Семантическая модель описания почв и почвенная информационная система

• Автор: Рыбальский, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 03.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 234 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Раздел 1. Обзор почвенных информационных систем

1.1 .Обзор почвенных информационных систем и баз данных

1.2. Предпосылки и этапы создания почвенных информационных систем

1.3. Современные почвенные информационные системы

1.3.1. Почвенная информационная система SOTER

1.3.2. Почвенная информационная система CanSIS

1.3.3. Почвенная информационная система ASRIS

1.3.4. Почвенная база данных Европы ESDB

1.3.5. Почвенные информационные системы и базы данных США

1.3.6. Почвенная база данных WISE

1.3.7. Всемирная гармонизированная почвенная база данных HWSD
1.3.8. Цифровая почвенная карта мира - GlobalSoilMap.net
1.3.9. Другие почвенные информационные системы и базы данных
1.4. Ограничения современных почвенных информационных систем
Раздел 2. Обзор модельных представлений о почве
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Раздел 1. Модельные представления в почвоведении
Раздел 2. Принцип квантования
Раздел 3. Семантическая модель описания почвы
Раздел 4. Разработка системы формализации почвенных метаданных
Раздел 5. Проектирование и создание почвенной информационной системы
Раздел 6. Вывод картографической информации в Интернет
Раздел 7. Степень неоднородности при описании почвенного разреза по разным системам морфологического описания почв
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Информация о почвах жизненно необходима для того, чтобы принимать решения по повышению эффективности землепользования, защите окружающей среды, долгосрочному планированию в сфере управления почвенными ресурсами и др. (Handbook of Soil Sciences, 2011). Ход развития почвоведения предопределяет необходимость разработки новых подходов к анализу почвенных ресурсов в России (Савин, 2004), в тоже время современные средства компьютерного моделирования позволяют эффективно решать задачи количественного описания сложных динамических систем (Смагин, 2007). Информационные технологии (ИТ) дают широкий спектр возможностей для того, чтобы получать информацию о почвах ежедневно и обрабатывать ее в реальном времени. При помощи ИТ в перспективе возможно проводить пространственно-распределенного статистический анализ (Каневский, Демьянов, 1999), выполнять алгоритмизацию процедур классификации почв и многое другое - от построения системы информативных признаков (диагностики) до распознавания новых объектов, оценки качества и сравнения классификаций разных научных систем (Рожков, 2007, 2011). Расширение спектра возможностей получения почвенных данных, обусловленное развитием современных цифровых методов, таких как обработка ДДЗ, геостатистика, педометрика и цифровое почвенное картографирование, приводит к острой необходимости разработки почвенных информационных систем (почвенных ИС).
Исследование современного состояния зарубежных и российских разработок в области использования ИТ для работы с почвенными данными показало, что наиболее актуальными являются почвенные ИС третьего поколения, в которых присутствуют три компонента: геоинформационные системы (ГИС), дающие возможность работы с пространственными данными; реляционные базы данных (БД), обеспечивающие функциональность работы с множеством морфологических и физико-химических показателей свойств почв; и использующие принципы сети Интернет, что обеспечивает доступ к системе

в реальном времени и многопользовательском режиме (Иванов, Сафрошкин, Рыбальский, 2008). Подобные системы используется для прогнозирования, моделирования и других почвенных исследований (Хомяков, 1996), таких как прогноз опасности эрозии, окисления и других типов химической, биологической и физической деградации почв; контроль за урожаями; глобальные изменения почвы; мониторинг орошения; агро-экологическое зонирования; расчет рисков засухи и многие др (Eckelmann at al., 2006), а так же многих других исследований, в т.ч. для решения более специфических задач, например, исследований по изучению продуктивности лесов (Grigal, 2009).
На данный момент известно несколько десятков региональных систем, более 10 почвенных ИС национального уровня (Australian Soil Resource Information System, Австралия; National Soil Information System, США и др.), а также несколько мультинациональных и глобальных систем (European Soil Database, Европа; SOTER, глобальная почвенная ИС и др.) (Finke, 2001; Brough, 2006; van Engelen, 1996; Lagacherie, McBratney 2006). В 70-80-x гг. XX в. российскими почвоведами был внесен существенный вклад в разработку общих идей построения почвенных ИС на первом этапе - разработке атрибутивных баз данных (Шишов и др., 1975; Рожков, 1976, 1980, 1983). Несмотря на повышение интереса к подобным разработкам (Белоусова, Ме-шалкина, 2009; Крыщенко, Голозубов, 2010), в РФ до сих пор не существует актуальной действующей почвенной ИС (Рожков и др., 2010), поэтому одной из важнейших задач является создание отечественной системы.
Невзирая на стремительное развитие зарубежных почвенных ИС, остается актуальной проблема сохранения первичного смысла исходной информации о почвах (Handbook of Soil Sciences, 2011) при переводе почвенной информации из текстового, «бумажного» формата в электронную форму, возникающая из-за сложной иерархической системы строения почвы и приводящая к искажению информации, разнородности форматов хранения данных, слабой масштабируемости и необходимости трудоемких ручных приемов работы. Эта проблема является следствием слабо проработанной модели
- ограниченность возможностей использования формально-логического аппарата выборки и операций с данными;
- использование несовременной платформы БД - ограниченность имеющегося и потенциально возможного списочного состава показателей (максимум 128 показателей);
- неэффективность при работе с системой нескольких пользователей -нет контроля версий БД;
- БД по сути является локальной и не предусматривает коллективного единовременного доступа к данным.
В ходе обзора и тестирования существующих почвенных ИС были выявлены эти и другие ограничения, которые были учтены при разработки Российской системы. Сведенные вместе, эти ограничения складываются в две важнейшие проблемы - проблему моделей описания предметной области и проблему формализации описательного языка предметной области.
Кроме того, есть более глубокая проблема - существующая процедура преобразования аналоговых (визуально доступных) форм хранения в цифровые (электронную) и обратная операция восстановления из электронных форм в визуальную, приводит к потерям и искажению информации. Это основная проблема существующих систем: модели хранения данных в электронных формах основаны не на внутренних закономерностях и связях между понятиями предметной области, а частными практическими задачами. Отсюда ограниченность и узость набора показателей, используемых в конкретном исследовании и проектируемой для этого системы.
Таким образом, при разработке почвенной ИС встают две важнейшие проблемы - проблема моделей описания почв и проблема формализации описательного языка предметной области.