ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 3-13
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.47
ТЕХНОЛОГИИ И СТАНДАРТЫ В ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ ПОЧВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ БАЗЫ ДАННЫХ РОССИИ*
© 2015 г. О. М. Голозубов1, В. А. Рожков2, И. О. Алябина3, А. В. Иванов3, В. М. Колесникова3, С. А. Шоба3
1 Факультет биологических наук Южного федерального университета, 344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42 e-mail: oleggolozubov@gmail.com 2Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
e-mail: rva39@mail.ru
3 Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: alio@yandex.ru Поступила в редакцию 28.03.2014 г.
Изложены достижения, проблемы и задачи современного этапа развития проекта "Почвенно-гео-графическая база данных России" (ПГБД). Освещена история применения информационных технологий в отечественном почвоведении, возникновения и становления проекта. Приводится описание созданного программного средства и интернет-ресурса — Информационной системы ПГБД РФ, на базе которой осуществляется формализованный сбор данных по почвенным профилям и объединение географической и профильно-атрибутивной баз данных на единой вычислительной платформе в Интернет.
На примере пилотного региона Ростовской обл. осуществляется подключение региональной информации в ПГБД РФ и ее использование для решения практических задач. Впервые в России для информационного обмена почвенными данными в сети Интернет применен и внедрен в государственную систему агромониторинга земель сельскохозяйственного назначения Ростовской обл. стандарт GeoRSS, основанный на структурированном гипертекстовом представлении географической и атрибутивной информации.
Ключевые слова: базы данных почв, геоинформационные системы, стандарты информационного обмена, мониторинг.
DOI: 10.7868/S0032180X15010062
ВВЕДЕНИЕ
Применение информационных технологий в деле обработки данных и инвентаризации почв, осуществления мониторинга состояния почвенного покрова и принятия управленческих решений становится первостепенной задачей мирового почвоведения. Эти работы стимулируют интеграционные процессы в области формирования единых подходов в диагностике и классификации почв, применения сходных единиц измерения и методик, а также критериев по организации глобального почвенно-экологического мониторинга. В последние десятилетия достигнуты успехи в работах по созданию баз данных (БД) по почвенным ресурсам и внедрению этих результатов в практическое русло. Однако уровень разработки этого направления неравномерно разный по отдельным странам. Наибольший опыт достигнут в
* Исследования выполнены при финансовой поддержке проекта № 885 Министерства образования и науки РФ.
странах Западной Европы, Северной Америки, Австралии [26, 28, 32].
Применение информационных технологий в отечественном почвоведении берет начало с конца 70-х годов прошлого столетия [14]. Эти работы посвящены стандартизации и кодированию показателей свойств почв [13, 21], нацелены на разработку унифицированной почвенной терминологии. В итоге создан целый ряд почвенных информационных систем (ИС) [16, 31]. Работы выполнялись на доступной в то время вычислительной технике (в Австралии даже на магнитофонах [14]), а системы управления базами данных (СУБД) приходилось создавать с нуля.
Впоследствии ИС и их математическое обеспечение быстро совершенствовались [1, 17]. Большим коллективом авторов была проведена инвентаризация земельных ресурсов России и в том числе почвенного покрова, оформленная (off-line) в виде CD-ROM [34], стал решаться во-
прос интеграции отечественных БД и БД Европейского Союза [20]. Для широкой аудитории почвоведов, студентов и аспирантов соответствующих факультетов были опубликованы пособия по почвенной информатике [18].
Работы над проектом "Почвенно-географиче-ская база данных России" были инициированы Обществом почвоведов им. В.В. Докучаева в 2005 г. [24] и вступили в активную фазу в 2008 г. [25]. К 2010 г. была разработана структура атрибутивных данных [9], создана программа для локального ввода почвенных данных Soil-DB ver.1 [1], модуль приема и конвертации данных на сервере. Также были намечены задачи по разработке программного обеспечения — программы для администрирования и редактирования данных, программы ввода данных при подключении к Интернет, программы для локального ввода почвенных данных, модуля удаленных запросов в СУБД (поиска данных по метаданным) и выдачи информации через Интернет. Ставились задачи по инвентаризации и формализации архивных почвенных данных, развитию информационного обеспечения научно-исследовательских работ и образовательных программ. Планировалось подключение в БД пространственных данных и их консолидация с атрибутивно-профильными данными. Работы в этом направлении продолжались на протяжении всех последних лет.
В настоящее время начат этап полномасштабного составления Почвенно-географической базы данных России — ПГБД [2, 23]. Подготовлен и опубликован Единый государственный реестр почвенных ресурсов России, включающих описание почв, почвенных ресурсов субъектов РФ, почвенно-экологического районирования и цифровой модели описания почвенных данных, в том числе на компакт-диске [7].
Задачи практического плана реализованы в виде информационной системы ПГБД РФ [22], в цифровом виде накоплен значительный фактический материал по почвенным ресурсам России [8, 12], произведено объединение географической и профильно-атрибутивной баз данных на единой вычислительной платформе в Интернет.
ИС ПГБД РФ является программным средством и интернет-ресурсом (http://www.soil-db.ru/), предназначенным для формализованного сбора данных по почвенным профилям в автономном (локальном) и оперативном (Интернет) режимах. Локальная СУБД формата MS Access имеет иерархическую структуру таблиц-классификаторов, синхронизированную со справочниками в основной БД, размещенной на сервере. Результатом работы локальной программы является структурированное описание одного или нескольких почвенных профилей, дополненное личной карточкой "поставщика информации". ИС позволяет
осуществить подгрузку (upload) заполненных в автономном режиме данных в интернет-ресурс, провести экспертную оценку достоверности и принять решение о включении информации в базу данных. В оперативном режиме (интернет-клиент) возможна корректировка (модификация) введенных данных с помощью интерфейса, полностью аналогичного автономному по внешнему виду и набору классификаторов.
Информация о географических координатах почвенных профилей в ИС позволяет отобразить их на картах России. В настоящее время картографический блок ИС ПГБД включает серию карт в векторном виде: почвенную М 1 : 2500000 [12]; почвенно-экологического районирования в таком же масштабе [8], административного деления РФ М 1 : 1000000. Веб-интерфейс позволяет пользователю просмотреть взаимное расположение разрезов и почвенных контуров на статической карте и получить информацию о наличии и характеристиках разрезов и почвенных контуров в заданном прямоугольнике. Также реализована возможность отображения профилей и информации о них на динамически-подключаемой (online) карте Yandex.
Картографическое отображение информации — расположение разрезов — позволяет осуществить дополнительный контроль введенных данных. Имеется возможность получения атрибутивной информации почвенных контуров (из самих карт) и выполнение различных вычислений для взаимного пространственного расположения точечных (профили) и полигональных (почвенные контуры, природные зоны и т.п.) объектов (например, усреднение параметра в пределах геометрического или естественного полигона).
Одним из мощных средств анализа хранимой информации является запросная форма, по внешнему виду аналогичная формам ввода и редактирования атрибутивной информации. Отличие запросной формы заключается в представлении числовых данных (например, высота разреза над уровнем моря, различные параметры физико-химического анализа образцов) интервалами, в которых должны находиться запрашиваемые данные. Качественные и именные показатели выбираются при совпадении значений. Незаполненные поля ("не определено" для классификаторов и "0" для числовых данных) во внимание не принимаются и в запросе не участвуют. Отбор данных производится по логической схеме "И" для всех заполненных полей ввода. Поисковая форма позволяет отбирать профили и образцы (горизонты) по любому из почвенных показателей, соответственно, профиля и горизонта. Результаты поиска могут быть отображены на картах или выгружены по запросу в табличном формате для автономных расчетов.
Реализована возможность подгрузки (upload) в БД авторских фотографий (изображений) профиля (горизонтов) почвы (до трех фотографий на профиль), а также ряд других решений, более подробно описанных в [22]. Всего в СУБД содержится 180 таблиц справочников-классификаторов для ввода и описания классификаторов почвенных признаков, собственно таблицы с данными по профилям и горизонтам. В настоящее время в ПГБД РФ структура блока атрибутивной информации включает 45 показателей для почвенного профиля, 250 показателей для каждого из горизонтов (образцов).
Проект ПГБД изначально был рассчитан на постоянное развитие системы и расширение ее функциональности в том числе на основе геоинформационных систем (ГИС), необходимость использования которых для целей инвентаризации почв подчеркивалась специалистами [19]. Развитие информационных технологий, успехи зарубежных национальных почвенных ИС такого уровня, появление реально работающих ИС отраслевого и регионального уровня в России делают актуальными ряд задач, формулировка которых является предметом настоящей статьи и выполнение которых является целью следующего этапа развития ПГБД РФ. Перечень этих задач, стоящих в настоящее время перед разработчиками проекта, можно условно разбить на три группы:
— задачи, связанные с подключением в ПГБД РФ региональной информации, с учетом специфики каждого из регионов, с развитием механизмов массового пополнения, корректировки и актуализации почвенных данных;
— задачи, связанны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.