The principles of organization of the information support system for vibroseismic research are considered. The system provides a holistic view of the subject area and various aspects of scientific activity, covering all the main stages of scientific research: experiment, modeling, bibliography, publication of results and their discussion. The informational model of the system is the domain ontology.
В работе рассмотрены принципы организации системы информационной поддержки вибросейсмических исследований. Система обеспечивает целостное представление предметной области и различных аспектов научной деятельности, охватывая все основные этапы научных исследований: эксперимент, моделирование, библиографию, публикацию результатов и их обсуждение. Информационной моделью системы является онтология предметной области.
Ключевые слова: активная сейсмология, онтология, научные сервисы
Отличительной особенностью вибрационного метода [2] по отношению с прочими методами активного воздействия на среду является экологическая безопасность и повсеместность применения. Использование мощных вибрационных источников низкочастотного диапазона дает возможность проведения исследований глубинного строения земной коры и геодинамических процессов в сейсмоопасных и вулканических зонах, а также изучение устойчивости глубинных фундаментов в районах строительства и эксплуатации экологически опасных сооружений.
В последние годы происходит интенсивное накопление информации по всем составляющим метода ВПЗ. Это связано с тем, что современные высокоточные научные инструменты, применяемые при проведении натурных экспериментов, порождают все большие объемы данных. Также, приходится работать с большими объемами синтетических данных, полученными при численном моделировании волновых процессов в сложно построенной среде.
Принято считать, что в современном мире наиболее перспективны те исследования, которые проводятся на стыке разных наук. В связи с этим представляется актуальной задача создания такой научной среды, которая позволит участникам процесса научных исследований, представляющим различные научные направления наук о Земле, использовать разнородные распределенные ресурсы.
Особенностью научных сервисов [3] информационной поддержки научных коллективов является: необходимость включения подробной информации о персонах, связи персон сохраняют актуальность; необходимость включения подробной информации о структуре групп; возможность вхождения персоны сразу в несколько групп; максимально подробное представление информации о предмете деятельности; наличие связей между персонами и предметом деятельности.
В лаборатории геофизической информатики ИВМиМГ СО РАН разработана система информационной поддержки исследований в области активной сейсмологии, охватывающая все этапы научных исследований предметной области: полевые эксперименты, обработку и анализ данных, вычислительные эксперименты, публикацию и обсуждение результатов исследований. Целостное представление предметной области и научной деятельности обеспечивает Портал знаний по активной сейсмологии. Портал знаний разработан средствами, предоставленными Лабораторией искусственного интеллекта ИСИ СО РАН [4].
Архитектура интернет-ресурса. Архитектуру интернет-ресурса по поддержке вибросейсмических исследований можно представить в виде двух взаимодействующих подсистем (рис. 1). Первая из них – Научная информационная система (НИС) «Активная сейсмология» [5] – обеспечивает доступ пользователей к данным, полученным в ходе полевых и вычислительных экспериментов по ВПЗ и средствам их анализа, а также включает в себя пополняемую пользователями тематическую электронную библиотеку, содержащую отчеты, полные тексты статей и другие документы.
Рис. 1. Структура интернет-ресурса.
Вторая – Портал знаний – предназначен как для систематизации данной предметной области в целом, так и разнородных данных и средств их обработки, представленных в НИС. Концептуальным базисом информационной модели портала знаний является онтология предметной области «Активная сейсмология» [6].
Основные компоненты НИС «Активная сейсмология»: 1. Информационно-вычислительная система по глубинному сейсмическому просвечиванию Земли (ИВС «Вибросейсмическое просвечивание Земли» [7], которая обеспечивает выполнение следующих основных функций: получение из базы данных подробной информации по любому из проведенных экспериментов; индексный и параметрический поиск сейсмотрасс одновременно по 18 параметрам вибропросвечивания; автоматическое построение по результатам поиска интерактивных карт с обозначенными на них сейсмическими источниками и регистраторами; интерактивный анализ сейсмических сигналов во временной, частотной, частотно-временной и пространственной областях. Анализ осуществляется в режиме онлайн с отображением результатов в веб-браузере пользователя. 2. База данных результатов вычислительных экспериментов (Синтетические сейсмограммы). 3. Архив снимков волнового поля (Волновые поля). В архивах представлены файлы волновых форм синтетических сейсмограмм и снимков волновых полей, которые являются результатами математического моделирования с использованием высокопроизводительных кластеров Сибирского суперкомпьютерного центра [8,9]. 4. Пополняемая пользователями база данных научных работ – электронная библиотека и пополняемый пользователями библиографический каталог. Для пользователей предусмотрена возможность комментирования статей и установления контактов с авторами. Портал знаний обеспечивает целостное представление знаний о предметной области, устанавливает взаимосвязи между относящимися к этой науке событиями, объектами, результатами и методами исследования и обеспечивает доступ к ним через Интернет. В качестве концептуальной основы и информационной модели портала знаний используется онтология, разработанная авторами статьи [6].
Онтология портала вводит формальные описания понятий предметной области в виде классов объектов и отношений между ними, тем самым задавая структуры для представления реальных объектов и их связей. В соответствии с этим данные на портале представлены в виде семантической сети, т.е. как множество разнотипных взаимосвязанных информационных объектов. Содержательный доступ к систематизированным знаниям и информационным ресурсам обеспечивается с помощью предоставляемых порталом развитых средств навигации и поиска, функционирование которых также базируется на онтологии.
Пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс интернет-ресурса по активной сейсмологии имеет две точки входа, т.к. каждая из подсистем снабжена пользовательским интерфейсом.
На рис. 2 представлена страница Портала знаний с описанием объекта «Экспедиция «Эльбрус2010», относящегося к подклассу «Экспедиционные работы» класса «Деятельность». Портал устанавливает семантическую связь между объектом, организациями и персонами, участвующими в экспедиции, публикациями, описывающими эту деятельность, объектом исследования, а также результатами исследований, представленными в НИС «Активная сейсмология».
Рис.2. Страница Портала. На рис. 3а представлена страница ИВС «Вибрационное просвечивание Земли», содержащая описание эксперимента – результат перехода по гиперссылке «101-Эксперимент «Эльбрус-2010». На рис. 3б – результат перехода по гиперссылке «101 – Экспериментальные данные» – страница ИВС, предоставляющая доступ к данным Эксперимента и их анализу.
а На рис. 4 представлена главная страница НИС «Активная сейсмология». Пользовательское меню позволяет обращаться непосредственно к разделам информационной системы.
Заключение. Представленная НИС «Активная сейсмология» обеспечивает интеграцию тематических информационных ресурсов и содержательный доступ к результатам полевых и вычислительных экспериментов по активному вибросейсмическому мониторингу, интерактивный анализ данных, автоматическое построение интерактивных карт районов полевых работ. Взаимосвязь между деятельностью исследователей, результатами этой деятельности, персонами и организациями, осуществляющими исследования в области активной сейсмологии, обеспечивает Портал знаний.
Реализация семантической интеграции и семантически обусловленного поиска информации в разрозненных интернет-ресурсах обеспечивает лучшее понимание и взаимодействие исследователей, представляющих не только активную сейсмологию, но и смежные направления геофизики.
Результаты, представленные в статье, получены при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ № 15-07-06821 и Программы Президиума РАН № 18.