Применение ГИС и СУБД технологий в экологии

Характеристика геоинформационных систем (ГИС)

Информатизация общества в настоящее время затрагивает все сферы деятельности, в том числе и сферу образования. Одним из проявлений информатизации образовательного процесса это использование географических информационных систем (ГИС).

Географическая информационная система (geographic information system, GIS), ГИС - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных (пространственных данных).

Разработка и использование ГИС являются новым этапом развития картографического метода изучения географии, основанного на использовании самой современной вычислительной техники.

ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных).

В векторной модели ГИС информация о точках, линиях и полигонах кодируется и хранится в виде набора координат X,Y (в современных ГИС часто добавляется третья пространственная и четвертая, например, временная координата). Местоположение точки (точечного объекта), описывается парой координат (X,Y). Линейные объекты, такие как дороги, реки или трубопроводы, сохраняются как наборы координат X,Y. Полигональные объекты, типа речных водосборов, земельных участков или областей обслуживания, хранятся в виде замкнутого набора координат.

Векторная модель особенно удобна для описания дискретных объектов и меньше подходит для описания непрерывно меняющихся свойств, таких как плотность населения или доступность объектов.

Растровая модель оптимальна для работы с непрерывными свойствами.

Растровое изображение представляет собой набор значений для отдельных элементарных составляющих (ячеек), оно подобно отсканированной карте или картинке. Обе модели имеют свои преимущества и недостатки.

Современные ГИС могут работать как с векторными, так и с растровыми моделями данных.

ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, также событий, происходящих на нашей планете.

Работающая ГИС включает в себя пять ключевых составляющих: аппаратные средства, программное обеспечение, данные, исполнители и методы.

Аппаратные средства

Это компьютер, на котором запущена ГИС. В настоящее время ГИС работают на различных типах компьютерных платформ, от централизованных серверов до отдельных или связанных сетью настольных компьютеров.

Программное обеспечение ГИС

ПО ГИС содержит функции и инструменты, необходимые для хранения, анализа и визуализации географической (пространственной) информации. Ключевыми компонентами программных продуктов являются: инструменты для ввода и оперирования географической информацией; система управления базой данных; инструменты поддержки пространственных запросов, анализа и визуализации (отображения); графический пользовательский интерфейс для легкого доступа к инструментам и функциям.

Данные

Это вероятно наиболее важный компонент ГИС. Данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные могут собираться и подготавливаться самим пользователем, либо приобретаться у поставщиков на коммерческой или другой основе. В процессе управления пространственными данными ГИС интегрирует пространственные данные с другими типами и источниками данных.

Исполнители

Широкое применение технологии ГИС невозможно без людей, которые работают с программными продуктами и разрабатывают планы их использования при решении реальных задач. Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие каждодневные дела и проблемы.

Методы

Успешность и эффективность (в том числе экономическая) применения ГИС во многом зависит от правильно составленного плана и правил работы, которые составляются в соответствии со спецификой задач и работы каждой организации.

Достаточно очевидным является только применение ГИС в подготовке и распечатке карт и, может быть, в обработке аэро- и космических снимков. Реальный же спектр применений ГИС гораздо шире.

Создание карт и географический анализ не являются чем-то абсолютно новым. Однако технология ГИС предоставляет новый, более соответствующий современности, более эффективный, удобный и быстрый подход к анализу проблем и решению задач, стоящих перед человечеством в целом, и конкретной организацией или группой людей, в частности. Она автоматизирует процедуру анализа и прогноза.

До начала применения ГИС лишь немногие обладали искусством обобщения и полноценного анализа географической информации с целью обоснованного принятия оптимальных решений, основанных на современных подходах и средствах. В настоящее время, эту технологию применяют практически во всех сферах человеческой деятельности - будь то анализ таких глобальных проблем как перенаселение, загрязнение территории, сокращение лесных угодий, природные катастрофы, так и решение частных задач, таких как поиск наилучшего маршрута между пунктами - экскурсионный и экстремальный туризм.

Как же удается с помощью одной технологии решать столь разные задачи? Чтобы это понять, рассмотрим последовательно устройство, работу и примеры применения ГИС.

ГИС хранит информацию о реальном мире в виде набора тематических слоев, которые объединены на основе географического положения. Этот простой, но очень гибкий подход доказал свою ценность при решении разнообразных реальных задач: для отслеживания передвижения транспортных средств и материалов, детального отображения реальной обстановки и планируемых мероприятий, моделирования глобальной циркуляции атмосферы.

ГИС обычно выполняет пять задач с данными: ввод, манипулирование, управление, запрос и анализ, визуализацию.

Ввод

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных с бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. В современных ГИС этот процесс может быть автоматизирован с применением сканерной технологии, что особенно важно при выполнении крупных проектов, либо, при сравнительно небольшом объеме работ. Многие данные уже переведены в форматы, напрямую воспринимаемые ГИС-пакетами.

Манипулирование

Часто для выполнения конкретного проекта имеющиеся данные нужно дополнительно видоизменить в соответствии с требованиями вашей системы. Например, географическая информация может быть в разных масштабах (осевые линии улиц имеются в масштабе 1: 100 000, границы округов переписи населения - в масштабе 1: 50 000, а жилые объекты - в масштабе 1: 10 000). Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи.

Управление

В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных, специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных (базами данных). В ГИС наиболее удобно использовать реляционную структуру, при которой данные хранятся в табличной форме. При этом для связывания таблиц применяются общие поля. Этот простой подход достаточно гибок и широко используется во многих, как ГИС, так и не ГИС приложениях.

Запрос и анализ

При наличии ГИС и географической информации Вы сможете получать ответы как на простые вопросы (Где расположен географический объект? На каком расстоянии друг от друга расположены эти объекты?), так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы (Каков основный тип почв под еловыми лесами? Как повлияет на движение транспорта строительство новой дороги?). Запросы можно задавать как простым щелчком мышью на определенном объекте, так и посредством развитых аналитических средств.

С помощью ГИС можно выявлять и задавать шаблоны для поиска, проигрывать сценарии по типу «что будет, если…». Современные ГИС имеют множество мощных инструментов для анализа, среди них наиболее значимы два: анализ близости и анализ наложения.

Для проведения анализа близости объектов относительно друг друга в ГИС применяется процесс, называемый буферизацией. Он помогает ответить на вопросы типа: Сколько человек проживает в 100 м от этого водоема? Каков объем ВВП в данном государстве, регионе? Процесс наложения включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. В простейшем случае это операция отображения, но при ряде аналитических операций данные из разных слоев объединяются физически. Наложение, или пространственное объединение, позволяет, например, интегрировать данные о почвах, уклоне, растительности и землевладении со ставками земельного налога.

Визуализация

Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической (имеющей пространственную привязку) информации. Раньше карты создавались на столетия. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Данные дистанционного зондирования

Использование ДДЗЗ в создании тематических ГИС:

Дистанционное зондирование - термин, который означает изучение объектов без непосредственного контакта приемных чувствительных элементов (датчиков или сенсоров) с поверхности исследуемого объекта.

В обычной повседневной практике «дистанционным зондированием» называют фотографические и нефотографические методы съемок поверхности Земли или других планет и их естественных спутников, которые производятся с самолетов, космических аппаратов или других носителей, для изучения состояния или тематического картографирования поверхности исследуемого тела.

Материалы дистанционного зондирования, получающиеся в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. При этом получаемые документы разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам, в зависимости от вида и высоты съемки, аппаратуры, природных особенностей, атмосферных условий и т.д.

В связи с развитием космической техники, начиная с 50-х годов XX века, спутниковые снимки стали вытеснять из картографии аэрофотоснимки. Этому способствовало несколько основных причин:

-    спутниковые снимки имеют большой охват;

-    большая повторяемость съемок одной территории;

-    более низкая стоимость спутниковых ДДЗЗ;

-все возрастающая разрешающая способность спутниковой аппаратуры

Для дистанционного зондирования Земли из космоса обычно используют два основных типа спутников: геостационарные и полярно-орбитальные. Первые, находятся на геостационарной орбите на удалении свыше 36 тыс. км от Земли и сохраняют неизменное положение относительно определенной точки на экваторе. Они осуществляют непрерывный обзор земной поверхности в диапазоне 50° с.ш.-50° ю.ш. Вторые, вращаются по орбитам, плоскость которых приблизительно перпендикулярна плоскости вращения Земли. Они осуществляют обзор земной поверхности через определенные временные интервалы. Такие спутники, как правило, выводятся на полярные солнечно-синхронные орбиты: движение спутника по орбите синхронизируется с вращением Земли, а поворот плоскости орбиты -с вращением Земли вокруг Солнца. В этом случае угол между плоскостью орбиты и направлением на Солнце остается почти постоянным, что позволяет осуществлять съемку земной поверхности при одном и том же местном времени, соответствующем району наблюдения

Главный источник электромагнитной энергии - солнце. Часть радиации отражается, а часть поглощается земной поверхностью и объектами на ней. Для дистанционного зондирования важно то, как объекты нагреваются и как отдают тепло. Горные породы, почвы и поверхностные воды нагреваются и отдают тепло в тепловом диапазоне ИК-излучения. На снимках они различаются разной плотностью тона - ступени серого тона. Необходимо учитывать и то, что в утреннее и вечернее время температура колеблется, следовательно, и отражательная способность варьируется.

При дешифрировании снимков важно знать и атмосферные изменения, которые влияют на качество снимков. Облака, водяной пар, пыль, молекулы С02 и 03 в некоторой степени отражают и поглощают энергию Солнца. Также происходит частичное рассеяние, т.е. ослабление направленного потока излучения

Разности в уровне отраженной или излученной энергии, зафиксированные бортовыми сенсорами, и создают мозаику ДДЗЗ.

Выявлено, что в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах поверхность листа почти прозрачна. Отражение происходит внутри листа, в паренхиме, содержащей хлорофилл и вакуоли воздуха. Степень распределения потока энергии зависит также от содержания микроэлементов в растении, от распределения листьев в пространстве, от тепловой характеристики растений и от многих других факторов. Необходимо учитывать сложность взаимоотношений между потоком солнечного света с Разными видами растений, почвой, структурой рельефа и др.

Возникают своеобразные «окна» в спектре, которые могут фиксироваться приборами космических аппаратов.

При изучении растительного покрова особый интерес вызывает крайний видимый спектр отраженной радиации, в интервале волн 0,4-0,7 мкм и ближний инфракрасный диапазон (0,7-1,3 мкм) излученной радиации.

В этих диапазонных, на спутниковых снимках хорошо видны различия между разными типами растительности. Для создания более контрастной картинки используется синтез трех спектральных каналов: красного спектра и двух ближних инфракрасных, по принципу RGB (Red, Green, Blue). В этом случае каждый из каналов по выбору оператора может представлять или красный, или зеленый, или синий цвет. Получаемая псевдоцветная картинка наиболее точно передает контрастность между типами растительности Это хорошо видно на фрагменте спутникового снимка ASTER. Сопоставление снимков с детальными картографическими данными о рельефе, в виде гипсолиний, позволяет создать предварительную природную классификацию территории на ландшафтной основе. При построении такой классификации учитывается взаимосвязь основных природных компонентов рельефа, почв, растительности.

Объем полевых исследований варьируется в зависимости от различных факторов, таких как имеющаяся информация и ее достоверность, сходство и ассоциативность между категориями растительного покрова. Все необходимые измерения производятся на объектах и при необходимости коррелируются с материалами дистанционного зондирования.

При использовании ДДЗЗ необходимо, по возможности, иметь снимки разного разрешения и сроков съема. Это облегчает дешифрирование и дает более точную информацию о состоянии растительности.

В данный момент на околоземной орбите находится более 200 спутников ДЦЗЗ различного типа. Каждый год в космос запускается несколько десятков новых спутников различных серий. Только за прошлый 2003 год были запущены спутники 5 новых серий: ENVISAT, SPOT-5, Aqua, Jason, ADEOS-2. Готовятся к запуску спутники ALOS, Giyosat, SMOS, CALIPSO, COSMO-PLEIADES, METEOP-5M, NPOESS, NPP, GOCE, ADM, RADARSAT-2, TERRASAT. Такой прогресс в развитии данной отрасли космонавтики связан с тем, что ДДЗЗ уже стали востребованным рыночным товаром. Рынок ДДЗЗ уже оценивается в 50-54 млрд. долларов США и имеет ежегодный прирост 15-20%.

К большому сожалению, в нашей стране, которая по праву считается пионером в области космического зондирования, произошел большой спад. С начала 90-х годов XX века, имевшаяся группировка спутников практически не обновлялась. Российское космическое агентство занимается запуском иностранных спутников.

Основными поставщиками космических ДДЗЗ в России являются государственные приемные центры и единственный коммерческий центр ИТЦ «Скан Экс» (г. Москва).

Ближайшим к Якутии является Байкальский центр космического мониторинга природной территории Восточно-Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофизики и минерального сырья Министерства природных ресурсов РФ (г. Иркутск). Данный центр обладает комплексной аппаратурой по приему ДДЗЗ со спутников: Ресурс-0, Метеор, NOAA, TERRA, IRS-1C. Разрабатывается аппаратура для приема ДДЗЗ со спутников RADARSAT, IRS-P6, Монитор. Кроме этого центр служит звеном для передачи ДДЗЗ со спутников: Ресурс Ф2, SPOT, Landsat. Имеется архив данных на ДДЗЗ спутников: Ресурс Ф1, Комета. Характеристики ДДЗЗ, имеющиеся в Байкальском центре приводятся в приложении 1.

В Якутске приемными станциями обладают Геологическое управление МПР (спутник TERRA - прибор MODIS) и институт космофизики СО РАН (спутник NOAA - прибор AVHRR).

В настоящее время функционируют спутниковые системы: "LANDSAT (США), природоресурсная система SPOT (Франция), метеорологическая система NOAA (США), спутник нового поколения TERRA. Из отечественных «Ресурс», состоящий из трех взаимодополняющих подсистем: «Ресурс-Ф» - фотографическая, «Ресурс-О» - сканирующая

Программный продукт ArcView GIS

Нами для работы была выбрана программа ArcView GIS.

Разработчиком Arc View GIS является компания ESRI (США), то есть та же компания, что выпустила программу ARC/INFO. Год выпуска 1994.

Эта программа идёт с расчётом на конечного пользователя. Она удобна для просмотра, создания и анализа данных и программ. А также распечатке карт при условии, что имеются в наличии готовые базы данных, созданных в программах ARC/INFO, Arc CAD и др. Программа с большими возможностями графических изображений (полигонов, линий, точек, дуг, окружностей, квадратов и прямоугольников). Компоновка макета печати позволяет располагать вместе: растровый рисунок, карту, таблицу (одну или несколько), график (один или несколько), а также текстовую часть. Каждый слой содержит атрибутивную информацию в виде таблицы, которая формируется автоматически. Стандартный набор атрибутивной таблицы включает в себя такие данные как площадь и периметр объектов, длина объектов (для линий и дут). Интересующую информацию можно извлечь с помощью кнопки на панели управления -"Find" (на англоязычной версии) и "Найти" (на русскоязычной версии). Выбранный объект автоматически становится в центре экрана монитора, заодно выделяется поле записи в атрибутивной таблице. Атрибутивную таблицу одной темы можно связать с атрибутивными таблицами других тем и провести пространственный анализ. При помощи различных модулей программа может выполнять более специализированные задачи. Например: Spatial Analyst - работа с растровыми изображениями, 3D Analyst - работа с трёхмерными изображениями и другие модули.

Технология работы с ArcView GIS достаточна проста, студенты кафедры проходят эту программу как учебный предмет и в достаточной мере владеют этой программой. Ниже приводится конкретные процедуры с помощью которых выполнялась работа.

Технология работы с ArcView GIS Создание новой карты с помощью Arc View производится в следующем порядке [Arc View...]:

1. Запускается Arc View.

2. В окне Проекта ("Без имени") щелкните на кнопке Новый, чтобы создать новый, пустой Вид.

3. Щелкните на кнопке «Добавить тему». С помощью этой кнопки добавляются пространственные данные на карту. В диалоговом окне, которое появится на экране, переходят в каталог «esridata». В этом каталоге хранятся пространственные данные для различных регионов.

4. Дважды щелкните на каталоге, где хранятся пространственные данные, которые вы хотите добавить на карту. Все файлы пространственных данных в этом каталоге перечислены в диалоговом окне в списке слева. Все эти файлы имеют формат шейп-файла Arc View и имеют расширение.shp.

5. Щелкните на OK (Add для Мае). Выбранный шейп-файл добавится в Вид как тема. Arc View само предложит цвет для изображения темы. При добавлении темы в Вид Arc View не отображает ее сразу же. Пользователь может изменить цвет прорисовки темы или другие параметры темы до ее включения.

6. Если необходимо изменить цвет отображения темы, щелкните на кнопке Редактора легенды или дважды щелкните на названии темы в Таблице содержания, чтобы появилось окно Редактора легенды.

7. По умолчанию, когда пользователь добавляет тему в Вид, она располагается в верхней части Таблицы содержания Вида и, следовательно, будет отображаться поверх других тем в Виде.

8. Щелкните на флажке-переключателе радом е темой, чтобы включить ее. Объекты темы отобразятся на карте.

9. В поле Масштаб справа от строки инструментов масштаб Вида не показан. Чтобы ArcView отобразил масштаб, прежде всего, необходимо определить картографические единицы (т.е. единицы координат), в которых хранятся на диске пространственные данные, добавляемые в Вид. Пространственные данные, поставляемые с ArcView, хранятся в десятичных градусах. Из меню Вид выберите Свойства. Появится диалоговое окно Свойства вида.

10. В диалоговом окне выберите десятичные градусы из ниспадающего списка Картографические единицы.

11. Прежде чем щелкнуть на кнопке ОК, обратите внимание на некоторые дополнительные параметры, которые вы можете установить в Виде.

После определения картографических единиц пользователь также может установить единицы измерения для Вида. Единицами измерения являются единицы, в которых ArcView отображает измерения и расстояния во время работы с Видом.

Если пространственные данные в Виде хранятся в десятичных градусах пользователь может выбрать проекцию карты Вида. По желанию он может набрать Ф. И. О. автора в поле Разработчик и сделать любые комментарии или замечания относительно Вида в полях Комментариев. Эти поля делают возможным документировать работу, а при последующих обращениях во время работы с Видом эти заметки будут доступны в данном диалоговом окне.

12. Щелкните на ОК в диалоговом окне Свойства Вида. Поле Масштаба в строке инструментов показывает теперь установленный масштаб Вида. Значение масштаба автоматически изменяется при увеличении или уменьшении масштаба изображения Вида. Если пользователь введет новое название Вида, оно отобразится в строке названий в окне Вида.

13. Наконец, сохраняется карта, сохранив проект. Щелкните на кнопке «Сохранить Проект». Поскольку проект еще не сохранялся, AicView отобразит диалоговое окно, в котором выбирается имя и местоположение для проекта. Имя уже сохраненного проекта отобразится в строке названии окна Проекш. Таким образом, проекты в Arc View - это файлы, в которых сохраняется работа, выполненная в ArcView. Проект содержит все Виды, Таблицы, Диаграммы, Компоновки и Тексты программ, которые используются в конкретном приложении Arc View или наборе связанных между собой приложений.

Определение масштаба изображения темы на карте. По умолчанию, когда тема включена в Таблицу содержания Вида, она будет отображаться Arc View безотносительно масштаба, в котором изображается Вид. Если некоторые темы перегружают Вид при уменьшении изображения (т.е. масштаб изображения вида становится меньше), можно выключить эти темы с помощью флажка-переключателя в Таблице содержания. Однако, для некоторых карт это может оказаться неудобным, особенно, если Вид содержит много тем, и во время работы часто меняется масштаб изображения. В подобном случае можно установить параметры изображения для этих тем.

Параметры изображения темы определяют диапазон масштабов, в которых Arc View отображает темы в Виде. Как только масштаб изображения окажется за пределами этого диапазона, тема автоматически не будет отображаться. Таким образом, можно контролировать изображение Вида в различных масштабах, необходимых для работы.

Установление параметров изображения темы производится в следующем порядке:

1. Щелкните на названии темы в Таблице содержания, чтобы сделать ее активной.

2. Щелкните на кнопке Свойства темы.

3. В диалоговом окне, которое появится на экране, щелкните на кнопке Изображение. На экране появится панель свойств Изображения.

4. Вводятся значения Минимального и Максимального масштабов для вашей темы, заполнив одно или оба поля масштабов. Например, если вы хотите, чтобы тема рисовалась в масштабе изображения Вида меньше 1:50000, наберите 50000 в поле Минимального масштаб, Таким образом, если масштаб изображения вида - 1:100000, тема будет прорисована. Если масштаб - 1:30000, тема не будет прорисована.

Если вы хотите, чтобы тема рисовалась, в масштабе изображения Вида больше 1:50000, наберите 50000 в поле Максимального масштаба. В этом случае, если масштаб изображения вида - 1:30000, тема будет прорисована. Если масштаб -1:100000, тема прорисована не будет.

Если вы хотите, чтобы тема рисовалась в масштабе изображения вида между 1:25000 и 1:50000, наберите 25000 в поле Минимального масштаба и 50000 в поле Максимального масштаба.

5. Щелкните на ОК. Если текущий масштаб Вида находится за пределами установленного вами диапазона, Arc View перерисует Вид без изображения темы. При этом флажок-переключатель в Таблице содержания останется включенным. Раз установленные параметры изображения темы сохраняются при выводе Вида на печать. Они также сохраняются при размещении Вида в компоновке с использованием горячей связи.

Форматы пространственных данных в Arc View. Пространственные данные представляют собой ядро любого приложения Arc View. Основными форматами пространственных данных, используемых в Arc View, являются: Шейп-файлы Arc View - это формат данных, поставляемых с ArcView.

Единицы хранения пространственных данных. Важно знать, в каких единицах хранятся пространственные данные, чтобы можно было видеть масштаб изображения карт в ArcView. Все данные, поставляемые с ArcView, хранятся в десятичных градусах.

 Системы управления базами данных (СУБД)

Введение в базы данных

Что такое база данных?

Термин база данных имеет технический оттенок, но ничего сложного в нем нет. Вы уже наверняка пользовались хотя бы одной базой данных, например адресной книгой.

Специальным образом организованная и хранящаяся во внешней памяти компьютера взаимосвязанная информация (данные) об объектах называется базой данных (БД).

Система программ, позволяющая создавать БД, обновлять хранимую в ней информацию, обеспечивающая удобный доступ к ней с целью просмотра и поиска, называется системой управления базами данных (СУБД). Функции программы, управляющей базой данных, можно, в какой-то мере, сравнить с функциями карточного ящика, наделенного способностью проверять информацию при заполнении картотеки и осуществлять просмотр ее содержимого. Главное отличие компьютерной базы данных от карточных и печатных каталогов и указателей заключается в том, что можно задавать самые разнообразные запросы и найти нужную запись по одному из ее элементов.

Современная СУБД обеспечивает возможность работы с БД в глобальных и локальных сетях.

Для работы с базой данных СУБД должна обеспечивать:

· возможность внесения и чтения информации;

· работу с большим объемом данных;

· быстроту поиска данных;

· целостность данных (их непротиворечивость);

· защиту от разрушения, уничтожения ( не только при случайных ошибках пользователя), от несанкционированного доступа;

· систему дружественных подсказок (в расчете на пользователя без специальной подготовки).

Специальные термины, используемые при работе с базой данных.

База данных - это просто метод хранения информации, в котором каждый отдельный элемент, называемый записью, имеет аналогичную с другими элементами структуру. Например, в контрольной регистрации чековой книжки каждый элемент состоит из пяти частей: “номер чека”, “дата”, “получатель”, “сумма” и “категория”. Конечно, каждый элемент содержит разную информацию, но все они имеют одни и те же пять частей, т.е. одну структуру.

При работе с базами данных используются несколько специальных терминов, которые необходимо знать.

Один полный элемент базы данных называется записью. В приведенном примере записью может служить информация о каждом чеке.

Поле - это часть информации, содержащейся в каждой записи. В приведенном примере пять полей: “номер чека”, “дата”, “получатель”, “сумма” и “категория”.

Поля имеют уникальные имена, которые идентифицируют поля в таблице базы данных.

Обзор возможностей и особенностей различных СУБД.

В мире насчитывается более 50 типов СУБД для IBM PC и совместимых с ними компьютеров. Наиболее простые системы этого вида позволяют обрабатывать на компьютере один массив информации, например персональную картотеку. С такими СУБД легко могут работать пользователи даже невысокой квалификации, так как действия в них осуществляются с помощью меню и других диалоговых средств. Среди таких СУБД можно назвать такие, как PC-File, Reflex, Q&A.

При решении задач, в которых используются много видов объектов и соответственно много информационных массивов, связанных друг с другом различными соотношениями, используются более сложные СУБД. Среди них можно назвать такие СУБД, как dBASE, Paradox - фирмы Borland, Fox Pro, Access - фирмы Microsoft. Очень часто компьютеры объединяют в локальную сеть и локальные сети связывают между собой с помощью каналов связи, образуя распределенные вычислительные системы и сети различного назначения. Для обработки информации в подобных системах используются СУБД, функционирующие в режиме клиент/сервер. К этому классу относятся следующие СУБД: Oracle - корпорации Oracle, SQL Server - фирмы Microsoft.

Кроме классификации СУБД по степени их сложности и средствам взаимодействия с пользователем, используется классификация по типам организации данных и связей между ними. Известны три типа организации данных и связей между ними: иерархический (в виде дерева), сетевой и реляционный.

Иерархическая БД. В иерархической БД существует упорядоченность элементов в записи, один элемент считается главным, остальные - подчиненными. Данные в записи упорядочены в определенную последовательность, как ступеньки лестницы, и поиск данных может осуществляться лишь последовательным спуском со ступеньки на ступеньку. Поиск какого-либо элемента данных в такой системе может оказаться довольно трудоемким из-за необходимости последовательно проходить несколько предшествующих иерархических ступеней. Иерархическую БД образует каталог файлов, хранимых на диске; дерево каталогов, доступное для просмотра в Norton Commander, - наглядная демонстрация структуры такой БД и поиска в ней нужного элемента (при работе в операционной системе MS-DOS). Такой же БД является родовое генеалогическое дерево.

Сетевая БД. Эта база данных отличается большой гибкостью, так как в ней существует возможность устанавливать дополнительно к вертикальным иерархическим связям горизонтальные связи. Это облегчает процесс поиска требуемых элементов данных, так как уже не требуется обязательного прохождения всех существующих ступеней. Реляционная БД. Наиболее распространенным способом организации данных является третий, к которому можно свести как иерархический, так и сетевой - реляционный (англ. relation - отношение, связь). В реляционной БД под записью понимается строка прямоугольной таблицы. Элементы записи образуют столбцы этой таблицы (поля). Все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный), а каждый столбец - неповторяющееся имя. Одинаковые строки в таблице отсутствуют. Преимущества таких БД - наглядность и понятность организации данных, скорость поиска нужной информации. Примером реляционной БД служит ведомость назначения на стипендию, в которой записью является строка с данными о конкретном студенте, а имена полей (столбцов) указывают, какие данные о каждом студенте должны быть записаны в ячейках таблицы.