K003625 Дипломная работа Проектирование и разработка информационной системы хранения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ВЫБОР ОБЪЕКТА ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ 6

1.1 Обоснование целесообразности использования базы данных «Soil_fauna_Komi» в Институте биологии КНЦ УрО РАН 6

1.2 Обзор аналогов 8

1.3 Выбор архитектуры и программного обеспечения для создания базы данных 9

1.3.1 Выбор системы управления базами данных 10

1.3.2 Выбор Web-сервера 11

1.3.3  Обработка данных на сервере 12

2 БАЗА ДАННЫХ «SOIL_FAUNA_KOMI». ОПИСАНИЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 14

2.1 Требования, предъявляемые к БД «Soil_fauna_Komi» 14

2.2 Даталогическая модель БД «Soil_fauna_Komi» 16

2.2.1 Таблицы 16

2.2.2Графическое представление даталогической модели базы данных 22

2.3 Разработка интерфейса для работы с БД «Soil_fauna_Komi» 23

2.4 Интерфейс для подготовки отчетов из БД «Soil_fauna_Komi» 28

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..30

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….31

ВВЕДЕНИЕ

Информатизация общества и, как следствие, широкое распространение вычислительной техники выводят задачу создания специальных методов обработки данных: их поиск, защиту, обработку и хранение в ранг наиважнейших.

Большие объёмы информации почти невозможно проработать без специальных средств машинной обработки. В последнее время распространение получили автоматизированные информационные системы: информационно-справочные и информационно-поисковые. Эти системы предназначены для регистрации, хранения и обработки данных с целью поиска и выдачи ответов на запросы пользователей. В большинстве случаев автоматизированные информационные системы разрабатывают как базы данных.

Первыми информационными системами в области экологии можно считать полевые дневники, журналы, картотеки, архивы, карточки с описанием видов, информационные и научные отчёты. Первичная информация о полевых сборах и наблюдениях, как правило, размещается на бумаге. От рукописных форм хранения информации практически все перешли к компьютерному хранению информации[1], которое обеспечивает длительное накопление и многократное копирование первичных материалов.

Технологии информационных систем и баз данных широко распространены в зоологии. Например, это онлайн-база Lumbricus, в которой обобщены данные о находках дождевых червей в России, информационные системы «Биоразнообразие Двукрылых насекомых комплекса гнусa европейского Северо-Востока России», «Российская сеть изучения и охраны пернатых хищников», портал «Жуки (Coleoptera) и колеоптерологи», всероссийская информационная система по биоразнообразию животных «ZooDiv», информационная система «Биоразнообразие России – BioDiv» и другие [2]. На данный момент крупнейшей во всём мире ботанико-зоологической информационной системой является Глобальная база данных по биоразнообразию GBIF. Этот ресурс объединяет в себе информацию о местах находок различных видов растений и животных. Основная цель этого ресурса – предоставить специалистам инструмент для поиска данных по биоразнообразию. С помощью GBIF любой пользователь может получить первичную информацию о распространении интересующего его таксона (под первичной информацией, в данном случае, понимаются точки находок видов растений и животных). Особый интерес в рамках этой системы представляют карты распространения видов, созданные с помощью геоинформационных систем на основе геоданных. Однако, географическая привязка в большинстве случаев является единственной атрибутивной информацией, содержащейся в GBIF, т.е. используя эти данные можно лишь получить представление о распространении того или иного вида, но не о его экологических особенностях. В базе данных GBIF территория России представляетсобой огромное «белое пятно», по плотности записей о находках видов сравнимое с территорией Сахары или Гренландии[3]. На последнем совещании по почвенной зоологии, проходившем осенью 2014 году в Сыктывкаре остро стоял вопрос о создании единой ИС по почвенным беспозвоночным России.

Почвенная фауна представляет собой важнейший ресурс как с точки зрения экосистемного подхода, так и в соответствии с национальной стратегией и планом действий по сохранению биоразнообразия России. За 20 лет планомерных исследований почвенной фауны в Республике Коми накопился огромный объем данных, которые могут быть проанализированы с разных позиций.

 Цель данного проекта состоит в создании информационной системы «Soil_fauna_Komi», пригодной для коррекции и более точного анализа больших объемов данных о почвенных и беспозвоночных Республики Коми, с получением качественно новых результатов и сохранением при этом преемственности в исследованиях.

В задачи создания информационной системы входят автоматизация ввода, хранения и анализа получаемых результатов как основы для выполнения научных исследований и проведения мониторинговых работ. Фундаментальная задача – согласование и унификация имеющихся и вновь получаемых результатов исследований. Практическая задача – применение обновляемых данных в мониторинговых исследованиях.

Исходя из предпосылки о том, что почвенная фауна в Республике Коми достаточно хорошо изучена, данные о численности и структуре сообществ беспозвоночных используются в мониторинге и экологической оценке состояния окружающей среды, создание информационной системы по этой важной группе представляется своевременным. Важно, что создаваемая система будет представлять собой развивающуюся систему, отражающую состояние изученности почвенной фауны в региональном масштабе.

1 ВЫБОР ОБЪЕКТА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Использование информационной системы в исследованиях почв и беспозвоночных предполагает введение и оперативную выборку собранных данных по почвам и беспозвоночнымевропейского Северо-Востока России, необходимых для комплексного анализа структурных деформаций, проходящих в изучаемой экосистеме под влиянием антропогенных воздействий. База данных должна представлять собой набор таблиц, где различные данные (количественные характеристики вида в пробе, трофическая группа, биотоп и т.п.) связаны с координатами и описанием точки отбора проб.

1.1 Обоснование целесообразности разработки информационной системы

Почвенная фауна является неотъемлемой частью почв всех типов и принимает участие в важнейших экосистемных процессах. Таким образом она непосредственно вовлекается в предоставление «экосистемных услуг». По сути, экосистемные услуги – это выгоды, которые получают люди от экосистем. Эти услуги могут быть обеспечивающими,регулирующимии культурными. Они напрямую воздействуют на людей и на поддерживающие услуги (почвообразование, круговорот питательных веществ, образование первичной продукции), необходимые для сохранения других услуг. По поводу почвенной почвенной фауны можно сказать, что осуществляемые ею услуги относятся к поддерживающим услугам и сервису регулирования. В таежных и тундровых экосистемах почвенные обитатели достигают 90-95 % по зоомассе и числу видов животных, населяющих ландшафт. Беспозвоночные-сапрофаги являются значимыми агентами биологического круговорота, они существенно ускоряют переход из растительного опада в почву следующих элементов: калий, кальций, магний и натрий. Кроме того, беспозвоночные-сапрофаги стимулируют деятельность сапрофитного комплекса. Таксономическое и функциональное разнообразие комплекса сапрофагов коррелирует с широким участием животных в механическом и химическом разрушении растительных остатков, в минерализации и гумификации растительных тканей[4].

Беспозвоночные-зоофаги являются неотъемлемым элементом круговорота веществ и потока энергии, они также регулируют численность насекомых-вредителей в природе. Таким образом, деятельность беспозвоночных является важным фактором, обеспечивающим плодородие земель. Помимо продуцируемой в лесах и на лугах биомассы беспозвоночных, не стоит забывать о таких жизненно важных функциях экосистем, как поддержание постоянства состава атмосферы, регулирование глобальных и локальных климатических процессов, поддержание баланса питательных веществ в границах экосистемы, сохранение почв и др. В результате интенсификации использования природных экосистем и глобального изменения климата происходит снижение разнообразия почвенной биоты в этих местообитаниях, что приводит к потере почвенного плодородия и нарушению экосистемных процессов. Таксоцены беспозвоночных представляют собой важную составляющую почвенных экосистем и играют большую роль в выполнении «экологических услуг».

Разработка информационной системы по теме проекта будет начата с модельных групп, а именно представителей почвенной микро- (Nematoda, Collembola) и мезофауны (Lumbricidae, Myriapoda, Carabidae, Staphylinidae, Elateridae). Фауна модельных групп беспозвоночных в Республике Коми выявлена достаточно полно: 130 видов Collembola, более 120 видов Nematoda, по 10 видов Lumbricidae и Myriapoda, 250 видов Carabidae, 350 видов Staphylinidae, 60 видов Elateridae.

Очевидно, что почвенная фауна представляет собой важнейший ресурс как с точки зрения экосистемного подхода, так и в соответствии с национальной стратегией и планом действий по сохранению биоразнообразия России. Россия, являясь самой крупной по территории страной в мире, с наиболее обширными площадями естественных почв и биоценозов, вносит ощутимый вклад в сохранение природной среды и поддержание глобальных биосферных функций почв – главнейшего условия выживания человечества. В связи с этим природа субъектов Российской Федерации, сохраняющих свои естественные почвы и экосистемы, имеет стратегическое значение для благополучия цивилизации и успешного решения экологических проблем. Поэтому изучение и рациональное использование почвенных ресурсов (включая почвенную фауну) Севера приобрели в настоящее время особую актуальность. Тематика предлагаемого проекта соответствует целому ряду научных проблем, решение которых включено в план фундаментальных исследований Российской академии наук на 2011-2025 гг.; приоритетному направлению стратегии развития Арктической зоны РФ «обеспечение сохранения биоразнообразия арктической флоры и фауны в условиях расширения экономической деятельности и глобальных изменений климата»; стратегическому плану развития УрО РАН до 2025 года «анализ и прогноз состояния экосистем Европейского Севера России под влиянием естественных и антропогенных факторов».

1.2 Обзор аналогов

Информационные системы широко распространены в зоологии: онлайн-база Lumbricus, обобщающая данные о находках дождевых червей в России, система «Российская сеть изучения и охраны пернатых хищников», портал «Жуки (Coleoptera) и колеоптерологи», всероссийская ИС по биоразнообразию животных «ZooDiv», ИС «Биоразнообразие России – BioDiv». На данный момент не существует разработанных информационных систем, содержащих информацию о почвенных и беспозвоночных, поэтому в качестве аналогов были рассмотрены близкие по структуре информационная система «Биоразнообразие Двукрылых насекомых комплекса гнусa европейского Северо-Востока России» и ресурс http://www.fishbase.org.

ИС «Биоразнообразие Двукрылых насекомых комплекса гнусa европейского Северо-Востока России» хранит информацию о 175 видах насекомых. Для каждого вида в базе данных хранится следующая информация: тип ареала по классификации К. Б. Городкова, отличительные диагностические признаки видов, биология и экология, эпидемиологическое значение, библиография, точки находок, проставленные на картосхемах, и фотографии насекомых.

В системе предоставлена возможность работы с библиографической базой данных, а также возможен поиск информации по видам и обратная связь с разработчиками.

Хранение информации в данной информационной системе обеспечивают 15 взаимосвязанных таблиц базы данных и 5 служебных таблиц. ИС «Биоразнообразие Двукрылых насекомых комплекса гнусa европейского Северо-Востока России» позволяет работать с ней в сети Интернет и предоставляет возможность вывода отчетов по запросам пользователей в форме таблиц и текста. Разработан интерфейс администратора, с помощью которого осуществляется добавление новой информации, редактирование и удаление данных. Внесение новой информации осуществляется по мере ее опубликования.

Преимуществами данной системы являются большое количество хранимой информации и низкая стоимость разработки.

Недостатками данной информационной системы являются плохой интерфейс и отсутствие возможности широкого анализа данных (например, расчёты различных индексов).

Другим рассмотренным аналогом является ресурс http://www.fishbase.org. В этой базе данных собрана информация о всех известных видах рыб, которая открыта дляиспользования и пополнения любым заинтересованным лицам. Развитие этой базы данныхначиналось с локальных DOS и Windows версий, которые были очень ограничены по охватуматериала. Интернет технологии обеспечили доступ к ней большого числазаинтересованных пользователей. Данные в базу вносят примерно 1500 специалистов со всего мира.Количество внесенных в эту базу данных видов (30 000) считается эталонным числомизвестных науке хрящевых и костных видов рыб.

Преимуществами ресурса является наличие большого количества собранной информации, а также наличие интерфейса на различных языках.

Недостатками являются дороговизна и сложность предоставленного интерфейса.

1.3 Выбор архитектуры и программного обеспечения для разработкиинформационной системы

В информационных системах выделяют два основных элемента: хранилище информации и интерфейс пользователя. Хранилищем информации может быть текстовый файл (например, файл, который создаётся в стандартной программе ОС Windows «Блокнот»), файл специализированной программы (например, MS Excel, Statistica) либо файлы, создаваемые системой управления базами данных (СУБД). В настоящее время наибольшее распространение получили СУБД так называемого реляционного типа. В реляционных базах данных данные собраны в таблицы, которые, в свою очередь, связываются между собой по ключевым полям. Запросы к реляционным базам данных возвращают таблицу, которая затем может заново участвовать в запросе. Данные в одних таблицах, как правило, связаны с данными других таблиц, откуда и произошло название "реляционные". К таким базам данных относятся хорошо известные СУБД MS Access, FoxPro, MySQL, Oracle, Microsoft SQL Server.

Хранение данных в формате текстовых файлов, или файлов MS Excel имеет как минимум два существенных недостатка:

- ограниченный объем данных. Если набор данных не превышает несколько тысяч записей, то его можно анализировать с помощью таких программ, как MS Excel.Но при превышении некоторого объема пользоваться данными, записанными в такие файлы,становится довольно затруднительно. Создавать программы, быстро осуществляющие поиск и выборкуданных из таких файлов, нецелесообразно.

- значительные сложности с обеспечением одновременного редактирования и чтения данных в таких файлах. Если файл открыт одним пользователем, то другой пользователь может произвести только операцию чтения.

Интерфейс пользователя – это программа, которая обеспечивает ввод иредактирование данных в хранилище информации, а также обеспечивает вывод отчетов позапросам пользователя. Для взаимодействия с одним хранилищем данных могут бытьпостроены совершенно различные интерфейсы.

В системах, построенных по клиент-серверной технологии, существует два вида интерфейсов:

• Интерфейс, реализуемый при помощи клиентского приложения;

• Web-интерфейс.