Бабошко О.И. КЛ_ИТвЛД

30

3.4 Прикладное программное обеспечение

Прикладное программное обеспечение подразделяется на классы программ: программы общего назначения; программы специального назначения; программы профессионального уровня.

Программы общего назначения - для их освоения не требуется специальных знаний, не связанных с информатикой, поэтому они широко применяются большинством пользователей. Этот класс программ представлен разнообразными редакторами, электронными таблицами, программами работы с базами данных, пакетами анимационной графики, коммуникационными программами, интегрированными пакетами и узкоориентированными программами.

Текстовый редактор - это программа работы с символьной информацией. Существуют множество текстовых редакторов, отличающихся как по функциональным возможностям, так и по сложности работы с ними. По назначению выделяют редакторы текстов программ, редакторы документов, издательские системы и специализированные редакторы.

Редакторы документов предназначены для работы с текстами, имеющими структуру документа: разделы, страницы, поля, абзацы (Word, Word Perfect, Лексикон). Эти редакторы позволяют создавать, редактировать и форматировать текстовый документ, а также обеспечивают работу со шрифтами, печать верхних и нижних колонтитулов, работу с графикой и другие операции. Большинство таких программ имеют встроенные «корректоры» для обнаружения грамматических ошибок и перекодировщики, обеспечивающие совместимость текстовых документов при переносе их из среды одного текстового редактора в среду другого.

Издательские системы позволяют создавать сложные документы высокого качества: буклеты, газеты, журналы, книги (Page Maker, QuarkXPress, Ventura Publisher). В них автоматизирован процесс верстки, т.е. имеются специальные средства для размещения текста по страницам со вставкой рисунков и фотографий.

Специализированные редакторы позволяют работать с документами, в которых встречаются большие математические или химические формулы (ТЕХ) или специальные символы (например, нотные знаки на нотном стане).

Графический редактор - это программа для работы с графической информацией (Paint, Photoshop, CorelDRAW). Такие программы предоставляют пользователю среду, моделирующую деятельность художника. По специализации выделяют графические редакторы общего и специального назначений. Графические редакторы общего назначения позволяют создавать и редактировать несложные рисунки, копировать и перемещать фрагменты изображений, сохранять и считывать графическую информацию, а специального назначения позволяют проектировать сложные в техническом отношении объекты, моделировать различные процессы, создавать рекламные проспекты.

Музыкальный редактор - это программа для создания и обработки звуковой информации (Composer). Наиболее простые редакторы позволяют имитировать один-два инструмента и составлять композиции полотно. Сложные

31

музыкальные редакторы воспроизводят одновременно до десятков инструментов, а музыка пишется для каждого инструмента, соединяясь затем в единое музыкальное произведение.

Табличные процессоры - это программа для обработки данных, представленных в виде таблицы. Таблицы, обрабатываемые табличным процессором, называются электронными таблицами. Визуально электронные таблицы отображаются в виде прямоугольных таблиц, состоящих из строк и столбцов, пересечение которых образует ячейки. Каждая ячейка имеет свой адрес, состоящий из двух координат (имени столбца и номера строки), на пересечении которых она располагается. В ячейках могут содержаться числа, текст или формулы, задающие зависимость значения данных, находящихся в других ячейках.

Табличные процессоры обычно применяются в тех случаях, когда ведется работа с относительно сложными формулами и большими объемами исходных данных. Используя табличный процессор, можно просматривать, задавать и изменять содержимое ячеек в электронных таблицах; осуществлять поиск и сортировку данных в них, изменяя значение исходных параметров; наблюдать за изменением расчетных параметров и анализировать получаемые результаты.

База данных - это набор данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования ими. В зависимости от организации данных выделяют иерархические, сетевые и реляционные базы данных. В иерархических базах данных для связи между объектами используют структуры в виде деревьев, когда объекты нижнего уровня подчинены объектам верхнего уровня. В сетевых базах данные представлены сетями и объекты могут быть связаны друг с другом любым количеством связей. Реляционные базы данных характеризуются табличным представлением информации, и каждая запись в таблице содержит данные, относящиеся только к одному конкретному объекту.

СУБД - это комплекс программ и языковых средств, предназначенных для создания и ведения базы данных, ввода, редактирования и удаления данных, организации взаимодействия баз данных с прикладными программами, обеспечения управления данными, доступа к ним, создания запросов и отчетов. Посредством СУБД определяются физическая и логическая структуры данных. Физическая структура описания отражает способ физического хранения данных; логическая структура - это тот вид данных, который доступен пользователю и которым он оперирует.

Пакеты анимационной графики напоминают графические редакторы по функциональным возможностям, но в отличие от них в пакетах анимационной графики работа ведется преимущественно с динамической графической информацией, а не с статической (3D-Studio, Animator). Условно пакеты анимационной графики можно разделить на пакеты начального уровня для создания несложных динамических объектов с реализацией простейших эффектов и пакеты профессионального уровня с большими анимационными возможностями.

Коммуникационные программы - это программы для передачи данных по компьютерным сетям. К этому классу программ относятся все виды браузеров, программы для работы с электронной почтой, программы службы FTP, средства

32

общения в сети, сетевая торговля. Среди большого количества программ этого класса можно выделить Outlook Express, Internet Mail, MS Exchange и др.

Интегрированный пакет - это набор взаимосвязанных прикладных программ, ориентированных на решение комплекса задач и поддерживающих единый способ взаимодействия пользователя со всеми программами из пакета, а также единый способ представления данных. Обычно такие пакеты включают в себя текстовый редактор, табличный процессор, СУБД, пакет графического отображения данных и телекоммуникационную программу. Наиболее популярными интегрированными пакетами являются MS Office, Works, Framework.

Узкоспециализированные программы используются для решения узкого круга задач. Наиболее популярны программы-переводчики, программы-словари и программы для сканирования документов. Программы-переводчики предназначены для перевода информации с одного естественного языка на другой (PROMT, Stylus, Сократ). Программы-словари представляют собой электронные версии обычных словарей с некоторыми удобными дополнительными возможностями (Lingvo, Мультилекс).

Программы для сканирования позволяют автоматически переводить печатные копии документов в электронный вид (FineReader).

Программы специального назначения предназначены для решения специ-

альных задач, таких как дистанционное обучение и тестирование, математические пакеты (MathCAD), экспертная оценка деятельности (GAMMA, EXPERT), использование возможностей информационных гипертекстовых систем (электронные энциклопедии) и др.

Программы профессионального уровня используются для решения задач профессиональной деятельности специалиста. К этому классу программ относятся программы анализа финансово-хозяйственной деятельности организаций, программы автоматизации бухгалтерского учета и банковской деятельности, программы обеспечения технологии производства продукции и др.

Вопросы для самоконтроля:

1)Дайте определение программного обеспечения?

2)Назовите основные модули операционной системы MS DOS.

3)Назовите основные модули операционной системы Windows, в чѐм еѐ преимущество?

4)Перечислите классы прикладных программ.

5)Каково назначение программ специального и профессионального уровня?

6)Перечислите группы программного обеспечения класса системных программ?

7)Что такое утилиты? Перечислите типы утилит и дайте их характеристику.

8)Какова роль драйверов? К какой группе программного обеспечения они относятся?

9)Перечислите программы общего назначения, дайте их характеристику?

10)Что такое СУБД?

33

ЛЕКЦИЯ 4 - ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ, ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИИ

4.1Информационные технологии сбора, обработки и анализа информации. Применение ГИС при планировании лесоводственных исследований

4.2Исследование роста сосновых древостоев на имитационной модели «СОСНА». Автоматизация расчѐтов при анализе хода роста древесного ствола

4.3Автоматизация расчѐтов результатов измерений на пробной

площади

4.4Информационные технологии в проектировании. Программное обеспечение ARC/INFO

4.5Использование современных информационных технологий для прогнозирования динамики лесного фонда

4.1 Информационные технологии сбора, обработки и анализа информации

Научные исследования охватывают много различных форм работы. Это экспериментальные исследования, полевые работы и первичная обработка их результатов, подбор и ознакомление с научными публикациями и т. п. В настоящее время появление ПК породило принципиально новый метод исследований - вычислительный эксперимент. Этот метод занимает промежуточное положение между классическим экспериментальным и классическим дедуктивным методами. Его отличие от классических методов состоит в том, что эксперименты проводятся не с самими материальными объектами исследований, а с их описаниями на формализованном языке (машинные программы, математические модели). Системы автоматизации, имеющие дело с перечисленными экспериментами, получили общее название, автоматизированные сис-

темы научных исследований (АСНИ).

При исследовании лесных ресурсов и оценке их состояния широко используются дистанционные методы, основанные на материалах аэро- и космической съѐмок. Информативность космических снимков огромна, а традиционные методы не могут обеспечить бесперебойное извлечение информации в необходимых объѐмах и в заданные сроки. Практика показала, что решение этой проблемы возможно путем создания автоматизированной системы обработки аэрокосмической информации о лесах (АСОИЛ). В настоящее время существует экспериментальный комплекс АСОИЛ, который имеет две технологические линии: СНИМОК-КАРТА и СНИМОК-ДАННЫЕ. По материалам обработки аэро- и космических снимков получают карты лесной растительности и таксационную характеристику выделов. АСОИЛ функционирует в интерактивном режиме «таксатор-дешифровщик и ЭВМ». Очень интенсивно развиваются но-

34

вые технологии дешифрирования многозональных космических изображений – это автоматизированные системы на основе нейронных сетей.

Для сбора и регистрации параметров природных объектов служат автоматизированные информационно-измерительные системы (АИИС). С помощью таких систем автоматически создаются базы данных экспериментальных материалов. Перечень измеряемых параметров зависит от целей и характера исследования.

Наиболее распространенной системой обработки результатов экспериментальных исследований в любой предметной области являются статистические пакеты прикладных программ. Например, программный продукт STAT GRAPHICS for Widows является наиболее полной (140 функций и процедур) и популярной в мире интегрированной статистической и графической системой, сочетающей широкий диапазон аналитических средств, высокую математическую точность и отличную графику. К этому же классу программ можно отнести интегрированную систему статистического анализа и обработки данных «STATISTICA», разработанную фирмой StatSoft (США). Эта система предоставляет пользователю более широкие возможности по обработке данных, их анализу и обмену с Windows-приложениями в сравнении с пакетом «

STATGRAPHICS».

К отечественным статистическим пакетам относятся STADIA, SIGN, OLIMP, МЕЗОЗАВР, ЭВРИСТА, КЛАССМАСТЕР и др. Для лесного дела использование статистических пакетов дает возможность максимально продуктивно проводить научные исследования. Для решения научных и производственных задач лесной отрасли существуют отечественные разработки:

-программы и комплексы программ для обработки результатов измерений на пробных площадях;

-имитационное моделирование роста древостоев в зависимости от интенсивности изреживания;

-моделирование хода роста древостоев по элементу леса;

-автоматизированная система построения моделей роста древостоев по материалам повыдельной базы данных и т.д.

В настоящее время при планировании лесоводственных исследований применяется программный продукт компании ERS ArcGIS. Использование ArcGIS позволяет упростить и автоматизировать некоторые операции связанные

слесоводственными исследованиями. С помощью ArcGIS можно выполнить выборку подходящих для исследования участков по ключевым параметрам. В качестве этих параметров могут выступать не только таксационные показатели, определенные при лесоустройстве, но и такие факторы, как близость дорог, гидрологическая сеть, породный состав смежных участков леса. В итоге получаем полный список выделов имеющих подходящие для исследования параметры, также результаты выборки можно визуализировать в виде карт, что делает информацию более наглядной. После того, как подобраны интересующие нас участки, можно произвести планирование расположения пробных площадей на участках.

Пример применения ArcGIS в производстве представлен на рисунке 5.

35

Рисунок 5 – Проектирование технологии разработки делянки

ArcGIS позволяет автоматизировать закладку пробных площадей лишь задав шаг сети в зависимости от целей исследования. Каждой площадке присваиваются географические координаты и порядковый номер, впоследствии эти данные переносятся в любой GPS навигатор. Это позволит без затруднений определить местоположение пробной площади на местности, а также проводить многократные повторные обследования.

Перед началом заготовительных работ производиться обследование участка, с выявлением| водотоков, биотопов, и других особенностей делянки. Их расположение отмечается GPS навигатором, с последующим переносом их координат в базу данных ArcGIS. Это позволит при составлении технологической карты учесть все особенности конкретной делянки. Основными плюсами этой системы является четкое системная организация данных для пользователя, и управление ими.

4.2 Исследование роста сосновых древостоев на имитационной модели «СОСНА». Автоматизация расчѐтов при анализе хода роста ствола дерева

Имитационная модель «СОСНА», разработана доцентом Богачевым А.В. на основе изучения закономерностей роста чистых сосновых древостоев на постоянных пробных площадях Московской, Воронежской и других областях России, позволяет исследователю прогнозировать рост древостоя сосны в зависимости от интенсивности изреживания при рубках ухода за лесом и естественном росте. При разработке имитационной модели выявлены закономерности роста по сумме площадей сечений, высоте, диаметру, протяженности кроны, степени сомкнутости полога, видовому числу, запасу, полноте, распределению числа стволов по ступеням толщины.

36

Имитационная модель "СОСНА" - это новый инструмент исследователя, с помощью его можно проследить за ростом древостоя во времени в зависимости от начальных значений таксационных показателей по двум вариантам. В качестве аргументов в модели приняты в варианте 1 -возраст (лет), число стволов (N), высота (Я), диаметр (D), а в варианте 2 -возраст (лет), число стволов (N), высота (Н), диаметр (D) и протяженность кроны (Lk). Моделирование естественного роста древостоев по основным таксационным показателям происходит с взаимоувязкой их на каждом шаге прогноза и рассчитано на равномерное распределение деревьев по площади. При достижении «лесоводственной полноты» 1.0 прогноз роста прекращается.

Другим критерием устойчивости древостоев является относительное протяжение кроны деревьев (Lк). Если Lк<30%, то древостой будет находиться в состоянии интенсивного изреживания и в будущем возможен полный распад.

Третьим критерием устойчивости древостоев является отношение (D/Н) диаметра древостоя к его высоте. Это значение не должно быть меньше 0.8 при средних высотах от 10 до 20 метров. Если характеристики древостоя не выходят за границы этих критериев, то древостой находится в благоприятных условиях роста. Исследователь может оценить естественный рост древостоев и в диалоге принять стратегию изреживания - имитировать рубки ухода. Имитация изреживания позволяет сформировать сосновый древостой с наибольшим запасом к моменту возраста сплошной рубки. Пользователь может вернуться к начальному шагу роста при неудовлетворительных результатах роста древостоя.

Под анализом хода роста ствола дерева понимаются специальные исследования, проводимые с целью получения полного представления об изменениях во времени всех его таксационных показателей. В большинстве случаев целью анализа является установление таксационных показателей дерева в тот или иной период жизни, то есть ход роста ствола дерева в определенные периоды.

Разработчик программы «WOOD» д.и. Нартов (БГИТА). Главное меню программы выполнено в виде выпадающих списков команд: ствол, гниль, опции, рапорт, конец. Работа в программе начинается с заполнения данных: года посадки, года вырубки, высоты ствола. Далее производится переход в следующее рабочее окно, где вводятся данные количества годовых колец для сечения 0,0 м; 1,0 м; 1,3 м; 3 м и т.д. После занесения данных программа автоматически определяет высоту дерева по периодам возраста, через каждые 5 лет.

Данные диаметров вводятся последовательно в направлении С-Ю; В-З и по периодам возраcта и по высоте сечения 0,0 м; 1,0 м; 1,3 м и т.д. С последовательным вводом таксационного показателя в результате обработки программа автоматически определяет средний диаметр и объем ствола.

С помощью команды главного меню программы «График хода роста ствола» просматриваются и распечатываются результаты графиков по диаметру, высоте, объему, а также видовое число, коэффициент формы, абсолютный, относительный и средний прирост объема, текущий прирост диаметра и высоты, средний прирост диаметра и высоты. Программа «WOOD» позволяет получить автоматическое построение продольного среза ствола.

37

4.3 Автоматизация расчѐтов результатов измерений на пробной площади

Пакет прикладных программ «PROBA 99» на персональных компьютерах предназначен для камеральной обработки результатов измерений на пробных площадях с рубкой и обмером модельных деревьев. Основная сфера использования этого пакета научные исследования. Пакет прикладных программ разработан на кафедре лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Пробные площади подбирались и закладывались в соответствии с ОСТ-56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные. Методы закладки». На пробной площади срубается 20-25 учѐтных деревьев, которые вырубаются механическим путѐм каждое 8-е дерево, попавшее в перечѐт из числа деловых, и каждое 1-е из числа дровяных. Указанные деловые и дровяные деревья при средних высотах 16 и более метров распиливаются на высотах от пня: 1,0;1,3; 3,0; 5,0 м и т.д. через два метра, последнее сечение при диаметре сечения примерно4-5 см. Если средняя высота меньше 16 м, то деревья распиливаются на высотах: 0,5; 1,5; 2,5 и т.д. через один метр. Измеряются диаметры в коре, толщина коры по диаметру и прирост по диаметру за 10 лет, на пне, на высоте 1,3 м и указанных высотах. Деловой ствол разделяется на деловую, дровяную часть и вершину. Это определяется по диаметру и наличию пороков древесины. Полученные результаты измерений на пробной площади были использованы для создания пакета прикладных программ «PROBA 99». Эта программа имеет следующие программные модули:

-программа ввода результатов измерений на пробной площади по элементам леса и учѐтным деревьям (PROBAWOD);

-автоматизация расчѐтов результатов измерений на пробной площади

(PROBA 99);

-числовые характеристики статистического анализа товарной структуры модельных деревьев и расчѐт сортиментных таблиц (stabd2v2, stabd4v2);

-статистики модельных деревьев (studlk).

Программа PROBAWOD служит для формирования файла данных результатов измерений на пробной площади по элементам леса и учѐтным деревьям. Программа PROBA 99 предназначена для камеральной обработки результатов измерений на пробных площадях с рубкой и обмером модельных деревьев. Программы stabd2v2 и stabd4v2 предназначены для составления сортиментных таблиц с параллельной статистической обработки товарной структуры модельных (учѐтных) деревьев по ступеням толщины 2и 4 см.. Программа studlk предназначена для статистической обработки информации модельных (учѐтных) деревьев на пробной площади.

Ранее, в 1993 году здесь же был разработан пакет прикладных программ «Проба 93» по тематике дипломного проектирования. Внешне он представлял собой систему меню выбора, окон ввода и информационных окон, с помощью которых программа взаимодействует с пользователем. В процессе работы ППП

используется несколько баз данных, содержащих нормативно-справочную информацию. Файл исходных ланных представляет собой базу данных и может использоваться для расчѐтов и корректировки. Он содержит поля для записи

38

следующей информации: общие сведения по пробной площади; ведомости перечѐта по двенадцати элементам леса; ведемости перечѐта подроста; ведомости перечѐта подлеска.

Программа «ПРОБА» была разработана Марченко С.И., доцентом кафедры лесных культур и почвоведения БГИТА в 1999 г. Она позволяет обработать пробные площади сосновых (Iб-V), еловых (Iб-V), дубовых (Iб-IV), березовых (Iа-V) и осиновых (Iа-V) насаждений. Каждая порода обрабатывается на отдельном листе книги Microsoft Excel. В программе имеются дополнительные листы, позволяющие построить график высот, содержащие справочную информацию для определения бонитетов насаждений (по М.М. Орлову), выписки из ТХР. Результаты камеральной обработки полевых материалов выводятся в табличной форме на том же листе рабочей книги Microsoft Excel.

4.4 Информационные технологии в проектировании. Программное обеспечение ARC/INFO

Проектирование – это сложный специфический вид деятельности человека, основанный на глубоких научных знаниях и творческом поиске, использовании накопленного опыта и навыков в определенной сфере, необходимых для создания в заданных условиях еще не существующего объекта.

Все уровни управления лесным хозяйством с давних времен используют лесные тематические карты. Они являются потенциальными потребителями лесных географических информационных систем (ГИС). Современное лесоустройство вполне освоило ГИС-технологии и активно применяет их в камеральном периоде своего производственного процесса при создании лесных карт. Используя в своих производственных процессах цифровые методы обработки данных и ГИС технологий, лесоустроительные предприятия стали сегодня основными производителями первичных данных о лесном фонде. Внедрение ГИС-технологий в лесное хозяйство означает передачу лесничествам картографических баз данных повыдельного уровня, при этом у лесничества появляется возможность самостоятельного получения и печати рабочих вариантов лесных карт интересующих их объектов. Таким образом, бумажные лесоустроительные планшеты перестают быть носителями точности в лесной картографии, а при использовании цифровой карты в качестве рабочего материала, в который вносятся текущие изменения в лесном фонде, лесоустроительные планшеты перестают быть отражением текущего состояния лесного фонда. Активным пользователем ГИС-технологий так же является отраслевая служба авиалесоохраны. Специфика решаемых этой службой задач состоит в оперативности получение материалов и принятия решений путѐм интеграции пространственно согласованных картографических, спутниковых и оперативных данных о горимости лесов в России.

В настоящее время в лесном хозяйстве для создания и редактирования географических баз данных, для целей пространственного анализа, поиска, представления и управления данными используется программное обеспечение ГИС ARC/INFO. Основные возможности ГИС ARC/INFO: разработка долго-

39

временной стратегии поставок древесины; пятилетние прогнозы запасов; выбор систем лесозаготовки; расчет строительства дорог с минимальными затратами; проведение визуального ландшафтного анализа с наложением делянок; решение споров относительно границ собственности; установление границ естественных местообитаний; моделирование сценариев распространения лесных пожаров; осуществление тактического планирования по тушению пожаров и многое другое.

Программное обеспечение ARC/INFO запоминает как географическую, так и численную структуру лесов и, с помощью Макроязыка ARC AML, связывает пространственную базу данных моделями планирования, предоставляя полный контроль пользователю через графически интерфейс. Поэтому конечный пользователь может без труда просматривать базы данных устанавливать параметры модели, наблюдать за результатами. ARC/INFO дает эффективную возможность добавлять важные параметры, как временные, так и пространственные в процессе планирования управления. В рамках кадастра и модели можно наблюдать, как может выглядеть лес в будущем через 5, 10, 25 или 100 лет.

Топологически структурированная база данных программного обеспечения ARC/INF дает важную информацию для пространственного моделирования лесов. Пространственные модели лесов используют как абсолютные, так и относительные географические привязки лесных массивов в проектировании и проверке стратегий лесозаготовок как части процесса планирования лесного хозяйства. Так как учитывается размещение отдельных лесонасаждений можно создавать графики лесозаготовок и будущие участки, которые легко преобразовывать карты. Одновременно с этим относительная географическая привязка дает возможность учесть экономические и естественно-природные особенности.

Прикладные средства ARC/INFO дают возможность планировщикам лесозаготовок в динамическом режиме задавать сроки доступа и расходы на транспортировку древесины имеющейся в кадастровой базе данных для разных вариантов прокладки дорог. В соединении с другими характеристиками лесонасаждений, такими как видовой состав и объемы деловой древесины, становится возможным анализ выгодности проекта сети дорог с точки зрения стоимости, заготовленной древесины. Кроме перечисленных задач с помощью ARC/INFO можно оценить воздействие на природную среду.

4.5 Использование современных информационных технологий для прогнозирования динамики лесного фонда

Согласно Инструкции по проведению лесоустройства в лесном фонде России при лесоустроительном проектировании актуальным является прогнозирование динамики лесного фонда с учетом запланированных лесохозяйственных мероприятий и объемов лесопользования. Прогноз дает возможность установить эффективность проектируемых лесохозяйственных мероприятии и лесопользования, оценить их влияние на изменение количественных и качественных характеристик лесных насаждений, на рациональное использование зе-