LAY OUT OF SPECIALIZED DATA BANK FOR EMERGENCY MONITORING
- Авторлар: Badmaeva K.V.1, Penkova T.G.1, Nicheporchuk V.V.1
-
Мекемелер:
- Шығарылым: Том 12, № 5 (2011)
- Беттер: 14-18
- Бөлім: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/505648
- ID: 505648
Дәйексөз келтіру
Толық мәтін
Аннотация
Problem of layout of specialized data warehouse (DW) is considered. DW is created for information and analytical support of Center for Monitoring and Forecasting of Emergency Situations Main Directorate of EMERCOM of Russia in Krasnoyarsk region. The main tasks are defined, the problems of data integration for monitoring of emergencies are identified. Requirements and composition of data warehouse are formed. Structure that combines historical data and current information system for monitoring and forecasting of emergency situations is proposed.
Толық мәтін
С целью предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера в органах управления МЧС России ежедневно обрабатывается большое количество данных ведомственных систем мониторинга и донесений аварийно-спасательных формирований. Активно внедряются системы инст- рументального мониторинга, позволяющие отслежи- вать в режиме реального времени изменения парамет- ров окружающей среды и динамику характеристик техногенных объектов. Повышение эффективности использования ин- формационных ресурсов, расширение сфер монито- ринга состояния территориальной безопасности и оперативность решения аналитических задач требуют консолидации мониторинговых данных, автоматиза- ции поступления и организации доступа к ведомст- венным ресурсам, сокращения времени на поиск и обработку данных. Применение технологии хранилищ данных (Data Warehouses) позволяет разрешить про- блемы, связанные с обеспечением доступности, со- гласованности и хранения гетерогенных данных, а также оперативности выполнения аналитических за- просов. В данной статье рассмотрена задача проектирова- ния специализированного хранилища данных, созда- ваемого в рамках разработки программного комплек- са информационно-аналитической поддержки Центра мониторинга и прогнозирования чрезвычайных си- туаций (ЦМП ЧС) Главного управления (ГУ) МЧС России по Красноярскому краю; определены основ- ные задачи и выявлены проблемы интеграции мони- торинговых данных; сформированы требования и со- став хранилища данных; предложена структура, объе- диняющая исторические данные и оперативную ин- формацию. Интеграция данных на основе консолиди- рованного хранилища мониторинга ЧС обеспечит формирование единого информационного простран- ства краевой системы мониторинга и прогнозирова- ния ЧС природного и техногенного характера. Краевая система мониторинга и прогнозирова- ния ЧС. Функционирование краевой системы мони- торинга и прогнозирования (СМП) ЧС, организаци- онное руководство ее деятельностью обеспечивает Главное управление МЧС России по Красноярскому краю при взаимодействии с территориальными служ- бами (учреждениями) и организациями федеральных органов исполнительной власти, органов исполни- тельной власти Красноярского края, органов местного самоуправления муниципальных образований Крас- ноярского края, а также организациями, в функции которых входят вопросы мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования источников чрезвычай- ных ситуаций природного и техногенного характера на территории Красноярского края (см. рисунок). *Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009−2013 годы» (ГК № 02.740.11.0621 от 29 марта 2010 г.). 14 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Схема информационного взаимодействия участников системы мониторинга и прогнозирования ЧС Согласно Приказу МЧС России от 4 марта 2011 г. № 94 «Об утверждения положения о функциональной подсистеме мониторинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций единой го- сударственной системы предупреждения и ликвида- ции чрезвычайных ситуаций» и Постановлению Пра- вительства Красноярского края от 9 февраля 2011 г. № 80-п «Об утверждении положения о краевой под- системе мониторинга, лабораторного контроля и про- гнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории Краснояр- ского края», методическое руководство и координа- цию деятельности в рамках краевой системы монито- ринга и прогнозирования ЧС осуществляет Центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных си- туаций природного и техногенного характера ГУ МЧС России по Красноярскому краю. Основными задачами ЦМП ЧС являются: − организация и ведение работ по мониторингу источников ЧС, лабораторному контролю и прогно- зированию ЧС; − сбор, обработка и анализ информации об источ- никах чрезвычайных ситуаций и показателях риска возникновения чрезвычайных ситуаций; − подготовка и доведение прогнозной информации о возможных чрезвычайных ситуациях и их последст- виях; − контроль источников чрезвычайных ситуаций через системы мониторинга; − организация проведения оперативных радиомет- рических, радиохимических, химических и других анализов объектов окружающей среды, продовольст- вия, питьевой воды, пищевого и фуражного сырья; − разработка типовых сценариев возникновения и развития чрезвычайных ситуаций и оценка риска их возникновения; − информационное обеспечение организаций и уч- реждений СМП ЧС прогнозными данными и реко- мендациями в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций; − создание специализированных геоинформацион- ных систем, банка данных по источникам чрезвычай- ных ситуаций и других информационных продуктов; − обеспечение постоянной готовности сил и средств, предназначенных для осуществления мони- торинга, лабораторного контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. На сегодняшний день в органах МЧС России по Красноярскому краю функционирует несколько авто- матизированных систем. Для поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС раз- работан программный комплекс ЭСПЛА-ПРО [1], работающий в двух режимах: в оперативном режиме комплекс моделирует обстановку, отображает зону ЧС на карте, формирует рекомендации по проведе- нию спасательных работ и отчеты по формам МЧС; в повседневном режиме проводятся обработка резуль- татов мониторинга и анализ полученных данных средствами геоинформационного моделирования и технологии OLAP. Для анализа данных мониторинга чрезвычайных ситуаций на территории Сибирского федерального округа создана система OLAP-GIS [2]. Чтобы формализовать разнородные потоки мони- торинговых данных и обеспечить их эффективное использование для комплексного оперативного ана- лиза обстановки, необходимо создать централизован- ные информационные ресурсы краевой системы мо- ниторинга и прогнозирования ЧС. Интеграция ин- формации на основе консолидированного хранилища данных мониторинга ЧС обеспечит формирование единого информационного пространства системы мо- ниторинга и прогнозирования ЧС природного и тех- ногенного характера. Задачи и проблемы проектирования специали- зированного хранилища данных мониторинга ЧС. Хранилище данных (ХД) представляет собой пред- метно-ориентированный, интегрированный, поддер- живающий хронологию, неизменчивый набор данных, организованный с целью поддержки управления [3]. 15 Математика, механика, информатика Под предметной ориентированностью понимается наличие данных, характеризующих конкретную про- блемную область. Интегрированность подразумевает объединение исходных данных из различных источ- ников, при этом данные проверяются, очищаются и приводятся к единому виду. Данные в хранилище все- гда связаны с определенным периодом времени, что хронологически упорядочивает информацию. Неиз- менчивость набора данных характеризуется тем, что данные, помещенные в хранилище, в дальнейшем не корректируются и не изменяются. Специализированные хранилища данных содержат информацию, предназначенную для одной или не- скольких задач предметной области, и могут быть подмножествами корпоративного хранилища данных или служить основой для более общего хранилища данных. Процесс проектирования хранилищ данных, как и классическое проектирование баз данных, включает в себя последовательное выполнение этапов концеп- туального, логического и физического проектирова- ния [4]. Данные в хранилище могут быть организова- ны различными способами с помощью таких совре- менных технологий, как OLAP (On-Line Analytical Processing) и интеллектуального анализа данных (Data Mining) [5; 6]. Для оптимальной организации данных требуется тщательное исследование информационных потоков, состава собираемых данных и алгоритмов их обработки. Специализированное хранилище данных монито- ринга ЧС должно соответствовать следующим требо- ваниям: – обеспечивать решение информационно-аналити- ческих функциональных задач ЦМП ЧС; – обеспечивать информационный обмен между ор- ганизациями и учреждениями системы мониторинга и прогнозирования ЧС, сбор и накопление монито- ринговых данных; – обеспечивать информационную интеграцию мо- ниторинговых данных, поступающих от взаимодейст- вующих структур; – обеспечивать создание единых справочников и классификаторов. Информационное наполнение ХД мониторинга ЧС должно: – давать однозначное представление информации на основе единой системы классификации и кодиро- вания; – использовать принцип унификации при органи- зации данных для их ввода, хранения и аналитической обработки; – предоставлять возможность для поэтапного на- ращивания количественного и качественного состава данных. В состав информационного обеспечения специа- лизированного хранилища данных входят следующие элементы: – информационная база – исторические данные и оперативная информация; – система классификации и кодирования инфор- мации – единые справочники и классификаторы; – унифицированные формы статистической и опе- ративной отчетности. Информационная база данных представляет собой совокупность данных и массивов отчетных докумен- тов с информацией, используемой в процессе работы ЦМП ЧС и должна содержать следующие виды ин- формации: – оперативную информацию – информацию, кото- рая часто используется и часто изменяется; – условно-постоянную информацию – информа- цию, которая часто используется и редко изменяется; – архивную информацию – информацию, которая редко используется и не изменяется. Оперативная информация должна включать в себя данные по объектам жилищно-коммунального хозяй- ства (ЖКХ) и энергосистем, метеорологические, гид- рологические, сейсмические, радиационные данные, а также данные, поступающие от системы инструмен- тального мониторинга. Элементами условно-постоянной информации яв- ляются: – унифицированные формы статистической и опе- ративной отчетности, предназначенные для определе- ния состава и формы представления информации по мониторингу; – нормативно-справочная информация; – классификаторы и справочники. Система классификации и кодирования включает в себя: – общероссийские и краевые классификаторы; – отраслевые и ведомственные справочники; – системные справочники. Состав и содержание справочной информации должны обеспечивать автоматизацию функциональ- ных задач ЦМП ЧС. Помимо согласования данных, собранных из различных внутренних и внешних ис- точников, необходимо отслеживать поступление дан- ных и обеспечивать их достоверность. В результате исследования деятельности ЦМП ЧС и анализа взаимодействия участников СМП выявлены следующие основные проблемы интеграции данных: – значительный объем и разнородный состав данных; – наличие структурированных, частично структу- рированных и неструктурированных данных; – большое количество внешних источников посту- пления данных; – распределенная структура межведомственного взаимодействия; – разные периоды поступления данных; – отсутствие положений и регламентов о порядке информационного обмена между взаимодействую- щими структурами в рамках краевой системы мони- торинга и прогнозирования ЧС. Все эти проблемы требуют как технических, так и организационных решений, оказывающих сущест- венное влияние на процесс автоматизации поступле- ния ведомственных ресурсов и доступа к ним и вы- полнение поставленных задач. 16 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Состав информации специализированного хра- нилища данных мониторинга ЧС. Одной из перво- очередных задач проектирования специализированно- го хранилища данных является определение состава информации, что позволит систематизировать данные предметной области, сформировать структуру их хра- нения и обеспечить возможность для поэтапного на- ращивания количественного и качественного состава данных в хранилище. С учетом большого объема информации, получае- мой краевой системой мониторинга и прогнозирова- ния ЧС, определен набор данных первой очереди спе- циализированного хранилища, охватывающий ряд обстановок территориальной безопасности: обстанов- ку на объектах жилищно-коммунального хозяйства, метеорологическую, гидрологическую, сейсмическую и радиационную обстановки. Согласно указанным сферам мониторинга входные информационные потоки содержат: – данные об организации мероприятий по контро- лю за подготовкой и прохождением отопительного сезона; – данные о подготовке жилищно-коммунального хозяйства к работе в зимних условиях; – данные о состоянии объектов жилищно-комму- нального хозяйства; – данные прогноза погоды и предупреждений об опасных и неблагоприятных погодных явлениях; – данные по грозовой активности; – данные о режиме рек и водохранилищ; – данные о режиме работы гидроэлектростанций; – данные о ледовых явлениях и прогноз вскрытия рек; – данные об уровне весеннего половодья и об ор- ганизации безаварийного пропуска паводковых вод; – данные о зарегистрированных сейсмических со- бытиях; – данные о радиационном излучении. Выходные информационные потоки содержат аг- регированные данные по исходной обстановке на тер- ритории Красноярского края. Эффективное поэтапное наращивание состава данных специализированного хранилища, а также их интеграция с историческими и оперативными данны- ми обеспечивается за счет использования единых об- щероссийских, ведомственных и отраслевых справоч- ников и классификаторов. Одним из основных классификаторов является общероссийский классификатор объектов админист- ративно-территориального деления, обеспечивающий территориальную привязку мониторинговых данных и возможность применения технологий геоинформа- ционного моделирования [7]. Основной объем нормативно-справочной информа- ции предоставляют отраслевые и ведомственные спра- вочники, в которые включены следующие данные: – о типах ЧС; – масштабах ЧС; – отрядах федеральной противопожарной службы; – видах объектов ЖКХ; – типах аварий на объектах ЖКХ; – водозаборах; – водопроводных сетях; – канализационных сетях; – теплоисточниках; – трансформаторные подстанциях; – метеостанциях; – явлениях погоды; – районах прогноза погоды; – гидрологических постах; – реках; – участках вскрытия рек; – ледовых явлениях; – затороопасных участках; – гидроэлектростанциях; – гидрологических явлениях; – сейсмостанциях; – типах сейсмических событий; – видах сейсмической опасности и др. Кроме указанных справочников и классификато- ров, для обеспечения централизованного сбора и ана- литической обработки данных в информационный состав хранилища включены специально созданные (системные) справочники по источникам финансиро- вания, типам и учреждениям социальной защиты, ви- дам топлива, типам котлов котельных, типам генера- торов дизельных электростанций, о характере ледо- става и др. Таким образом, определен состав специализиро- ванного хранилища данных, который основан на ин- формационной интеграции мониторинговых данных, поступающих от взаимодействующих структур крае- вой системы мониторинга и прогнозирования ЧС и обеспечивающих эффективную информационную поддержку планирования, организации и контроля мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС на территории края. Предложения по реализации специализирован- ного хранилища данных мониторинга ЧС. В соот- ветствии с рассмотренными выше особенностями предметной области необходима определенным обра- зом организованная структура хранилища данных, объединяющая исторические данные и оперативную информацию, и специализированные программные средства управления хранилищем данных. Структура хранилища данных должна отражать состав его основных информационных блоков: спра- вочные данные, фактические данные и метаданные. Для реализации эффективного функционирования ХД необходимы специфические форматы метаданных. Метаданные должны быть организованы в отдельную структуру – репозитарий, который позволяет осуще- ствлять быструю навигацию по различным уровням данных, и предоставлять информацию об источниках данных, операциях их обработки и агрегирования. Кроме того, метаданные должны содержать описание структур данных хранилища, структур данных, им- портируемых из разных источников, сведения о пе- риодичности импортирования, методах загрузки и обобщения данных, средствах доступа и правилах представления информации. 17 Математика, механика, информатика Структура хранилища данных должна быть опти- мизирована для выполнения сложных запросов и по- строена на основе наиболее эффективных моделях представления данных. Эта структура должна быть основана: – на единых правилах наименования объектов; – единых единицах измерения для однотипных объектов; – едином физическом представлении однотипных объектов; – единых атрибутах представления однотипных объектах. Программные средства управления хранилищем данных, предназначенные для накопления, хранения и предоставления централизованных информационных ресурсов на базе специализированного хранилища данных, должны обеспечить выполнение следующих функций: – управление структурой данных: создание, удале- ние и редактирование основных объектов хранилища и установление связей между ними; – управление репозитарием хранилища: создание, редактирование метаданных, их просмотр, навигации по хранилищу, использование для обработки и за- грузки данных; – предварительная обработка и импорт данных, поступающих из распределенных взаимодействую- щих структур; – поддержка средств аналитической обработки мониторинговых данных; – ведение архивов данных. Для реализации специализированного хранилища данных системы мониторинга и прогнозирования ЧС и управления мониторинговыми данными предложе- но использовать разработанную в Институте вычис- лительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук программную систему «Менеджер хранилища данных» [10], которая позво- ляет формировать структуру централизованного хра- нилища, осуществлять ее регулярное наполнение данными из внешних источников и обеспечивать эф- фективную поддержку процессов мониторинга ЧС. Таким образом, в результате исследования дея- тельности Центра мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций Главного управления МЧС России по Красноярскому краю определены основные задачи и выявлены проблемы интеграции мониторин- говых данных. Сформированы требования и состав хранилища данных, предложена структура, объеди- няющая исторические данные и оперативную инфор- мацию. Интеграция данных на основе специализиро- ванного хранилища мониторинга ЧС обеспечит фор- мирование единого информационного пространства краевой системы мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера. Предложенная структура организации данных в сочетании с разрабо- танной технологической базой отвечает всем выяв- ленным в ходе исследования требованиям и обеспе- чивает эффективную поддержку процессов монито- ринга ЧС.×
Авторлар туралы
K. Badmaeva
T. Penkova
Email: Penkova_t@icm.krasn.ru.
V. Nicheporchuk
Email: valera@icm.krasn.ru.
Әдебиет тізімі
- Ничепорчук В. В., Ноженков А. И., Ножен- кова Л. Ф. Система комплексной поддержки управле- ния по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций ЭСПЛА-ПРО : программа для ЭВМ. Зарег. в Роспатенте. Свидетельство об офиц. регистрации № 2009615944 от 27.10.2009.
- Система анализа данных мониторинга чрезвы- чайных ситуаций OLAP-GIS : программа для ЭВМ / Л. Ф. Ноженкова, В. В. Ничепорчук, А. А. Марков, А. А. Евсюков. Зарег. в Роспатенте. Свидетельство об офиц. регистрации № 2011612987 от 14.04.2011.
- Inmon W. Building the Data Warehouse. N. Y. : John Willey & Sons, 1992.
- Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. 7-е изд. М. : Вильямс, 2001.
- Ноженкова Л. Ф., Шайдуров В. В. OLAP-тех- нологии оперативной информационно-аналитической поддержки организационного управления // Информ. технологии и вычисл. системы. 2010. № 2. С. 15–27.
- Пенькова Т. Г., Коробко А. В. Построение инте- гральной OLAP-модели на основе формального кон- цептуального анализа // Информатизация и связь. 2011. № 3. С. 23–25.
- Ноженкова Л. Ф., Евсюков А. А., Ноженков А. И. Методы управления и геоинформационного модели- рования в технологии OLAP // J. of Siberian Federal Univ. Engineering & Technologies. 2009. Т. 2. С. 49–58.
- Жучков Д. В. Автоматизация обработки боль- ших массивов данных // Открытое образование. 2006. Прил. С. 56–62.
Қосымша файлдар
![](/img/style/loading.gif)