«Информационные технологии, используемые для диагностики и улучшения состояния окружающей среды»

Вторым моментом, обуславливающим необходимость информатиза-ции, является проведение постоянного мониторинга за фактическим состоянием окружающей среды, уплатой налогов, проведением экологических мероприятий. Необходимость контроля возникла с принятием платы за загрязнение еще с 1992 г., когда обнаружились такие проблемы, как переиндексация платежей в связи с инфляцией, неуплата за загрязнение воз уха, «уход» от экологических платежей, обусловленные отсутствием необходимой технической базы для своевременного контроля за исполнением норм закона. Благодаря автоматизированным мониторинговым системам контроль за природоохранной деятельностью становится более эффективным, поскольку постоянное наблюдение позволяет не только следить за правильностью выполнения закона, но и вносить в него поправки соответственно фактическим условиям экологической и социально-экономической обстановки.

На рубеже двух тысячелетий проблема взаимоотношения человеческого общества с окружающей средой приобрела острый характер. За последние десятилетия возрос риск возникновения крупных экологических катастроф, вызываемых человеком и возникающих вследствие защитной реакции природы.

Природные и антропогенные экологические катастрофы имеют исто-рический аспект. Различные природные катастрофы, такие как наводнения и лесные пожары, существовали на протяжении всей истории нашей планеты. Однако с развитием современной цивилизации возникли катастрофы нового типа, включающие опустынивание, деградацию земельных ресурсов, пылевые бури, загрязнение Мирового океана и др.

Начало XXI столетия остро ставит задачи оценки риска экологических катастроф, принятия мер по их предотвращению. Другими словами, актуальной стала задача управления экологическими катастрофами. А это возможно при наличии необходимого информационного обеспечения о прошлом, текущем и будущем состоянии объектов окружающей среды, включая природные, природно-техногенные и антропогенные системы [3].

Цель исследования: изучение информационных технологий, исполь-зуемых для диагностики и улучшения состояния окружающей среды.

Задачи исследования:

1) анализ основных направлений информационных технологий;

2) синтез различных информационных технологий.

В нашем случае мы будем рассматривать информационные системы в узком смысле этого слова, так как широкое понятие является предметом скорее теоретической информатики и имеет малое отношение к изучаемому вопросу.

Важнейшими подсистемами автоматизированных информационных систем (АИС) являются базы и банки данных, а также относящиеся к классу систем искусственного интеллекта экспертные системы. Отдельно следует рассмотреть геоинформационные системы, как одни из наиболее развитых глобальных АИС в экологии на данный момент [7].

1.2. Базы и банки данных

Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением. Информационные системы, основное назначение которых – информационное обеспечение пользователя, то есть предоставление ему необходимых сведений по конкретной проблеме или вопросу, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее. При этом одни и те же данные могут использоваться при решении разных задач и наоборот. Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач и включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации различных процедур.

На территории нашей страны нет единой и целостной информационной системы, откуда можно было бы черпать необходимые сведения для вновь проводимых работ в определенной области, как, например, в геологии.

Информационное обеспечение экологических исследований реализуется главным образом за счет двух информационных потоков:

- информация, возникшая при проведении экологических исследований;

- научно-техническая информация по мировому опыту разработки экологических проблем по различным направлениям.

Общей целью информационного обеспечения экологических исследо-ваний является изучение информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления в вопросах выполнения экологических исследований, обоснования отдельных научно-исследовательских работ, а также распределения финансирования.

Поскольку объектом описания и изучения является планета Земля, и экологическая информация имеет общие черты с геологической, то перспективно построение географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации:

- о характере и степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;

- об общих экологических нарушениях естественного и техногенного происхождения;

- об общих экологических нарушениях в определенной сфере человеческой деятельности;

- о недроиспользовании;

- об экономическом управлении определенной территорией [1].

Географические информационные системы рассчитаны, как правило, на установку и подключение большого количества автоматизированных рабочих мест, располагающих собственными базами данных и средствами вывода результатов. Экологи на автоматизированном рабочем месте на основе пространственно привязанной информации может решить задачи различного спектра:

- анализ изменения окружающей среды под влиянием природных и техногенных факторов;

- рациональное использование и охрана водных, земельных, атмо-сферных, минеральных и энергетических ресурсов;

- снижение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;

- обеспечение безопасного проживания людей, охрана их здоровья.

Все потенциально экологически опасные объекты и сведения о них, о концентрации вредных веществ, допустимых нормах и т.д. сопровождаются географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими типами информации.

Рассеянность и нехватка информационных ресурсов в экологии легла в основу разработанных Институтом геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН) аналитических справочно-информационных систем (АСИС) по проектам в области экологии и охраны окружающей среды на территории Российской Федерации АСИС «ЭкоПро», а также разработка автоматизированной системы для Московской области, призванной осуществить ее экомониторинг.

Разница задач обоих проектов обуславливается не только территори-альными границами (в первом случае это территория всей страны, а во втором непосредственно Московская область), но и по областям применения информации. Система «ЭкоПро» предназначена для накопления, обработки и анализа данных об экологических проектах прикладного и исследовательского характера на территории Российской Федерации (РФ) за иностранные деньги. Система мониторинга Московской области призвана служить источником информации об источниках и реальном загрязнении окружающей среды, предотвращения катастроф, экологических мероприятиях в области охраны окружающей среды, платежах предприятий на территории области в целях экономического управления и контроля со стороны государственных органов. Так как информация по природе своей обладает гибкостью, то можно сказать, что и та, и другая система, разработанная ИГЕМ РАН может использоваться как с целью проведения исследований, так и для управления. То есть задачи двух систем могут переходить одна в другую [12].

В качестве более частного примера базы данных, хранящей информацию по охране окружающей среды, можно привести работу О.С. Брюховецкого и И.П. Ганина «Проектирование базы данных по методам ликвидации локальных техногенных загрязнений в массивах горных пород». В ней рассматривается методология построения такой базы данных, дается характеристика оптимальных условий ее применения.

При оценке чрезвычайных ситуаций информационная подготовка за-нимает 30-60% времени, а информационные системы в состоянии быстро предоставить информацию и обеспечить нахождение эффективных методов урегулирования. В условиях чрезвычайной ситуации решения не могут быть смоделированы в явном виде, однако основой для их принятия может служить большой объем разнообразной информации, хранимой и переда-ваемой базой данных. По предоставленным результатам управленческий персонал на основе своего опыта и интуиции принимает конкретные решения.

В общем случае базы данных играют ту же роль и при оценке состояния здоровья человека – они предоставляют специалисту наиболее полную и конкретную информацию по данному вопросу, на основании чего он принимает необходимое решение.

База данных может содержать сведения по общей медицине, признаки различных заболеваний, основные методы профилактики и лечения и другую необходимую информацию. Фактически, к одной базе или банку данных может быть сведена целая медицинская библиотека, и осуществлять поиск необходимой информации в ней будет гораздо удобнее.

База данных может носить и вспомогательный характер. Такими, на-пример, являются базы данных пациентов и медперсонала в поликлиниках. Сейчас эти базы данных уже получили широкое распространение в нашей стране, зачастую уровень их технического обеспечения очень низок [5].

1.3. Экспертные системы

Экспертными системами (ЭС) называют системы искусственного ин-теллекта, построенные на основе глубоких специальных знаний по некоторой предметной области, полученные от экспертов – специалистов в этой области.

Экспертные системы являются одним из немногих видов систем искусственного интеллекта, которые получили широкое распространение и нашли практическое применение. Повсеместное распространение экспертных систем сдерживается прежде всего тем, что они считаются весьма сложными, дорогими, а главное – узкоспециализированными программами.

Все экспертные системы имеют следующие особенности:

- компетентность, т.е. в конкретной предметной области экспертная система должна достигать того же уровня, что и специалисты-люди;

- символьные рассуждения, т.е. знания, на которых основана экспертная система представляются в виде понятий реального мира;

- глубина, т.е. экспертная система должна решать серьезные, нетри-виальные задачи, отличающиеся сложностью знаний или обилием информации, что не позволяет использовать полный перебор вариантов как метод решения задачи, а заставляет прибегать к творческим и неформальным методам;

- самосознание, т.е. экспертная система должна включать в себя ме-ханизмы объяснения того, каким образом она приходит к решению задачи [10].

Экспертные системы могут решать следующие задачи:

• интерпретация;

• прогноз;

• диагностика;

• проектирование;

• планирование;

• обучение;

• наблюдение;

• управление.

Экспертные системы имеют в своем составе обширную базу данных – факты выбранной предметной области, а также базу знаний, в которой отражены профессиональные навыки и умения специалистов высокого уровня в данной области.

Основу квалификации эксперта, кроме формализованных знаний, со-ставляют трудно формализуемые догадки, интуитивные суждения и умение делать выводы, которые сам эксперт может не вполне осознавать.

В данном случае информационные технологии активно используются как при прямом воздействии, так и для обеспечения обратной связи. И существование системы возможно только при наличии и корректном функционировании обоих связей. Очень важна своевременность и точность полученной информации и управляющих сигналов. И в этой области многие функции следует возложить на информационные технологии и компьютерную технику.

На данный момент созданию комплексных информационных систем препятствуют прежде всего:

• низкая степень стандартизации и совместимости различных информационных технологий;

6. Лурье И.К. Геоинформационное картографирование. Методы геоин-форматики и цифровой обработки космических снимков: учебник / И.К. Лурье. - М.: КДУ, 2008. - 424 с.

7. Можно ли оцифровать Землю? ГИС в науках о Земле // Новости науки и техники. Информационный сборник / ЦСКБ «Прогресс». - 2010 - №20-21 - С. 75-77.

8. Скворцов А.В. Геоинформатика: учебное пособие / А.В. Скворцов - Томск: Изд-во Том. гос. ун-т, 2006. - 336 с.

9. Создание комплексов программно-алгоритмических средств для анализа и прогноза состояния окружающей среды / В.А. Бабешенко, О.М. Бабешенко, М.В. Зарецкая и др. // Записки Горного института. Т. 149. Экология и рациональное природопользование. - СПб, 2011 - С. 49-51.

10. Трифонова Т.А., Мищенко Н.В., Краснощеков А.Н. Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях. - М.: УМО РФ, 2005. - 349 с.

11. Шипулин В.Д. Основные принципы геоинформационных систем: учебное пособие / Харьк. нац. акад. гор. хоз-ва. - Х.: ХНАГХ, 2010. - 337 с.

12. Экономическая роль информационных технологий в экологии / Д.А. Кузьмина // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: Обзорная информация / ВИНИТИ. - 2009 - №9 - С. 7-12.