Типи екологічної інформації
Екоінформатика — це область, що формується, і реально в науці і практиці є лише її окремі структурні елементи, мало пов'язані один з одним. Необхідність же розвитку цього напряму ясно визначається вимогами сьогоднішнього дня.
Типізація інформації в загальному випадку можлива на основі визначення класу об'єкта, управління, мети управління, належності до відповідного функціонального блоку інформаційної системи, форми збирання, передачі, зберігання і зображення. Цілком зрозуміло, що типізація враховує кількісний, семантичний і прагматичний аспекти інформації.
Найбільш загальні типологічні одиниці, прямо не пов'язані з екологічною інформацією, визначаються належністю інформації до певного функціонального блоку інформаційної системи.
Можна виділити інформацію на стадії її збирання, на стадії передачі, зберігання, обробки і зображення.
Інформацію, зібрану безпосередньо за допомогою яких-небудь вимірювальних засобів, можна визначити як первинну. її характеристики повністю залежать від технічних особливостей вимірювальних
засобів, від принципів організації вимірювань відповідно до цілей збирання інформації.
Своєю чергою, первинна інформація може бути за цілями поділена на такі типи: науково-пошукова, науково-режимна і практичного призначення.
Особливість науково-пошукової інформації, що збирається зазвичай в рамках фундаментальних досліджень під нові, іноді дуже нечітко визначені гіпотези і цілі: вона майже завжди надмірна й інтерактивна. Надмірність пов'язана з великою невизначеністю при постановці завдань, висока інтерактивність визначається необхідною швидкою зміною методів і методик спостережень, що забезпечує розширений науковий пошук.
Другий тип наукової інформації — науково-режимна інформація — пов'язується з дослідженнями, в яких здійснюється верифікація досить реалістичних гіпотез і теорій. Характерною її межею є достатньо чітке обґрунтування змінних, методів, об'ємів інформації, що збирається. Такого типу дослідження, як правило, проводяться за добре обґрунтованими програмами.
Специфічною рисою первинної інформації в практичній сфері діяльності є її жорстке підпорядкування певним народногосподарським завданням із максимальним здешевленням всієї процедури збирання. Вимірюються тільки ті змінні і в такому об'ємі, в якому це необхідно і достатньо для надійних практичних дій в даній предметній області.
Звичайно, майже як усюди, реальні множини, що належать до того або іншого типу інформації, є нечіткими, і завжди можна виділити деякі перехідні ситуації.
Передача інформації в систему обробки може здійснюватися за допомогою найрізноманітніших носіїв. У простому випадку — це польові щоденники, журнали запису спостережень. У сучасному варіанті — це магнітні носії інформації, канали телекомунікацій та мережі Інтернету. При передачі наукової інформації майже завжди застосовується принцип часткового або повного дублювання каналів. Цим знижується ризик втрати унікальної інформації, який завжди існує навіть у найдосконаліших носіях. При передачі практичної інформації принцип дублювання застосовується в тих випадках, коли раз зібрана первинна інформація в разі втрати в принципі невідтворна.
Надійшовши в систему обробки, первинна інформація тим або іншим чином перетвориться. Найпростішим способом її перетворення, що завжди реалізується, є класифікація, мета якої полягає в упорядкуванні за деякими змінними всієї інформації і її стискування за рахунок зменшення числа змінних і їх грубого квантування, необхідного і достатнього для вирішення конкретних цілей. Простим типом класифікації є усереднення даних за деякими підмножинами спостережень і оцінки статистичних параметрів розподілів.
У загальному випадку завдання обробки екологічної інформації — виявлення в тій або іншій формі залежностей між змінними. Методи такого аналізу можуть застосовуватися найрізноманітніші, але мета в усіх випадках одна: здобуття емпіричних залежностей.
У всіх випадках обробки первинної інформації одержують вторинну інформацію, яка сама по собі бере участь в різних перетвореннях і має самостійну науково-практичну цінність.
В інформаційних системах з одним блоком обробки інформації результати обробки можуть розглядатись як основа для ухвалення рішень. У складніших системах вторинна інформація надходить в наступні блоки обробки й аналізу.
Досить типовим варіантом є інтеграція вторинної інформації першого роду про деякі змінні з аналогічною або первинною інформацією за іншими змінними. Наприклад, спряжений аналіз тематичних карт за різними компонентами природи.
В іншому достатньо типовому варіанті здійснюється узагальнення емпіричної вторинної інформації в теорію, дедуктивну за своєю природою. Ця операція здійснюється на основі верифікації наявних моделей або моделей, спеціально розроблених для даного об'єкта. В результаті таких операцій відбувається ще більше стискування інформації і надання їй форми елементарних дійсних висловів.
Отже, доцільно виділити вторинну інформацію другого роду. Якісно вона відрізняється від вторинної інформації першого роду — продукту прямої обробки наявних масивів даних. В одних випадках ця інформація пов'язується з вищим рівнем інтеграції змінних, а в іншому — з глибшим теоретичним узагальненням відносин.
Нарешті інформація переходить в блок підготовки її для кінцевого споживача. Аналіз первинної інформації дозволив її максимально стиснути, надавши форми, зручної для використання. Аби скористатися результатами, необхідно знов перетворити її так, щоб з обмеженого числа елементарних висловів можна було отримати множину можливих істинних складних висловів — наслідків. Така інформація є вже результат роботи моделі або теорії з її мовою. Це інформація, в якій не залишилося жодної невизначеності, а там, де невизначеність існує, вона оцінена з позицій статистичних гіпотез або ризиків, є кінцевим продуктом локальної інформаційної системи і може бути визначена як третинна. Вона може використовуватись і для практичних рішень, і для синтезів вищих рівнів інтеграції тощо.
Остаточно всі типи інформації можуть бути визначені як знання. Первинна інформація являє собою множину більш-менш точно зібраних фактів і відповідає суто кількісному аспекту інформаційного процесу. Вторинна інформація наділяється певною семантикою, третинна інформація з необхідною і можливою повнотою розкриває структуру мови і правила перетворень елементарних висловів (правила виведення наслідків).
Кожен із розглянутих типів інформації має власну потенційну прагматичну цінність і підлягає незалежному зберіганню. При цьому мається на увазі, що на будь-якому рівні обробки інформацію, як первинну, так і вторинну, можна перетворювати скільки завгодно різними способами, і немає гарантії, що прийнятий спосіб є найкращим. З цих позицій первинна інформація має найвищу прагматичну цінність, оскільки тільки при її збереженні можливе постійне послідовне вдосконалення методів отримання вторинної інформації і взагалі відображення об'єкта управління в системі знань. Якщо збережена первинна інформація, то завжди можна дістати будь-яку іншу. Якщо вона загублена, то реконструкція і розвиток досліджень здебільшого неможливі.
Типи екологічної інформації можна розглядати на основі таких незалежних підстав:
• розглядаються відношення в просторі і/або в часі;
• за масштабами в просторі і/або в часі, в рамках яких розглядаються відносини;
• за типами відношень;
• за провідним об' єктом—функцією;
• за найважливішим аргументом;
• за залежним аргументом;
• за множиною аргументів;
• за відображенням тільки прямих зв' язків або прямих і зворотних зв'язків;
• за логічним обсягом функцій і аргументів.
Найважливішою умовою збирання первинної інформації є принцип синхронності спостережень змінних, масштаб яких виділяється як провідна підстава.
Найбільш типові два способи синхронізації: синхронізація спостережень в просторі і синхронізація спостережень у часі. Згідно із загальною теорією адекватне, сумісне зображення двох типів синхронізації в єдиній вимірювальній системі неможливе. Поліпшення часової синхронізації неминуче спричиняє погіршення просторової за якістю або об'ємом інформації і навпаки.
Тип екологічної інформації, при якому відбувається синхронізація спостережень за змінними в просторі, можна визначити як географічний або, точніше, еколого-географічний; тип синхронізації за часом — як власне екологічний.
При синхронізації інформації в просторі зазвичай мають на увазі, що вона збирається в допустимо невеликому єдиному інтервалі часу, так само як при часовій синхронізації забезпечується допустимо невелика відмінність в розміщенні спостережень в просторі. У першому випадку має бути «однорідним» час, у другому — простір. В обох випадках мається на увазі топологічна однорідність об'єкта, тобто властивості елементів множини, що створює простір об'єкта, мають бути ізоморфними одна одній: за прийнятої точності вимірювання не відрізняється.
Реальні лінійні та часові масштаби синхронізації визначаються власними просторово-часовими відношеннями об'єкта і в окремому випадку для визначення цих масштабів потрібні спеціальні тестові дослідження. Тут масштаб задається власними властивостями об'єктів: у дерев він один, у трав — інший. Проте масштаб може бути визначений і з погляду організації самого простору та часу. При цьому допускається, що в часі і просторі мають місце коливальні процеси з циклами різної тривалості та протяжності.
Коли йдеться про простір, то кажуть про локальний масштаб збирання інформації (зазвичай лінійні розміри системи спостережень мають порядок кількох кілометрів), субрегиональной, регіональний і глобальний.
Для часу в практиці застосовують поняття короткого екологічного часу, великого екологічного часу і тому подібне. Звичайно, це тільки вельми груба прагматична інтерпретація уявлень про просторово-часові масштаби. Реальний їхній спектр значно ширший і сам по собі є наочною областю екологічних досліджень й екологічної інформації. Поняття «локальний», «регіональний», «глобальний» дуже умовні і неточно типізують інформацію за просторовими масштабами. Те саме справедливе і для часових типів.
Важливим загальним принципом є певний зв'язок, або когерентність, між просторовими і часовими типами.
Так, наприклад, говорити про локальну просторову інформацію в еволюційному масштабі часу просто безглуздо, оскільки локальний масштаб у просторі просто нескінченно мала, багато разів зміщена точка в еволюційному масштабі часу. Справедливо і зворотне. Для багатьох реальних екологічних процесів, кажучи про глобальний масштаб змін, безглуздо розглядати такі часові масштаби, як добові, річні, десятирічні, а для деяких процесів і сто- і тисячолітні. Чим з меншою внутрішньою інерцією системи пов'язаний процес, тим менші часові масштаби змін зіставні з глобальним рівнем, чим більше інерційність, тим відповідно ці масштаби будуть більші.
Загалом зрозуміло, що коли йдеться про глобальні зміни клімату, то маються на увазі масштаби часу в кілька десятків років. Але якщо пов'язувати зі зміною клімату глобальні перетворення зональної структури рослинного або ґрунтового покриву, то йтися вже може про десятки тисяч, сотні тисяч і мільйони років.
Типологія екологічної інформації за об'єктами дослідження має автоматично відображати множину змінних. Кожна змінна може бути відображена, починаючи з найбільш високого загального рівня.
Звернемося до логічних побудов В. І. Вернадського. Його першим логічним посиланням є твердження, що в найбільш спрощеному вигляді земні оболонки — це відображення динамічної рівноваги незалежних змінних, таких як температура, тиск, фізичний стан і хімічний склад речовини тощо.
Другим посиланням є твердження, що всі емпірично встановлені земні оболонки (геосфери) можуть бути схарактеризовані такими змінними: термодинамічними (температура і тиск), фазовими (фізичний стан речовини — газоподібний, твердий і рідкий), хімічними (хімічний склад речовини).
Третє посилання зводиться до того, що в цій системі не врахована ще одна незалежна змінна — жива речовина, що має абсолютно автономне внутрішнє термодинамічне поле і внутрішні рівноваги всіх змінних, що і дає змогу виділити живу речовину, живі організми як ще одну незалежну змінну.
Цілком зрозуміло, що взаємодія всіх змінних реалізується в потоці космічного і сонячного випромінювань (ще одна змінна) і в полі дії гравітаційних сил.
Визначення змінних дає, по суті, перший рівень класифікації можливих екологічних баз даних за об'єктами-функціями: біологічна екологічна база даних, геофізична екологічна база даних (термодинамічні змінні, фазові стани), геохімічна екологічна база даних, екологічна база даних променевої енергії, екологічна база даних космічного випромінювання.
Цілком зрозуміло, що можуть існувати й існують або формуються бази даних у кожній предметній області без визначення «екологічна». Але в них жодним чином не відбиті відносини компонентів. Так, наприклад, в кліматичних базах даних зберігаються відомості про тиск на планеті за різні інтервали часу, про температури, про опади, про хмарність тощо як за станціями, так і за прийнятою растровою мережею, але в них немає відомостей про стан живої речовини або відомостей про газовий склад атмосфери і навпаки.
Звичайно, за певних умов ці бази даних можна об'єднати і досліджувати відносини. Проте таке об'єднання не може бути здійснене суто механічно: по-перше, потрібно синхронізувати спостереження за різними компонентами, по-друге, в об'єднаній базі даних потрібні далеко не всі змінні і їх відповідним чином потрібно відібрати, по-третє, сама синхронізація все-таки буде неминуче не ідеальна і прийнятна лише з деякими допущеннями. Так або інакше створення бази даних екологічного типу — цілком спеціальне завдання і в ідеалі вона має будуватися на основі реальних синхронізованих спостережень, про які поки лише йдеться.
Залежно від того, яку змінну ми визначаємо як функцію, а які змінні — як аргументи, визначається і тип екологічної інформації. Якщо ми визначаємо як функцію живу речовину, то аргументами стає геофізична і геохімічна інформація та інформація про променисту енергію. Якщо як функція розглядається клімат, то відповідно змінюються і об'єм, і зміст інформації.
Складається враження, що неважко — окрім суто технічних затрат — зробити інформаційну систему рівнопотужною, наприклад, і за кліматичними змінними, і за біологічними, і за хімічними, до того ж так, аби вона однаково задовольняла відповідних фахівців. Проте теорія і практика показує, що універсалізм приводить або до великих втрат, так що система не задовольняє практично нікого, або до гігантизму, неповороткості і до подальшої неминучої диференціації на підсистеми, що функціонально діють відносно незалежно.
Оскільки ядром екологічної інформації є жива речовина і людина, то подальшу її типізацію логічно вести саме за цими змінними.
Ієрархічна структура організації живої речовини на надорганіз-менному рівні виглядає таким чином:
• популяційний рівень (сукупність споріднених організмів на обмеженій території, здатних до тривалого самовідтворювання);
• рівень співтовариств (сукупність організмів різних видів, об'єднаних єдністю місця і часу та здатних до тривалого сумісного стійкого співіснування і відтворення);
• екосистемний, або біогеоценотичний, рівень (співтовариство у взаємодії з абіотичними, косними природними тілами, що є його власним (внутрішнім) середовищем).
Для кожного з цих рівнів правомірно говорити про об'єкти різного просторово-часового масштабу: на популяційному рівні — від локальних популяцій до сукупності популяцій, що утворюють вид відповідного організму, на рівні співтовариств — від конкретної, відносно однорідної сукупності організмів до біомів, на екосистем-ному рівні — від конкретної екосистеми з лінійними розмірами конкретного співтовариства до біосфери.
Відповідно екологічна інформація може збиратися на рівні популяції, на рівні співтовариств, на рівні екосистем з урахуванням відповідних аргументів — зовнішніх змінних. При цьому для рівня популяції аргументом можуть бути відомості, що відображають стани співтовариств.
Простір ознак, спостережуваних на кожному рівні, і простір аргументів можуть суттєво різнитися.
Оскільки відношення і відповідно процес є найважливішим атрибутом екологічної інформації, то наступна незалежна змінна при її класифікації зв'язується з функціональною роллю живої речовини в біосфері: продуценти (автотрофи, хемоавтотрофи) і консументи (гетеротрофи 1, 2, 3 порядків, деструктори, редуценти).
Найкомпактніше подається інформація про автотрофи (рослини), сукупності яких добре спостережувані як ціле. Відомості про гетеротрофи на рівні співтовариств надходять в основному через сукупність частинних показників. Цей класифікаційний рівень екологічної інформації диференціює її на рівні популяцій і співтовариств, але не поширюється на рівень екосистем. На рівні екосистем функціональні типи організмів утворюють ознаковий простір.
Далі класифікація екологічної інформації будується на основі класифікації життєвих форм, яка іноді збігається з токсономічною класифікацією, наприклад:
1. Автотрофи (вищі рослини (трав'янисті (..., ...), дерева (..., ...),
чагарники (..., ...), (нижчі рослини (...,...)).
2. Гетеротрофи (фітофаги 1-го порядку (безхребетні, хребетні)) тощо.
Найменування життєвої форми на кожному рівні з відповідною
повнотою відображає відношення об'єкта до структури всієї системи і відповідно — функціональне значення відповідної інформації.
В екологічну інформацію на рівні популяції і на рівні співтовариств інформація про параметри середовища зазвичай включається за тими змінними і в тому об'ємі, який необхідний відповідно до загальної концепції для відображення відносин.
Так, автотрофним організмам притаманні такі показники, як сумарний прихід прямої і розсіяної фотосинтетично активної радіації, середні температури, суми біологічно активних температур, середні екстремальні значення температур, середня амплітуда температур за певний період або дисперсія, вологість повітря (екстремальні значення) за періодами, сума опадів за періоди, показники радіаційного балансу і різного типу індекси сухості, тобто всі ті змінні, які відповідно до гіпотези можуть впливати на стан і функціонування автотрофних організмів. Цілком зрозуміло, що такого роду інформація здебільшого є результатом спеціального перетворення інформації, зібраної в рамках вузько-предметної інформаційної системи. Відповідно в більшості випадків аргументи зображаються через вторинну інформацію.
Якісно інша класифікація екологічної інформації на екосистем-ному рівні. Тут як частини системи розглядаються не тільки живі організми, а й абіотичні змінні, значення яких є функціями взаємодії живої речовини із зовнішніми змінними в потоці сонячної радіації.
Сама ж жива речовина за структурними показниками виступає як аргумент, а за функціональними (продукційний процес) — як функція самої живої речовини та решти змінних.
Основні змінні, покладені в основу загальної класифікації екологічної інформації — жива речовина, термодинамічні параметри, фазовий склад, хімічна речовина, — класифікуються за середовищами: атмосфера системи, гідросфера системи, ґрунт (кора вивітрювання при еволюційних масштабах часу), атмосфера ґрунту.
Відповідно термодинамічні змінні утворюють такі поєднання з середовищами: температура і тиск атмосфери, температура і тиск в гідросфері, температура і тиск в ґрунті, фазовий склад відповідно у перелічених середовищах, газовий склад в середовищах, хімічний склад відповідних фаз у середовищах тощо.
Комбінуючи змінні, можна визначати основний зміст інформації. Наприклад: термодинамічна змінна, рівень локальних екосистем, атмосфера, хімічний склад; рівень біосфери глобальний (атмосфера, газова фаза) тощо.
За домовленістю можна визначити місце у вислові для кожного типу понять:
перше місце: загальне найменування змінної;
друге місце: системний рівень;
третє місце: просторовий рівень (просторово-часовий);
четверте місце: середовище;
п 'яте місце: основна предметна область (функція).
Слід зазначити, що для рівня локальних екосистем зовнішні змінні за ступенем своєї генералізації відповідають їхнім внутрішнім аналогам. При переході до рівня територіальних поєднань екосистем зовнішні змінні мають бути зображені сумірними, більш узагальненими показниками, аж до біосфери. Сумірність має забезпечуватись і відмінностями в рівнях квантування змінних, і в їх просторово-часовій інтеграції.
Функції мають бути зображені в системі вимірювання з більшою детальністю і з більшим об'ємом інформації, ніж зовнішні змінні. В цілому ж внутрішні змінні верхнього ієрархічного просторово-часового рівня системи являють собою зовнішні змінні для систем того самого типу нижчого рівня: елементами біосфери є екосистеми субрегіонального або регіонального рівня, а змінні біосфери в цілому — їх аргументами. Зрештою тип інформації визначається за ключовими словами, що ідентифікують відповідні змінні.
Цілком зрозуміло, що ЛЮДИНА як об'єктна область визначає особливий тип інформаційної системи. За деякими елементами змісту інформація тут схожа з рівнем популяції, проте неминуче більш деталізована за медико-біологічними показниками.
Коментарі (0)