Проекты
Конкурсные проекты

Виртуальный Гербарий ALTB: растения Алтайской горной страны


Тип участника::  Авторский/творческий коллектив
Полное наименование организации/физического лица/авторского или творческого коллектива:  Авторский коллектив в лице Ваганова А.В. и Дмитриева Д.А.
В лице (для организации или авторского/творческого коллектива указывается ФИО и должность руководителя):  Ваганова Алексея Владимировича, старшего научного сотрудника УПБП «Южно-Сибирский ботанический сад» ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет»
Интернет-сайт заявителя:  http://altb.asu.ru/index.php
Контактное лицо: ФИО:  Ваганов Алексей Владимирович
ФИО всех участников авторского/творческого коллектива:  Ваганов Алексей Владимирович, Дмитриев Денис Александрович
Идея и краткое описание ИТ-проекта:  ИТ-проект является ведущей цифровой базой знаний и хранилищем эмпирического материала о точном местонахождении и разнообразии растений Алтайской горной страны. ИТ-проект вносит в клад в изучение одного из ключевых экорегионов планеты с высочайшим уровнем концентрации биологического разнообразия – трансграничные регионы Алтайской горной страны (АГС) – горные и предалтайские территории России (Алтайский край, Республика Алтай), Казахстана, Монголии и Китая.
Богатое биоразнообразие АГС играет важнейшую средообразующую, продукционную и хозяйственную роль в национальном экономическом ландшафте азиатского региона. Дикая флора Алтайского края и прилегающих территорий АГС являются базовым природным активом и генетическим резервом, которые обладают высочайшим потенциалом в решении социальных задач экологической безопасности и природоохранной деятельности.
Перечень решаемых задач:  – создание и продвижение крупнейшего научного депозитария по фиторазнообразию (совокупность и разнообразие растений) Алтайской горной страны (далее – АГС) в мировой цифровой среде биологических данных;
– предоставление заинтересованным пользователям – ученым, экологам и представителям государственных ведомств охраны природы, обучающимся и исследователям природы, востребованной информации о фиторазнообразии территории АГС и прилегающих территорий;
– проведение флористического, биоклиматического, биоресурсного и геоэкологического мониторинга на основании точных данных о распространении хозяйственно-ценных (лекарственные, пищевые и др.), редких и эндемичных и пр. растений  с территории АГС;
– стабильная публикация открытых данных о местонахождениях растений высокогорной флоры АГС в Глобальную информационную систему по биоразнообразию (GBIF.org), пополнение единого хранилища биоданных в целях научного обмена информацией;
– развитие и продвижение одного из крупнейших Гербариев России - Гербария ALTB (АлтГУ, Барнаул, физическая коллекция занимает седьмое место в РФ, цифровая – третье в мире), поддержание цифровой коллекции на национальном сервере;
– развитие научной грамотности в исследовательских группах обучающихся университета по глобальной спецификации данных Darwin Core, адаптация деятельности исследователей к мировым стандартам, используемых в биологии и экологии;
–    решение научных проблем в систематике и морфологии перспективных групп растений, обитающих на территории четырех стран – Россия, Китай, Казахстан, Монголия;
– привлечение ведущих в своей области исследования ученых мира, заинтересованных в изучении биоразнообразия АГС.
Описание функциональных возможностей и элементов проекта:  ИТ-проект «Виртуальный Гербарий ALTB: растения Алтайской горной страны» представляет собой датасет (база данных), представленной на сайте «Virtual Herbarium ALTB» – http://altb.asu.ru/, и индексируемой в GBIF (глобальной информационной системе по биоразнообразию, https://www.gbif.org/) – https://www.gbif.org/dataset/2dda31ff-f776-452f-9a4b-d5229f6e3494. Обучение навыкам работы  по мобилизации данных по биоразнообразию АГС производиться на авторском куре российской образовательной платформы Stepik – http://stepik.org (https://stepik.org/course/60859/). Объединение молодых исследователей реализовано в рамках группы ВК https://vk.com/kompbio и сетевой международной площадки для ученых исследователей Алтая «FloraAltaica» (http://altaiflora.asu.ru).
Основой для эмпирических сведений базы данных «Virtual Herbarium ALTB» является Гербарий Южно-Сибирского ботанического сада Алтайского государственного университета. Он с 1996 г. включен в международный Союз гербариев мира (Index Herbariorum) под акронимом ALTB. На сегодняшний день это один из самых динамично развивающихся гербариев в России. По количеству числа гербарных образцов он занимает седьмое место в России среди университетских коллекций и коллекций институтов Академии наук (более 450 000 гербарных листов).
База данных «Virtual Herbarium ALTB» содержит цифровую копию гербарного листа, его уникальный номер (ваучер) и электронный вариант этикетки. Совместно с студентами на сегодняшний день для базы данных было оцифровано, набрано и опубликовано более 25 000 записей о растительных объектах АГС (этот трудоемкий процесс занял более трех лет – https://www.gbif.org/dataset/2dda31ff-f776-452f-9a4b-d5229f6e3494).
Сайт «Virtual Herbarium ALTB» проекта «Виртуальный Гербарий ALTB: растения Алтайской горной страны» подготовлен авторами ИТ-проекта и функционально выполнен с использованием языка программирования PHP и для облегчения отделения представления от логики приложения был использован шаблонизатор Smarty. Сайт взаимодействует с базой данных «Virtual Herbarium ALTB» и осуществляет структурированную визуализацию представленных  данных с использованием стандартизированного языка разметки документов  HTML. Для улучшения визуального представления географического положения представленных в базе данных образцов в проекте был использован API Яндекс.Карт, которые позволяет использовать картографические данные и технологии Яндекса в проекте. Логика созданного приложения позволяет формировать индивидуальную этикетку каждого гербарного листа представленного в базе данных «Virtual Herbarium ALTB».
Для последующей интеграции в Глобальную систему по биоразнообразию (GBIF.org) этикеточные сведения гербария ALTB, содержащие также координаты, были переведены в спецификацию Darwin Core. Darwin Core (http://rs.tdwg.org/dwc/terms/#dwc:identifiedBy) представляет собой, стандарт, разработанный международной группой «International Working Group on Taxonomic Databases For Plant Sciences (TDWG)» специально для обмена и хранения данных в биологии. В нашем случае для подготовки таблиц в csv (содержащих в том числе гиперссылку на цифровую копию на сайт «Virtual Herbarium ALTB») из этикетки гербария были выбраны 20 терминов Darwin Core. Процедура публикации данных в GBIF.org осуществляется с помощью специального программного обеспечения IPT (Integrated Publishing Toolkit), написанного на языке Java и функционирующего как серверное приложение с визуальным интерфейсом, доступным через браузер. IPT работает под управлением веб-сервера Apache и службы веб-приложений TomCat 7. Для нашего узла издателя данных в GBIF был инсталлирован свой IPT – http://altb.asu.ru/ipt (всего в мире 280 IPT узла в 73 странах, в РФ всего 8, в Сибири и Дальнем Востоке – 2).
Геопространственные данные коллекции уже сегодня позволяют обрабатывать и анализировать фиторазнообразие Алтайского края, прилегающей территории Алтайской горной страны и прочих экорегионов мира в целях установления новых местонахождений растительных объектов, выявления ареалов растений и их перспективных групп – лекарственных, пищевых, редких и эндемичных и пр.
Единой площадкой, которая бы объединила исследователей, заинтересованных в изучении биоразнообразия АГС выступает разработанная нами площадка «Flora Altaica» (http://altaiflora.asu.ru). В ней также собрана научная периодика по фиторазнообразию АГС.
Данные (этикеточные сведения, геопривязки и цифровые копии гербарных листов) хранятся на севере Алтайского государственного университета, доступны открыто через сеть Интернет всем заинтересованным пользователям для обработки и анализа.
Дата внедрения (в случае, если предполагается запуск проекта в эксплуатацию):  22.03.2019 09:10:00
Используемые платформы, средства разработки:  1.    http://altb.asu.ru –  веб-сервер Apache, mySQL,PHP, Smarty 3.1, JavaScript,HTML,CSS
2.    http://altb.asu.ru/ipt: IPT (Integrated Publishing Toolkit), Java, веб-сервер Apache, службы веб-приложений TomCat 7.
3.    спецификация Darwin Core (https://dwc.tdwg.org), как единая библиотека для интеграции БД Virtual Herbarium ALTB и GBIF
4.    использование открытого формата географических структур GeoJSON (районирование выделенных участков, адаптировано для сервисов GBIF).
5.    http://altaiflora.asu.ru – CMS WordPress
6.    MOOC «Компьютерные технологии в биологии» – функционал платформы Stepik.
Стоимость разработки системы:  400 тыс. руб
Средний размер ежегодных затрат на эксплуатацию:  10 тыс. руб
Перспективы развития:  Выполнение задач ИТ-проекта является целенаправленным процессом изучения и сохранения  растительного мира Алтайской горной страны в рамках международной программы «Barcode of LifeInitiative» – https://ibol.org (подпроект «BIOSCAN» на период 2019-2026), включенной в основу формируемой системы наблюдения Земли до 2045 года («Planetary Biodiversity Mission»).
Руководитель ИТ-проекта в 2021 году стал руководителем (от России) совместного проекта «BioDATA Advanced – баркодинг ДНК, биологические коллекции и полевые наблюдения для целей ускоренного исследования биоразнообразия» с Музеем естествознания в университете Осло и Южноафриканским Институтом Биоразнообразия (https://www.asu.ru/search/news/41353/). Проект рассчитан на период до 2025 года, поддерживается Норвежским агентством по международному сотрудничеству и повышению качества высшего образования в рамках масштабной программы UTFORSK. Основной платформой эмпирических данных в проекте является БД «Virtual Herbarium ALTB», а обучающим модулем – курс «Компьютерные технологии в биологии» на Stepik.
Одним из наиболее перспективным и потенциально обладающем высокой степенью коммерциализации проекта является направление экологической экспертизы. Проблема заключается в участившихся случаях судебных разбирательств между организациями недропользователями, занимающиеся добычей полезных ресурсов и общественными организациями, выступающими в защиту экологии и сохранению объектов животного и растительного мира, а также с привлечением третьих заинтересованных лиц со стороны власти – Министерство природных ресурсов и Министерство экономики. Причиной споров и больших экономических потерь для недропользователей в результате запрета на хозяйственную деятельность является отсутствие объективной методики (способа) для проведения экологической экспертизы (оценки) территории на наличие достоверных сведений о присутствии редких (краснокнижных), исчезающих и эндемичных видов растений (правила проведения экологической экспертизы устанавливаются Федеральным законом от 23.11.1995 N 174-ФЗ (ред. от 02.08.2019) «Об экологической экспертизе» и приказом Минюста РФ от 20.12.2002 №346). В ходе анализа судебных дел установлено, что для объективной оценки наличия краснокнижных видов и методов расчета ущерба не привлекаются никакие передовые достижения отечественной и зарубежной науки и техники, а также, порою отсутствуют ссылки на научную литературу по биологии отдельных объектов животных и растений. Наш проект поможет снять данные спорные вопросы и позволит провести экологическую экспертизу на требуемом законодательством уровне.
Согласно Конвенции ООН о биологическом разнообразии (Conventionon Biological Diversity, CBD – https://www.cbd.int), статьи 17 о необходимости объединения усилий всех стран для оценки собственных биологических ресурсов, а также в рамках выполнения задач сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия планеты, сведения о фиторазнообразии АГС в рамках реализуемого ИТ-проекта являются открытыми и общедоступными. Данные находятся в непрерывном обновлении и пополнении актуальными сведениями регулярно. GBIF – сегодня стал  единым инструментом объединения цифровых ресурсы по всему спектру организации живого – от генов до экосистем, маршрутизатором в решении важных для науки и общества вопросов с помощью методом информатики биоразнообразия и ГИС сервисов (партнерское соглашение Алтайского государственного университета с GBIF, координатор от АлтГУ – Ваганов А.В.) – www.gbif.org/publisher/943a5811-d56e-4c37-853d-bd64957d3833).
С помощью международной спецификации Darwin Core стала возможна интеграции структурированных данных БД Virtual Herbarium ALTB и GBIF (наборы данных об отдельных находках – Occurrence Data) в трансграничном регионе России, Казахстана, Китая и Монголии.
Достижение поставленных целей:  Оцифровка естественнонаучных коллекций является мощным инструментом для систематизации коллекционных фондов и повышения эффективности управления ими через быстрый доступ к образцам и связанной с ними информации. Наличие изображений коллекционных образцов и полных сведений о них в Интернете повышает востребованность коллекций, чаще вовлекая тот или иной образец в научный и прикладной оборот. Подтверждением тому послужил выход научной статьи «Virtual Herbarium ALTB: collection of vascular plants of the Altai MountainCountry» в авторитетном журнале «Biodiversity data journal» (Q2) https://bdj.pensoft.net/article/67616/list/4/ с авторам ИТ-проекта. В этом контексте биоразнообразие и знания о нем необходимо рассматривать в качестве базового природного актива, потеря которого может привести к деградации ряда экосистемных услуг, что нанесет ущерб благополучию жизнедеятельности людей.
В целях реализации данного проекта его координатор принимал и принимает участие в работе научных мероприятий, организуемых при поддержке GBIF в России: конференция «Информационные технологии в исследовании биоразнообразия» на базе Иркутского научного центра СО РАН; семинаре «Навыки мобилизации данных» под руководством представителей Бергенского университета (проект «ForBio») и Норвежского центра международного сотрудничества в области образования (SIU). В 2022 году запланирована следующая конференция «Информационные технологии в исследовании биоразнообразия» в Новосибирске.
Актуальность, экономическая или социальная полезность:  Алтайский край заинтересован в данных о растительных объектах. Задачи ИТ прокат в полной мере согласуются с приоритетами национальных проектов «Экология», «Наука» и «Образование», и способствуют развитию перспективных рынков Национальной технологической инициативы региона: FoodNet, HealthNet и SafeNet. Экономически это важно в связи с возрастающим ростом экспорта Алтайского края в части продукции связанной с лесопромышленным комплексом, продукцией сельского хозяйства и продуктов питания. При этом, наибольший объем импорта края приходится на продовольственные товары и сельскохозяйственное сырье.
За чуть более 1,5 стадии индексации базы данных научного депозитария в GBIF.org выявлен интерес мировыми научными коллективами к данным коллекции, выраженное ростом цитирования материала ИТ-проекта и включением их в глобальные научные мониторинговые проекты (60 цитирований, https://www.gbif.org/resource/search?contentType=literature&gbifDatasetKey=2dda31ff-f776-452f-9a4b-d5229f6e3494).
Критерии востребованности проекта:
1.         Рост числа магистерских диссертаций с междисциплинарным подходом, использующих разнообразные методики из области информационных технологий, ГИС-технологий, биоклиматического моделирования, биоинформатики и молекулярной биологии.
2.         Подготовка научных трудов в высокорейтинговых научных изданиях по теме проекта (в том числе индексируемых базами цитирования Web of Science и Scopus) – https://sites.google.com/site/vaganovalexeyv/publikacii.
3.         Цитирование датасета «Virtual Herbarium ALTB», размещенного в GBIF.
4. Рост числа обучающихся на российской платформе Stepik.org (более 2000).
Ключевой партнер проекта – GBIF работает в партнерстве с другими международными организациями, такими как: Catalogue of Life partnership, Biodiversity Information Standards (TDWG), International Barcode of Life project (iBOL), Encyclopedia of Life (EOL) и GEO.
Презентация проекта pdf:  Загрузить
Возврат к списку
нет доступа к комментариям