Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

О ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВАХ РАБОТЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОРТАЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ОБРАБОТКУ ЗНАНИЙ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УГРОЗАХ НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОСФЕРЫ

Черноморец А.А. 1 Зайцева Н.О. 1 Болгова Е.В. 1
1 ФГАОУ ВО «Белгородский национальный исследовательский университет»
Настоящая статья посвящена разработке теоретических основ и проектированию структуры информационного портала мониторинга и оповещения об экологических угрозах на водных объектах с применением интеллектуальных и интернет-технологий. В связи с недостаточным оповещением населения Белгородской области о загрязнении малых рек была поставлена цель создать интеллектуальную систему мониторинга и оповещения об экологических угрозах на водных объектах региона. В качестве наиболее доступного способа был выбран интернет-портал, так как на своих страницах он сможет содержать актуальную информацию о загрязненности малых рек в режиме реального времени, а также предоставляет возможность сообщать об обнаруженной проблеме. Разрабатываемый интернет-портал обеспечивает эффективную организацию выполнения возложенных на него функций обеспечения получения оценок геоэкологического состояния малых рек региона, предоставление сведений об их состоянии, прогнозирования их загрязненности и своевременного оповещения заинтересованных организаций и населения об экологических угрозах на водных объектах на основе использования элементов управления знаниями, технологий экспертных оценок, принятия решений и прогнозирования.
экологическая угроза
объект гидросферы
модель деятельности
знания о состоянии водных объектов
интернет-портал
1. Алекин О.А. Гидрохимия / О.А. Алекин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1952.– 162 с.
2. Волков Г.Г., Глинский О.Ю. Компьютерные информационные технологии. БГЭУ: Бобруйск, 2010. – 86 с.
3. Гришин В.Н. Информационные технологии в профессиональной деятельности [Текст]: рекомендовано Мин. образования: учебник для вузов / В.Н. Гришин, Е.Е. Панфилова, 2007. – 416 с.
4. Зайцева Н.О., Черноморец А.А., Болгова Е.В. О построении базы данных при мониторинге состояния малых рек. Тенденции и перспективы развития науки XXI века: Сборник статей международной научно-практической конференции (18 октября 2015 г., г. Екатеринбург). В 2 ч. Ч. 2. – Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2015. – С. 52–55.
5. Избачков Ю.С., Петров В.Н. Информационные системы.: учебник для вузов. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2008. – 656 с.
6. Информационные системы и технологии в экономике и управлении: учебник под ред. В.В. Трофимова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Юрайт, 2011. – 521 с.
7. Конторщикова О.В. «Разработка web-сайта мониторинга и оповещения об экологических угрозах на водных объектах Белгородской области» Н.рук. Коваленко А.Н., Зайцева Н.О. – Вестник СНО: сб. студ. науч. работ / отв. ред. М.В. Беняш, К.А. Данилова. НИУ «БелГУ», 2015. Вып. XIX. – 456 с.
8. Черноморец А.А., Зайцева Н.О. О создании интернет-портала для обработки знаний об экологических угрозах на объектах гидросферы [Текст]: Новая наука: опыт, традиции, инновации: Международное научное периодическое издание по итогам Международной научно-практической конференции (24 апреля 2016 г, г. Омск). / в 3 ч. Ч. 2 – Стерлитамак: АМИ, 2016. – С. 125–128.

Концентрация промышленного производства и городского населения на сравнительно ограниченных территориях отрицательно влияет на окружающую среду, в том числе на поверхностные воды. Одним из главных факторов воздействия на водную систему является городская среда, которая представляет собой совокупность двух субсистем: антропогенной и природной. Урбанизированные образования – это зависимые экосистемы, потребляющие природные ресурсы на значительных территориях. Чем больше город, тем значительней ареал его влияния, где возникают предпосылки нарушения экологического равновесия во второй субсистеме – природной [1].

Большой вред водоемам и рекам приносят сточные воды с сельскохозяйственных территорий, в особенности коллекторные и дренажные воды орошаемых площадей. С коллекторными и дренажными водами в водные объекты поступают минеральные и органические вещества, а также пестициды. Сток с сельскохозяйственных территорий может быть поверхностным и почвенным.

Значительную долю в загрязнение водных ресурсов вносят стоки животноводческих комплексов. Эта проблема очень актуальна для Белгородской области, в том числе для водных объектов и на территории населенных пунктов в силу транзитного характера водотоков. В последние годы бурное развитие птицеводства, молочно-мясного скотоводства и свиноводства представляет существенную угрозу рекам области. Стоки с территорий, занятых животноводческими комплексами и птицефермами, способствуют росту содержания в водных объектах соединений азота, фосфора, хлора, а также органических веществ.

Существенным источником загрязнения водоемов и водотоков являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Коммунально-бытовые стоки являются причиной бактериального и органического загрязнения; возрастают минерализация воды, концентрация соединений азота, фосфора, Сl-, SO4 2- [1].

В связи с наличием достаточного количества источников загрязнения, носящих как природный, так и антропогенный характер, для анализа экологического состояния водных объектов необходимо рассматривать показатели гидрохимии, значения которых должны храниться в базе данных (БД) водных объектов и обновляться экспертами после каждого анализа водных ресурсов.

В связи с недостаточным оповещением населения Белгородской области о загрязнении малых рек была поставлена цель создать интеллектуальную систему мониторинга и оповещения об экологических угрозах на водных объектах региона. Проанализировав существующие способы оповещения, был выбран наиболее доступный способ – интернет-портал, так как на своих страницах он сможет содержать актуальную информацию о загрязненности малых рек в режиме реального времени, а также предоставляет возможность сообщать об обнаруженной проблеме.

Интернет-технологии дают возможность поддержки экспертных систем. Однако немногие экспертные системы имеют сетевой доступ. Они могут быть связаны с другими системами, включая базы данных, системы поддержки принятия решений [6].

Использование интернет-технологий для обеспечения доступа к каким-либо информационным ресурсам подразумевает существование следующих компонентов [5]:

1. IP-сети с поддержкой базового набора услуг по передаче данных.

2. Выделенный информационный сервер, в состав которого также входит база данных.

В состав специфики конкретной базы данных (БД) входят как технологические основы, так и организационные решения, связанные с поддержкой актуальности базы данных и обеспечением доступа к ней.

Для обеспечения сетевого доступа к существующим БД возможен ряд технологических и организационных решений. Практика использования интернет-технологий для доступа к существующим БД предоставляет широкий спектр технологических решений. Выбор конкретных решений при обеспечении доступа зависит от специфики конкретной СУБД и от ряда других факторов.

Главной особенностью информационной технологии поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют [2]:

– система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления;

– лицо, принимающее решение, оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Информационная технология поддержки принятия решений может использоваться на различных уровнях управления. Кроме того, решения, принимаемые на этих уровнях управления, в большинстве случаев должны координироваться.

Наибольший прогресс среди компьютерных информационных систем отмечен в области разработки экспертных систем, основанных на использовании элементов искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность получать консультации экспертов по различным проблемам, на основе которых в этих системах накоплены знания.

Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. На практике экспертные системы используются, прежде всего, как системы-советчики в тех ситуациях, где специалист сомневается в выборе правильного решения. Экспертные знания, хранящиеся в памяти системы, более глубокие и полные, чем соответствующие знания пользователя [2].

Экспертные системы находят распространение при решении задач с принятием решений в условиях неопределенности в прогнозировании, планировании, управлении.

Типичная экспертная система состоит из интерпретатора, базы данных, базы знаний, компонентов приобретения знаний, объяснительного и диалогового компонентов.

БД предназначена для хранения исходных и промежуточных данных, используемых для решения задач. Решатель, используя исходные данные из базы данных и знания из базы знаний, обеспечивает решение задач для конкретных ситуаций. Компонент приобретения знаний автоматизирует процесс наполнения базы знаний.

Объяснительный компонент объясняет, как система получила решение задачи (или почему не получила) и какие знания она при этом использовала. Диалоговый компонент обеспечивает диалог между экспертной системой и пользователем в процессе решения задачи и приобретения знаний [2].

При разработке экспертных систем должны участвовать: эксперт той предметной области, задачи которой будет решать система; инженер по знаниям – специалист по разработкам систем; программист – специалист по разработке инструментальных средств.

Все вышеизложенные принципы применения информационных технологий дают возможность разработать такую модель интернет-портала, которая позволит работать с информацией об объектах гидросферы всем категориям пользователей (экспертам, лицам, принимающим решения, и посетителям интернет-портала).

Разрабатываемый интернет-портал отвечает требованиям безопасности и надежности, которые достигаются за счет заранее продуманных и разработанных прав доступа (ролей) к информации. Каждый пользователь имеет свободный доступ к общей информации, такой как новости, гостевая книга, оповещения об экологической обстановке, мультимедиа. С другой стороны, помимо обычного пользователя, для размещения актуальной информации и внесения изменений, на сайт имеют доступ эксперт и администратор. Эксперт имеет права на редактирование БД водных объектов и другой информации о состоянии малых рек. Администратор вносит обновленную информацию на сайт, однако он не может внести изменения в уже сохраненную экспертом информацию, что обеспечивает достоверность информации на сайте [7].

На основании созданных ролей построены графические интерфейсы пользователей, с одной стороны, способствующие достижению безопасности и надежности, с другой стороны, облегчающие работу.

Работа по созданию интернет-портала была разделена на 4 этапа:

1) инжиниринг;

2) проектирование БД;

3) проектирование базы знаний (БЗ);

4) проектирование и разработка интернет-портала.

Работы по реализации первых двух этапов подробно описаны в трудах [4] и [7] соответственно.

Проектирование интернет-портала – это создание модели эффективного веб-ресурса на этапе подготовки к его созданию. Проектирование структуры сайта, а именно – структуры разделов и интерфейса, позволяет оптимизировать процесс его разработки [3]. На основании созданного проекта появляется возможность оценить его соответствие поставленным задачам и при необходимости внести изменения в предварительную модель. Разработка дизайна и программной части осуществляется на основе прототипа, что позволяет избежать возможных проблем и выполнить работу оперативно, эффективно, с минимумом изменений в процессе разработки интернет-портала.

chern1.wmf

Рис. 1. Контекстная диаграмма «Работа интернет-портала»

chern2.wmf

Рис. 2. Диаграмма декомпозиции «Работа интернет-портала»

В результате работ по проектированию получен макет со схемой расположения всех необходимых модулей интернет-портала.

Важно отметить, что проектирование структуры и интерфейса – это планирование системы, которая должна успешно функционировать и быть удобной как для пользователей, так и для поисковых машин.

Разрабатываемый интернет-портал содержит проанализированную экспертом информацию, которую размещает администратор, используя следующее навигационное меню сайта [8]:

– Водохозяйственная обстановка;

– Документы;

– Оповещение об экологической обстановке;

– Новости;

– Обращения граждан;

– Мультимедиа;

– Гостевая книга.

Разрабатываемый интернет-портал представляет собой совокупность динамических страниц, на которых располагается информация, выгруженная из БД и БЗ. Следовательно, при разработке интернет-портала необходимо реализовать [8]:

– блок для работы пользователя, с возможностью просмотра сведений о загрязненности и мониторинге;

– блок для работы эксперта, с возможностью внесения информации об экологической обстановке на водных объектах;

– блок для работы администратора, с возможностью редактирования, добавления и удаление информации.

Для того, чтобы интернет-портал удовлетворял требованиям всех категорий пользователей, он должен [8]:

1) формировать представление о степени загрязненности водных объектов;

2) содержать статистические данные о загрязненности водных объектов;

3) содержать БД водных объектов;

4) содержать БЗ о водных объектах;

5) содержать систему оповещения и мониторинга;

6) поддерживать функционирование обратной связи с населением;

7) быть простым в администрировании.

Для учета вышеизложенных требований в процессе проектирования интернет-портала были построены диаграммы потоков данных, которые описывают информационный обмен между участниками взаимодействия и интернет-порталом.

Так на рис. 1 представлена контекстная диаграмма, на которой выделены основные потребители результирующей информации (внешние сущности) в разрезе их взаимодействия с интернет-порталом:

– Эксперт;

– Лицо, принимающее решение;

– Население;

– Заинтересованные организации.

На рис. 2 представлена декомпозиция контекстной диаграммы, показывающая прохождение потоков информации между основными структурными элементами интеллектуальной системы управления: базой данных и базой знаний, а также между основными функциональными блоками, описывающими внутреннюю работу интернет-портала:

– Обработка информации (о показателях загрязненности водных объектов);

– Экспертное оценивание;

– Принятие решения;

– Выработка управленческих решений;

– Исполнение управления;

– Мониторинг (состояния объектов гидросферы);

– Прогнозирование (состояния водных объектов);

– Оповещение (об экологических угрозах на объектах гидросферы).

Интернет-портал, разрабатываемый в соответствии с диаграммами, приведенными на рис. 1–2, обеспечивает эффективную организацию выполнения возложенных на него функций обеспечения получения оценок геоэкологического состояния малых рек региона, предоставление сведений об их состоянии, прогнозирования их загрязненности и своевременного оповещения заинтересованных организаций и населения об экологических угрозах на водных объектах на основе использования элементов управления знаниями, технологий экспертных оценок, принятия решений и прогнозирования.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 14-47-08052.


Библиографическая ссылка

Черноморец А.А., Зайцева Н.О., Болгова Е.В. О ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВАХ РАБОТЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОРТАЛА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ОБРАБОТКУ ЗНАНИЙ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УГРОЗАХ НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОСФЕРЫ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12-2. – С. 344-348;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41095 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074