Лекція 4. Банки даних моніторингу довкілля.

Геоінформаційні системи

 

4.1. Поняття про банки даних

4.2. Інформаційні блоки екологічного моніторингу

4.3. Геоінформаційні системи

 

4.1. Поняття про банки даних

 

Під час розв’язування прикладних задач доводиться реалізовувати алгоритми обробки масивів даних, які є не одноманітними масивами (множинами) числових значень або текстів, а важливими струк-турними відношеннями між елементами даних. Найпростіша струк-тура – це вектор елементів. У загальному вигляді це можуть бути дво- або n-вимірні масиви.

Дані – це факти та ідеї, подані у формалізованому вигляді для оброблення за допомогою певного процесу (алгоритму) або для передачі.

Для зручності вводу, виводу, збереження та обробки інформації в організаціях почали використовувати бази даних. Бази даних стали реальністю завдяки створеним комп’ютерам і пристроям довготермінової пам’яті, здатних зберігати у цифровій формі значні обсяги інфор-мації. Комп’ютер з допомогою відповідного програмного забезпечення дозволяє оперувати необхідною інформацією, яка є у довготерміновій пам’яті, представляти її в потрібній формі та послідовності. Вперше термін база даних з’явився ще в 1962 р.

База даних – це впорядкована сукупність спеціально організованих і логічно зв’язаних інформаційних елементів, яка відображає стан об’єктів та їх характерні параметри у предметній ділянці, що розглядається. База даних – це сукупність взаємозв’язаних даних (файлів), призначених для спільного застосування.

На відміну від простих наборів даних бази даних володіють характерними перевагами відносно організованої іншим чином інформації:

– для баз даних характерним є одноразове введення та багаторазове використання інформації, введена інформація застосовується для вирішення багатьох проблем, забезпечується її багатоцільове і сумісне використання;

– бази даних існують незалежно від конкретних прикладних програм, що забезпечує уніфікацію засобів організації даних і незалеж-ність прикладних програм від організації даних;

– бази даних володіють модельністю (структурованістю, що відображає певну предметну ділянку);

– бази даних дозволяють встановити мінімально необхідний рівень надлишковості даних (тобто дані не дублюються при їх викорис-танні різними користувачами);

– в базі даних забезпечується дотримання стандартів представ-лення даних, що спрощує їх створення та обслуговування;

– в базах даних забезпечується централізоване управління інформаційними ресурсами, синхронна підтримка даних для всіх прик-ладень, включаючи мови запитів і засоби захисту.

Комплекс програм, які забезпечують взаємодію користувача з базою даних – це система управління базами даних (СУБД).

СУБД забезпечують вирішення таких основних завдань:

– створення бази даних;

– занесення, коректування і вилучення даних;

– упорядкування даних;

– вибір сукупності даних, що відповідають заданим критеріям;

– оформлення вихідних даних тощо.

Сукупність СУБД і бази даних – це банк даних.

До переваг підходу, який ґрунтується на концепції банку даних, належать:

– задоволення інформаційних потреб різних типів користувачів;

– вірогідність і несуперечність інформації, що зберігається;

– санкціонований доступ до даних;

– адаптація інформаційної моделі до змін предметної області;

– видача інформації у формі, встановленій користувачем;

– одноразове введення даних і багаторазове їх використання;

– можливість виключення надмірності даних, що зберігаються.

Недоліком цього підходу є необхідність великої ємності па-м’яті персонального комп’ютера.

 

4.2. Інформаційні блоки екологічного моніторингу

 

Структурні блоки будь-якої системи моніторингу формуються на основі комплексу маркерних критеріїв, які підлягають обліку та спостереженню, а також потребують корегування в необхідному напрямку. Основними блоками екологічного моніторингу є:

1. Блок параметрів стану навколишнього середовища:

– стан атмосферного повітря: середньорічні та максимальні концентрації основних забруднювачів, відсоток лабораторних досліджень, що не відповідають гігієнічним стандартам (ДЕСТ);

– якість питної води: середньорічні і максимальні концентрації основних забруднювачів, кількість випадків перевищення ГДК;

– рівень забруднення ґрунтового покриву: середні і максимальні концентрації забруднювачів, кількість випадків перевищення ГДК, су-марний показник забруднення;

– архітектурно-планувальна і соціальна інфраструктура: поверховість районів міста, містобудівний баланс, віддаленість від великих об’єктів екологічного ризику (промислові площадки, звалища), транспортно-промислове навантаження, наявність об’єктів соціально-куль-турної сфери;

– ландшафтно-екологічні умови: висотність і неоднорідність рельєфу, мікрокліматичні характеристики і потенціал самоочищення атмосфери, глибина залягання ґрунтових вод і наявність зон підтоплення.

2. Блок параметрів нормативно-довідкової інформації:

– чисельність населення контрольованих районів міста;

– ГДК забруднюючих речовин;

– перелік підприємств, які забруднюють навколишнє середовище.

Залежно від мети і завдань спостережень, система екологічного моніторингу може містити блок параметрів стану біотичних компонентів екосистем, блок параметрів стану здоров’я населення тощо.

Формування банку даних для екологічного моніторингу потребує залучення інформації медичних, природоохоронних, гігієнічних, містобудівних служб, ландшафтно-функціонального картографування, експертно-статистичного оцінювання.

 

4.3. Геоінформаційні системи

 

Географічна інформаційна система (ГІС) – це сучасна комп’ю-терна технологія для картування та аналізу об’єктів реального світу, а також подій, що відбуваються на нашій планеті. Ця технологія поєднує традиційні операції роботи з базами даних (запит і статистичний аналіз) з перевагами повноцінної візуалізації і географічного (просторового) аналізу, що надає карта. Працююча ГІС містить п’ять складових:

– апаратні засоби. Це комп’ютер, на якому працює ГІС;

– програмне забезпечення. ГІС містить функції та інструменти, які необхідні для збереження, аналізу і візуалізації географічної (просторової) інформації. Ключовими компонентами програмних продуктів є інструменти для введення та оперування географічною інформацією; система керування базою даних (DBMS або СКБД); інструменти підтримки просторових запитів, аналізу і візуалізації (відображення); графічний інтерфейс (GUI або ГІП) для легкого доступу до інструментів;

– дані. Це найбільш важливий компонент ГІС. У процесі уп-равління просторовими даними ГІС інтегрує просторові дані з іншими типами і джерелами даних, а також може використовувати СУБД, які використовуються для впорядкування і підтримки наявних даних;

– виконавці. Широке застосування технології ГІС неможливе без людей, що працюють із програмними продуктами і розробляють плани їх використання при вирішенні реальних задач;

– методи. Успішність та ефективність (у тому числі економічна) застосування ГІС багато в чому залежить від правильно складеного плану і правил роботи, що створюються у відповідності із специфікою задач і роботи кожної організації.

ГІС може працювати з двома типами даних – векторними і растровими. У векторній моделі інформація про точку, лінію чи територію кодується і зберігається у вигляді набору координат X, Y. Місце розташування точки (точкового об’єкта), наприклад свердловини, описується парою координат (X, Y). Лінійні об’єкти, такі як дороги, річки, трубопроводи, зберігаються як набори координат X, Y. Території типу річкових водозборів, земельних ділянок чи областей, зберігаються у вигляді замкнутого набору координат. Векторна модель особливо зручна для опису дискретних об’єктів і менше підходить для опису мінливих властивостей, таких як типи ґрунтів або наявність об’єктів. Растрова модель оптимальна для роботи з безперервними властивостями. Растрове зображення – це набір значень для окремих елементарних складових, воно подібне на скановану карту чи картинку. Обидві моделі мають свої переваги і недоліки. Сучасні ГІС можуть працювати як з векторними, так і з растровими моделями.

ГІС загального призначення виконує п’ять задач з даними:

– введення. Для використання в ГІС дані повинні бути перетворені у відповідний цифровий формат. Процес перетворення даних з паперових карт у комп’ютерні файли називається шифруванням;

– маніпулювання. Часто для виконання конкретного проекту дані потрібно додатково видозмінити відповідно до вимог системи;

– керування. У невеликих проектах географічна інформація може зберігатися у вигляді звичайних файлів, але при збільшенні обсягу інформації і рості числа користувачів ефективніше застосовувати системи керування базами даних (СКБД) та спеціальні комп’ютерні засоби для роботи з інтегрованими наборами даних (базами даних);

– запит і аналіз. При наявності ГІС і географічної інформації можна одержувати відповіді на прості питання;

– візуалізація. Для багатьох типів просторових операцій кінцевим результатом є представлення даних у вигляді карти чи графіка. Карта – це дуже ефективний та інформативний спосіб збереження, представлення та передачі географічної інформації. Раніше карти створювалися на сторіччя. ГІС надає нові можливості, що розширюють наукові основи картографії. З її допомогою карти можуть бути легко доповнені звітними документами, тривимірними зображеннями, графіками, таблицями, фотографіями та іншими засобами, наприклад, мультимедійними.

ГІС тісно пов’язана з іншими типами інформаційних систем. Її основна відмінність полягає у здатності маніпулювати і проводити аналіз просторових даних.