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.
Рис. 1. Контекстная диаграмма «Работа интернет-портала»
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: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41095 (дата обращения: 19.04.2024).