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:
1) временные базы данных, предназначенные для хранения ис-
ходных и промежуточных данных текущей задачи;
2) базы знаний, предназначенные для хранения долгосрочных
сведений (фактов) и правил манипулирования данными;
3) база программ, реализующих последовательность правил для
решения конкретной задачи на основе информации, хранящейся
в базах знаний и базах данных;
4) 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).
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.
