Информац_технологии_Черных_2000

- 261 -

Рис. 7.55. Отбор выделов в рубки ухода на основе визуализации сложного пространственного запроса к базе лесотаксационных данных

В качестве примера сложного запроса рассмотрим выбор выделов мелколиственых лесов, наиболее перспективных для восстановления дубрав. Для этого необходимо выбрать спелые березняки и осинники, в которых отсутствует или немногочисленен подрост и/или подлесок, который после проведения рубок переформирования и создания культур будет оказывать угнетающее влияние на развитие дуба и вызовет необходимость увеличить затраты на проведение рубок ухода. Последовательность проведения этого запроса следующая. Для показателя "Формула древостоя 1 яруса" задаем значение 10Б или +Б или ЮОс или +Ос. Затем для показателя "Возраст древостоев 1 яруса" задаем значение >51 года. Для показателя "Формула подроста" задаем значение, кроме ЮЛп или кроме +Лп, для показателя "Плотность подроста" - значение < 2000 шт/га. Для показателя "Подлесок - комментарий", где определены балльные оценки густоты подлеска, задаем значения, кроме "густой" и "средней густоты". В результате проведения этого сложного запроса получаем перечень выделов. где возможно проведение рубок переформирования в сочетании с лесокулыурными мероприятиями для формирования дубрав. В дальнейшем с помощью SDP проводится пространственный анализ размещения выбранных выделов, где учитываются близость дорог, возможности вывозки древесины и т.д. (рис. 7.56).

- 262 -

Рис. 7.56. Отбор выделов в рубки переформирования

7.4.5. Подсистема лесное хозяйство ЛУГИС-ЛХ

Подистема ЛУГИС-ЛХ разработана на Северо-Западном лесоустроительном предприятии. Предназначена для компьютерной поддержки ведения лесного хозяйства в лесничествах, лесхозах и управлениях лесами субъектов федерации.

Для целей использования в лесном хозяйстве система формируется из отдельных блоков АКС "ЛУГИС" по модульному принципу.

ЛУГИС-ЛХ позволяет подготовить исчерпывающую характеристику лесного фонда организационно-хозяйственной единицы лесного хозяйства или его части (территории аренды, специально выделяемой из состава лесхоза территории и т.п.) при условии поддержания базы данных в актуальном состоянии.

С помощью программ подсистемы ЛУГИС-ЛХ специалисты лесного хозяйства могут:

а) получать документы следующего содержания:

1)государственный учет лесного фонда в формате инструкции по составлению ГУЛФ. 1997. Формы 1, 2 и 3;

2)сведения о лесах по категориям владельцев и арендаторов;

3)характеристику лесного фонда в разрезе категорий земель, по породам производительности, типам леса;

4)средние таксационные показатели;

5)полную информацию об изменениях в площади и качестве лесных

культур, б) размер потерь древесины и гибели лесов;

7)характеристику эксплуатационного фонда всего хозяйства или его части, включающую объемные показатели, возрастную, товарную и сортиментную структуру;

8)оценку качества выполнения основных видов лесохозяйственных

работ;

9)при необходимости исчисление расчетных лесосек по главному пользованию;

-263 -

10)то же по определению размера промежуточного пользования;

11)с помощью модуля системы регуляции запросов (SRZ) произвольные запросы любой сложности из повыдельной базы данных;

б) выполнять операции с повыдельной базой данных:

1)внесение текущих изменений на хозяйственную деятельность;

2) актуализацию повыдельной базы данных на естественный рост (через 5, 10 лет после базового лесоустройства).

Картографический модуль подсистемы, поддерживаемый программным продуктом WINMAP, позволяет решать следующие задачи:

1)хранение на электронных носителях и возможность визуального просмотра картографических материалов лесоустройства;

2)внесение текущих изменений в лесоустроительные планшеты в соответствии с требованиями действующей инструкции о внесении текущих изменений;

3)графическое отображение проектов ведения лесного хозяйства (делянок, вырубок, участков лесных культур и проч.);

4)нанесение участков ведения лесного хозяйства на планшет по данным измерений в натуре (буссольная, теодолитная съемка, данные GPS или ГЛОНАСС и т. п.).

Задачи, решаемые модулем "ЛЕСОСЕЧНЫЙ ФОНД":

1)материально-денежная оценка лесосек (МДОЛ) по данным сплошного или частичного перечета и по данным лесоустройства;

2)вести учет лесосечного фонда в электронном формате "Книги расхода леса" (базе данных ЛЕСОСЕЧНЫЙ ФОНД);

3)получать товарную структуру лесосечного фонда;

4)получать ведомости МДОЛ;

5)распечатывать материалы отвода лесосек;

6)получать документы отчетности лесного хозяйства: 3-ЛХ, 10-ЛХ, 14-ЛХ;

7)с помощью системы реализации запросов (SRZ) формировать документы произвольной формы по отпуску древесины, лесонарушениям, отсрочке и вывозке древесины, проектируемым ле-совосстановительным мероприятиям. В настоящее время подсистема ЛУГИС-ЛХ активно внедряется на СевероЗападе России.

7.5.Информационные системы регионального уровня

7.5.1.Разработка базового ресурсного модуля локальной информационной системы управления лесами

субъекта федерации

Функци и и средства обработки лесотаксационных и планово-картографических материалов в ЛИС лесхоза разрабатываются с учетом требований построения на их основе единой иерархической информационной системы для обеспечения управления лесным хозяйством с элементами интеллектуальных

- 264 -

систем, с использованием математического моделирования и прогнозирования, баз знаний, экспертных систем и др. систем обеспечения принятия управленческих решений. Эти программные средства созданы таким образом, чтобы быть основой для агрегации локальных информационных систем (ЛИС) лесхозов в единую Региональную ЛИС управления лесным хозяйством субъекта федерации, а затем агрегации ЛИС субъектов федерации в единую Информационную систему лесного хозяйства России (ИСЛР).

В связи с общей тенденцией развития программного обеспечения во ВНИИЦлесресурс была выполнена разработка базового модуля ЛИС регионального управления лесами в операционной оболочке MS Windows, которая не только обеспечивает удобный и наглядный интерфейс для операций с файлами, дисками и т.п., но и предоставляет новые возможности для работы и взаимодействия отдельных программ и различных приложений фирмы Microsoft. В качестве интегрирующей среды, способной решать комплекс задач по интеллектуализации региональной ЛИС, использована система IRIS [Г. Андриен-ко, Н. Андриенко, 1995]. В качестве картографического интерфейса использована SDP. Формулирование запросов в базовом модуле производится путем заполнения понятиями базы знаний (БЗ) типовых форм. Таким образом, при работе с системой используются только профессиональные термины и понятия, составляющие БЗ лесного хозяйства. Система сама сопоставляет их с индексными записями документов базы данных и формирует выходные таблицы. Одновременно система отбирает картографические документы, выбирает графическое представление для визуализации отобранных параметров (например, в виде круговых диаграмм, знаков и т.д.) и создает тематическую карту, которая вместе с текстом запроса, таблицей выходных результатов связывается в гипертекст. Гипертекст предъявляется пользователю в качестве результата поиска. Формирование региональных цифровых карт выполняется по листам топографической карты, привязываясь к существующим разграфкам карт. При этом создается единая система опорных точек на объект картографирования, привязанных к сторонам и углам листов карт. Дальнейшая работа идет по листам карты с преобразованием информации в заданную картографическую систему.

7.5.2. Интеллектуальная информационно-аналитическая система по лесному фондубазовый модуль локальной информационной системы регионального (федерального) уровня

Интеллектуальная информационная система "Отдельные показатели ГУЛФ 1966-1993 гг.'" была создана во ВНИИЦлесресурс на картографической основе с полесхозной (региональной) агрегацией данных с прототипом базы знаний по лесному хозяйству. Система предназначена для создания помощи пользователю в исследовании больших массивов табличных даннных, имеющих пространственную привязку. Система способствует выявлению особенностей, закономерностей, взаимосвязей

- 265 -

исследуемых данных, отличается легкой в освоении логикой работы с табличными данными; возможностью расчета показателей на основе данных таблицы; понятным интерфейсом; разработанным текстом поддержки пользователя, описывающим основы работы системы; возможностью сохранения данных в текстовом или табличном формате с поддержкой дальнейшего обращения средствами IRIS (Information Retrieval Intellectual System - Интеллектуальная система информационного поиска) к созданным пользователем таблицам.

Принципы разработки систем, основанных на базах знаний, а также описание построения базового модуля ЛИС регионального (федерального) уровня приведены ниже.

Краткое описание системы IRIS

Ключевым моментом подхода к разработке интеллектуальных информационных систем (рис. 7.57) является БЗ проблемной области. Эта БЗ содержит следующие виды знаний:

1.Понятия проблемной области и отношения между ними. Понятия применяются, во-первых, для описания содержания документов, во-вторых, для построения запросов. Отношения нужны для систематизации понятий и обеспечения ориентации в БЗ, а также для задания ограничений на слоты фреймов, используемых при индексировании и формулировке запросов.

2.Набор фреймов, описывающих содержание документов. При заполнении слотов фрейма понятиями БЗ формируется ИНДЕКСНАЯ ЗАПИСЬ документа. Множество индексных записей составляет ИНДЕКС документов, используемый для поиска информации. Ограничения на слоты фреймов определяют, какие понятия могут быть подставлены в них. В БЗ может быть задано несколько различных фреймов как для отражения существенных отличий документов, так и для множественного индексирования одних и тех же документов с разных точек зрения.

3.Фреймы - шаблоны типовых запросов. Пользователь формулирует свой запрос путем заполнения слотов понятиями БЗ, удовлетворяющими ограничениям на содержание слотов. С точки зрения интерфейса, типовой запрос представляет собой фрагмент текста с полями (пропусками), которые нужно заполнить понятиями. Для каждого типового запроса в БЗ задаются правила его трансформации в аналог индексной записи документа. В процессе поиска информации осуществляется сопоставление индексных записей с запросом.

4.Эвристические правила управления процессом поиска. Эти правила определяют поведение системы в ситуациях, когда а) нет ни одного документа, в точности соответствующего запросу; в этом случае система может попытаться найти документы, содержащие нужную информацию в неявном виде; б) содержание найденного документа может быть дополнено другими документами (например, графической иллюстрацией или картой).

Термины и понятия

Приложение. Программная часть системы является полностью проблемно-независимой. Программа настраивается на конкретные нужды

- 266 -

пользователя путем создания приложения. Для этого в отдельной поддиректории рабочей директории системы (содержащей ехе-модуль) создаются файлы базы знаний проблемной области, описывающие основные понятия, связи между ними, а также содержание анализируемых документов. Можно создавать произвольное число приложений системы.

Документ. Файл с данными, подлежащими анализу. Настоящая версия рассчитана на работу с файлами в формате dbf.

Структура системы IBIS. Взаимодействие между компонентами системы, организация работы сданными и знаниями.

Рис. 7.57. Структура интеллектуальной системы информационного поиска

Параметры, пли независимые переменные. Элементы содержания документа, задающие привязку данных (к чему они относятся): время, место, объект и т.п. Например, данные об учете лесного фонда по лесхозам Московской области определяются параметрами Год (1988, 1993), Лесхоз (значениями являются различные лесхозы Московской области), Породы (сосна, ель, дуб низкоствольный и т.д.), Возрастная группа (молодняки, спелые, приспевающие, все возрасты и т.д.). Параметры могут быть инвариантными (принимать одно и то же значение для всех данных), например, таблица относит-сяк1993г

Данные, или зависимые переменные. Значения различных атрибутов (например, площадь, запас), зарегистрированные для различных наборов значений параметров.

База знаний проблемной области

Основу БЗ составляют понятия. Понятия формируют словарь для формулировки запросов и индексирования документов. Выделяются три категории понятий: Сущности, Свойства и Значения свойств.

Сущностями являются объекты проблемной области, как абстрактные, так и конкретные. Примеры сущностей: "земли лесного фонда", "хвойные" и др. Свойства, или понятия со значениями, используются для описания

- 267 -

характеристик объектов. Примеры свойств: "площадь" с множеством возможных значений из положительных вещественных чисел и "возраст древостоя" с множеством значений "молодняки", "приспевающие", "спелые" и "перестойные".

Для задания семантических связей между понятиями используются Отношения. Рассматриваются только бинарные отношения. Некоторые отношения предопределены: "есть" (или is-а) связывает видовое понятие с родовым; "имеет свойство" (или has-property) -с характеризующими их свойствами; "имеет значение" (или has-value) задает множества возможных значений свойств. В каждой ЛИС могут использоваться специфические отношения. Для них задаются математические свойства: рефлексивность, транзитивность, симметричность и антисимметричность, учитываемые системой при интерпретации БЗ. Важным свойством отношений является наследование по is-a иерархии: из "АгВ"и"С is-aA" следует, что "С г В", где А, В, С - понятия БЗ, г - наследуемое отношение. Примерами наследуемых отношений являются has-property и part-of.

Понятия бывают Простые и Составные. Простые понятия задаются своими именами. Составные понятия включают слоты, которые могут быть заполнены другими понятиями (в том числе и составными). На содержимое слотов могут быть наложены Ограничения. Для формулировки ограничений используются отношения БЗ. Слоты могут иметь модификаторы OPTIONAL (слот не обязателен для заполнения) и MULTIPLE (слот может иметь несколько значений).

Составное понятие с заполненными слотами называется Экземпляром составного понятия, например:

Факт (Объект: Покрытые лесом земли, Свойство: Площадь (га), Значение: 12,736

Фреймы для описания документов определяются в БЗ аналогично составным понятиям. Индексные записи документов являются экземплярами этих фреймов. Слоты фреймов подбираются разработчиком с точки зрения важности для соответствующего приложения. Например, для обеспечения возможности поиска объекта по его наблюдаемым свойствам в БЗ вводится составное понятие "признак", включающее слоты "свойство" и "значение"; в индексные записи документов включаются экземпляры этого понятия, т.е. пары (<свойство>, <значение>).

Типовой запрос представляет собой текст с полями, которые заполняются понятиями. Поля играют ту же роль, что и слоты в составных понятиях и фреймах описания документов. Ограничения определяют, какие понятия могут быть подставлены в поля запроса. Интерфейс по составлению запросов показан на рис. 7.58. Пользователь формулирует запрос, нажимая на экранные кнопки. Понятия подставляются на место кнопок, помеченных символом <?>. При нажатии на такую кнопку пользователю предъявляется список понятий, удовлетворяющих ограничениям. Выбранное понятие заменяет кнопку на экране. Кнопки с символом <-> обозначают

- 268 -

необязательные (optional) фрагменты запроса, которые удаляются при нажатии на названную кнопку.

Найти площади земель ? -год(ы): ?

-для группы лесов: ?

-для выбранных лесхозов: ?

Рис. 7.58. Пример пользовательского интерфейса

При формулировке запросов и индексировании документов используются фреймы различной структуры. Для обеспечения возможности их сопоставления в БЗ задаются правила преобразования запросов в вид, аналогичный индексной записи. В этих правилах указывается, какие фреймы документов соответствуют запросу, и способ их заполнения по содержимому полей запроса. На рис. 7.59 графически представлен один из типовых запросов и соответствующее ему правило преобразования.

Типовому запросу может соответствовать несколько фреймов документов. Каждый из них задает отдельный пункт запроса, который будет сопоставляться с индексом документов в процессе поиска.

Поиск и представление отобранной информации

Основной метод отбора информации - это сопоставление пунктов запроса с индексными записями, описывающими содержание документов.

Рис. 7.59. Схема и правила преобразования типового запроса

- 269 -

Если запрос состоит из нескольких пунктов, документ отбирается с целью сопоставления его индексной записи хотя бы с одним из пунктов. Помимо сопоставления, в процессе поиска могут использоваться правила поиска, задаваемые в БЗ. Выделяются 2 типа правил: Ш-NOT-FOUND и IFFOUND. Правила первого типа определяют поведение системы в случае, если ни один документ не соответствует какому-либо пункту запроса. Предполагается, что часть информации может присутствовать неявно. Например, в системе может не оказаться документа, в точности соответствующего запросу о запасе древостоя конкретного породного состава. В этом случае система может предложить пользователю таблицу с данными по соответствующей группе пород.

Правила второго типа позволяют дополнить отобранные документы семантически близкой информацией. Например, отобранные таблицы могут быть проиллюстрированы при помощи карты. Правила обоих типов имеют сходную структуру. Они добавляют новые пункты запроса, что позволяет отбирать дополнительные документы.

По запросу пользователя может быть отобрано достаточно большое количество документов, взаимосвязанных по содержанию. Семантические связи между документами следует сделать видимыми для пользователя. Для этой цели результаты поиска представляются системой в виде гипертекста.Отобранные документы образуют узлы гипертекста. Система устанавливает связи между узлами, учитывая, во-первых, историю выбора документов по IF-FOUND правилам, во-вторых, сходство индексных записей документов или их фрагментов. Для облегчения ориентации между документами соответствующие узлы подразделяются на первичные (отобранные непосредственно по запросу) и дополнительные (отобранные по правилам поиска). Кроме того, используются некоторые эвристики относительно общности и специфичности документов.

Следует отметить, что до этого момента мы не касались того, какова природа отобранных документов. Большинство типов документов (тексты, изображения, видеоинформация) предполагают непосредственное предъявление пользователю. В то же время для числовых и табличных данных система может произвести дополнительные преобразования с тем, чтобы выявить их структуру и облегчить пользователю анализ информации. Так, для табличных документов обеспечивается возможность переструктурирования, отбора строк и столбцов и т.д. В случае данных, имеющих территориальную привязку, обеспечивается интерактивное построение аналитических карт с различными способами картографического изображения. Наконец, учитывая характеристики данных (типы значений и отношения между соответствующими понятиями БЗ) и цели пользователя (выражающиеся в выбранном типовом запросе), система может автоматически построить когнитивно-графическую иллюстрацию.

Рассмотрим последовательность взаимодействия пользователя с системой при анализе данных по учету лесного фонда на примере регионального уровня (данные по учету лесного фонда за 1988-1993 гг. для

- 270 -

лесхозов Московской области).

Рис. 7.60. Графическое представление правила поиска и отображения Информации

На рис. 7.60 показаны действия пользователя и системы, начиная с формулировки запроса и заканчивая представлением отобранной информации. Блок 1 содержит запрос пользователя, полученный путем заполнения понятиями БЗ типового запроса. Запрос преобразуется системой

ввыражение 2, которое затем сопоставляется с индексными записями документов. Сопоставление приводит к отбору табл. 3, содержащей сведения о площади и запасе древостоя различных пород по лесхозам Московской области в 1993 году. Проводится отбор строк и столбцов таблицы: исключается из рассмотрения столбец "Площадь'" и выбираются только те строки, которые относятся к хвойным породам. При этом система руководствуется базой знаний, в которой имеются понятия "ель", "сосна", "пихта" и другие, связанные отношением is-a с понятием "хвойные". Результатом является преобразованная табл. 4.

Отбор таблицы активизирует правило поиска IF-FOUND, по которому строится вторичный пункт запроса 5. Этот пункт приводит к отбору документа 6 (карта Московской области с отображенными на ней территориями лесхозов). Для данных, представленных табл.4, выбирается графическое представление в виде круговых диаграмм, которое совмещается с картой: диаграмма, соответствующая каждому из лесхозов, помещается внутри контура соответствующего лесхоза на карте. Результатом является тематическая карта 7, которая вместе с текстом запроса и табл. 4 связывается

вгипертекст 8. Гипертекст предъявляется пользователю в качестве результата поиска. Основным узлом гипертекста является узел с таблицей, от