Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации на Эко портале обращайтесь portaleco.ru@gmail.com

 Стандартизация форматов данных для использования в компьютерных моделях неточечных источников
(2 голоса, среднее 3.00 из 5)
Статьи - Диффузное загрязнение водных экосистем

Стандартизация форматов данных для использования в компьютерных моделях неточечных источников

Детерминированные компьютерные модели рассредоточенной нагрузки, как и чисто гидрологические модели, используют достаточно стандартный набор входных параметров, среди которых обязательно присутствуют метеорологические данные, гидрологические и гидравлические параметры территории и ее русловой сети, параметры качества воды и т. п. Эти данные имеются, как правило, в распоряжении разных служб, поэтому их сбор и подготовка для использования в какой-нибудь компьютерной модели могут быть довольно трудоемкими. При проведении работ на конкретных водосборах исследователи нередко используют не одну, а несколько моделей, каждая из которых предъявляет свои требования к формату входных данных. Такое положение вынуждает пользователей неоднократно переписывать одни и те же данные, каждый раз подгоняя их под входной формата очередной компьютерной модели.

Чтобы облегчить работу по манипулированию данными (пространственными, временными, параметрическими), используемыми при моделировании гидрологических процессов, в 1983 г. Геологической службой США совместно со Службой охраны почв Департамента сельского хозяйства была разработана унифицированная структура файлов хранения данных такого типа. Эти файлы были названы Watershed Data Management files* (WDM) [Lumb et al., 1988]. Многие гидрологические модели и модели качества воды, разработанные исследовательскими центрами США, в настоящее время используют файлы WDM, которые обеспечивают пользователей единой базой данных для многих компьютерных программ. Эта разработка устранила необходимость перефор-

1 Буквально - файлы управления данными по водосбору (англ.).

матирования данных при переходе от одной прикладной программы к другой. Кроме того, разработка единой структуры хранения данных позволила создать библиотеку подпрограмм (утилит) для манипулирования этими данными в интерактивном режиме, что стало особенно актуальным в связи с расширившимся в 1990-е годы применением персональных компьютеров.

Файлы структуры WDM являются файлами прямого доступа, и разработанные утилиты позволяют работать с ними как с базой данных. Каждый набор данных в WDM-файле содержит конкретные типы данных, такие как параметры течения в определенном месте русла или температура воздуха на некоторой метеорологической станции. Каждый набор данных, кроме того, содержит атрибуты, описывающие данные: географические координаты и идентификационный номер пункта наблюдения, временной интервал, через который снимались натурные данные и т. п. Файл может содержать до 200 тысяч наборов данных; количество описательных атрибутов у каждого набора -от единиц до сотен.

Серии временных рядов, которые хранятся в WDM-файле, могут иметь шаг по времени от 1 секунды до 1 года. Для ускорения доступа к ним данные обычно группируются в периоды - от 1 часа до 100 лет. Причем восстановленные данные в серии помечаются специальным флагом, указывающим, что эти величины получены оценочным путем, а не были измерены. Для экономии места на устройства хранения информации файлы могут записываться в сжатом виде. Этот формат записи используется в тех случаях, когда нескольким шагам по времени соответствуют одинаковые значения измеряемого параметра или когда отличия измеренных величин лежат в пределах некоторого интервала, установленного заранее.

Первоначально (1984 г.) файлы формата WDM использовались программой HSPF, для чего были созданы вспомогательные утилиты IOWDM и ANNIE. Позднее Геологической службой США и Агентством по охране окружающей среды (которое также подключилось к совершенствованию структуры WDM-файлов) более дюжины программ были разработаны или модифицированы для использования файлов этого формата в модельных расчетах.

Утилита IOWDM (Input and Output for a Watershed Data Management file) позволяет конвертировать данные из некоторых форматов в формат WDM. В частности, она позволяет преобразовать в эти файлы входной и выходной форматы компьютерной модели HSPF. Разрешается экспортирование данных из WDM в текстовые файлы. Последняя процедура может оказаться полезной, когда необходимо обменяться данными между разными операционными платформами (например, UNIX и DOS), в которых базовые системы ввода-вывода различны, и запись информации в файлы прямого доступа организована по-разному.

Программа ANNIE - это интерактивная программа «гидрологического анализа и управления» (Interactive hydrologic analyses and data management), которая позволяет оперировать с данными, хранящимися в WDM-файлах,

отображать их в виде таблиц, текстовых файлов, а также предоставляет возможности графического вывода информации на различные устройства [Kittle et al. 1989, Lumb et al, 1990]

Развитие унифицированного формата входных и выходных данных значительно улучшило пользовательский интерфейс гидрологических компьютерных моделей Так. в частности, с использованием WDM-файлов быпа разработана экспертная система HSPEXP для калибровки модели HSPF [Lumb et al, 1994] Эта система дает пользователю возможность редактировать входные файлы для модели HSPF запускать программу на счет, представлять результаты расчетов в виде графиков, сравнивать результаты моделирования с наблюдаемыми величинами, проводить статистическую обработку этих результатов Кроме того, экспертная система HSPEXP может «давать советы», т е указы-ват ь пользователю направления изменения тех или иных параметров Для это-ю в нее заложены около 35 правил, которые привлекают проверку более чем по 80 условиям прежде чем выдать оператору рекомендации по калибровке Эти правила разделены на 4 основные «гидрологические» группы годовой сток, межень, ливневый сток, сезонный сток Подбор параметров идет последовательно по группам, так что условия, относящиеся к последующей группе не проверяются, пока не закончится работа в предыдущей Все используемые правила в экспертной системе основаны на многолетнем опыте работы специалистов с компьютерной моделью HSPF

Применение современных технологий для моделирования диффузного загрязнения

Глобальная компьютерная сеть

В наше время обзор литераторы практически по любой проблеме, в том числе и по компьютерным моделям диффузного загрязнения водоемов, наверное, нельзя назвать полным, если в нем не упомянуты источники, оперативный доступ к которым обеспечивается «Всемирной паутиной» (World-Wide Web) -Интернетом Научньге центры, связанные с исследованиями в области охраны окружающей среды, предоставляют специалистам практически неограниченные возможности по ознакомлению со своими разработками в самых разных направлениях, в том числе и в развитии современных версий компьютерных моделей неточечных источников Достаточно подробные аннотации ко многим моделям, упомянутым в предыдущих разделах, желающие могут найти на Интернет-страницах (сайтах') Агентства по охране окружающей среды (ЕРА), Департамента сельского хозяйства (USDA). Гидрологического инженерного центра Корпуса инженеров армии США (НЕС), Геологической службы (USGS), разработки которых неоднократно назывались выше

1 От английского site - местопопожение

Например, аннотациям работ USGS по изучению водных ресурсов посвящен сайт http://waisqvarsa.er.usgs.gov/public/nawdex/swra.html. Официальные поддерживаемые Геологической службой компьютерные модели для анализа водных проблем с подробными описаниями и руководствами пользователя, доступны по следующему адресу в Интернете: http://water.usgs.gov/software/. Это адрес страницы прикладного программного обеспечения по водным ресурсам (USGS Water Resources Applications Software), которая открывает новые «пути» к моделям: 1) подземных вод, 2) поверхностных вод, 3) моделям качества воды, 4) моделям геохимических процессов. Кроме того, все эти модели могут быть получены также через анонимный протокол передачи файлов (FTP): ftp://water.usgs.gov/pub/software.

На Интернет-страницах Агентства по охране окружающей среды США http://www.epa.gov/ можно найти описания компьютерных программ для гидрологического моделирования, разработанных подразделениями этого Агентства или по его заказам. Например, интересной (с точки зрения приложения к теме настоящего обзора) и сравнительно новой разработкой Отдела науки и технологии1 является система BASINS (Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources), описание которой находится на сайте:

BASINS представляет собой компьютерную систему управления водными ресурсами в масштабе крупного водосбора, которая позволяет подключать для расчетов целый ряд моделей транспорта загрязняющих веществ в руслах (в том числе динамическую модель HSPF) и различные модели неточечных источников (для городских и сельскохозяйственных территорий).

Имеют свои страницы в Интернете и отдельные исследовательские центры (лаборатории) ЕРА. Так, в частности, Robert S. Kerr Environmental Research Center (Ada, Oklahoma) на странице http://www.epa.gov/ada/kerrlab.html предлагает около двух десятков моделей транспорта загрязняющих веществ в зоне аэрации и в насыщенной зоне, а также баз данных и систем поддержки принятия решений.

Проблемами окружающей среды и водных ресурсов в одних только США занимаются десятки федеральных агентств, специализированных исследовательских центров университетов, общественных организаций, частных консультационных фирм. Но подобные центры есть и в других странах Европы, Азии и Америки. Кроме того, существуют различные международные институты и организации, работы которых тоже связаны с экологическими проблемами. И все они, как правило, имеют собственные сайты в Интернете. Перечисление адресов даже небольшой части из этих сайтов заняло бы слишком много места. К счастью, в Интернете реализованы проекты, систематизирующие информацию о сетевых ресурсах определенного профиля и являющиеся,

Информационные ресурсы, которые различные организации (лаборатории, центры, университеты) предоставляют в распоряжение пользователей Интернетом, не ограничиваются только электронными версиями публикаций результатов научных исследований или данными о новейших разработках в той или иной области. Не менее важным достижением информационной революции, совершенной развитием Глобальной компьютерной сети, стало создание баз и банков данных, доступ к которым возможен через Интернет. Известна, например, европейская система CEDAR (Central European Environmental Data Request), которая совместно с расположенным в Будапеште центром НЕС (Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe1) поддерживает обмен данными о состоянии окружающей среды в странах Центральной и Восточной Европы. С 1992 г. CEDAR подключился к глобальному проекту IN-FOTERRA Network, который выполняется под эгидой Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП2). Через CEDAR обеспечивается также доступ к базе данных CEED (Central and Eastern European Environmental Expert Database), которая содержит сведения об организациях, отдельных специалистах, публикациях и исследовательских проектах в области охраны окружающей среды.

Сотрудничество европейских стран в области изучения и охраны водных ресурсов способствует активному обмену данными по экологическому состоянию водных объектов общеевропейского значения.

Например, словацкая консультационная компания CEIT1 обслуживает информационную систему DANIS (Danube Information System), поддерживаемую специальной подпрограммой ЮНЕП по бассейну р. Дуная (UNEPfor the Danube River Basin). В рамках проекта BALLERINA (Baltic Sea Region on-line Environmental Information Resources for Internet Access) Стокгольмский центр морских исследований (Швеция) при поддержке программы UNEP/GRID-Arendal публикует на сайте http://www.baltic-region.net информацию о состоянии окружающей среды, природных ресурсах и экологической деятельности в странах региона Балтийского моря. Данные биологического мониторинга Балтийского моря накапливаются в базе данных BIOMAD (National Database on Marine Biological Monitoring Data), которая ведется Отделением экологии систем Стокгольмского университета: http://www.ecology.su.se/dbbm/index.html. Институтом эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН (С.-Петербург) при поддержке РФФИ создана база данных по Финскому заливу (гидрохимические и гидробиологические показатели, экологическое состояние); эта информация размещена на сайте http://www.evol.nw.ru/lew/basel/html/.

В заключение раздела назовем также некоторые адреса серверов, дающие доступ к информационным ресурсам Интернета, связанным с темой настоящей работы (табл. 5.1). Опыт разработки специализированных систем поиска данных по проблемам окружающей среды в Глобальной сети изложен в работе [Bardinet et al., 1995], где также можно найти другие полезные адреса.


Похожие статьи:

Добавить статью в закладки

 
Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Полное или частичное копирование материалов сайта разрешается только при указании активной ссылки на экологический портал!
Материалы размещены и подготовлены для образовательных и некоммерческих целей.
ООО "Новая Экология" © 2010 - 2017