6.2. Принципы создания экспертно-информационных систем для целей овос
В Проведение любой экологической экспертизы основывается на
использовании информации о состоянии окружающей среды и знаний о процессах, в ней происходящих.
Информация — это любые сведения о состоянии окружающей среды.
Знание — это проверенное практикой, приводящее к правиль- ным предсказаниям отражение действительности.
Информация, фиксированная в определенной форме, пригод- ной для последующей обработки, хранения и передачи, называет- ся данными. Организованный определенным образом массив дан- ных, хранимый в вычислительной системе, носит название базы данных. Комплекс баз данных и специальных методов и средств (программных, организационных и т.п.), позволяющих работать с информацией о состоянии окружающей среды широкому кругу пользователей, называется информационной системой.
Термин «данные» был введен в информатике для того, чтобы подчеркнуть необходимость преобразования информации в фор- му, пригодную для ввода в компьютер, например в числа или стро- ковые переменные, набитые на перфокарты. В последние годы бла- годаря развитию технологий мультимедиа с помощью компьюте- ров стало возможным обрабатывать практически любые типы ин- формации об окружающей среде — зарисовки, звуки, видео, и термин «информация» стал часто использоваться как синоним тер- мина «данные». В то же время термин «данные» часто используется для обозначения первичной цифровой информации о состоянии окружающей среды.
Экспертной системой принято называть систему искусственно- го интеллекта, которая создана для решения задач в конкретной проблемной области. Еще одно возможное определение: эксперт- ная система — это программа, которая ведет себя подобно экспер- ту в некоторой проблемной области. Структура экспертной систе- мы определяется следующими модулями:
временные базы данных, предназначенные для хранения ис- ходных и промежуточных данных текущей задачи;
базы знаний, предназначенные для хранения долгосрочных сведений (фактов) и правил манипулирования данными;
база программ, реализующих последовательность правил для решения конкретной задачи на основе информации, хранящейся в базах знаний и базах данных;
компонент приобретения знаний, автоматизирующий про- цесс наполнения базы знаний;
5) объяснительный компонент, формирующий пояснения о том, как система решала поставленную задачу.
В проблемной области «экологическая безопасность» основной задачей, которая ставится и перед экспертами в этой области, и перед экспертными системами, является поддержка принятия ре- шений. Поэтому любые информационные системы, ориентирован- ные на поддержку принятия решений, будем называть экспертно- информационными системами (ЭИС).
6.2.1. Структура эис
Считается, что информационные системы, ориентированные на задачи охраны окружающей среды и устойчивое развитие, вклю- чают в себя системы экологического мониторинга и служат функ- циональной основой процесса управления экологически безопас- ным развитием на различных иерархических уровнях территори- ального деления. Соответственно, такие системы должны обеспе- чивать решение множества задач:
обработку и накопление в базах данных результатов локального и дистанционного мониторинга и выявление параметров окружа- ющей среды, наиболее чувствительных к антропогенным воздей- ствиям;
анализ результатов экологического мониторинга и подготовку интегрированной информации и электронных карт, отражающих состояние окружающей среды региона;
накопление информации по временным трендам параметров окружающей среды с целью экологического прогнозирования; имитационное моделирование процессов, происходящих в окру- жающей среде, с учетом существующих уровней антропогенной нагрузки и возможных результатов принимаемых управленческих решений;
оценку риска для существующих и проектируемых предприя- тий, отдельных территорий с целью управления безопасностью техногенных воздействий;
разработку прогнозов вероятных последствий хозяйственной деятельности и рекомендаций по выбору вариантов безопасного развития региона для систем поддержки принятия решения; предоставление информации для экологического образования, для средств массовой информации и т.д.
Экспертно-информационные системы должны быть ориенти- рованы на комплексное использование результатов экологическо- го мониторинга, обеспечивая преобразование первичных резуль- татов измерений в форму, пригодную для поддержки принятия решений. При этом по мере перехода от первичных результатов экологического мониторинга к знаниям о состоянии окружающей среды меняются методы работы с информацией. Таким образом, в такой информационной системе можно выделить три уровня, ори- ентированных на решение различных задач экологического мони- торинга и отличающихся по методам работы с экологической ин- формацией:
1) знания для поддержки принятия решений; 2) информация о состоянии окружающей среды; 3) данные экологического мониторинга.
Поддержка принятия решений основывается на знаниях, при этом в идеале каждое утверждение верхнего уровня (рис. 6.3) долж-
но подтверждаться информацией, хранящейся на среднем уровне, а при необходимости и первичными данными нижнего уровня.
На нижнем уровне ЭИС системы для хранения данных о состо- янии окружающей среды используются различные системы управ- ления базами данных (СУБД), а для обработки результатов на- блюдений — различные программные продукты: редакторы таб- лиц, пакеты прикладных программ типа Маth САD и многие дру- гие. Такое разнообразие программного обеспечения обусловлено громадным числом разноплановых задач обработки результатов на- блюдений за состоянием окружающей среды, полученных с помо- щью локальных и дистанционных методов экологического мони- торинга.
На среднем уровне ЭИС для анализа информации о состоянии окружающей среды используются географические информацион- ные системы (ГИС), а также системы типа МAТLАВ, в которых реализованы различные методы интеллектуального анализа дан- ных. Подобные системы, обеспечивая ввод, хранение, обновле- ние, обработку, анализ и визуализацию всех видов экологической информации, позволяют систематизировать ее выдачу для управ- ления природными ресурсами, реализуя опыт, накопленный спе- циалистами в этой области.
В будущем системы поддержки принятия решений в области экологической безопасности неизбежно будут основываться на математическом моделировании процессов, происходящих в при- роде. Это неудивительно, так как схема «модель-гипотеза -> экс- перимент ->• установленный факт» составляет основу процесса познания практически в любой из многочисленных областей со- временной науки. В рамках математических моделей станет воз- можно и сопоставление между собой сведений из разных источ- ников, и свертывание результатов мониторинга, и прогнозиро- вание последствий того или иного хозяйственного решения. К сожалению, вычислительная мощность современных компью-
теров слишком мала, а методы математического моделирования окружающей среды недостаточно отработаны, чтобы их результаты могли бы широко использоваться для поддержки принятия решений в области природоохранной деятельности. Поэтому в настоящее время накопление знаний, необходимых для поддержки принятия решений, основывается на различных реализациях системного подхода, таких как методология оценки воздействия на окружающую среду, индикаторы окружающей среды и устойчивого развития и т. п.
Оптимальной средой для размещения подобной информацион-
ной системы является Интернет. С помощью языков программиро-
вания НТМL, JavaScript, Java сравнительно легко создать иерархи-
ческую модель мультимедийных данных, установив при необходимости гипертекстовые связи и обеспечив удобный доступ ко всей или к части имеющейся информации для широкого круга пользователей. Таким образом, кстати, реализованы многочисленные серверы Агентства по охране окружающей среды (U.S. ЕРА — The United States Еnvirоптепtal Рrotection Agency, http://www.ера.gov /), о которых рассказывается в подразд. 6.2.3.
Данные экологического мониторинга, используемые для под-
держки принятия решений в области природоохранной деятельности, чрезвычайно разнообразны и, как правило, включают:
данные дистанционного (спутникового) мониторинга;
данные подспутниковых наблюдений, полученных с помощью
локальных методов мониторинга, с борта исследовательского суд-
на ит.п.;
данные официальной статистики и архивные данные.
Кроме этого, при анализе данных экологического мониторинга
все чаще используются результаты математического моделирова-
ния. Такая сложная структура данных вынуждает на настоящем этапе
разделить стадии анализа данных и представления результатов ана-
лиза, так как средства для анализа данных, в том числе и средства интеллектуального анализа данных, — это большие пакеты прикладных программ, которые нет никакого смысла размещать в сети Интернет.
Этапы интеграции данных экологического мониторинга в ЭИС
представлены на рис. 6.4. На первом этапе первичные данные эко-
логического мониторинга интегрируются в хранилища данных. На
втором этапе данные экологического мониторинга анализируются
с помощью стандартных пакетов, реализующих те или иные мето-
ды интеллектуального анализа данных (см. подразд. 6.2.2), а резултьтаты анализа представляются в сети Интернет.
Схема интеграции данных экологического мониторинга в хра-
нилище данных представлена на рис. 6.5.
При интеграции данных экологического мониторинга в храни-
лище данных часто возникает проблема оценки достоверности ис-
ходных данных в соответствии с требуемым уровнем метрологи- ческого обеспечения. Невозможно оценить их достоверность путем повторения эксперимента из-за постоянно меняющихся условий. Это порождает трудно разрешимые проблемы. Один из возможных путей проверки достоверности данных экологического мониторинга может быть основан на сопоставлении их с данными, полученны- ми из других источников.
