Цифровая модель описания почвенных данных

Цифровая модель описания почвенных данных представляет собой унифицированный метод формального описания разнородных почвенных данных, предназначенный для использования в электронной среде хранения данных и реализованный в форме базы данных.

Цифровая модель детализирует семантику структуры ЕГРПР на уровне описания горизонтов, дополняя его характеристиками образцов и морфологических элементов.

Концептуальная модель

Концептуальная модель основана на использовании свойств наименьшего информационного высказывания, которое c максимальной достоверностью может быть оценено пользователем - потребителем данных как истинное или ложное без дополнительного обращения к бумажному источнику данных. Это высказывание выражается стандартным сообщением, имеющим формулу:

объект o характеризуется значением v показателя i, определенного методом m,     [1]

где элементы o, v, i, m - прямые имена или наименования – почвенного объекта, значения показателя свойства почвы, собственно показателя свойства почвы и метода определения значения показателя свойства почвы соответственно, определенные как понятия или термины предметной области и связанные в фиксируемом формулой [1] смысловом значении.

Схема концептуальной модели представлена на рисунке. Она показывает взаимодействие вербального описания почвы и электронного хранилища почвенных данных осуществляемое через формализованное описание предметной области.

Концептуальная схема цифровой модели описания почвенных данных

Под вербальным описанием почвы понимается визуально-доступное - текстовое или графическое отображение почвенных данных, хранящихся на бумажных носителях.

Электронное хранилище почвенных данных представляет собой набор записей, хранящих эквивалент вербальных данных в электронной форме.

Формализованное описание предметной области связывает визуально-доступную – письменную форму отображения почвенных данных с электронной формой хранения. Формализованное описание предметной области хранится в электронной форме и содержит набор записей, содержащих определения базовых понятий предметной области как множество определенных имен/терминов, используемых в соответствующем смысловом значении, и описание отношений между ними, что позволяет представлять и оперировать с почвенными данными инвариантно относительно среды хранения данных.

Элементы модели

Объект [почвенный объект] - именованный элемент иерархического строения или часть почвы, характеризуемый каким либо показателем свойства почвы в целом как "условно" однородный, независящий от внутреннего строения элемента.

Показатель свойства почвы – комплексное понятие, имеющее смысл характеристики какого-либо почвенного объекта и дающее полное представление о его:

1. физическом смысле,
2. величине, степени, интенсивности или формы проявления,
3. способе (методе) определения величины, степени, интенсивности или формы проявления.

В дальнейшем отдельные элементы этого понятия будем называть коротко - показатель, значение, метод.

Показатель [показатель свойства почвы] - именованное понятие, раскрывающее физический смысл показателя свойства почвы.

Значение [значение показателя свойства почвы] - именованное количественное или качественное выражение величины, степени, интенсивности или формы проявления свойства почвенного объекта.

Метод [метод определения значения показателя свойства почвы] - именованный способ определения значения величины, степени, интенсивности или формы проявления показателя свойства почвы.

Совокупность взаимосвязанных множеств показателей, методов и значений показателей свойств, описанных в базе данных, представлеет множество индексированных показателей свойств почв.

- использование термина "именованный" означает, что смысловое содержание элемента передается его прямым именованием в письменной (вербальной) форме.

Почвенные объекты

Объект Разрез – элемент нулевого уровня иерархического строения почвенного тела, описываемый набором показателей, характеризующих факторы почвообразования, общегеографическую обстановку, местоположение и время заложения почвенного разреза.
Объект «Разрез» всегда представляет конкретный физический экземпляр почвы, поэтому несет основную смысловую нагрузку - свидетельство экспериментального происхождения данных.
В информационном плане является связующим звеном между пространственными и атрибутивными методами описания почвенного тела: интерпретируется как точечный элемент в пространственных методах отображения почв и как корневой объект при атрибутивном описании вертикального строения почвенного профиля.

Объект Профиль – элемент первого уровня иерархии вертикального строения поченного тела, описываемый набором показателей, характеризующих почвенный профиль в целом - наименования почв, генетический тип профиля, количество почвенных горизонтов, глубины вскипания, мерзлоты, грунтовых вод.
Физически объект «Профиль» представлен стенкой почвенного разреза/обнажения.
Объект «Профиль» является дочерним объектом по отношению к объекту «Разрез» и связан с ним отношением 1 : 1.
Термин «профиль» используется: применительно к конкретному почвенному разрезу и как обобщенное понятие для множества объектов одного типа.
Любая почва всегда включает объект «Профиль» как необходимый элемент иерархического строения. Эти свойства объекта «Профиль» позволяют объявить его аксиоматическим - существующим в почве по определению.

Объект Горизонт – элемент второго уровня иерархии вертикального описания строения почвенного тела.
Физически представлен последовательностью субгоризонтальных частей почвенного профиля, пересекающих всю стенку почвенного разреза и отделяемых друг от друга на основании генетических признаков.
Характеризуется наиболее полным набором показателей свойств почв данного уровня.
Является дочерним по отношению к объекту «Профиль». Каждый объект «Профиль» является родителем одного и больше объектов «Горизонт».
Термин «горизонт» также используется применительно как к конкретному почвенному разрезу и как обобщенное наименование множества объектов одного типа.
Наличие одного дочернего объекта «Горизонт» является необходимым условием существования объекта «Профиль», что также позволяет отнести объект «Горизонт» к аксиоматическим.

Объект Слой – элемент второго уровня иерархии вертикального описания строения почвенного тела.
Отличается от объекта «Горизонт» методом определения границы - не по генетическим признакам, а прямой фиксацией верхней и нижней глубин выделяемого почвенного слоя.
Характеризуется набором показателей свойств почв данного уровня за исключением некоторых показателей, описывающих границы перехода между соседними слоями.

Объект Морфон – элемент второго уровня иерархии вертикального описания строения почвенного тела.
Физически отличается от объекта «Горизонт» тем, что на стенке почвенного разреза выделяется не как сплошная, а разорванная, прерывистая субгоризонтальная часть почвенного профиля, обладающая определенным набором признаков, характеризующих объекты данного уровня иерархии, в частности индексом почвенного горизонта.

Объект Морфологический элемент - элемент третьего уровня иерархии вертикального описания строения почвенного тела.
Физически представляет собой некоторую неоднородность, выделяемую при морфологическом описании почвенного горизонта, которая может характеризоваться своим собственным набором показателей.
Являются дочерним по отношению к объекту «Горизонт». Каждый объект «Горизонт» может являться родителем нуля, одного или большего количества объектов «Морфологический элемент».
Необходимым условием факта, фиксирующего существование объекта «Морфологический элемент», является наличие у него собственного имени, поэтому они определены как «порождаемые» объекты.

Объект Образец – элемент третьего уровня иерархии вертикального описания строения почвенного тела, характеризуемый набором физических, физико-химических и химических показателей.
Физически представляет собой часть почвенного горизонта, отбираемую для проведения аналитических исследований или результат экспериментального исследования в натурных условиях, позволяющий отнести его к определенному родительскому объекту «Горизонт».
Является дочерним по отношению к объекту «Горизонт». Каждый объект «Горизонт» может являться родителем нуля, одного или большего количества объектов «Образец».
Необходимым условием факта, фиксирующего существование объекта «Образец» является наличие в почвенном описании хотя бы одного аналитического данного.

Строение почвы

Строение почвы рассматривается как совокупность "условно" однородных именованных объектов, взаимосвязанных друг с другом по принадлежности:

где:

Иерархический уровень - уникальный идентификатор [LevelID], определяющий положение почвенного объекта в иерархии элементов строения почвенного тела.

Тип объекта - уникальный идентификатор [ObjectTypeID], позволяющий отличать объекты, находящиеся на одном иерархическом уровне строения почвенного тела.

Дерево почвенных объектов

Иерархия отношений элементов структуры почвы.

РАЗРЕЗ                                       [LevelID=0, ObjectTypeID=C]
  ПРОФИЛЬ                                   [LevelID=1, ObjectTypeID=P]
         ГОРИЗОНТ                               [LevelID=2, ObjectTypeID=H]
               МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ             [LevelID=3, ObjectTypeID=M]
               ...                                 ...
               ОБРАЗЕЦ                             [LevelID=3, ObjectTypeID=M]
               ...                                 ...
         ГОРИЗОНТ                               [LevelID=2, ObjectTypeID=H]
               МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ             [LevelID=3, ObjectTypeID=M]
               ...                                 ...
               ОБРАЗЕЦ                             [LevelID=3, ObjectTypeID=S]
               ...                                 ...
         ...                                    ...

Инфологическая модель

Инфологическая модель описания почвенных данных раскрывает концептуальную модель с использованием методологии сущность-связь.

Инфологическая схема цифровой модели описания почвенных данных

Сущности cut и object предназначены для описания иерархически связанного множества почвенных объектов.

Сущности indicator, method и value образуют описание множества индексированных показателей свойств почв, связанных парными отношениями indicator<->method, indicator<->value, method<->value.

Сущность data представляет собой хранилище данных. Каждый экземпляр записи в хранилище содержит глобальный идентификатор и набор идентификаторов, связывающих ее с описанием пространства показателей свойств почв. Таким образом, каждый кортеж в хранилище данных содержат минимально необходимый набор данных, позволяющий максимально полно восстановить содержание единичного факта предметной области.

Инвариантное хранение данных

Инвариантное хранение обеспечивает сохранение семантики данных при переходе от визуальной формы хранения к электронной и ее полное восстановление при переходе от электронной формы хранения к визуальной.

Инвариантные отношения вербальной и электронной форм хранения данных

Физическая модель

Физическая схема цифровой модели описания почвенных данных