Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ДИАЛОГОВАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ПОЧВ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ДИАЛОГОВАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ПОЧВ"

Л-29272

ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КГАСНЄГО ЗНАМЕНИ : АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ШШ В. И. ЛЕНИНА

,. ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОЧВЕНШЙ ИШ'ПГГУТ ИМЕНИ & а ДОКУЧАЕВА

л - 'На ¡фйЕйХ рукописи

' УЖ 631.4.

МЕЖЛКИНА ШИЯ ЛЬЮШІА

1 ДИАЛОГОВАЯ .СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ПОЧВ Специальность Сб.ОІ.ОЗ - почвоведение

г

- А В ТОР Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственны*: наук ■

МОСКВА 1989

Работа выполнена в лаборатории математических методов ис^ следования почв Почвенного института им. Е & Докучаева ВАСХНИЛ

доктор сельскохозяйственных наук ' В. А. РОЖКОВ

доктор сельскохозяйственных наук

а д. Тонконогов доктор биологических наук, проф,

Е- А. Дмитриев Государственный научно-исследовательский институт вемедьных ; . ресурсов;

' Научный руководитель; Официальные оппоненты-

Ведущее учреждение - :

Зашита состоится Ш/ШАг 1989г в 10

часов:

на заседании Специализированного совета К СЄО. 2Б. 01 г Почвенном институте им. а В. Докучаева по адресу: 109017, Москва, Пьиев-*ский пер. Д.7. , ■ , ' '■ " *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке • Почвенного института им. ЕВ,' Докучаева ВАСХНИЛ. " ." л

Автореферат разослан "Л" 1989г.

Отзывы на автореферат в двух; экземплярах, заверенные : пе^ чатып. просим направлять по адресуі 109017-; Москва, Пыжевский пер. , д. 7, Шчвенннй институт им.'В. Е Докучаева; Ученому секретарю Специализированного совета. ■■■'-■. ,

Ученый секретарь Стпшадизировлнного совета, • доктор с. -х. наук

М.6., Симакова

* - 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Д1уГуал$Аость проблемы. 'Вопросы диагностики почв неизменно находятся в центре внимания почвоведов. При управлении плодородием почв и прогнозировании урожаев, при создании земельного и мелиоративного кадастров, при проведении почвенных съемок ну жни надежные методы определения - классификационной принадлежности почв. Результаты диагностики почв широко используются в прикладных сельскохозяйственных дисциплинах: в мелиорации, в rear- . рафии, в лесоведении и др. Вместе с 'тем, методы диагностики почв ев^ требуют усовершенствования. При принятии диагностического решения большую роль игралт субъективные фактор«; квалифк- • кация исследователя, длительность и специфика его практического одыта. Поэтому важнейшей задачей является разработка методов, обеспечивающих воспроизводимость и однозначность результатов диагностики почв.

Автоматизированная система, в которой знаиия высококвалифицированных почвоведов, вопдощ&;1нш в виде алгоритмов и программ для ЭВМ, долины стать доступными тем, кому необходимо диагностировать почвы, будет способствовать решении сформулированной задачи. В связи с созданием необходимой технической базы разработка такой системы становится актуальной и практически осуществимой.

Цель и задача исследовании, Целью работы является создание классификационной системы для диагностики почв на у|юане т[;па почв на базе классификации почь ССОР (номенклатура по кн.: "Классификация и диагностика почв UCCF", 1977, в дальнейшем обозначаемая Кл-77), и реализация'ее на ЭШ в вид.) Л нал a i овой

системы диагностики почв (ДСДП). Для дылчи^шм ц^ли не ой»

ходимо бшю решить следу мине задачи:

1} пополнить, систематизировать >t ■и-фм.^л.^ошть игшиаты

! Ог-'-ич.няя f

i .4-, « • ллитма !

j .VsjisfiSir.t1 •>: F

| t.-i'i. чг1 . ь .'I. с,ч t

почв на уровне топа, разработав для этих целей унифицированную систему показателей;

2) создать Пазу данных описаний основных типов почв СССР; . .. О) раэработать методы сбора акспертных знаний с целью их оОобдюния и использования для развития системы;

4) разработать алгоритмы и программы для ЭВМ, позволяющие проводить диагностику почв и исследовать почвенные данные мате-м-чтичоскими методами.

Научная новизна данной работы состоит в том, что: классификация почв СССР реализована на ЭВМ и создана диалоговая система, осуществляющая диагностику почв на уровне типа,' другими словами, произведено обучение ЭВМ диагностике почв.:

Представления и понятия, связанные с классификацией и диаг-. ностикоя почв, выражены г формализованном виде,. что позволило-, провести подробное количественное изучение и сопоставление ояи-■ г;аний тиков почв, а также количественно оценить различные сово-(гулкости признаков с точки зрения возможности их использования для диагностики. .'■'

Автоматизирован процесс принятии диагностического .решения, что позволило сущрственнно снизить субъективность и обеспечить воспроизводимость результатов диагностики.

Создана возможность для количественных исследований индивидуальных представлений почвоведов о конкретных чипах -почв ;,в сравнении с классификацией. ■'

фактическая значимость работы. Диалоговая система диагностики почв (ДСДГО является результатом совершенствования пред- , сгавл^тя .почвечнмх тпкеоноьчп^скпк единиц в классификации почв н налом, средством унификация диагностической классификашш гч.чг, и '^м-г-ст*1 и "■••м пг-гдстш^кт сгСой иигутрументальнуж» основу

» | ч'гситпя ■ . : - ;•■

Система обеспечивает воспроизводимость результатов дпагнос-1ИК& w позволяет проводить количестве иное сопоставление РАЗЛИЧных авторских ^региональных классификаций. Псе это позволит фасод&тршгхъ ^Д£1.«ак удобное средство внедрения классификации почв СССР.

Возможность широкого применения ДСДП гарантицубтся т^м, что система работает: на распространенном типе мшш - ЭЬК! и легко распространяется иа магнитных носителях;а тан*« тем, что ряйота с системой ведется в диалоговом режиме и не требует знания программирования (поэтому в названии систему стоит слою "дмн-договач?).

Ьбгем работы. Реферируемая работа изложена на страница* машинописного текста, включает 8 таблиц и 27 рисунков. Она состоит из введения, 4 глав, выводов и приложений. Список литературы содержит 98 наименований! из них ZZ - иностранных авторов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1 работы, 2" работы находятся в печати.

Апробация, материалы диссертации докладывались - im IX конференции молодых ученых Ш чае иного института им. В. И. Докучаева в 1986 г., - на всесоюзном совещании по экоинфорштике и экологическим базам данных "ЭКОДНЮ - а?", - на научно - студенческой школе в. Г, Пущине, организованной факультетом но'1 но ведения МГУ в 1937 Г. и в 1989 Г. , - на координационном сов* nmm» "Ikj ДеЛИ СОСТОЯНИЯ И упраВЛвНИЯ ПЛОДОрОДИеМ UO'lb" Ъ t'JUfj г. , - ни Всесоюзной научно-технической конференции "Проси,еми ионитения плодородия ПОЧВ в УСЛОВИЯХ интенсивного Нвиц,>)шаил" D I'Jfte, на.- X конференции молодых ученых факулрг&та ночлакгцктт MTV в 1988 Г. .

. ДСДП получила диплом на 3-ем Mio бскоц юткклкм,

организованным НТК ЕШКСМ и МГО Шо. нн пути рэд-.му ►юлолих

учены* и специалистов по пакетам прикладных программ ,

Внедрена. Диалоговая система диагностики почв внедрена в Почвенном институте им, В. а Докучаева и используется для проведения практических занятий по курсу "Почвенная информатика" на* факультете почвоведения МГУ.

Автор благодарён д. с.-х. и., вам. дир„ Почвенного ин-та им. Е В. Докучаева Рожкову ЕА. за постановкау задачи и непосредственное руководство работой и признателен коллективу лаборатории математических методов исследования почв, способствовавшему выполнению данной работы.

Автор благодарен также всем специалистам, предоставившим -экспертные описания типов почв и высказавших замечания о работе системы и по тексту диссертации,

содтиже работы.: '

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ТЮСТТОЕШЯ ДИАЛОГОВОЙ СИСТЕШ ДИАГНОСТИКИ ПОЧВ НА БАЗ"; ЭВМ (ГЛАВА 1).

В почвоведении под диагностикой почв понимается "процесс описания почвы в соответствии с определенными правилами в целя* ее систематического определения (т.е. в целях отнесения-к тому или иному известному, либо новому типу и соответствующим более низким таксономическим единицам)**, (Почвоведение, 1988, с. 11).

Достижением отечественного генетического почвоведения является создание общепринятых образов почв: подзолов, 'Черноземов,, солонцов, солончаков и др.-, которые остахгсск неизменными в рзлличиых классифшсацион ных системах, как отечественных, так И и используются в качестве основных единиц систематики, Ссноьной единицей классификации почв СССР является тип поч-"и. ; ,/ * "'

Кили'1-.?стреитк и.тоды диагностик«. почв; разраСатыва^гся с

учетом накопленного в науке опыта. Поэтому в основу диагностической системы естественно положить подход, впервые реализованный еще в классификационных схемах В. В. Докучаев;! и основанный на выделении генетически и экологически определениях типоь почв с их описательной диагностикой, 1Шболее полно в на-стояшее время он Еыражен в Ка-77, где для каждого типа почп приведены описание профиля, средние значения .и пределы колебании основних признаков и др. При этом описание каядого типа почв выю длено исследователями, много лет работающими с »тиш почвами. Кв-77 была рекомендовна в качестве справочного пособия и как основа для почвенных обследований и изысканий. В настоящее ьрсш у нас в стране и за рубежом ее принято рассматривать как основную и "общепринятую" (официальную) классификацию почв страны,

С точки зрения разработки количественных методов диагностики почвенные описании, представленный в Ил-'/?, и ив ют следующие особенности, затрудняющие непосредственное использование этих описаний для работы на ЭВМ. Б описаниях в^тргн&кясн признаки, значения которых указаны только для одного или дли нескольких типов почв. Это моде? свидетельствовать как о специфичности данных прианаков (например, когда в списании солончаков уделяется большое внимание процентному содержанию «олея и типу засоления), так и о неполноте описаний, например, когда ¡^чь идет о почвообраэухццих породах или о глубине нскпизша шу-ш ариднш областей. В разных типах почв горизонты оши.ийагаин о рааной степенью подробности. ■ Если вьйть из Нл-У? ииг. описания типов почв, где имеется горизонт А1 и Принят! их за )(*, то окажется, что цвет и структура горизонта Л1 ирнкоиАтпм и ?ОХ случаев, МОЩНОСТЬ горизонта А1 - 57?.. характер г<ч .шонта А1 к

нюкележап^ыу горизонту - 6Х и т. д.

Нечеткость терминологии, ьсч'н;) онын и ги-г ^ признак описи-

вается в разных терминах и шкалах, приводит к трудностям сопоставления описании. Например, в одном случае указано, что горизонт АВ "Оалее или менее прокрашен гумусом"(с.94), а в другом описании горизонт АВ "значительно, но не всегда равномерно нро-гумусирован" (с.09) и т.д.

Эти особенности описаний связаны, с одной стороны, с естественным разнообразием существующих почв, а с другой стороны, с субъективными взглядами исследователей, выполнивших данные описания, поскольку каждый из них описывал "свой" тип почвы или несколько близких типов почв.

Эта особенности мешактг созданию единой системы диагностики почв. Идентификация (син. термина "диагностика") неизвестного почвенного описания затруднена, так-как выбирая тот или иной описок почвенных свойств для его описания, мы как . бы заранее предопределяем ответ.

В почвоведении накоплен большой опыт применения математических методов исследования. Разработаны алгоритмы для 'решения задач объективной классификации и диагностики почв (Алгоритмы. .. ,1073,1976,1979,1365). Созданы автоматизированные информационные системы и банки данных (Автоматизированные...; 1983). В параграфе 1.2. диссертации кратко описаны и проиллюстрированы основные математические методы диагностической классификации.

Автоматизация процесса диагностик почв обеспечивает восп-|V)изепдикость результатов диагностики и способствует введении количественных критериев при принятии решений и унификации поч-шчннж описаний и тем самым приводит к сояериенствованию мета-лов дипгностики почв. Она молят бить осуществлена только в рам-КГ1К единой системы, позволяющей эффективно использовать . решении. Полутемна с помош^ ГЧ М. Система является "диалоговой"; , чт(О) предоставить возможности актирного участия почвоведа при

принятии-решений и облегчения ее использования.

Выбор типа.почв в качестве таксономического уровня, относительно которого ведется диагностика, позволяет охватить принципиальные монеты, не прибегая ■ к излишней детализации.

Номенклатура типов почв для создания системи взята по Кв-77 с доработкой описаний и привлечением дополнительных источников. Использование в ДСДП нового методического подхода - концепции Информационной базы классификации (ПЕК - ато формализованная в виде некоторой фиксированной структуры совокупность почвенных признаков; (Шишов, Столбовой, Рожков, 19133)) позволяет перейти от совокупности разнородных, выполненных разными аиторами, почвенных описаний к целостной системе почвенных образов, описанных с помощью унифицированной системы показателей, и пригодной для использования в ЭВМ. Для этого описання типов почв должны быть выполнены по единой схеме, дополнены и формализованы. Таким образом, на ЗВД была создана база данных описаний типов почв, относительно которых произгодится диагностика.

разработаны и реализованы в виде машинных программ методы и алгоритма, позволяющие обслуживать базу данных, вносить в нее изменения, изучать составляющие её почвенные описания, и, что является основным, проводить диагностику ноьих почьйнни* описаний относительно уже имеющихся В СИЄТ6МЄ. 1 Исшльвоьание готовых программных решений обеспечит экономит-времени и р^су

Технические средства ДСДІ1 включик/г йШ і:ід-4 с операционной. системой ОС РВ и с оперативной памятью «і 4 К, лакомитель на магнитном диске 2,5 Мб, дисплей и мечат-.к-Нкн у,:троиетш]. Цдн* программирования - Фортран іпюіиш шля р асщ.-осграннтьсл на магнитных носителях.

. Структура ДСДП представлена на рл„, і с п..-гони осу-

ществляется путем диалога ч^лси^ег.я ( полі-.¡ми^ли) ы гу .ЛИ

включает 4 подсистемы.

Упрап лягавая программа осуществляет общее руководство ДСДГЬ организует диалог пользователя и ЭШ, подготавливает данные, ездуссзег программы из пакет программ (ПП) и комментирует их Б1люлнение.

fjaaa данных является объединением двух самостоятельных баа данных, в первой из них содержатся обобщенные описания типов почв, относительно которых ведется диагностика, и, следовательно. они являются эталонными в данной системе. Вторая база данных содержит описания типов почв, отражающее представления ведущих почвоведов страны, которые были собраны для оценки работы системы. В дальнейшем они -будут называться экспертными описаниями типов почв.

^грузчик СУБД АРФА (DAT. TSK) используется'для создания ма-чг-тиаго представления исходных данных .

Классификаторы являются формой хранения имея признаков и их градаций и используются для перевода кодов в словесные выраже-

эш - ос fb - деда

упгдепяктшая программа!

база да!п№ И) il галоп ГШ1?

■I ПАКЕТ ПРОГРАММ

г'штгпшия типов ночп (?) Тикл'фгш«

злгтузчик гущ ap>r;j

OHilOEttHSi ТН{1-Ч* 1[;1ЧИ

[к-г| Л'.х: HlifiCATOMJ'

'r|";!:T.Vf.si >.i: г ;;15ч;-ч<",ет nr.it почв.

ния и наоборот. ' Термин "приь нак" включает имя и шч» тчюкуч-ность значений, называемых е№ градациями прнанйкн. пригнлш охватывают как почвенные свойства, так и факторы почьс^А^чяоим-ння и режимы., дСДП работает с. признаками, заданными в нпмин«ш.->1ых шкалах. ."* ■ Vy - ^

' ВАЗА ДАШШ ДСДП (ГЛАВЬ Z).

Унифицированная система показателей.

Основное внимание при выборе признаков било уделено мо[д|ю: логии почвенного профиля, что связано с потребностью дивгно^ти ки почв по полевым данным.

\ В каждом почвенном описании, входящем в базу данник. уклаы-вается название типа почв, имя составителя, дата, ьатем идм перечисление признаков, характерных для данной почвы. В унифи-дарованную систему показателей ДСДП включены в9 диагностических признаков, суммарное число градаций которых составляет fiOU. Oust объединяет факторы почвовоСрааования: ботаничеосая ясна, i -личные характеристики климата, дрепированность территории и др. (всего 16 признаков), общие свойства профиля; его ммшостл. характеристика поверхности почвн. содержание гумуса и пр. (14 признаков), в также »эрфологическое описание почленного прт>нлч (60 Признаков). Описываются следующие горизонты (или vi-4.ihf.ar-t-ся их отсутствие): подстилка (3 признака), дернина <шдако ка), . горизонт■АОА1 (rj признака), собственно оргчиотший (т'Ч' Фяной. перегнойный И др.) горизонт (6 признаков», гумуг>ОМ»1 горизонт (10 признаков.), элювиальные гопчаонти (7 пг^н^кпп», го ризонт АВ (б признаков), гругтт% гооиэонтов В (11 иии-'мяк^я), тачке корковый горизонт (4 призннкж и подток-че wit горизонт (Ь : пригиаков). '■.;■".'.;.■■ ,L>. ■ ■.

. .. 1 Унифицированная система "Потсздятедвй n'wio.w.i.i кип о ль1 гt>c<-

описания по единой схеме и провести кодировку для замены текстовых описаний числовыми.

База данных эталонных типов поча.

В базу данных эталонных описаний были включены 60 основных типов почв СССР, представленные в 101-77 (они перечислены на рис. 3) за исключением орошаемых, окультуренных и мелиорированных почв.

Описания типов почв первоначально были сделаны только с использованием Кл-77 в 120 - мерном пространстве признаков. Ока-яплось, чт^'они были ааполены лишь на 63Х. поэтому при составлении баэы данных число признаков, которые были обгединены в унифицированную систему показателей, было сокращено до 89 за с«гг малозаполненных и малоинформативных признаков, заполненность описаний в 89 - мерном пространстве признаков составила ИЗ X.' Поэтому почвенные описания были существенно расширены по сряпнению с Кл-77. В среднем «каждому типу почв были добавлены гшач-жия 3 признаков. Для черноземов это число составило.18 признаков, для серых лесных почв - 12 признаков, для подзолистых почв - 13 признаков и т.д. Ейз изменения был оставлен только олин тип почвы. В результате заполнение пространства признаков составило 93 X. В среднем эталонное описание типа почв в ЛСЛП пключ&ет 03 признака. Для описания подзолистых почв используется 89 признаков, для описания серы* лесных почв ев приз-к.чков. для описания черноземов 86 признаков и т.д. Для расширения почтчшнх описаний были использованы описания типов и подтипа», нрсдогтапл^нные составителями Новой редакции классификации почи стер и лр. источники (Глаиовскля,1072; Почвоведение. 1<)г."; И-ггиигмскп^... . тоопда мяьчлм... . 1ЧВ"; Гоиаиов.19УЗ). г'каиуптнмх ониотий типов оочв .

11> у нил-титутп мм.-а П До кучами* пулиа

почвоведов страны любезно согл; лилась сделать 44 почвенных ouu^ сания по заданной форме. Они составили базу экспертных описаний типов почв. Эти описания отражают представления специалистоо в области почвоведения об основных типах, а в некоторых случаях и подтипах почв СССР, для прободения опроса была составлена специальная анкета. Ввод данных в. ЗШ производится непосредственно с нее.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГЮЗШЖИОСТИ И АЛГОРИТМИ Д(^ДП ( ГЛАВА 3). .

На рис. 2 показаны функциональные возможности ДСДП. Первый блок составляет три диагностических алгоритма.

Первый (1-і), названный "диагностика но сходству", состоит в подсчете значения мори сходства между оптантами типов ночь, имеющимися в базе данных и диагностируемым описанием. В результате диагностики неизвестная почва буд«т омкиена к тому типу почв, с описанием которого у nee максимальное сходство (1-ое решающее правило) или к тем типам, сходство'« которыми превысит некий заданный пользователем порог Оое реиаищее просило). При расчете меры сходства алгоритм предоставляет возможность задания весов признаков.

Второй алгоритм (1.2) "метод сукчтщоипд окрестности", назван так потому, что по мере задали* прианакоь сулается окрестность, К которой МОЖЄТ быть отнесен ООііЖТ. 'Ччсресткость" «1>ея* ставляєТ СОООЙ СПИСОК ТИПОВ ПОЧВ, К КОТОРЫМ MO.ti; г Оыть отнесена диагностируемая почва по заданному набору признаков. Первоначальный список, соотвйти тну мціій нулевому ji any диагностики (когда єн© не указаны признаки) моа^т сода-рлйль jtuowe чи^ло типов почв, Утот алгоритм позволяет нштшшо (цюеледнть ум^-ньш-ние числа типов почв, к которым может быть отнеееи диагностируемый объект (табл. 1). Он ойеепичиьает наг лидпоеті Процесса ди-

1.4,

Гсглсостака по сизстгу.

. Диагностика со

окрестное ТЕ",

Дзггноэтика по ыетолу™ера ннепая с зтзлоины! ОЕИ-езями твиз по«".

Звод почванного опнеэкз.1! в диалоге.

2.1. Построение леккро-грани сходства ти-г.о: яочв.

Потечет частого нстоечаьмоста пргг-нйяов в их градаций.

2.3. Нахождение оОпги признаков 7 несколько: тизов почв.

2.4. Спенка качества клас-екфгкатог во разнш незорва признал, он.

3.1. Яросгрансмо почвеншп приказов,

3.2. Список ШМЕ почв.

3.3. Эгалоягаге описания тилоа почв,

3.4. Клаесифскатори.

4.1. Введение описания нового типа шт ко-. ктчеиив старого.

4.2. Вклгсзнве или леялечемэ признака.

4.3. Изизнегае класенфивато-

1

Рас. 2. Зушдаи Диалоговой спсгеик днагвостякх асга,

' ' 16 - ; - 1 Таблица 1, Иллюстрация работы алгоритма диагностики па ьи -; году "сулащвйся окрестности".

Этапы диагностики и Список типов почв

>граничиваодие признаки

0. нет признаков , болотно-подзолистые,серые лесные,. С^Ч'-'Л лесные глеевив, черноземы, лугобо "ЧС-ри"."1" *

1. кие ,кормчие ьиа, каштановые, такыры

1 г 1. + нет элювиальных черноземы, лугсво-черноземные.

ь горизонтов каштановые, коричне вш, такыр и

г. + гумусовый гори- черноземы, лугово-черноэемны;,

зонт хорошо развит каштановые, ¡ыричневда '

Э. + уютность гуму- черноземы, луго60-черноаемньи

совых горизонтов

около 150см,

содержание

гумуса о1соло 7Х

4. + признаки глеева- лугово-черноземные

тости в нижней

части профиля

агностики, и может быть использован при разработке диагноз п^-"1: ких ключей.. " "

Третий алгоритм1 <1,3) "сравнение с эталонным описанном г ►.; * л ■почв" отличается от первого алгоритма тем, что здесь пггм.г. ется более чувствительная мера сходства и что ра&этй ис исходит с подмножеством эталонных типов почт». Это г г-гг с^ предназначен для сопоставления почвенных описаний. Г к^т-ш-- I дается сообщение типа; "Иа 117 сравниваемых признаков г;!';1'1 ■(■' 110, что составляет 94Х", В коде работы алгоритма на и "'

лея . (или печать) выводятся в виде? текста отличия диагно^-яш;■■■

мого описания и эталонных описаний типов почв, заданных пользо-адтелем. • -

Эти алгоритмы обеспечивают возможность проведения воспроизводимой диагностики почвенных описаний; наглядность (объясни-м.'«гь) процесса принятия диагностического решения; возможность диагностики неполных описаний. Диагностике іюгут подвергаться любые .почвенные описания, в которых использована та же система показателей, что и для типов почв, составляющих йаэу данных. Эти описания могут относиться к конкретным разрезам или могут отражать представления ученых о каких - либо типах почв, распространенных на конкретной территории.

Специальная програмі.» проивъодит ввод диагностируемого описания d диалоге с использованием развернутого подсказчика, в ходе которого почвовед общается с ЭШ на естественном языке.

Кроме диагностики почвенных объектов, ДСДП выполняет ещэ ряд фуякний (рис. 2). .

В блоке (О объединены алгоритмы, помогающие проводить исследование описаний типов почв, включенных в базу данных, предлагаются четыре возможных подхода. Алгоритм (2,1) предназначен для построения дендрограмм сходства по любым наборам прианаков. Дзндрограммч - это график в виде дерева, отражавший отношения сходства между объектами (типами почв), их группами. В одну группу объединяются наиболее сходные объекты. При построении дендрсграмм на вертикальной оси откладываются значения сходства (от о до loo X), а по горизонтальной - номера типов почв с равными интервалами (рис, 3). Алгоритм (2.2) позволяет оценить роль конкретного признака в классификации путем нахождения частоты встречаемости его градаций, а также отыскания тех типов почв, где не встретилась ни одна из его градаций.. Алгоритм V2.3) предназначается для нахождения общи признаков у иисколь-

ких типов почв. Он может быть использован для нахождения общих признаков у группы типов почв, полученных, например, на денд-рограмме. Алгоритм (2.4) позволяет провести оценку качества классификации. Он, . в частности, используется при определении "состоятельности** ДСДП при разных наборах признаков (см.-' стр. го).

Блок (3) выдает справочную информацию о система яа печать ■ ■ *

или экран дисплея: списки признаков и типов почв, описания типов почв в виде текста и в кодах, & также все классификаторы унифицированной системы показателей.

Елок (4) обеспечивает внесение изменеїшЯ. & базу данных. Иэжно ^вводить описания новых типов почв, исключать старые,'изменять унифицированную систему показателей, вводить новью градаций-свойств,, не нарумая.при.этом ¡работоспособность системы.

В ДСДП предусмотрена возможность измена кия весов признаков. В конкретных исследованиях, представленных в данной работе, веса всех признаков были взяты одинаковыми и равнялись 1.

Таким образом, . в ДСДП предоставлена возможность не только для диагностики почв, ко и для совершенствования наборе эталонных описаний типов почв, составляющих базу данных.

ИССЛЕДОВАНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ СССР С ПОМОЩЬЮ Д2ДП (ГЛАВА 4). Изучение структурных взаимосвязей описаний типов почв. Деидрограмма эталонных описаний типов почв, построенная по всем диагностическим признакам приведена на рис.3, IIa интервале сходства от 100'до 44 7. типы почп № объединяются в группы и, следоваетдьио, являются независимыми. Ш интервале сходства от 44 до 22 Z появляется:первая группа почв, объединяющая солоди (31К солонцы гидроморфные (50), солонцы полугидроморФныэ (ЯЗ) : и солонцы аптоморфнниС 32). Объединение этих почв в одну группу

hic. 3. Лішфограшй їївлощщх raaos sou, вогтроедаал во всеа дяггиостяческха аршшеам.

"Côïçok нам'вечм 1-а<щэоиютме, 2-^0тй£Йюпэал«тве, "З^дериимяр^йГткыб, 4-ceptiè " «сю». S-öjpae «сете, Ê-бурые лесине гмввнв, 7-ае«эодисто-вурые дзсшм, Э-подэ<ш«о-: Оурнв лесные гтвне, S-íjTOBBe дащбвлз, Í3-лугово-червоземоздныв iitjpessx врериї, £г-лугоэае тешыв «ршиецовалзнг, 12- чершзгиы, и-лтгово-парнмемииа, 14-каитавоБые, . I5-zjro3û-eairrsgûiа«, ІЄ-дугевие стеаяоі і лесостешюЯ эогн, 17- ''урне аохусуетиазив, rs-JtjroBo-йурыв аслувуствищи, 19-серо-вуркв пустнниш. КМгааармадяне, 2І-гаири,2г-васчаши cyctmnas, 23-с$ро*емы. 24-дуготім в. протань а лолуауегыяь, '25-cepo-jrofam-Ш, гб-гсргтаевыв, 27-*«гозшсг( 2£-ярзеи«wat, 23-іорфщіе волотгиї виривав, 30-торф. вод. ягзгшше. Зї-сажш, Зг-иионш йвтохсффвав, ЗЗ-садонвд аолгпщюи., 34-<моЕіака аатсиорїш, 35-, смоиївін гирйиорфпм, Зб-аи. дере, ксшл, 37-влл. гуг. моше, 38-двриокмлеевые, ЗЭ-capLí лести глееш, 40- лугово-атт^дашге, ■ ЧІ-лтгово-сарозїмвца, Й-іугоіо-свро-ворачяеЕїв, 43-лзтойоиюриввміа, 44-л?гаво-лвстав серм, 4$-велтоаещ». мгеадігв, 46- аодзодгсто-іегтозаюте, 4?-й.-«лтсааияив глеет, 49-*угот<>-<Ьїготнііе, 49-воі. я. вуста я салупустині, SO- «иваяи шроягг Ы-алз, лерв. каст,, £2-алл. зо-овуотааиващйеой «арбоиатю». 63-ам. луг. наше., 54-влл. луг. каре .натив, £5-адл. , лугоао-оад., 56-алі. бол, аловато-лерагвоїно-глаелыв,57- ем, дол; алошо-*ой&<шые,53- -горно-лугот, ЁЭ-горк.-гуг. чйрвоятогша», Ю-гори.-лугояи meaœv.

■ свидетельствует ,об относительно более. дробном описании этой группы почв, на уровне сходства от 21 до 6 X объединяется в - группы все остальные типы почв. При этом начальные объединения многих почв являются "естественными" с точки арекия почвоведа: , так объединились черноземы (12) и лугово - черноземные' почвы (13), аллювиальные дерновые кислые (36) и насдаииие (51) , >оземы (27) и желтоземы глеёвые (45) и яр. Расположение типов почв в пространств« признаков, отраженное данной денпрограммой свидетельствует о том, что описания типов почв, используемые для диагностики, равномерно распределены в пространстве признаков и являются независимыми; так как они объединяются в' группы на достаточно низком уровне сходства, и, следовательно, описания типов почв, составляющих базу Данных, достаточно четко диагностируют их.. '

Помимо.дендрограммы; постеэенной по всем диагностическим признакам (всего их 89) (рис.3), были построены еще 3 дендрограммы, в которых последовательно сокращалось число признаков. Ь первом случае были исключены факторы почвообразования (осталось 73 признака). Затем бьиш оставлено только морфологическое опи-. санио профиля (осталось 59 * приз на!«) в). при расчетах третьей дендрограммы были исключены признаки, описывающие каратер по* верхности, лесную подстилку, дернину и горизонт АОА1. Все ЭТИ три дендрограммы получились аналогичными дендрограм^, ивобре женной на рис. 3.

Таким образом, для успешной диагностики можно нсполм^т.ат* лишь подмножества признаков, что свидетельствует о некпток^ избыточности описаний или, другими словами, их ин^ег'-пц!'': !ч!сч* насыщенности. В связи с этим могут быть найдеш мипимг-шмж-» ?[;• боры приз]шкап, удовлетворяющие той или иной дали ТОПКИ Н) »1 ■ звцп'ги диагностики, наличию данных, имеющихся п рюп'геп'?*'ргс

- ЕО -

исследователей и т, д. Именно в этом смысле ДСДП является универсальным инструментом для решения практических задач.

Проверка качества алгоритмов диагностики почв и почвенных описания ДСДП по разным наборам признаков.

Для определения минимального набора диагностических признаков необходимо сформулировать критерий, которому должна удав-летвара'1-ь любая диагностическая система. Назовем'систему алгоритмов диагностики и эталонных описаний "состоятельной", если система при диагностике в данном пространстве признаков относит эталоны к самим себе. "Состоятельность" - это важное требование к диагностической системе. Оно свидетельствует о том, что описания типов почв не имеют или имеют мало одинаковых значений признаков в многомерном пространстве признаков. Надо иметь в виду, что поскольку ОДИН ТИП почвы через подтипы может непрерывно переходить в другой, то это требование является достаточг но сильным. Проверка состоятельности ДСДП показала, что в случае полного набора'диагностических признаков/и при удалении показателей факторов почвообразования система является состоятельной. При диагностике почв только по морфологическим признакам система в целом также является,состоятельной, но не различаются солончаки автоморфные и гидроморфныо. При исключении ешэ признаков, описывающих характер поверхности, лесную подстилку, дернину и горизонт АОА1 неразличимыми еще могут стать, помимо солончаков автсморфных и гидроморфных, аллювиальные лугоьые насыпанные и аллювиальные луговые кислые почвы, все остальные типы почв будут различимы. Таким образом, еща раз подтверждается информационная насыщэнностъ классификации.

Диагностика экспертных описаний типов почв.

В табл.2 показано число экспертных описаний (по тидам почв) и результаты их диагностики по сходству. Совпадение считалось

Таблица 2. Результаты диагностики экспертных описаний.

Название, указанное экспертом Всего: Результаты диагностики '

(1) (2) (3) (4)

черноземы в 8 . - - .

лугово-черноземные ' 3 І - 2 черноземы

коричневые г 1 1 '

подзолистые в 8 - - :

солоди . г 1 і -

аллюв. дерновые і 1

серые лесные г г

серые десные глеевые л - 1 черногемы

бурые,лесные 5 2 3 '

бурые лесные глеевые і ' - і - *

солонцы (3 типа) . <1 ; - \

каштановые 2 і і черногемы

солончак гидроморфн.

натр. -сод. -сульфати. 1 ■ і солонш гидроморфн

такыровидные : 1' і V

дуговые подбелы , . 1.'- - і подзолистые

горно-луговые 1 і ■ *

дерново-глеевые 1 і лугово-болотные

Всего: 44 26 її 7'

Число случаев из общего числа описаний, относящихся к данному типу почв,' в результате диагностики по сходству Произошло (см. текст):

(1) - полное совпадение, (2) - частичное совпадение, (3) - совпадение отсутствует, (4) - тины почв, к которым было отнесено описание при ошийочной диагностике.

полным, если диагностика по максимальному сходству была пра-вилььой. Совпадение было названо "частичным", если при диагностике среди "ближайщих" трех типов почв находился нужный тип почвы и отличия были вызваны несколькими« свойствами. В остальных случаях считалось, что совпадение отсутствует и имеются большие, разногласия между взглядами эксперта и описанным в сис- 1

теме тцдом. Как. видно из таблицы большая часть этих случаев объяснима. Отметим, что во взглядах "счвоведов на черноземы'и подзолистые почвы всегда наблюдалось совпадение, хотя для каждого из этих типов описания были составлены 6 экспертами,

№ таблицы 2 следует, что полное совпадение взглядов почвоведов с описаниями, принятыми в ДСДП, наблюдается в 59 X случаев, ешэ ь 25 I было отмечено совпадение с небольшими разногласиями (суммарно 84Х), а в 16 X случаев имелись существенные разногласия. Такое сопоставление позволило оценить почвенные ' описания с точки трения их завершенности и согласованности мнений ученных по поводу конкретных почв, а также помогло выявить описания, требующие уточнения и развития. В атом смысле ДСДП моиет рассматриваться в качестве инструмента, фиксирующего определенный этап развития науки и право ля капе го совершенствовать классификации почв.

<

" ' • . 23 -

В ы воды.

1. Создана классификационная система для целей диагностики почв, основанная на унифицированном ^ описании основных типов почв (по номенклатуре 1S77 года), на учете их сходства между собой и на формализованных правилах идентификации почв.

2. Классибикационная система реализована на ЭШ в форме Диалоговой системы диагностики почв {ДСДЛ). Сага объединяет базу/ данных, содержащую обобщэнныэ описания типов почв СССР и экспертные почвенные описания, а такте программно-алгоритмические' средства, позволяющие поддерживаать и развивать базу данных и ■проводить диагностику, новых поча относительно уже имеющихся в система. *- ".'■■

, 3. 'Построена' структурная модель (дандрограмма) классификации почв СССР,: которая показала; что описания типов почв, являются независимыми и информационно насыпанными, между ними существуют четкие различия.^ Установлена устойчивость классификации при сокрушении числа диагностических признаков.. Количественными критериями подтверждено, что в качестве диагностических признаков можно использовать ограниченный'набор морфологических показателей профиля. ■ '. " ■

4. разработаны количественные критерии изучения и оценки* экспертных представлений. На их основе' проведено "количественное сопоставление взглядов экспертов -. почвоведов и описаний типов почв' а ДСДП. При этом оказалось, ч£о полное или почти полное согласие со взглядам^почвоведов кзЯлхщалось в 84 X случаев.

: 5. разработаны приемы диагностики почв с применением математических методов и ЭШ и составлены соответствующие инструкг тивнш материалы и программные средства,' раечитанние на почвоведов, не владеющих программированием. Разработана такяе специальная анкета для проведения экспертного 'опроса.... ■

ГЬ тема диссертации опубликованы следующие работы:

1. Автоматизированная система диагностики почв в обоснова- . нии мелиоративных мероприятий. - В сб.: Принципы и штоды эко- ; информатики. (Материалы Всесоюзного совещания по экоинформатике

и экологическим базам данных .10-13 ноября 1S86) -И 1986, с. 311 (в соавторстве).

2. \ Методическое руководство по описанию почв в системе информационной базы классификации.lS8f ,(в соавторстве).

3. Развитие понятий объекта и класса в системе диагностики ■ почв, *7езисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции

"Пройдены повышения плодородия почв в условиях интенсивного вемледеаия" -1Ы988, с.1вз.

4. Диалоговая система диагностики почв на ЭВМ-; г £> сб.; "Средства информатики в .почвоведении" - Ешл. Почвенного ин-та им. а а Докучаева - U.: ВАСХННЛ, 1389.

Находятся в nAtiayjp

1 . Исследование классификации почв СССР с помощью Диалоговой автоматизированной системы диагностики шчв (ДСДГО. - Труды . : X конф. молод, ученых Ф-та почвоведения ЫГУ, -И , 1838..

2. Диалоговая автоматизированная система диагностики почв как инструмент изучения эволюции почв. - Тезисы! Всесошн. совет "Антропогенная и естественная эволюции почв и почвенного покрова", 10-12 янв. 1Й89.

ъМллШьмммЛ'

Л-32403 . подписано в печать3,05.в9г. .Заказ 542

Формат 60 х 84 / 16 Тираж 100

Типография ВАСЛЩЛ. Цэсква, а Харитоньевский пер., 21.