Практическое занятие № 11, 12 Тема: Создание, ведение и администрирование базы данных по экологическому состоянию атмосферного воздуха морского порта Продолжительность 4 час

Базой данных (БД) называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основополагающим при выборе структуры БД является модель представления данных. По способу организации различают реляционные, иерархические и сетевые БД.

Р е л я ц и о н н ы е – строятся на основе реляционной модели данных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отношения. БД при этом представляется в виде совокупности таблиц.

И е р а р х и ч е с к и е – строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. БД представляется при этом в виде совокупности деревьев.

С е т е в ы е – строятся на основе сетевой модели данных, в которой данные имеют структуру ориентированного графа. БД представляется ориентированной сетью.

Выбор конкретной БД зависит от характера выполняемых задач.

В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные БД: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др.

База данных по воздуху. Система сбора данных по качеству воздуха получает информацию о качественном и количественном состоянии метеорологических и физических величин, полученных от автоматических приборов для измерения фоновых параметров, метеорологических автоматических приборов, передвижных лабораторий. Информация заносится в память и обрабатывается для дальнейшего получения параметров, которые будут использоваться при планировании природоохранных мероприятий.

База данных по воздуху включает в себя БД по выбросам в атмосферу и БД по загрязнению атмосферного воздуха. Обе должны отвечать следующим требованиям:

– иметь в наличии максимум информации, занимая наименьший объем памяти;

– обеспечивать благодаря легкому доступу быструю обработку информации;

– обладать гибкостью в отношении доступа, поиска и обработки информации;

– содержать всю необходимую статистическую информацию.

Кроме того, по выбросам в атмосферу банк данных должен содержать сведения о промышленных предприятиях, включая назначение и географические координаты, установленные для него предельно допустимые выбросы (ПДВ), их фактические значения и т. п.

База данных по загрязнению атмосферного воздуха содержит координаты каждого стационарного поста или место нахождения передвижной лаборатории с указанием времени измерения и привязанного к нему значения каждого измеряемого ингредиента.

Способы доступа в БД должны быть простыми и "направляемыми" самой системой. Порядок доступа должен зависеть от организации БД. Уровень доступа определяет точку входа в БД и область ее вывода на экран: чем выше уровень доступа, тем более обширной будет представленная информация. Частная, с точки зрения потребителей, БД создается на трех уровнях: уровень доступа в БД; уровень прикладных программ; уровень данных.

На уровне доступа в БД осуществляется управление авторизованным доступом и собственно доступ в БД. Затем потребитель входит в уровень прикладных программ, в котором он может выполнить определенное число функций в зависимости от разрешенного уровня доступа. Выполнив функции, потребитель попадает в уровень данных.

Способы взаимодействия потребителя с архивом, прикладными программами и данными не должны зависеть от деталей построения БД. База должна иметь защиту от несанкционированного доступа на любом уровне.

Решение задачи мониторинг экологического состояния морских портовых комплексов требует учета огромного количества однотипных данных, количество которых может колебаться от сотен до сотен тысяч. Логично, что при помощи одного человеческого ресурса такую работу осуществить сложно, а при большом объёме данных и вовсе не представляется возможным. С этой целью и создается единая система по экологическому мониторингу, в основе которой лежит система управления базой данных (далее – СУБД) MySQL.

К преимуществам данной СУБД на фоне других можно отнести:

• Гибкие возможности масштабирования;

• Высокая степень безотказности;

• Возможность работы по схеме клиент-сервер;

• Мульти-платформенность;

• Открытое лицензионное соглашение.

Последний пункт является определяющим при выборе системы на начальной стадии построения – для некоммерческого использования СУБД MySQL является бесплатной, позволяя провести этап постройки и отладки системы без капиталовложений.

Функционирование лидара осуществляется с использованием системы управления базой данных (СУБД) MySQL, которая представляет собой множество значений (записей), хранящихся в таблицах, показанных на рисунках 4.3 – 4.8.

Номер точки		Номер пробы		Вещество
Координата Х		Дата отбора		ПДК
Координата Y		Вещество		Фон
Описание		Номер точки
		Горизонт
		Результат

№ пробы	Х	Y	Дата	Вещество	Результат	Фон	ПДК

Рисунок 4.3 – Структура таблиц для обработки данных в СУБД MySQL

Рисунок 4.4 – Таблица с исходными данными

Рисунок 4.5 – Таблица с исходными данными

Таблиц в свою очередь тоже может быть множество. Такая схема позволяет с одной стороны хранить неограниченные массивы данных, а с другой – масштабировать систему по мере необходимости. На начальном этапе система может хранить десятки или сотни записей, позволяя отстраивать её на скромных вычислительных мощностях. По мере роста числа записей эта же система сможет их разместить внутри себя при условии достаточных вычислительных мощностей. Т.о. одна и та же база данных в разные моменты времени может хранить сотни и сотни тысяч записей.

Другой отличительной возможностью СУБД на основе MySQL являетется возможность связывать таблицы между собой по определенным полям что дает возможность получать на выходе единовременно записи из разных таблиц. Не имея такой возможности пришлось бы хранить все записи в одной таблице, что очень негативно влияет как на удобство работы, так и на скорость.

Рисунок 4.6 – Таблица с исходными данными

Так же стоит отметить тот факт, что СУБД MySQL полностью соответствет требованиям языка SQL, что позволяет выполнять чистовую «доводку» кода запроса при помощи консоли ввода.

Рисунок 4.7 – Таблица с исходными данными

Рисунок 4.8 – Таблица с исходными данными

Разрабатываемая программа мониторинга позволяет извлекать из безразмерного массива данных только те, которые необходимы в данный момент и в данном месте [90 – 92].

То есть пользователь этой системы, во-первых, не привязан к какому-либо конкретному рабочему месту благодаря реализованной схеме работы «клиент-сервер», позволяющей работать через локальную сеть, либо сеть Internet. Во-вторых, при построении запроса в итоговую форму будут включены только необходимые записи, по желанию отсортированные и сгруппированные.

Сама форма отчёт так же настраиваемая, поэтому нет необходимости дополнительно обрабатывать отчёты для придания им нужного вида.

Система так же позволяет проводить операции над извлекаемыми данными, сравнивая их между собой либо с фиксированным значением, выделять минимумы и максимумы, производить арифметические операции и строить графики и диаграммы.

Возможность получать на выходе данные в любой форме позволяет использовать их для последующей обработки в других программных средствах. Например, программы для постройки карт гео-данных, таких как MapInfo.

При достаточном накоплении данных БД позволит в кратчайшие сроки проводить экологический мониторинг заданной местности, позволит сравнивать текущие результаты с фоновыми и предельно допустимыми, изучать влияние на экологию вводимых технических сооружений и объектов, а также строить вполне обоснованные прогнозы по будущему экологическому состоянию окружающей среды.

В качестве примера на рисунке 4.9 представлены результаты обработки данных экологического текущего мониторинга в сравнении с фоновыми и предельно допустимыми для промышленной площадки ОАО «Новороссийский морской торговый порт».

Анализ полученных по результатам текущего дистанционного мониторинга выбросов загрязняющих веществ в атмосферу порта позволит изучать влияние на экологию портового комплекса выбросов ЗВ, а также строить прогнозы по будущему экологическому состоянию окружающей среды.

Рисунок 4.9 – Содержание NO₂ в атмосфере ОАО «Новороссийский морской торговый порт»

Создание предлагаемой системы мониторинга позволит реализовать дистанционное управление наземной лидарной системой посредством интернет-каналов, что обеспе­чит надежность, простоту обслуживания, расши­рение системы доступа удаленных пользователей, а также даст положительный экономический эф­фект при эксплуатации.