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.
Масштабируемость, способность к взаимодействию с другими системами, мобильность:  Для решения подобных национальных задач в мире эффективно работают такие организации, как: Европейская (The European Networkfor Biodiversity Information) и Американская сеть данных по биоразнообразию (Inter-American Biodiversity Information Network), направленные на решение внутренних задач для каждого из регионов и обеспечения связи с GBIF. В Европе успешно работает сеть Таксономических организаций (The Consortium of European Taxonomic Facilities), способствующая объединению баз данных таксономических систем растений, наземных и морских животных.
Указанные выше проекты являются целевым прообразом к которому стремится наш ИТ-проект. Данные о ресурсном потенциале лекарственных, пищевых и редких видов растений АГС методами современных ГИС послужат серьезной прикладной опорой для оценки экономического потенциала трансграничного региона и Алтайского края.
С помощью развития данного проекта мы постараемся преодолеть низкий уровень исследовательской грамотности по работе в международных стандартах информатики биоразнообразия, что, в коечном счете, позволит подготовить специалистов, которые будут способны производить качественный и эффективный мониторинг растительных ресурсов региона.
Обоснованность применяемых проектных решений:  Обоснованность выражена в комплексности проекта.
Оригинальность, новизна, отличие от аналогов либо отсутствие аналогов:  В 2019 году было получено письмо-поддержки от исполнительного секретаря GBIF Дональда Хобена на онлайн курс «Компьютерные технологии в биологии» (преподаватель – А.В. Ваганов), в рамках которого применяются методики информатики биоразнообразия, а эмпирической базой служит база данных «Virtual Herbarium ALTB». Согласно текста письма реализуемый проект является единственным, который предложил университетский уровень подготовки специалистов методикам информатики биоразнообразия на регулярной основе. Аналогичного проекта по территории АГС, объединяющей четыре страны и сведения из флоры указанной территории нет. При этом, в GBIF имеются и представлены данные из научных депозитариев по территории АГС из Московского госуниверситета им. М.В. Ломоносова (Гербарий MW) и Центрального сибирского  ботанического сада (NS, NSK), но кораздо в меньшем объеме и без партнерской поддержки, описанной выше.
Данные публикуемые в Virtual Herbarium ALTB и GBIF защищены DOI и лицензией «Creative CommonsAttribution-NonCommercial 4.0 International Public License», что закрепляет авторское право на научные статьи, которые используют метаданные нашего проекта.
Гарантирую достоверность предоставленной в заявке информации. Подтверждаю, что организация не находится в состоянии ликвидации, банкротства, реорганизации (Только для организаций):  Да
Презентация проекта pdf:  Загрузить
Возврат к списку
нет доступа к комментариям Авторизоваться