Дж. Телекоммуникационные компьютерные сети. Вводный курс. М.: Постмаркет, 2001.

27. Федоров А., Елманова Н. Введение в OLAP-технологии Microsoft. М.:Энергоатомиздат, 2004.

28. Фейгин Д. Конецпция SOA. Открытые системы. 2004. - №6.

29. Хаксольд В. Введение в городские географические информационные системы. Издательство Оксфордского университета, 1991.

30. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии М.: Финансы и статистика, 1998.

31. Цветков В.Я. Семиотический подход к построению моделей данных в автоматизированных информационных системах // Геодезия и аэрофотосъемкаа, 2000, №5.

32. Цветков В.Я. Создание интегрированной информационной основы ГИС // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №4.

33. Чакраборти А., Кранти Ю., Сандхау Р. Microsoft.NET Framework: Пер. с англ. СПб.: БХВ-Петербург, 2003.

34. Черемных С.В. и др. Структурный анализ систем: IDEF-технологии. М.: Финансы и статистика, 2001.

35. Юсупов P.M., Заболотский В.П., Научно-методологические основы информатизации. СПб.: Наука, 2000.37.bootstrap.org Bootstap Institute. Dr. Douglas С. Engelbart.

36. Dwyer, John F.; Nowak, David J.; Watson, Gary W. 2001. Urban forestry research in the United State: the state of art and future prospects. In: Sievanen, Tuija.

37. Extensible Markup Language (XML), http://www.w3.org/XML

38. Gordon G. Strategic planning for local government. Washington, DC: ICMA, 1993.

39. Mitasova H., Neteler M. Free General-purpose GIS. A Geographic Resources Analysis Support System. GIM International, 17(11), 2003, p 40-43.

40. Scott Hutchinson, Larry Dainel. Inside ArcVuew GIS 8.3. ISBN 0766834751

41. Sessions, Roger. COM and DCOM: Microsoft's Vision for Disrtibuted