Развитые страны мира за последнее 10-15 лет создали мощную информационную инфраструктуру и сформировали единое информационное пространство. Россия и, в частности, сфера ее фундаментальной науки, в настоящее время активно включается в этот процесс информатизации, не является исключением и Байкальский регион. В институтах Иркутского научного центра (ИНЦ) СО РАН накоплена уникальная информация о природном комплексе Байкальского региона, о его ресурсах, экологической обстановке и др.

Мультидисциплинарные фундаментальные и прикладные исследования Байкальского региона нуждаются в территориально распределенной кооперации на основе новых информационных технологий таких как Web-технологии и CORBA-технологии для создания программных систем, технологии "склада данных” (Data warehouse) для обработки данных, ГИС технологий для обработки пространственной информации и т.д. Таким образом, на первый план выходит интеграция информационно-вычислительных и телекоммуникационных систем институтов ИНЦ СО РАН - создание единого информационного пространства с выходом в глобальные Российские и международные сети. Заметим, что создаваемая корпоративная Intranet сеть будет важным информационным ресурсом СО РАН, а внедряемые информационные технологии - средством ускорения научного прогресса.

В первой части рассмотрим состояние работ в этом направлении в ИНЦ СО РАН.

Информационно-вычислительные и телекоммуникационные ресурсы институтов ИНЦ СО РАН для проведения междисциплинарных фундаментальных исследований.

В настоящее время институты ИНЦ СО РАН обладают разнообразными региональными тематическими базами данных и знаний, созданными на различных программных и аппаратных платформах, обеспечивающих фундаментальные и прикладные исследования в различных предметных областях. Для них характерна локальная обработка информации, включающая следующие элементы:

• набор программ для обработки информации в ЛВС института (СУБД, БД, АРМы, электронные таблицы, прикладные программные системы - например локальные ГИС ArcInfo, MapInfo, программы моделирования и расчетов и др.);

• электронная почта, с помощью которой передается информация;

• файл-серверы для хранения информации.

Ни один из перечисленных компонентов не предназначен для создания и распространения информации по интегрированной информационно-вычислительной сети (ИИВС) ИНЦ СО РАН. Проведение же комплексных работ предусматривает интеграцию как информационных систем, рассредоточенных в институтах ИНЦ, так и разнотипных и разноформатных данных. Только создание корпоративной сети институтов ИНЦ, использующую в качестве транспортной основы существующую ИИВС, позволит решить проблему информационной поддержки мультидисциплинарных исследований. В этом случае для организации эффективной работы с БД требуется использование новых информационных технологий, инструментальных средств формирования и ведения БД, обладающих достаточно мощным языком запросов для создания интегрированной информационной системы ИНЦ.

В настоящее время в институтах ИНЦ СО РАН отсутствуют подробные, синхронизированные электронные тематические карты природных ресурсов Байкальского региона, которые можно использовать в практической деятельности. Это обусловлено, в первую очередь, сложностью наполнения, структурирования и анализа территориально-тематических баз данных, а, во-вторых, слабым внедрением ГИС, из-за ограниченных финансовых ресурсов, так как до последнего времени каждый институт ИНЦ проводил работы по геоинформатике вне кооперации. С созданием в 1995 году Геоинформационного центра ИНЦ СО РАН начала формироваться концепция единой геоинформационной системы институтов - ГИС ИНЦ, которая призвана повысить отдачу имеющихся программно-аппаратных средств и эффективность совместных научно-исследовательских и прикладных работ институтами ИНЦ. Особенностью ГИС ИНЦ СО РАН является существование сетевой инфраструктуры – ИИВС. Это позволяет достигнуть концентрации аппаратных средств и программного обеспечения с целью одновременного использования вычислительных, дисковых, коммуникационных и других ресурсов центрального сервера с любого компьютера, подключенного к ИИВС, а также дорогостоящих программных и информационных ресурсов (инструментальных геоинформационных систем, SQL-сервера баз данных, электронной топоосновы, тематических алфавитно-цифровых и графических баз).

Назовем некоторые актуальные задачи, которые имеют междисциплинарный характер и могут быть реализованы в рамках создаваемой интегрированной информационной системой ИНЦ СО РАН:

• создание электронного атласа озера Байкал, включающего картографическую информацию географического, геологического, геохимического содержания, multi-media информацию о флоре и фауне, о памятниках природы, эндемиках и т.п.;

• создание картографической базы данных территориальных кадастров, включая кадастры земельных, водных, лесных, рыбных ресурсов, кадастр недр (минерально-сырьевых ресурсов) и т.п.;

• аэрокосмический мониторинг состояния окружающей среды, включая задачи приема, обработки спутниковой телеметрической и видео информации;

• создание баз данных и экологического атласа региона, включая вопросы состояния окружающей среды (лесопатологическое состояние лесов, загрязнение воздушного и водного бассейнов, прогноз распространения загрязнений, прогноз паводков и других стихийных бедствий, управление природными ресурсами);

• прогноз сейсмической опасности и управление сейсмическим риском.

В предыдущие годы ИДСТУ СО РАН при поддержке Миннауки, Президиума СО РАН, РФФИ и по хоздоговорам с учреждениями Иркутского регионального научно-образовательного комплекса (ИРНОК) и областной администрации реализовал первую очередь и начал реализацию второй очереди проекта ИИВС ИНЦ СО РАН. В настоящий момент объединены локально-вычислительные Ethernet сети большинства институтов и Президиума ИНЦ СО РАН, а также Байкальского учебного комплекса (БУК) при Иркутском государственном университете (ИГУ). Вхождение осуществляется с помощью конверторов из оптоволокна в витую пару. Эта архитектура обеспечивает гарантированную пропускную способность 10Мбит/с до центрального сервера для каждого из институтов. Обмен информацией между компьютерами в ИИВС проводится на базе протоколов TCP/IP и IPX. В качестве рабочих мест в ИИВС используются различные средства от простейших компьютеров и алфавитно-цифровых терминалов до мощных рабочих станций и Х-терминалов.

При конструировании данной сети были найдены конструкторско-технологические решения, оптимальные по набору определяющих эксплуатационно-технических и технико-экономических характеристик (скорость формационного транспорта, надежность, помехозащищенность, стоимость, эксплуатационные расходы, открытость архитектуры и др.). В частности, были внедрены самые современные технологии (оптоволоконный кабель, Switched Ethernet, Fast Ethernet), которые определяют сегодня мировой уровень сетей подобного класса.

В настоящее время в ИДСТУ функционирует локальная сеть в составе файл-сервера, коммуникационного сервера, сервера-вычислителя и 55 распределенных по институту ЭВМ (ПЭВМ IBM/PC Pentium; SPARCserver 1000Е под управлением ОС Solaris в конфигураци 2 процессорами, 256Мб ОЗУ и 20 Гб диского пространства; SparcClassic).

Созданный специалистами института (узла Internet) WWW-сервер был первым в Восточной Сибири, в настояий момент проработаны связи через WWW-сервер с программными оболочками на языке c, pht и miniSQL под операционными системами FreeBSD и Linux.

Таким образом, проведенный анализ существующих ресурсов подтверждает необходимость создания интегрированной ГИС, направленой на решение проблемы комплексного информационного обеспечения фундаментальных мультидисциплинарных исследований, проводимых институтами ИНЦ СО РАН, в области геоэкологии и природопользования в Байкальском регионе, используя существующую ИИВС ИНЦ СО РАН в качестве полномасштабной транспортной основы. Рассмотрим более подробно концепцию создания корпоративной системы ИНЦ.

Построение корпоративной системы ИНЦ

Различные программные и аппаратные платформы, большие объемы и рассредоточенность БД институтов требуют внедрения Web-технологии для построения корпоративной Intranet сети институтов ИНЦ. Intranet стирает границы между платформами, архитектурами, операционными системами, языками программирования, локальными и глобальными сетями, а технология Intranet, основанная на протоколе TCP/IP, языке гипертекстов, поддерживает статический и динамический доступ к БД, обеспечивает функционирование приложений, интеграцию и обработку данных из множества источников.

Корпоративная система ИНЦ должна состоять из нескольких узлов институтов, иметь открытую, модульную архитектуру “клиент-сервер”, обеспечивать динамический навигационный интерфейс, посредством программ-сценариев, с другими приложениями, такими как БД, информационные системы, рассматривать их с нужной степенью точности, управлять информационным наполнением, осуществлять защиту информации.

Среди компонент системы, выделим основные: WWW-сервер (HTML-страницы, HTTP Web-сервер, апплеты, сервер приложений, хранимые процедуры, SQL-сервер баз данных), навигатор (browser), редактор гипертекста HTML-cтраниц, программы для организации дискуссий и документооборота.

Задача WWW-сервера - распределение ресурсов сети ИНЦ и контроль прав доступа к ним, хранение общих БД. Основные функции - считывание файлов, запуск программы и передача клиентским программам (навигаторам) гипертекстового документа. Для этого в URL содержится следующая информация для сервера:

• является файл программой или документом;

• язык, на котором написана программа, и параметры необходимые для ее выполнения.

Применение унифицированного указателя - CGI позволит интегрировать в сеть любую программу. WWW-сервер предполагается установить на SparcStation 1000E под управлением OS UNIX, что обеспечит простой и надежный контроль за действиями пользователей.

Навигатор обеспечит интерфейс с пользователями (клиентами), получая от различных серверов документы в формате HTML, выводит их на экран или принтер, поддерживает различные протоколы для связи с серверами - HTTP, FTP, NNTP и SMTP, а также запускает программы для просмотра документов представленны в разных форматах.

Менеджер транзакций позволит серверу приложений одновременно обмениваться данными с несколькими серверами баз данных.

SQL-сервер (на базе СУБД ORACLE 7.0), для обслуживания БД, обеспечит преобразование формата файла, выдавая навигатору HTML-версию документа.

Среди программ обеспечивающих совместное обсуждение каких-либо проблем, проведение дискуссий выделим Lotus Notes и Collabra Share. Использование этих инструментов делают совместную работу более удобной и наглядной чем стандартные средства протокола новостей или телеконференций, они позволяют возможность отслеживания вложенных тем, организовывают поиск по отдельным частям дискуссии, включают картинки, звук и мультипликацию.

В отличии от NNTP, данные программные средства обеспечивают дополнительное ограничение доступа к дискуссии.

Система документооборота повысит эффективность работ при проведении и оформлении совместных исследований, предполагается создание централизованной БД документов на WWW-сервере сети, это позволит снизить затраты на поиск и использование их в сети, а также постоянно отслеживать на каком этапе находится процесс обработки документа.

Основными источниками информации будут выступать институты, создавая общие тематические базы данных на WWW-сервере корпоративной сети ИНЦ, формируя уникальные (с ограниченным доступом) БД на WWW-серверах институтов, а использование языка Java, Perl, Delhy позволит создавать платформено-независимые приложения.

Основные функции корпоративной системы ИНЦ:

• обеспечение информационного объединения и трудоемких вычислений на мощных рабочих станциях пользователей (институтов ИНЦ), работающих на разных программно-аппаратных платформах;
• осуществление распределения выполнения приложений между клиентами и сервером, обеспечивающего сокращение общего времени вычислений, процессора, уменьшение использования клиентом памяти, сокращение сетевого трафика;
• проведение трудоемких вычислений на мощных рабочих станциях;
• формирование тематических баз данных и знаний институтов ИНЦ;
• обеспечение защиты и целостности информации;
• поддержка функционирования современных систем документооборота;
• обеспечение доступа к уникальным БД Байкальского региона институтов ИНЦ и в другие отечественные и зарубежные тематические WWW-серверы;
• публикация в электронной форме результатов работы институтов ИНЦ, что позволит сократить путь к их практическому внедрению;
• создание тематических WWW-страницы и наполнение FTP-серверов институтов ИНЦ.
• поддержка электронной почты, доски объявлений, видеоконференций.

Интегрированная геоинформационная система ИНЦ СО РАН

Корпоративная система ИНЦ, позволяет в качестве одного из приложений создать интегрированную ГИС (ИГИС) для поддержки фундаментальных исследований в области геоэкологии и природопользования. Одним из элементов корпоративной сети является ГИС-сервер, установленный в ГИС-центре ИНЦ и поддерживающий все необходимые режимы обработки географической информации - запуск ГИС (ArcInfo, MapInfo и т.д.), преобразование и унификацию данных, формирование HTML страниц и т.д.

ГИС-сервер планируется установить на сервер ALR REVOLUTION 2XL Model H-300 с процессором Pentium II (в настоящее время используется Pentium Pro) под управлением OS Windows NT, что обеспечит простой и надежный контроль за действиями пользователей и встроенную систему защиты информации от несанкционированного доступа.

Инструментальные геоинформационные системы ArcInfo для Windows NT, Erdas Imagine 8.3 для Windows NT, ArcView 3.0, КАМАТ, электронная топооснова общего назначения размещаются на ГИС-сервере, а корпоративные БД размещаются на SQL-сервере корпоративной сети ИНЦ под управлением СУБД Oracle v7.0.

Для повышения эффективности ИГИС высококачественное периферийное оборудование общего назначения (плоттер, сканеры, дигитайзер, цветные принтеры, CDR) подключается к ГИС-серверу (функционирующим в рамках ГИС-центра ИНЦ СО РАН), работающего в рамках ИИВС и имеющего доступ из Internet.

Созданый ГИС-сервер позволяет обеспечить:

• растровое моделирование;
• моделирование топографических поверхностей, пространственых сетей;
• использование геодезии и координатной геометрии;
• ввод картографических данных со сканера и дигитайзера;
• непрерывность картографической БД;
• эффективное управление БД;
• реализацию архитектуры клиент-сервер;
• единый метод обработки транзакций и управление ими на основе картографических объектов;
• создание макетов тематических карт;
• блокировку на уровне объектов и отслеживание изменений картографической БД.

ИГИС обеспечивает импорт-экспорт данных между сервером и клиентами с помощью WWW-страниц, причем только небольшие графические БД могут быть переданы клиентами для обработки ГИС-сервером. Каждый институт ИНЦ, в свою очередь, может иметь доступ, при наличии соответствующего разрешения, к уникальным базам данных других институтов, находящимся на их WWW-серверах.

В настоящее время, в рамках ГИС-центра ИНЦ, подготовлено три пилотных проекта совместных исследований в области геоинформатики:

• ГИС редкие, эндемичные и реликтовые виды растений и животных бассейна оз. Байкал (ИГ, СИФИБР, ИДСТУ, БМ, Облкомприрода);
• ГИС биоразнообразие толщи вод Байкала (ЛИН, ИДСТУ);
• ГИС рекриационные территории Байкальского региона(ИГ, ИДСТУ).

При разработке ИГИС, наряду с рассмотренной Web-технологией, предполагается использовать методы, средства проектирования и создания распределенных информационных систем и баз данных, а также инструментальные методы обработки и анализа изображений, средства совместной обработки больших информационных потоков (алфавитно-цифровых и графических баз данных), создать и адаптировать разнообразные картометрические и другие алгоритмы, поддерживающие процедуру анализа графической информации.