В работе представлена архитектура регионального геопортала для комплексного экологического мониторинга Мурманской области, ориентированного на интеграцию разнородных источников пространственной информации. Специфика арктического региона — суровый климат, труднодоступность территорий, высокая экологическая уязвимость — требует регулярного наблюдения за состоянием ледового покрова, тундровой растительности и инфраструктуры, а также за пожарной обстановкой, что невозможно обеспечить только наземными методами. Основными источниками информации становятся дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) и данные аэрофотосъёмки с беспилотных авиационных систем (БАС), однако их эффективное использование требует создания гибкой интегрированной платформы.

Для решения этих задач разработана модульная микросервисная архитектура на базе открытого программного обеспечения. Инфраструктура развёрнута на платформе гибридной виртуализации Proxmox VE, сочетающей гипервизор KVM и контейнеры LXC: это позволяет изолировать ресурсоёмкие аналитические модули при минимальных накладных расходах. Центральным ядром управления геоданными выбран NextGIS Web, предоставляющий единый REST API, поддержку стандартов OGC и гибкую систему разграничения прав доступа.

Предложен унифицированный пятиуровневый шаблон контейнеризованного аналитического модуля, включающий среду выполнения, хранилище пространственных данных PostgreSQL/PostGIS, вычислительное ядро на Python/Django, интерфейсный слой с REST API и изолированную сетевую подсистему. На его основе созданы специализированные сервисы, которые рассчитывают вегетационные индексы NDVI и SAVI, обнаруживают пожары, отслеживают динамику кромки льда, контролируют атмосферные параметры, агрегируют метеоданные с применением интерполяции радиальными базисными функциями (RBF) и обрабатывают материалы БАС с извлечением геопривязки из GeoTIFF.

Публичная веб-витрина развёрнута на платформе Tilda с использованием CDN и домена «мониторинг-арктики.рф», а специализированные интерактивные виджеты реализованы на Vue.js на основе NextGIS Frontend. Исследование показало, что сочетание микросервисной архитектуры, гибридной виртуализации и открытого геоинформационного ядра обеспечивает масштабируемость, отказоустойчивость и экономическую эффективность региональных ГИС в задачах экологического мониторинга Арктики. Полученные результаты могут быть перенесены на другие арктические регионы после адаптации набора аналитических модулей к их природно-климатическим условиям.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-17-20021, https://rscf.ru/project/24-17-20021/ и Минобрнауки Мурманской области согласно Соглашению от 03.05.2024 г. № 199.

Ключевые слова: геопортал, микросервисная архитектура, Арктика, дистанционное зондирование Земли, NextGIS Web, контейнеризация, гибридная виртуализация, REST API, обработка пространственных данных

Литература:

Wenzl M., Baumhoer C.A., Dietz A.J., Kuenzer C. Vegetation Changes in the Arctic: A Review of Earth Observation Applications // Remote Sensing. – 2024. – Vol. 16, No. 23. – P. 4509. – DOI: 10.3390/rs16234509.
2. Bi W., Yu H., Zhang X. et al. Image reconstruction of Arctic sea ice using SWIM data at small incidence angles // Scientific Reports. – 2025. – Vol. 15. – P. 23386. – DOI: 10.1038/s41598-025-07244-7.
3. Faifura V., Manzhula V., Tsiaputa A., Striletskyi M., Franko Y. Review of GIS Architecture for Environmental Monitoring: from Standalone Monoliths to AI-Ready Systems // CEUR Workshop Proceedings. – 2025. – Vol. 3974. – P. 50–62.
4. Дьячкова А.В., Путилова Е.А., Циплакова Ю.В., Шуталева А.В. Облачная микросервисная платформа интеллектуального экологического мониторинга промышленных территорий // Известия Тульского государственного университета. Серия: Науки о Земле. – 2025. – № 4. – С. 102–108.
5. Meng F., Zhou J., Kong D., Yao M., Wu K., Liu X., Wang X., Guo Y. The Design and Implementation of Geospatial Information Verification Middle Platform for Natural Resources Government Affairs // ISPRS International Journal of Geo-Information. – 2022. – Vol. 11, No. 10. – P. 496. – DOI: 10.3390/ijgi11100496.
6. Belaabed A., Atoui R., Dadda A., Moncef T.A., Larabi M. El Amin, Iftene M. GeoAI-Platform: A Web-Based Microservice Architecture for Democratizing Geospatial Intelligence // 2025 International Conference on Artificial Intelligence and Innovative Applications (AIIA). – Boumerdes, Algeria, 2025. – P. 1–5. – DOI: 10.1109/AIIA68273.2025.11383697.
7. Zhao Y. Architecture design of a distributed workflow platform based on microservice architecture // SPIE Digital Library. – 2023. – DOI: 10.1117/12.2678901.
8. Lyu H., Miao L., Jiao D., Zhong Q. The Design of Scalable Web GIS Microservice Framework for Undergraduate Education // ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. – 2023. – Vol. X-5/W1-2023. – P. 45–49. – DOI: 10.5194/isprs-annals-X-5-W1-2023-45-2023.
9. Schilling S., Clemen C. Terraintwin – Microservice Architecture for the Integration of Geodata (GIS) and Building Models (BIM) Using Link Models // FIG Working Week 2023: Protecting Our World, Conquering New Frontiers. – Orlando, Florida, USA, 2023. – Paper No. 11873.
10. Ямашкин А.А., Ямашкин С.А. Геопорталы как инструмент доступа к облачным хранилищам данных о метагеосистемах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. – 2022. – Т. 22, вып. 4. – С. 251–261. – DOI: 10.18500/1819-7663-2022-22-4-251-261.
11. Liu W., et al. Open Polar Server (OPS)—An Open Source Infrastructure for the Cryosphere Community // ISPRS International Journal of Geo-Information. – 2016. – Vol. 5, No. 3. – P. 32. – DOI: 10.3390/ijgi5030032.
12. Ковалев И.В. Опыт применения NextGIS Web в мониторинге окружающей среды // Современные проблемы геоинформатики. – 2023. – № 2. – С. 45–56.
13. Яросевич И.И., Ершов А.В. Сравнительный обзор веб-платформ, обеспечивающих хранение и организацию многопользовательского доступа к геоданным и создание веб-карт // Регулирование земельно-имущественных отношений в России: правовое и геопространственное обеспечение, оценка недвижимости, экология, технологические решения : сборник материалов V Национальной научно-практической конференции. – Новосибирск : СГУГиТ, 2022. – Ч. 3. – С. 246–250. – DOI: 10.33764/2687-041X-2022-3-246-250.
14. Цыдыпова М.В. Методика разработки научно-образовательного геопортала на базе NextGIS // ИнтерКарто. ИнтерГИС. – 2023. – Т. 29. – С. 345–357.
15. Santoro M., Mazzetti P., Nativi S. Virtual earth cloud: a multi-cloud framework for enabling geosciences digital ecosystems // International Journal of Digital Earth. – 2023. – Vol. 16, No. 1. – P. 43–65. – DOI: 10.1080/17538947.2022.2162986.
16. Menegon S., Fadini A., Perini L. A geoportal of data and tools for supporting Maritime Spatial Planning in the Adriatic-Ionian Region // Environmental Modelling & Software. – 2023. – Vol. 160. – P. 105585. – DOI: 10.1016/j.envsoft.2022.105585.
17. Jiang H., van Genderen J., Mazzetti P., Koo H., Chen M. Current status and future directions of geoportals // International Journal of Digital Earth. – 2020. – Vol. 13, No. 10. – P. 1093–1114. – DOI: 10.1080/17538947.2019.1603331.
18. Петрова А.В., Вагер Б.Г. Весовые кубические и бикубические сплайны при анализе гидрометеорологических наблюдений // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. – 2016. – Вып. 583. – С. 149–161.
19. Economou T., Lazoglou G., Tzyrkalli A., Constantinidou K., Lelieveld J. A data integration framework for spatial interpolation of temperature observations using climate model data // PeerJ. – 2023. – Vol. 11. – P. e14519. – DOI: 10.7717/peerj.14519.

XXIV.B.276

Слабосвязанная архитектура регионального геопортала как основа для интеграции гетерогенных данных для экологического мониторинга

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга