Электронные базы данных как современный способ обработки и хранения геоботанических данных

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«САРАТОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

 

Кафедра ботаники и экологии

 

Электронные базы данных как современный способ обработки

и хранения геоботанических данных

 

Курсовая работа

студентки 3 курса 341 группы

специальности 020801 - экология

Биологического факультета

 

Горбачевой  Юлии Михайловны

 

Научный руководитель                                                                      О.Н. Давиденко

к. б. н. , доцент

 

Зав. кафедрой                                                                                     В. А.  Болдырев

д. б. н. , профессор

 

 

 

 

 

Саратов 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3

  1. Общая характеристика электронных баз данных
  
    1. История возникновения
  
    1. Классификация
  
    1. Система управления базами данных
  
    1. Архитектура БД
  
  1. Электронные базы геоботанических данных
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В данной курсовой работе будут рассмотрены основные понятия связанные с базами данных, их история возникновения, развития, и системой управления. Будут рассмотрены принципы организации и построения баз данных. На примере программы MSAccess будет рассмотрено применение баз данных в геоботанических описаниях.

     Цель  данной курсовой работы в знакомстве  с построением и принципом  работы с базами данных.

     Базы  данных должны помочь в улучшении  систематизации геоботанических  описаний. А так же создание  базы данных ускорит поиск нужной информации. И поможет в быстром добавлении новой информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общая характеристика электронных баз данных

1.1 История возникновения

История баз  данных в узком аспекте рассматривает  базы данных в традиционном (современном) понимании. Эта история начинается с 1955 года, когда появилось программируемое оборудование обработки записей. Программное обеспечение этого времени поддерживало модель обработки записей на основе файлов [1].

Оперативные сетевые  базы данных появились в середине 1960-х. Операции над оперативными базами данных обрабатывались в интерактивном режиме с помощью терминалов. Простые индексно-последовательные организации записей быстро развились к более мощной модели записей, ориентированной на наборы.

Сам термин база данных (англ. database) появился в начале 1960-х годов, и был введён в употребление на симпозиумах. В широкое применение в современном понимании термин вошёл лишь в 1970-е годы [2].

База данных (БД)- это совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными [3].

Для функционирования БД необходимо наличие специальных  языковых и программных средств, называемых системой управления базами данных.

 

1.2 Классификации баз данных

В настоящее  время существует несколько десятков классификаций баз данных в зависимости  от разных факторов. Рассмотрим самые  распространенные из них.

В зависимости  от вида информационных элементов содержащихся в БД, различают следующие виды баз данных:

а) документографическая (документальная) БД – база данных содержащая библиографические записи и являющаяся информационной составляющей электронного каталога. Ее разновидностями являются: библиографическая БД, которая содержит библиографические описания документов; реферативная БД, которая содержит библиографическое описание документов и рефераты; полнотекстовая БД, в которой хранятся записи полнотекстовых документов или их частей;

б) фактографическая БД - содержащая фактографические (в том числе справочные) данные;

в) объектографическая БД, разновидность фактографической БД, содержащая расширенный набор данных о сложных объектах предметной области;

г) графическая БД, в которой хранятся графические данные;

д) гибридная БД – БД в которых хранятся как символьные (цифровые и алфавитно-цифровые), так и графические данные. Это БД со смешанной (гибридной) структурой (например иерархической и сетевой)

В зависимости от реализованной  модели, структуры организации данных или уровня представления различают:

а) Иерархические БД, основанные на иерархической модели организации. Модель ориентирована на описание объектов, находящихся между собой в отношении подчинения [3].

б) сетевые БД, основанные на сетевой модели организации. Модель представляет собой развитие иерархической. Это позволяет описывать более сложные виды взаимоотношений между данными [3].

в) реляционная БД, основанная на реляционной модели организации. В этой модели данные представлены в виде таблиц. На данный момент эта модель самая распространённая [3].

г) логическая – база данных с точки зрения пользователя и прикладного программиста.

д) физическая БД, совокупность структур хранения данных на «внешнем носителе»

е) архивная БД, архивная копия базы данных, зафиксированная на определенном момент времени.

ж) виртуальная БД, воображаемое представление данных, в которое может быть преобразована каждая из интегрируемых БД произвольной системы управления базами данных.

В зависимости  от общего назначения или принадлежности различают служебные, пользовательские, персональные и частные базы данных.

В зависимости  от содержания и прикладного назначения, хранимой информации базы данных делятся на базы знаний, интеллектуальные и  демонстрационные базы.

В зависимости  от физической организации различают локальные БД, распределенные, централизованные и многоэкземплярные [4].

 

1.3 Система управления базами данных

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность программных и лингвистических  средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных [6].

Введение баз  данных – действие по добавлению, удалению, и изменению хранимых данных.

СУБД играет роль посредника между клиентом (человеком  или программой) и данными.

Главные задачи, которые решает СУБД:

  1. Хранение данных.
  2. Поддержание целостности данных.
  3. Предоставление инструментария для манипулирования данными.

Задача хранения подразумевает  размещение данных на некотором носителе информации (например, диске). Должен быть определенный формат данных, обеспечивающий не только статичное хранение, но и эффективное манипулирование данными. СУБД делятся на несколько видов. Локальная СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере) Например такие программы как: Microsoft Access, FoxPro, Сlarion, Clipper

Система «клиент- сервер» (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах)  
Например такие программы как: MicrosoftSQL, Oracle, MySQL, PostgreSQL [3].

По языкам общения  СУБД делят на:

- открытые системы – это системы, в которых для обращения к базам данных используется универсальные языки программирования;

- замкнутые системы - имеют собственные языки общения с пользователями баз данных;

- смешанные.

По выполняемым  функциям делятся на: информационные (позволяют организовать хранение информации и доступ к ней) и операционные (выполняют достаточно сложную обработку, например, автоматически позволяют получать агрегированные показатели, не хранящиеся непосредственно в базе данных, могут изменять алгоритмы обработки и многое другое).

1.4 Архитектура БД

 

В процессе научных исследование, посвященных тому, как должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализации. Самым жизнеспособным оказалась предложенная американским комитетом по стандартизации ANSI (American National Standards Institute) трехуровневая система организации БД:

  1. Уровень внешних моделей

Самый верхний  уровень, где каждая модель имеет  свое «видение» данных. Этот уровень  определяет точку зрения на БД отдельных  приложений. Каждое приложение видит  и обрабатывает только те данные, которые  необходимы именно этому приложению.

  1. Концептуальный уровень

Центральное управляющее  звено, здесь БД представлена в наиболее общем виде, который объединяет данные, используемые всеми приложениями, работающими с данной БД. Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась БД. Как любая модель, концептуальная модель отражает только существенные, с точки зрения обработки, особенности объектов реального мира.

  1. Физический уровень

Данные расположенные в файлах или в страничных структурах, расположенных на внешних носителях информации.

Эта структура позволяет  обеспечить логическую (между уровнями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при работе с  данными. Логическая независимость предполагает возможность изменения одного приложения без корректировки других приложений, работающих с этой же БД. Физическая независимость предполагает возможность переноса хранимой информации с одних носителей на другие при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с данной БД [8].

 

Microsoft Office Access или просто Microsoft Access — реляционная СУБД корпорации Microsoft. Имеет широкий спектр функций, включая связанные запросы, связь с внешними таблицами и базами данных [9].

Access представляет собой локальную БД и ориентирована на разработку БД малой или средней сложности. БД Access содержит объекты следующих видов: а) таблицы (объекты таблицы предоставляют пользователю непосредственный доступ к просмотру, изменению и добавлению хранимых данных. В соответствии с требованиями реляционной модели, все данные в Access хранятся в таблицах. Остальные объекты средства работы с этими данными); б) запросы (запросы позволяют извлекать данные из одной или нескольких таблиц в соответствии с заданными условиями отбора, производить при этом обработку и сортировку данных. Визуально запросы напоминают таблицы, однако их принципиальное отличие в том, что отображаются не сами данные, которые хранятся в базе данных, а то, что является результатом их переработки. Запросы могут быть параметризованными (иметь параметры). При вызове такого запроса пользователь должен задать значения параметров); в) Формы (формы предоставляют пользователю более удобные средства по работе с данными, чем непосредственное редактирование таблиц. Форма обычно привязана к одному или нескольким источникам данных (таблицам или запросам) и позволяет манипулировать данными из этих источников с помощью визуальных средств. Форма может быть и не связанна с источниками данных, а служить пользовательским интерфейсом- содержать кнопки и другие элементы управления); г) Отчеты (отчеты представляют данные в виде, пригодном для вывода на печать. Данные в отчеты подставляются напрямую из таблиц или из результатов выполнения запросов); д) страницы (страницы в документах в формате HTML, которые могут быть просмотрены в Web- обозревателе (точнее, только в MS InternetExplorer). Страницы имеют то же назначение, что и формы- пользовательский интерфейс для доступа к данным. Страницы хранятся за пределами файла базы данных. Для работы с ними не требуется запуск Access); е) макросы и модули (макрос- определяемая пользователем последовательность действий. Если требуется часто выполнять одни и те же операции, можно их оформить в виде макроса. При запуске макроса выполняются все заданные в нем действия. Модуль- набор подпрограмм на языке VisualBasic, составленных разработчиком базы данных и предназначенных для выполнения нетривиальных операций над данными, которые сложно реализовать иными средствами) [10].

 

 

 

 

 

2 Электронные базы геоботанических данных

 

 Специфика геоботаники как науки состоит в том, что объектами ее изучения является сложная совокупность растений на определенной территории, характеризующаяся целым рядом свойств. Геоботаника изучает фитоценозы в их связи с факторами среды: климатом, почвой, другими фитоценозами, деятельностью животных, влиянием человека. Геоботаника изучает не только отдельные растительные сообщества, но и образуемые их сочетаниями растительный покров. Отдельное внимание в пределах науки уделяется ценопопуляциям.

Фитоценоз или  растительное сообщество- это совокупность растений, занимающих определенный, относительно однородный участок и объединенных взаимодействиями со средой, а через посредство среды и между собой [11].

Термин «геоботаника»  был предложен в 1866 году одновременно русским ботаником и почвоведом Ф. И. Рупрехтом (1814—1870) и австрийским  ботаником А. Гризебахом (1814—1879), термин «фитоценология» — в 1918 году австрийцем Х. Гамсом [12].

Геоботаника делится  на 2 больших раздела: общая геоботаника  и частная. 
В свою очередь они подразделяются на более узко направленные подразделы.

Общая геоботаника  делится на флористическую геоботанику, или ареалогия (изучает область распространения видов растений (их ареал), размер ареала, отношение между ареалом и климатом, флористические царства и таксономическое разнообразие и историческую геоботанику (изучает историю развития растительного мир. Изменение растительности под влиянием климата различных периодов).

Ценологическая  геоботаника изучает растительные сообщества (фитоценозы) и взаимоотношения растений, образующих эти сообщества, между собой, и с компонентами окружающей среды, а так же организацию фитоценозов и их смены во времени и закономерности распределения в пространстве, их классификацию [13].

Экологическая геоботаника изучает влияние различных факторов, например таких как фактор тепла, влажности, света и других на растительные сообщества.

В связи с  большими объемами полевого геоботанического материала и его разнонаправленностью электронные базы данных, создаваемые для целей обобщения материала о растительности, обычно имеют сложную структуру.

Электронные геоботанические  базы данных, подобно аналогичным  системам из других областей знаний, имеют ряд общих характеристик. К ним относятся следующие:

  1. Безопасность БД — свойство БД, которое заключается в том, что содержащиеся в ней данные не причинят вреда пользователю при правильном их применении для решения любых функциональных задач системы, для которой она была создана.
    1. Защищенность БД — наличие и характеристика средств (аппаратных, программных, организационных, технологических, юридических и т. п.) обеспечивающих предотвращение или исключение доступа к информации лиц, не получивших на то соответствующего разрешения, умышленного или непредумышленного разрушения, или изменения данных.
  2. Гибкость БД - способность средств поддержки и ведения БД к изменению ее структуры и содержания, а также состава и формы выдачи интересующих пользователей данных.
  3. Доступность БД - свойство автоматизированной системы, характеризующее возможность использования содержащихся в БД сведений для разных категорий пользователей.
  4. Целостность БД - состояние БД, при котором все значения данных правильно отражают предметную область (в пределах заданных ограничений по точности и согласованности во времени) и подчиняются правилам взаимной непротиворечивости.
  5. Эффективность БД. Эта характеристика включает степень соответствия результатов использования БД затратам на ее создание и поддержание в рабочем состоянии, в случае оценки этого показателя в денежном выражении он носит наименование экономической эффективности БД. Кроме того, учитывается обобщающий показатель качества состояния и использования БД по совокупности признаков (в том числе доступность, гибкость, целостность, защищенность, безопасность и др.).
  6. Техническая эффективность БД - эффективность БД применительно к условиям ее использования в конкретной автоматизированной системе. [5]

Лавинообразный  рост объемов информации об окружающем мире требует новых подходов и технологий передачи, хранения и анализа информации на основе компьютерных информационных систем [14].

В решении проблемы оптимизации доступа к научной  информации особое место занимают технологии баз данных. Подталкиваемые, с одной стороны, нуждами и требованиями человека и ограниченные, с другой стороны, техническими возможностями компьютерной техники, технологии БД развивались от примитивных методов пятидесятых годов двадцатого столетия к сложным интегрированным системам сегодняшнего дня [15].

Высокий уровень  развития сетевых технологий делает возможным доступ к базам данных по сети Internet.

Использование компьютерных баз данных нашло широкое  применение в геоботанике. В сентябре 2010года электронные базы данных всего  мира содержали около 2,5 млн. геоботанических описаний. Из них в Голландии-600000, США- 550000, Франции- 200000, Германии- 155000, Чехии- 145000, Испании- 100000, Великобритании- 80000, Новой Зеландии- 77000, Словакии- 51000, Южной Африки- 44000, Австрии- 40000, Бельгии- 27000, Японии- 22000, Ирландии- 21400, Португалии- 18700, России- 18000. При этом плотность территории, охваченной геоботаническими описаниями, в России значительно меньше, чем в других вышеперечисленных странах и составляет 1 описание на 100000 км 2 [16].

Любое геоботаническое  описание содержит полноценную информацию о флористическом составе фитоценоза (как правило, в пределах учетной площадки) и о роли видов в сложении фитоценоза [17].

Геоботанические базы данных позволяют анализировать  материал на уровне видов, сообществ, экосистем и ландшафтов. С их помощью можно проследить динамику фитоценозов, выявить вторжение в них инвазионных и карантинных видов растений, обнаружить трансформацию сообществ, связанную с климатическими или антропогенными изменениями территории.

Базы данных используют так же для создания экспериментных систем, которые дают возможность  автоматически отнести геоботаническое  описание фитоценоза к тому или иному синтаксону: ассоциации, союзу, порядку, классу [16].

Геоботанические базы данных, как и любые БД являются:

  1. потенциально большими;
  2. неоднородными по точности и полноте представления данных;
  3. распределенными между различными пользователями [14].

Создание базы данных осуществляется в среде Access 2007 как наиболее распространенном и интегрированном в пакете MS Office приложений, предоставляющем богатый инструментарий для разработки систем управления баз данных [18].

Составляющими элементами электронной базы данных являются тематические связанные блоки. В свою очередь, разделы состоят из тематически связанных блоков [19].

В августе 2010 года был подготовлен общемировой каталог геоботанических данных (GIVD), информация о котором помещена на сайте http://www.givd.info. В середине 2011 года, на нем было зарегистрировано 136 баз данных из 104 стран. Из этого каталога следует, что наибольшее число геоботанических описаний, внесенных в компьютерные базы данных, находится в США- 2108439. В Европе лидером являются Нидерланды-638001 описаний. Большое число описаний внесено а базы данных Новой Зеландии- 468000, Франции- 195481, Германии- 182560, Чехии- 159363, Испании- 99193, Великобритании- 93988.

В России в компьютерных базах данных было зарегистрировано 21604 геоботанических описаний. Это меньше чем в Намибии- 24317.

Что касается количества компьютеризированных описаний на единицу площади страны, то Россия в ряду 104-х стран занимает 97-е место, имея 1,3 описаний на 1000 км 2 [16].

На  территории Поволжья в настоящий  момент функционируют ___ электронных  геоботанических баз данных. Это…..

Далее про БД института экологии, про  наши саратовские несколько слов (название, какие данные объединяют) и ссылку на источники, которые не забыть добавить в список лит-ры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 Информационные технологии в наше время хорошо развиты, и помогают людям в различных ситуациях. Развитие техники и доступ к сети интернет позволяют человеку в короткое время получить нужную ему информацию. Развитие информационных технологий ставит необходимость освоения новых методов при проведении биологических, и в частности, геоботанических исследований. Исследователи, не имеющие специальной математической или программистской подготовки, ощущают необходимость в интеграции результатов своей деятельности в едином информационном пространстве, позволяющем объединить разноформатные данные для обобщающих совместных работ, для ведения долговременного мониторинга состояния сообществ и популяций, для удобного хранения данных и оперативного обмена информацией. В этом отношении базы данных (БД) являются наиболее удобной формой создания единого информационного пространства

Исследователь-геоботаник работает с большим объемом разноформатных качественных и количественных данных. Создание базы данных позволит объединить все имеющиеся знания по геоботаническим описаниям. Создание общемирового каталога даст возможность обмена информацией между пользователями разных стран. Так же каждая страна вносит свой неоценимый вклад в создание базы.

 К сожалению, судя по статистическим показателям, Россия отстает в области использования современных технологий в биологических областях исследования вообще, и в геоботанических исследованиях в частности.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. Грей Дж. Управление данными: Прошлое, настоящее, будущее // Системы управления базами данных. 1998. №3. С. ???
  2. Haigh T. How Data Got its Base: Information Storage Software in the 1950s and 1960s // IEEE Annals of the History of Computing. 2009. №4. Pp. ???
  3. Бобцов А. А., Шлегин В. В. Банки и базы данных. Основы работы с MSAccess. Часть 1. Санкт-Петербург, 2005. ??? с.
  4. Воронский Ф.С. Информатика. Энциклопедический словарь- справочник: введение в современные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. 2006. ?? с.
  5. База данных [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/  (дата обращения: 17.03.2013).  Загл. с экрана. Яз. рус.
  6. Система  управления базами данных [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 17.03.2013).  Загл. с экрана. Яз. рус.
  7. Диго С. М. Базы данных. Москва, 2004. ?? с.
  8. Карпова Т. С. Базы данных: модели, разработка, реализация. СПб, 2002. ?? с.
  9. Шевченко Н.А. Искусство создания базы данных Microsoft Access. М. , 2007. 160с.
  10. Microsoft Access 2000. Шаг за шагом; Практическое пособие. Москва: Эком, 2002. ?? с.
  11. Ярошенко П. Д. Геоботаника Москва: Просвещение, 1969. ?? с.
  12. http://ru.wikipedia.org/wiki/Геоботаника
  13. Гиляров М. С. Биологический энциклопедический словарь Москва:

Советская энциклопедия, 1986. ?? с.

  1. Петин О. В. Информационная система растительности как фактор преодоления информационного кризиса в геоботанических исследованиях //?????????
  2. Хансен Г., Хансен Дж. Базы данных: разработка и управление Москва: Бином, 2000. ?? с.
  3. Голуб В. Б., Гречушкина Н. А., Сорокин А. Н. Геоботанические базы данных приморских сообществ Европейской части России, созданные в институте экологии Волжского бассейна РАН // ????????????????
  4. Миркин Б. М., Розенберг Г. С., Наумова Л. Г. Словарь понятий и терминов современной фитоценологии Москва: Наука, 1989. ?? с.
  5. Марков А. С., Лисовский К. Н. Базы данных. Введение в теорию и методологию Москва, 2004. ?? с.
  6. Видишева А. В. Базы данных в геоботанических исследованиях. //Исследования молодых ученых в биологии и экологии . Сборник научных трудов 2010. Вып. 8. С. ??-??

 

СПИСОК  ОФОРМИТЬ ПО ПРАВИЛАМ