Состояние и проблемы развития банка океанографических данных Министерства обороны РФ

Эффективное использование современных средств и методов вооруженной борьбы на море требуют все более точной и широкой по составу информации о состоянии океана. Существенно, что такого рода информация необходима в полном объеме только ВМФ. Это, а также ряд других обстоятельств обуславливают наличие у ВМФ собственных, отличных от других ведомств, целей и задач в изучении океана. Именно это и привело к созданию в 1972 г. Научно-исследовательского океанографического центра Министерства обороны (МО), ныне НИЦ Гос.НИНГИ.

НИЦ и 280 ЦКП ВМФ являются единственными в МО специализированными центрами сбора и хранения результатов океанографических исследований. Причем НИЦ отвечает за сбор и хранение результатов гидрофизических, гидрометеорологических и сейсмических исследований, а 280 ЦКП ВМФ – батиметрических.

В соответствии с принятыми до распада СССР правительственными решениями в НИЦ, как и во Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации-Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД) должны были передаваться результаты океанографических исследований всех мореведческих организаций страны. К сожалению, в настоящее время в стране отсутствует подобная нормативно-правовая база, регламентирующая порядок сбора результатов океанографических исследований. Поэтому в НИЦ Гос.НИНГИ, как и во ВНИИГМИ-МЦД, поступление результатов океанографических исследований после 1992 г. резко сократилось.

Следует констатировать, что нормативно-правовая база функционирования НИЦ, как ведомственного центра сбора данных также устарела. В Положении о Гос.НИНГИ, введенном в действие приказом МО РФ №425 от 20 декабря 1994 г., определены функции НИЦ, однако статус банка океанографических данных МО, как элемента государственной системы сбора, обработки , хранения и использования результатов океанографических исследований, порядок пополнения и использования банка океанографических данных в этом документе не определены и не могли быть определены.

На НИЦ Гос.НИНГИ, как компонент ведомственной и общегосударственной системы сбора хранения, обработки и практического использования данных океанографических исследований, возложены обязанности по сбору, хранению, систематизации, обработке и научному анализу материалов океанографических исследований, а также задачи по информационной поддержке частей МО РФ обобщенной океанографической информацией.

Для решения возложенных на НИЦ задач был создан банк океанографических данных (БОД). Основой пополнения его информационных ресурсов являются поступающие в виде отчетов и на магнитных носителях результаты отечественных океанографических исследований. В настоящее время общее количество хранящихся в НИЦ океанографических отчетов достигает 12 тыс.; имеются сведения о более чем 21 тыс. отечественных и зарубежных экспедиций (база метаданных).

В декабре 1986 г. БОД НИЦ, построенный на базе ЭВМ ЕС-1046, был аттестован межведомственной комиссией ГКНТ СССР и принят к эксплуатации. Информационный массив этого банка данных включает 5 дисциплинарных массивов (по видам наблюдений), записанных на 756 магнитных лентах (МЛ). Большая часть этой информации в настоящее время переписана на компакт-диски. Всего на магнитные носители к настоящему времени занесено около 50% информации, содержащейся в архиве НИЦ. Общий объем архивных данных океанографических наблюдений, хранящихся в НИЦ, составляет около 5 Гбт. Помимо данных собственно океанографических наблюдений и баз метаданных, к информационным ресурсам БОД относятся также 10 информационно-справочных систем по гидрометеорологическому режиму морских акваторий. Программное обеспечение (ПО), позволяющее обеспечивать формирование и ведение банка, а также обработку океанографических данных, включает около 100 служебных программ и программ специального назначения. Учитывая необходимость создания новых баз данных и информационно-справочных систем, получения данных в порядке обмена, можно ожидать, что объем информационных ресурсов БОД в ближайшие годы превысит 10 Гб.

За последние годы состав разрабатываемых баз данных пополнился. Разрабатывается база данных наблюдений за уровнем моря, выполняемых Гидрографической службой ВМФ, всего собрано 150 серий уровенных наблюдений в Баренцевом, Белом, Охотском, Беринговом и Японском морях, продолжительностью не менее 1 месяца.

По материалам сейсмических зондирований со льда в Арктическом бассейне создается цифровая база данных, содержащая более 800 сейсмограмм.

Благодаря участию НИЦ в ряде отечественных и международных океанографических программ и проектов, в частности в проекте ГОДАР (Археология и спасение океанографических данных), выполняемом под эгидой Межправительственной океанографической комиссии (МОК) ЮНЕСКО, в теме ГАСОИ (Государственная автоматизированная система океанологической информации), выполняемой в рамках федеральной целевой программы “Мировой океан”, в последние годы увеличилось значение материалов, поступающих в порядке международного обмена океанографическими данными, как источника пополнения банка данных НИЦ.

По своему объему банк океанографических данных НИЦ Гос.НИНГИ соизмерим с объемом банка данных Центра океанографических данных ВНИИГМИ - МЦД. Однако данные НИЦ не прошли все требуемые международным океанографическим сообществом процедуры контроля качества информации; как и в других банках океанографических данных в БОД НИЦ преобладают данные наблюдений на разовых гидрологических станциях, пространственное распределение гидрологических наблюдений крайне неравномерно, а их общее количество позволяет рассчитывать на получение статистически значимых оценок не повсеместно и не по всем параметрам среды.

Некоторые сведения о составе и объеме имеющейся в БОД НИЦ первичной океанографической информации по видам наблюдений – ГИДРО (гидролого-гидрохимические), БТ (батитермографические), ТЕЧ (течения), АЭРО (аэрологические), МЕТЕО (метеорологические), без учета поступивших в порядке международного обмена данных – представлены в таблице.

Принципиальным отличием БОД НИЦ от основного БОД страны, созданного на базе ВНИИГМИ-МЦД, и от известных банков данных за рубежом, является то, что при его создании был использован принцип поквадратного, а не порейсового формирования массивов данных.

Ввиду этого решение некоторых задач, в частности:

• пополнения банка данными, получаемыми в результате обмена без риска занесения дублирующей информации;
• анализа пространственной изменчивости гидрофизических полей;
• представления метаданных по конкретным рейсам

и др. весьма затруднено. По существу задача перехода от поквадратных массивов к порейсовым представляется одной из ключевых при создании современной технологии формирования и ведения БОД НИЦ.

На основе океанографических данных НИЦ Гос.НИНГИ издан ряд гидрометеорологических карт, атласов и специальных пособий для ВМФ, данные НИЦ широко используются НИИ ВМФ, а также в практике гидрометеорологического обеспечения ВМФ. В последние годы на их основе в НИЦ разработаны информационно-справочные системы (ИСС) по гидрометеорологическому режиму ряда морских акваторий, реализованные на ПЭВМ в ОС MS DOS.

Типовая ИСС обеспечивает хранение, модификацию и выдачу :

• основных статистических характеристик температуры, солености, плотности морской воды и скорости звука, основных параметров вертикального распределения этих элементов (средние значения, среднеквадратические отклонения, экстремальные значения, количество наблюдений);
• статистические оценки типовых кривых вертикального распределения скорости звука;
• основные статистические оценки метеорологических характеристик, включая оценки характеристик ветрового волнения;
• статистические оценки характеристик течений в отдельных точках (повторяемость по градациям направления и скорости, скорость и направление среднего потока, максимальная скорость, линейный инвариант дисперсии, эксцентриситет, ориентация большой оси, устойчивость).

Реализована возможность выбора масштабов пространственного и временного осреднения информации в заданных пределах. ИСС обеспечивают представление статистических оценок в различных формах – табличной, графической и картированной. Вместе с тем общим недостатком созданных ИСС является то, что они, естественно, не могут заменить полноценные БОД, и каждый раз при сколь-нибудь заметном (на 10–20%) пополнении баз данных новыми наблюдениями, должен быть выполнен пересчет статистических характеристик.

Из-за недостатка данных по отдельным видам наблюдений (течения, волнение) для статистических обобщений требуется разработка технологии получения оценок статистических характеристик этих параметров состояния океана на основе использования методов численного гидродинамического моделирования. Включение такого рода модулей в структуру ИСС является характерной тенденцией разработки современных информационно-справочных океанографических систем , как за рубежом, так и в нашей стране. Разработка, адаптация и верификация такого рода моделей является новой для НИЦ задачей – это самостоятельная и весьма трудоемкая сфера деятельности.

В настоящее время информационные технологии создания и ведения баз данных быстро развиваются, один раз в 3-4 г. вводятся принципиально новые элементы информационных технологий. По объективным причинам в НИЦ технология формирования и ведения баз океанографических данных по существу не претерпела существенных изменений в течении последних 12 лет. В связи моральным устареванием самой технологии формирования и ведения БОД на МЛ и ЭВМ серии ЕС, физическим износом ЕС-1046, отсутствием к ней ЗИПа, осыпанием магнитных лент возникла настоятельная потребность перевода БОД Гос.НИНГИ на новые информационные технологии с использованием ПЭВМ.

Проверенное и относительно дешевое решение проблемы создания современной информационной технологии формирования и ведения систем баз данных, обеспечивающее коллективный доступ к базам данных в локальной сети можно найти, используя архитектуру “клиент-сервер”.

Система разбивается на две части – клиентскую и серверную. Клиентская часть (рабочие станции) при потребности по сети обращается к серверной. Разделение функций на клиентскую и серверную части позволяет наиболее эффективно использовать имеющиеся вычислительные ресурсы.

Сервер сети представляет ресурсы рабочим станциям и/или другим серверам. Примерами серверов являются: – сервер телекоммуникаций, вычислительный сервер, дисковый сервер, файловый сервер, сервер баз данных. Интерфейс серверной части определен и фиксирован, что позволяет создавать новые клиентские части системы. В качестве основного интерфейса между клиентской частью и сервером баз данных выступает язык баз данных SQL. Примерная схема БОД Гос.НИНГИ в архитектуре “клиент-сервер” приведена на рисунке.

Основу локальной сети НИЦ должен представлять сервер баз данных, сервер коммуникаций (связная ПЭВМ), Автоматизированные рабочие места (АРМ) подготовки информационной продукции, АРМы отделов НИЦ, АРМы формирования банка данных. На сервере баз данных размещаются океанографические данные в форматах архивного хранения, собственно базы океанографических данных и базы метаданных.

Связная ПЭВМ в перспективе (с созданием Единой общегосударственной системы информации об обстановке в Мировом океане) должна иметь выход в глобальные системы телекоммуникации, а в ближней перспективе должна быть сопряжена с локальной сетью 373 Центра ВМФ. На связной ПЭВМ должны быть размещены базы метаданных, сведения об информационных и других возможностях НИЦ, информационная продукция для последующей передачи потребителям, отдельные информационно-справочные системы. Сюда же могут поступать результаты океанографических исследований от ГС ВМФ и мореведческих организаций страны, сводки БАТИ и ТЕСАК. Эта же ПЭВМ должна выполнять функции защиты информации, размещенной на сервере от несанкционированного доступа внешних потребителей информации.

При этом основные элементы технологии формирования баз океанографических данных следующие:

• получение отчетных материалов (непосредственно от источников информации на бумажных или магнитных носителях) или по электронным каналам связи через связную ПЭВМ;
• учет сведений о поступивших материалах исследований и самих исследованиях, подготовка отчетов и справок по океанографической изученности морских акваторий – АРМ “Каталог”;
• занесение результатов океанографических исследований на магнитные носители или конвертизация электронной информации в требуемые форматы баз данных – АРМы “Занесение информации”;
• контроль качества полученных данных и ранее занесенных результатов океанографических исследований – АРМы “Контроль качества”;
• архивация и переформатизация данных океанографических наблюдений, пополнение баз данных – АРМ “Архивация”.

К сожалению, вычислительные возможности НИЦ пока не позволяют построить полноценный автоматизированный БОД на основе технологии типа “клиент-сервер”. Как уже отмечалось, объем только исходной океанографической информации в ближайшие годы достигнет 10 Гбт и без соответствующего сервера баз данных, а также сервера телекоммуникаций (связной ПЭВМ) и электронных каналов связи говорить о возможности создания современного автоматизированного БОД не приходится. Отдельные элементы новой технологии, которые могут быть реализованы на имеющихся вычислительных средствах, разрабатываются в НИР, проводимых по плану Гос.НИНГИ.

Основными задачами методического характера, связанными с созданием современной технологии формирования и ведения БОД представляются:

• переформатирование массивов океанографических наблюдений из поквадратных в порейсовые;
• создание пакетов прикладных программ для обеспечения всех этапов технологии формирования БОД и ее целостности;
• освоение современных СУБД, геоинформационных систем и технологий;
• создание новых баз собственно океанографических данных, баз метаданных, ИСС;
• разработка, верификация и адаптация численных моделей океана и их включение в интегрированные информационно-справочные океанографические системы в первую очередь по тем элементам гидрологического режима, фактических данных о которых недостаточно для статистических обобщений.

В ближайшей перспективе наряду с проектированием автоматизированного банка данных планируется освоить современные СУБД и создать реляционные базы океанографических данных по отдельным акваториям и видам наблюдений, а также “настольные” информационно-справочные системы. Уже созданы пилотные версии собственно баз данных, баз метаданных, информационно-справочных систем, пакетов программ по контролю качества информации, других элементов технологии формирования банка. Начата отработка формы занесения и редактирования данных наблюдений с обеспечением формального и логического контроля информации на этапе ее занесения, по созданию типовых запросов, отчетов, программных модулей специальной обработки информации, отработке способов представления данных в графической форме.

Ввиду недостатка данных по отдельным видам наблюдений (течения, волнение) для статистических обобщений начата отработка технологии получения оценок статистических характеристик этих параметров состояния океана на основе использования методов численного гидродинамического моделирования. Методическая основа для создания таких технологий, как известно, разработана, а сами технологии успешно используются в ряде мореведческих организаций страны и прежде всего в организациях Росгидромета при создании справочных пособий по гидрометеорологическому режиму морских акваторий.

Как уже отмечалось, нормативно-правовая компонента функционирования БОД, определяющая его статус, государственное значение, порядок формирования и использования его ресурсов устарела. Эту проблему планируется решить в рамках реализации Плана исследований по подпрограмме 10 “Создание единой системы информации об обстановке в Мировом океане” ФЦП “Мировой океан”. Решение перечисленных проблем без сомнения приведет к повышению эффективности использования результатов океанографических исследований в интересах укрепления обороноспособности страны и освоения ресурсов океана, создаст предпосылки для получения конкурентноспособной информационной океанографической продукции в Гос.НИНГИ, повысит авторитет ГС ВМФ, как владельца информационных ресурсов БОД МО.