1Сайт журнала: https://agrarianhistory.com/O_zhurnale
РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СФЕРЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ: ИСТОРИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
1 О
Соловьёва Светлана Ростиславовна1, Макарова Анна Анатольевна2,
о
Савицкайте Елена Романовна3
1Старший преподаватель, Воронежский институт высоких технологий, ул. Ленина 73а,
Воронеж, Россия, E-mail: [email protected]
2Кандидат филологических наук, доцент, Воронежский государственный технический университет, ул. 20-летия Октября 84, Воронеж, Россия, E-mail: [email protected]
3Кандидат филологических наук, доцент, Воронежский государственный технический
университет, ул. 20-летия Октября 84, Воронеж, Россия, E-mail: [email protected]
Аннотация
На заре нового тысячелетия проблема взаимодействия общества с природой приобрела особую актуальность. В последние десятилетия значительно возросли риски крупных экологических катастроф, вызванных как деятельностью человека, так и природными стихиями. Историческое значение природных и антропогенных экологических катастроф нельзя недооценивать. На протяжении всей истории человечества такие стихийные бедствия, как лесные пожары и наводнения, регулярно сотрясали планету. Однако с развитием человеческой цивилизации появились новые виды бедствий, включая опустынивание, деградацию почв, пыльные бури и загрязнение морской среды. Ключевая роль информационной поддержки экологических исследований заключается в анализе информационных потоков и подготовке данных для принятия решений на различных уровнях управления. Это включает в себя проведение экологических исследований, обоснование научных целей и распределение финансовых ресурсов.
Ключевые слова: технологии, развитие, экология, труд, земля.
I. ВВЕДЕНИЕ
Информационные технологии в основном фокусируются на оптимизации использования ресурсов через анализ и применение данных для повышения эффективности человеческой деятельности. Современные исследования в области охраны окружающей среды проводятся в разных научных и технических областях различными учреждениями, включая государственные. Однако результаты этих исследований сильно распылены.
30
Мы сосредоточимся на узком определении информационных технологий в экологии, так как более широкое относится к теоретическим аспектам информатики, которые не являются основным предметом нашего исследования.
На рубеже тысячелетий взаимодействие общества с окружающей средой стало чрезвычайно важным. В последние десятилетия увеличился риск крупных экологических катастроф, вызванных как человеческой деятельностью, так и природными явлениями.
Исторически экологические катастрофы, как природные, так и антропогенные, имеют большое значение. В истории Земли происходили различные природные катаклизмы, такие как наводнения и лесные пожары. С развитием цивилизации появились новые типы катастроф, включая опустынивание, деградацию земель, пылевые бури и загрязнение океанов.
Начало XXI века остро ставит проблему оценки рисков экологических катастроф и принятия мер по их предотвращению. Это делает актуальной проблему управления экологическими катастрофами, которая требует наличия информации о прошлом, настоящем и будущем, состоянии окружающей среды, включая природные и антропогенные системы.
Ключевые компоненты автоматизированных информационных систем включают базы данных и банки данных, а также экспертные системы, относящиеся к искусственному интеллекту. Особое внимание заслуживают геоинформационные системы, на сегодняшний день являющиеся одними из самых развитых глобальных систем в экологии.
Необходимость информатизации обусловлена необходимостью постоянного мониторинга состояния окружающей среды, уплатой налогов и проведением экологических мероприятий. Автоматизированные системы мониторинга увеличивают эффективность управления природоохранной деятельностью, так как постоянное наблюдение позволяет не только отслеживать соблюдение законов, но и корректировать их в зависимости от текущих экологических и социально-экономических условий.
II. ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Человеческая деятельность неизбежно связана с накоплением, отбором и хранением информации об окружающем мире. Основная цель информационных систем - предоставить пользователю нужные данные для решения конкретных вопросов или проблем, что позволяет достигать результатов быстрее и качественнее. Одни и те же данные могут использоваться для решения различных задач, и наоборот. Каждая система предназначена для определенного класса задач и включает хранилище данных и инструменты для выполнения различных операций.
В нашей стране нет унифицированной и комплексной информационной системы, способной обеспечивать необходимые данные в специфических областях, таких как экология.
Информационное обеспечение экологических исследований осуществляется через два основных канала:
- данные, полученные в ходе экологических исследований;
- научно-техническая информация о мировом опыте решения экологических проблем по различным направлениям.
Главная задача информационного обеспечения экологических исследований - анализ информационных потоков и подготовка материалов для принятия решений на всех уровнях управления. Это касается выполнения экологических исследований, обоснования научно-исследовательских задач и распределения финансирования.
31
Экологическая информация имеет много общего с геологической, перспективным направлением которой является создание географических информационных систем для сбора, хранения и обработки фактографической и картографической информации в которую включены:
- степени экологических нарушений естественного и техногенного происхождения;
- общие экологические нарушения;
- специфические экологические нарушения в различных сферах человеческой деятельности;
- недроиспользование;
- экономическое управление определенными территориями.
Географические информационные системы помогают объединять и эксплуатировать множество автоматизированных рабочих станций, каждая из которых имеет свои базы данных и инструменты отображения информации. Экологи, используя такие станции, могут решать задачи, связанные с пространственно определенной информацией к примеру:
- анализ изменений в окружающей среде под влиянием природных и человеческих факторов;
- оптимальное использование и защита водных, земельных, воздушных, минеральных и энергетических ресурсов;
- уменьшение ущерба и предотвращение техногенных катастроф;
- обеспечение безопасности жизни людей и охраны их здоровья.
Все потенциально опасные для экологии объекты сопровождаются данными о концентрации вредных веществ, предельно допустимых нормах и прочее, а также географической, геоморфологической, ландшафтно-геохимической, гидрогеологической и другими видами информации. Создание аналитических справочно-информационных систем (АСИС), разработанных ИГЭМ РАН, было инициировано из-за нехватки информационных ресурсов в области экологии. Эти системы, такие как АСИС "ЭкоПро" и автоматизированная система для мониторинга окружающей среды Московской области, предназначены для эффективного экологического контроля и охраны природы в России. Различия между проектами не только в географическом охвате (вся Россия для «ЭкоПро» и Московская область для локальной системы), но и в подходах к применению данных. Система «ЭкоПро» анализирует экологические проекты в России, тогда как система Московской области используется для мониторинга состояния окружающей среды, предотвращения катастроф, проведения экологических мероприятий и управления через платёжные обязательства компаний.
Гибкость данных позволяет обеим системам быть полезными как для исследований, так и для управления, что делает их задачи взаимосвязанными.
Примером экологической базы данных является работа О.С. Брюховецкого и И.П. Ганина "Проектирование базы данных по методам ликвидации локальных техногенных загрязнений в массивах горных пород", где изложена методология разработки и условия эксплуатации такой базы.
В условиях чрезвычайных ситуаций сбор информации может занимать до 60% времени, и информационные системы помогают оперативно предоставить необходимые данные для принятия решений. Хотя конкретные действия в таких ситуациях заранее спрогнозировать сложно, решения основываются на данных из баз, что позволяет управленцам действовать, опираясь на опыт и интуицию.
В медицине базы данных также важны, предоставляя специалистам точные сведения о заболеваниях, методах лечения и профилактики, облегчая поиск необходимой информации.
Базы данных могут использоваться для систематизации сведений о пациентах и медперсонале в поликлиниках. Несмотря на широкое использование, техническое обеспечение часто требует улучшений.
32
Научно-технический прогресс способствует внедрению компьютеров, которые помогают структурировать разнообразную информацию в банковские системы и базы данных. Разработка любой базы данных включает этапы определения и обоснования предметной области.
Сегодня термин "база данных" и "система управления базами данных" (СУБД) часто ассоциируется с компьютерными системами. База данных может быть любым организованным набором информации, например, расписанием поездов или книгой учета заказов. Базы данных, как правило, организуются в виде таблиц, состоящих из полей и записей. Эта технология развивается более двадцати лет и является ключевой в прикладной информатике.
СУБД для персональных компьютеров обычно поддерживают реляционную модель данных, предложенную Э. Коддом в 1969 году. Эта модель позволяет пользователям взаимодействовать с данными через логические отношения, выраженные реляционными языками, что расширяет математическую теорию множеств для работы с информацией.
Программное обеспечение состоит из инструкций для управления аппаратной частью компьютеров, от машинных языков на базовом уровне до пользовательских приложений на верхушке. Эти приложения снабжены интерфейсами, которые позволяют выполнять необходимые задачи и служат средством взаимодействия между пользователем и программой. Рынок ПК и ПО стремительно развивается, предлагая множество инструментов для проектирования баз данных, таких как СУБД, интерпретаторы, генераторы отчетов и приложений.
Для точного выбора необходимых инструментов и технологий при создании баз данных требуется тщательный анализ и систематизация существующих ресурсов. В начальной стадии проектирования баз данных проводится исследование предметной области и формируется информационная структура (концептуальная схема). На данном этапе оцениваются требования пользователей, определяется набор информационных объектов и их характеристик, что позволяет формализовать предметную область. Эта стадия универсальна и не зависит от конкретной технологической платформы.
Анализ предметной области включает три ключевые фазы:
- изучение концептуальных требований и информационных нужд;
- идентификация информационных объектов и их взаимосвязей;
- разработка концептуальной модели и проектирование концептуальной схемы базы данных.
На этапе изучения концептуальных требований выполняются следующие задания:
- анализ пользовательских запросов к базе данных (БД);
- выявление текущих задач по обработке данных;
- определение будущих задач;
- документирование результатов анализа.
Пользовательские требования к БД включают перечень запросов с указанием их интенсивности и объема данных. Разработчики выясняют эти детали посредством диалога с пользователями, уточняя требования к вводу, обновлению и корректировке экологической информации. Поэтому экологические проблемы, такие как загрязнение воздуха, остаются в центре внимания. Программы мониторинга загрязнений направлены на выявление мелкодисперсных частиц и химических соединений, таких как CO2.
Для анализа используются методы пробного отбора. Программа UNECE ICP Vegetation, созданная в 80-е годы, применяет нейтронный активационный анализ для определения содержания загрязняющих веществ. В проекте участвовали исследователи из 43 стран Европы и Азии, а с 2014 года он координируется Лабораторией нейтронной физики имени И.М. Франка. Начиная с 2016 года, Лаборатория информационных технологий имени М.Г. Мещерякова работает над системой управления данными для автоматизации операций и создания карт загрязнения.
33
Со временем система преобразовалась в интеллектуальную платформу экологического мониторинга. В программе UNECE ICP Vegetation используются мхи-биомониторы, и каждые пять лет участники собирают образцы, фиксируя информацию о местах их сбора. Разработано мобильное приложение для минимизации ошибок передачи данных; оно позволяет вводить основные параметры и автоматически фиксировать географические координаты, а также делать фотографии мест и образцов, отправляя их для распознавания на платформу. К примеру для распознавания мхов используются модели глубокого обучения, включая сиамскую нейронную сеть (рис. 1).
Рис. 1. А - архитектура сиамской сети. В - один из близнецов и MLP-классификатор. С и D -представление векторов изображений в двумерном пространстве до обучения (С) и после
обучения(D)
Снимки, полученные из различных спутниковых программ, используются для формирования индексов. Эти индексы выступают дополнительными данными при обучении модели и ключевыми при прогнозировании. Их вычисление осуществляется с помощью платформы Google Earth Engine, объединяющей данные многих программ и продуктов. (рис. 2).
Рис. 2. Примеры снимков программ в Google Earth Engine
В современном мире защита данных занимает важное место в функционировании информационного общества. Корпоративные информационные ресурсы охватывают всевозможные технологические инструменты обработки данных, программное обеспечение и базы данных. Надежность этих ресурсов определяется такими характеристиками, как конфиденциальность - ограничение доступа к данным только для авторизованных пользователей; целостность - возможность сохранения данных в неизменном виде и в полной мере; и доступность - обеспечение доступа к данным в нужное время и в нужном формате.
©®
34
III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хотя российское законодательство предполагает высокий уровень доступа к экологической информации, часто официальные источники не полностью удовлетворяют запросы граждан. Обобщённые данные и недостаток специфики заставляют искать дополнительную информацию о конкретных источниках воздействия, которую могут предоставить только предприятия. В последние годы российские компании демонстрируют стремление к «прозрачности» через публикацию корпоративных отчетов, проведение пресс-конференций, дней «открытых дверей» и создании интернет-форумов. Однако такие действия не всегда означают реальную открытость и готовность к конструктивному диалогу с общественностью и её участию в принятии экологически, социально и экономически значимых решений.
Расширение теоретических знаний о современной информационной экологии, исследование новейших методологических подходов к анализу природы и характера информационных взаимодействий, а также методов работы в постоянно изменяющейся информационной среде являются важными аспектами экономики, которую академик РАН Д.С. Львов называет «экономикой развития». Современные технологии дают возможность быстро и эффективно собирать и передавать данные о состоянии окружающей среды, что подчеркивает усиление локальных, региональных и глобальных экологических проблем.
Тем не менее, негативное воздействие на окружающую среду обусловлено не столько нехваткой экологической информации, сколько её неправильным использованием при управлении окружающей средой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Болгов В.В. Интегрирование возможностей обучающих систем: (О компьютерных технологиях обучения в вузе.). Университетское образование и компьютерные технологии обучения. Томск, 1993. С. 120-121.
Брановский Ю.С., Шаповалов В.А. Информационные технологии в обучении студентов гуманитарного факультета. Лед. информатика 1993. Номер 1. С. 49-53.
Вентцель Е С. Исследование операций: задачи, принципы, методология М., Наука, 1980. 278 с.
Гершунский Б. С. Философско-методологические основания стратегии развития образования в России. М.,1993. 278 с.
Глазачев С.Н. Экологическая культура учителя: Исследования и разработки экогуманитарной парадигмы. М.: Современный писатель, 1998. 432 с.
Громов Г.Р. Национальные информационные ресурсы: проблемы промышленной эксплуатации. М.: Наука, 1984. С. 35.
Данилина А.Е., Куценко В.В. О проблемах обеспечения экологической безопасности на территории Российской Федерации. Экология и промышленность в России 1999 Номер 9. С. 37- 39.
Данильчук В.И., Сериков В.В. Личностный подход в системе принципов экологизации естественнонаучного образования. Экологическое образование: концепции и технологии: сб.науч. тр. Под ред. проф. С.Н. Глазачева. Волгоград: Перемена, 1996. С. 84-91.
35
Ильин Ю.А., Игнатчик B.C., Показатели надежности водопроводных очистных сооружений. Обеспечение надежности систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. М„ МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского, М., 1989. С. 19-21.
Кацура А.В., Новик И.Б. Взаимодействие наук при изучении биосферы и проблемы экологии человека. Взаимодействие методов естественных наук в познании жизни. М.: Наука, 1976. С. 46-58.
Мамедов Н.М. Экология: новые направления в традиционной науке. Взаимодействие общества и природы: Философско-методологические аспекты экологических проблем. М.: Наука, 1986. С. 251-270.
О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: Федеральный закон от 21.12.94 Номер 68-ФЗ. СЗРФ, 1994 Номер 35. ст. 3648.
Потапов А.Д. Пермяков Б.А., Орлова Н.Ю., Душкин О.В. Некоторые вопросы экологии атмосферы и защиты ее от разрушения М., 1991.
Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637 с.
Сумароков C.B. Математическое моделирование систем водоснабжения, Новосибирск, Наука, 1983. 164 с.
36
DEVELOPMENT OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN THE FIELD OF ENVIRONMENTAL SAFETY: HISTORICAL-METHODOLOGICAL ASPECTS
1 0 Solovieva, Svetlana Rostislavovna1, Makarova, Anna Anatolievna2,
o
Savitskaite, Elena Romanovna3
1Senior Lecturer, Voronezh Institute of High Technologies, 73a, Lenina Street, Voronezh, Russia, E-mail: [email protected] 2Candidate of Philological Sciences, Associate Professor, Voronezh State Technical University,
84, 20-letiya Oktyabrya Street, Voronezh, Russia, E-mail: [email protected] 3Candidate of Philological Sciences, Associate Professor, Voronezh State Technical University, 84, 20-letiya Oktyabrya Street, Voronezh, Russia, E-mail: [email protected]
Abstract
At the dawn of the new millennium, the problem of society's interaction with nature has become especially urgent. In recent decades, the risks of major environmental disasters caused by both human activity and natural elements have increased significantly. The historical significance of natural and anthropogenic environmental disasters cannot be underestimated. Throughout history, natural disasters such as forest fires and floods have regularly shaken the planet. However, with the development of human civilization, new types of disasters have emerged, including desertification, soil degradation, dust storms and marine pollution. The key role of environmental research information support is to analyze information flows and prepare data for decision-making at various levels of management. This includes the execution of environmental research, justification of scientific objectives and allocation of financial resources.
Keywords: technology, development, ecology, labor, land.
REFERENCE LIST
Bolgov V.V. Integrirovanie vozmozhnostej obuchayushchih sistem: (O komp'yuternyh tekhnologiyah obucheniya v vuze.). Universitetskoe obrazovanie i komp'yuternye tekhnologii obucheniya. Tomsk, 1993. S. 120-121.
Branovskij Y.S., SHapovalov V.A. Informacionnye tekhnologii v obuchenii studentov gumanitarnogo fakul'teta. Led. informatika 1993. Nomer 1. S. 49-53.
Ventcel' E S. Issledovanie operacij: zadachi, principy, metodologiya M., Nauka, 1980. 278 s.
Gershunskij B. S. Filosofsko-metodologicheskie osnovaniya strategii razvitiya obrazovaniya v Rossii. M.,1993. 278 s.
Glazachev S.N. Ekologicheskaya kul'tura uchitelya: Issledovaniya i razrabotki ekogumanitarnoj paradigmy. M.: Sovremennyj pisatel', 1998. 432 s.
37
Gromov G.R. Nacional'nye informacionnye resursy: problemy promyshlennoj ekspluatacii. M.: Nauka, 1984. S. 35.
Danilina A.E., Kucenko V.V. O problemah obespecheniya ekologicheskoj bezopasnosti na territorii Rossijskoj Federacii. Ekologiya i promyshlennost' v Rossii 1999 Nomer 9. S. 37- 39.
Danil'chuk V.I., Serikov V.V. Lichnostnyj podhod v sisteme principov ekologizacii estestvennonauchnogo obrazovaniya. Ekologicheskoe obrazovanie: koncepcii i tekhnologii: sb.nauch. tr. Pod red. prof. S.N. Glazacheva. Volgograd: Peremena, 1996. S. 84-91.
Il'in YU.A., Ignatchik B.C., Pokazateli nadezhnosti vodoprovodnyh ochistnyh sooruzhenij. Obespechenie nadezhnosti sistem hozyajstvenno-pit'evogo vodosnabzheniya. M„ MDNTP im. F.E.Dzerzhinskogo, M., 1989. S. 19-21.
Kacura A.V., Novik I.B. Vzaimodejstvie nauk pri izuchenii biosfery i problemy ekologii cheloveka. Vzaimodejstvie metodov estestvennyh nauk v poznanii zhizni. M.: Nauka, 1976. S. 46-58.
Mamedov N.M. Ekologiya: novye napravleniya v tradicionnoj nauke. Vzaimodejstvie obshchestva i prirody: Filosofsko-metodologicheskie aspekty ekologicheskih problem. M.: Nauka, 1986. S. 251-270.
O zashchite naseleniya i territorij ot chrezvychajnyh situacij prirodnogo i tekhnogennogo haraktera: Federal'nyj zakon ot 21.12.94 Nomer 68-FZ. SZRF, 1994 Nomer 35. st. 3648.
Potapov A.D. Permyakov B.A., Orlova N.YU., Dushkin O.V. Nekotorye voprosy ekologii atmosfery i zashchity ee ot razrusheniya M., 1991.
Rejmers N.F. Prirodopol'zovanie: Slovar'-spravochnik. M.: Mysl', 1990. 637 s.
Sumarokov C.B. Matematicheskoe modelirovanie sistem vodosnabzheniya, Novosibirsk, Nauka, 1983.
164 s.
38
