Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета та задачі дослідження
• 3. Огляд існуючих баз даних
• 4. Огляд досліджень та розробок
• Висновки
• Перелік посилань

Всуп

Вивчення та аналіз видового різноманіття є необхідним етапом впровадження біомоніторингу можливих змін природного середовища. Підряд мишоподібних ряду гризунів включає більш ніж чверть всіх видів ссавців. До цієї групи належать пацюки, миші, полівки, лемінги, хом'яки, піщанки та тушканчики. Вони поширені у всьому світі, за винятком, Антарктики, і зустрічаються майже у всіх наземних біотопах. Мишачі найбільш велике сімейство сучасних гризунів і взагалі ссавців. Воно налічує близько 120 родів та приблизно 400-500 видів. Мишоподібні є частиною унікального генофонду земної поверхні, грають важливу роль в трофічних ланцюгах, значною мірою визначають формування та розвиток природних екосистем. Вони розглядаються як цінна біологічна модель, представляють практичний інтерес у зв'язку з епідеміологічним і лісогосподарським значенням. Всі дослідження людства в області токсикології, оцінки різних небезпек та створення ліків побудовані на обробці дослідних даних, отриманих в своїй більшості при проведенні експериментів на мишах і щурах. Проте поширення дрібних гризунів у природі не достатньо досліджено, структура їх спільнот недостатньо вивчена.

1. Актуальність теми

Актуальність дослідження видового різноманіття мишоподібних полягає в необхідності вивчення ареалів розповсюдження гризунів, їхніх екологічних та морфологічних особливостей, закономірностей поширення видів в залежності від різних показників. Пріоритетним вважається вивчення структурних особливостей спільнот в конкретних природних умовах з урахуванням їхнього видового складу, чисельності, тривалості життя та інших параметрів. Ці відомості мають безперечну прикладну цінність, оскільки зміни в структурі спільнот найчастіше служать індикаторами природних порушень.

На основі зібраних даних формуються банки даних. При накопиченні достатнього обсягу даних вони використовуються для проведення інтелектуального аналізу інформації. Найчастіше одержувані з різних джерел дані зберігаються в неупорядкованому, розрізненому вигляді, у зв'язку з чим дослідник практично не має систематизованої та повної інформації про об'єкт, що його цікавить. Тому на основі існуючих даних створюються структуровані бази даних (далі, БД), що зберігають інформацію відповідно з деяким упорядкуванням, сортуванням. Дані в БД зберігаються, зазвичай, в третій нормальній формі: несуперечність даних та відсутність надмірності в них. Це дозволяє робити певні висновки та будувати системи оцінки одержуваних даних, що є важливою та актуальною задачею.

2. Мета та задачі дослідження

Метою дослідження є встановлення закономірностей поширення видів мишоподібних за допомогою цифрової обробки картографічної інформації ареалів їхнього поширення з використанням ГІС-технологій та застосуванням Інтернет-орієнтованого ПЗ, а також використання даних багаторічних спостережень за видовим біорізноманіттям світу.

Основні завдання дослідження:

1. збір та обробка даних, аналіз існуючих досліджень, методів і алгоритмів;
2. проектування БД для зберігання та представлення цифрових, графічних і текстових даних з метою подальших досліджень;
3. розробка геоінформаційних моделей ареалів розповсюдження видів мишоподібних;
4. встановлення існуючих залежностей та закономірностей щодо поширення мишоподібних на Земної кулі.

3. Огляд існуючих баз даних

Нині в області біорізноманіття планети існує велика кількість БД, які отримано дослідниками різних країн [2-6]. Однак слід зазначити, що наявна інформація найчастіше є розрізненою і не структурованою, містить різні показники, за якими для окремих видів одного й того ж самого сімейства та/або роду дані або зовсім відсутні, або відомий тільки орієнтовний діапазон їхніх значень. Крім того, наявна в довідниках або розміщена на сайтах інформація характеризується різною та не завжди зручною формою її подання, наприклад, у вигляді фотографій, малюнків та/або карт з нанесеними на них відповідними параметрами, зонами та/або характеристиками, або у вигляді цифрових значень або їхніх діапазонів, при цьому така інформація дається не за всіма видами. Інформація буває представленою у вигляді окремих цифр у текстовому файлі, посиланнями на інші різномовні джерела та БД. Найчастіше назва виду (сімейства, роду) в таких БД представлена паралельно російською, англійською мовами та латиною. Латинські назви, загальні для всіх країн та мов, є унікальними для кожного виду мишоподібних та необхідні для їхньої ідентифікації. Російськомовні назви видів фігурують тільки в якості перекладу. Виходячи зі сказаного вище, очевидно, що інтегрування цієї інформації в одну БД на сьогоднішній день є актуальним.

У зв'язку з цим планується збір та систематизація накопиченої інформації та створення на її основі загальної БД, що дозволяє застосувати методи інтелектуального аналізу даних для пошуку закономірностей біорізноманіття.

4. Огляд досліджень та розробок

На основі існуючих БД побудована єдина БД, яка охоплює безліч показників і графічні зображення. При цьому в якості атрибутивних (чисельних) даних в базу внесена інформація, що характеризує середню тривалість життя, кількість виводків, інтервал між виводками, вагу, розміри особини, тривалість вагітності, період лактації, інтенсивність метаболізму та ін. за кожним з 300 видів підродини миші. Загальна кількість внесених чисельних значень у БД - понад 7 тис. Слід зазначити, що в процесі дослідження виникали труднощі, пов'язані, перш за все, з недостатньою вивченістю окремих видів мишоподібних та відповідно недостатньою кількістю даних за такими показниками, як кількість особин в групі, тривалість життя в природі, післяпологові темпи росту тощо.

У зв’язку з відсутністю у цифровому вигляді в існуючих БД площі ареалів поширення більшості мишоподібних та наявності загальної БД карт, де нанесено ареали існування видів [7], у процесі збору просторових даних здійснювався пошук найбільш популярними пошуковими системами Google і Yandex картографічної інформації з зображеннями ареалів поширення досліджуємих видів. Було знайдено растрові зображення, які представлено у вигляді материків або окремих їхніх ділянок з виділеними яким-небудь кольором на них ареалами розповсюдження тих чи інших видів. Зібрана картографічна інформація оцифровувалася та заносилася в БД у вигляді чисельного значення площі для кожного з ареалів поширення всіх видів мишей окремо та загальної площі поширення кожного з видів. Також у БД розміщена векторна карта світу з безліччю шарів, що містять усі нанесені на неї ареали розповсюдження всіх аналізованих видів ссавців.

Також у БД для кожного виду, що аналізується, занесені фотографії із зображеннями їх зовнішнього вигляду та растрові зображення ареалів їхнього поширення, де зберігаються у вигляді файлів у форматі *.png з досить добрим стисненням зображення з мінімальною втратою якості. В залежності від розрішення растрового зображення виділено наступні умовні категорії якості подання зображень: малого (257х311 - 469х587 пікселів), середнього (472х727 - 1060х1083) та великого (2000х2090 пікселів) дозволів.

Для реалізації завдань, які поставлено в роботі використовувалися картографічний, статистичний, аналітичний методи, а також методи обробки та зберігання цифрових даних. Статистичний метод було застосовано для визначення моди, медіани, мінімального, максимального та середнього значень тривалості життя, післяпологових темпів росту, ваги, розміру особини тощо, а також для визначення видів розподілу різних параметрів та знаходження взаємозв'язку між ними. На основі аналітичного методу проведено ретельний аналіз даних щодо мишоподібних з метою їхнього всебічного вивчення та виявлення існуючих закономірностей. В якості основного методу дослідження використовувався картографічний, який відрізняється надійністю та ефективністю. З його допомогою здійснена детальна оцифровка та обробка растрових зображень, а саме визначення меж ареалів поширення видів та площ відповідних полігонів.

Нині існує низка методик «зняття» цифрової інформації з графічних об'єктів, серед яких виділяють методики одержання чисельних значень з використанням графічних редакторів та методики аналізу та подання кількісних даних на основі використання спеціальних програм для оцифровки графічних зображень.

Для створення БД, статистичної та графічної обробки інформації в роботі використана система MapInfo, що поєднує переваги обробки інформації, якими володіють БД (у тому числі мову запитів SQL), та наочність карт, списків та графіків. Це дозволило спроектувати БД мишоподібних та наповнити її текстовими, графічними та чисельними даними з можливістю визначення параметрів графічних об'єктів (встановлення кордонів та визначення площі ареалу проживання).

Обрана методика обробки графічних даних являє собою поетапний процес оцифровки растрових зображень та їхню обробку: визначення меж областей та площ полігонів. В якості растрового зображення використовувалися карти (наприклад, рис. 1) з нанесеними на них полігонами (ареалами розповсюдження певного виду ссавця), які візуально виділялися на фоні карти. Далі здійснювалася прив'язка даних зображення до векторної карти світу [8], після чого растрове зображення ставало оцифрованим (векторним). На векторної карті світу вибиралися точки, широта та довгота яких були крайніми точками на растровій карті, тобто виконувалася прив'язка крайніх точок карти до координат на векторній карті. Для чого додавалися чотири точки, так як зображення, як правило, представляються у вигляді геометричних фігур типу квадрат, прямокутник.

Далі позначалися межі ареалу розповсюдження ссавця, що дозволило визначити площу даного ареалу, в квадратних кілометрах, яку населяє той чи інший вид. (рис. 3).

За аналогією проведена обробка близько 300 карт, які характеризують поширення мишоподібних на Земній кулі. Було виконано роботу, яка стала основою створення в середовищі MapInfo БД щодо мишоподібних, яка дозволяє не тільки зберігати, але й наповнювати її цифровими, текстовими та графічними даними.

Наповнення БД відбувалося в наступній послідовності. Спочатку у вигляді полігону обиралося оцифроване зображення ареалу поширення виду, до якого згодом прив'язувалася атрибутивна інформація (рис. 4), яка заноситься вручну. При виборі точки на перетині ареалів поширення мишоподібних, що мешкають на території з певною широтою і довготою, відображався список площ ареалів їхнього поширення (рис. 5).

Отримане векторне зображення, що знаходиться у створеній БД, становить один з шарів зображень проекту. При цьому користувач має можливість вибирати на свій погляд шари, які він хотів би відобразити або не відобразити на екрані. Для вибору шарів, що відображуються необхідно на панелі операцій вибрати інструмент управління шарами та вказати на той шар, який необхідно відобразити.

Висновки

Таким чином, на першому етапі дослідження було розроблено ГІС-моделі поширення видів мишоподібних та створено БД картографічної та атрибутивної інформації. Аналіз поширення видів мишоподібних дозволить систематизувати інформацію про особливості видового біорізноманіття з використанням ГІС-моделей. Планується, що подальші дослідження будуть спрямовані на пошук закономірностей поширення видів мишоподібних в залежності від кліматичних умов. Це можливо при суміщенні створеної БД з розповсюдження мишоподібних з БД Всесвітнього кліматичного центру [9-11], де зберігаються архіви кліматичних даних повторного аналізу. Архів даних Світового кліматичного центру дозволяє побудувати усереднені в часі поля кліматичних показників для всієї планети. Таке ж усереднення можна провести за 15 років на широтно-довготній сітці земної кулі з осередком в 1х1 градус. В архіві зберігається близько 80 кліматичних показників, зокрема, температура, відносна вологість, швидкість та напрямок вітру, освітленість, опади, висота над рівнем моря тощо. Обсяг даних архіву становить кілька терабайт.

Проаналізувавши інформацію, яку було оброблено, можно зробити висновки, що на сьогодні на поверхні Землі можна виділити більше ніж 400 ареалів по 300 видам сімейства мишиних. В результаті однієї ГІС-моделі ареалу розповсюдження видів мишоподібних може бути поставлена у відповідність атрибутивна інформація з 80 усереднених кліматичних показників. За допомогою застосування регресійного аналізу можливе визначення найбільш значущих кліматичних показників, що впливають на ареали поширення виду. Крім цього з БД можливо буде взяти атрибутивну інформацію, яка кількісно характеризує кожен вид. Тобто об'єднання створеної БД з базою даних усереднених показників Всесвітнього кліматичного центру дозволить підійти до створення моделей поширення видів на території планети. Передбачається, що подальші дослідження будуть проводитися в даному напрямку.

Перелік посилань

1. Полевые исследования экологии наземных позвоночных животных [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zoomet.ru/novikov....
2. База данных: возраст и продолжительность жизни животных [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://genomics.senescence.info/species/.
3. Журналы Кэмбриджа [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://journals.cambridge.org.
4. Систематика современных млекопитающих [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zmmu.msu.ru/personal....
5. FLORANIMAL – растения и животные [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.floranimal.ru/.
6. Классификация животных [Электронный ресурс]. – – Режим доступа: http://www.apus.ru/.
7. Красный список исчезающих видов [Электронный ресурс]. – – Режим доступа: http://maps.iucnredlist.org/.
8. Большая подборка векторных карт мира энциклопедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ivan-off.com/?p=190.
9. Глобальные климатические архивы повторного анализа [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.reanalysis.org/atmosphere....
10. Всемирные спутниковые данные MODIS по атмосфере 2000-2012 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/.
11. Более 80 климатических показателей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://data-portal.ecmwf.int/ data....