Кіріспе
Экоинформатика немесе экологиялық информатика – экология және қоршаған орта ғылымындағы ақпарат ғылымы. Ол қоршаған орта және ақпараттық ғылымдарды біріктіре отырып, адамдар мен компьютерлерге ортақ тілмен табиғаттағы құбылыстар мен объектілерді анықтайды. Дегенмен, экологиядағы бұл сала қарқынды дамып келеді және экожүйелік информатиканы құрайтын нәрсеге қатысты әртүрлі көзқарастар бар. Көптеген анықтамалар айналыста, олардың көпшілігі табиғи жүйелер деректеріне қол жеткізу және талдау құралдарын жасауға бағытталған. Алайда, экожүйелік информатиканың мақсаты мен ауқымы деректер жиынтықтарын құжаттауда қолданылатын метадеректер стандарттарын әзірлеуден әлдеқайда кең. Экожүйелік информатика экологиялық зерттеулер мен басқаруды жеңілдетуді мақсат етеді, осы үшін қоршаған орта туралы ақпараттың деректер базасына қол жеткізудің, оларды интеграциялаудың жолдарын әзірлеу және экологиялық гипотезаларды тексеру үшін әртүрлі деректер жиынтықтарын біріктіруге мүмкіндік беретін жаңа алгоритмдерді құру қажет. Экожүйелік информатика экожүйелік қызметтер тұжырымдамасымен байланысты. Экожүйелік информатика табиғи жүйелер туралы білімнің семантикасын сипаттайды. Осы себепті, қазіргі экожүйелік информатика зерттеулерінің көп бөлігі білімді бейнелеу деп аталатын компьютерлік ғылым саласына қатысты, ал белсенді экожүйелік информатика жобалары Семантикалық желі сияқты іс-шаралармен байланыс құруда. Экологиялық деректерді тиімді басқару, бөлісу және қайта пайдалану жөніндегі ағымдағы бастамалар экологиялық ақпаратты тиімді басқару үшін экожүйелік информатика сияқты салалардың маңыздылығының артуын көрсетеді. Мұндай бастамалардың мысалдары: Ұлттық ғылым қорының Datanet жобалары, DataONE, Data Conservancy және Қоршаған орта және тұрақтылық үшін жасанды интеллект. Жоспарлау, деректерді жинақтау, сақтау, сипаттау және қорғау қадамдары жеке зерттеушілерге немесе ірі деректерді жинау желілеріне қатысты деректерді жинаушы субъектіге қатысты екенін, ал табу, интеграциялау және талдау қадамдары көбінесе жеке зерттеушіге қатысты екенін ескеру маңызды. Жоспарлау: Экожүйелік информатика жобаларына бірнеше деректер базасынан деректер қажет. Әр деректер базасында әртүрлі деректер болады, сондықтан зерттеушілер зерттеу сұрағына жауап беру үшін қандай экологиялық немесе қоршаған орта туралы деректердің түрлерін анықтауы керек. Жинақтау: Деректер бірнеше түрлі жолмен жиналады. Экожүйелік информатикада бұл әдетте деректерді қолмен электрондық кестеге енгізумен және қолданыстағы деректер базасынан деректерді талдаумен шектеледі. Реляциялық деректер базаларының өсуі экологтарға қатысты деректерді жүктеуді және деректер жиынтықтарын біріктіруді жеңілдетті. Сақтау: Деректерге енгізілген жазбалар олардың дұрыстығы мен пайдалануға жарамдылығын растау үшін мұқият тексерілуі керек, мысалы, аномалияларды және қателіктерді тексеру үшін. Деректер жиынтығынан жүктеп алынған деректерге де осы принцип қолданылады. Бұл жауапкершілік деректерді жүктеп алған экологқа да, деректерді жинау жүйесін орнатқан ұйымға да тиесілі. Сипаттама: Зерттеуде қолданылатын деректер жиынтығының метадеректерінің нақты сипаттамасы деректерді жинау және өңдеу әдістемесін, деректерді қашан жинағанын, деректерді не үшін жинағанын және деректерді қалай сақтағанын анықтау үшін жеткілікті ақпаратты қамтуы керек. Бұл қайталанатындығы үшін маңызды, әсіресе бір-біріне сүйенетін және деректерді қайта пайдалана алатын жобалар үшін. Сақтау: Ұйымдық мекеме деректерді жинағаннан кейін, олар оңай қол жетімді болатындай етіп архивтелуі керек. Идеалды жағдайда, бұл деректер базаларында сақталады, олар күтіліп, ескіру қаупі жоқ. Табу: Зерттеу жобасын бастау үшін деректерді табудың жақсы тәжірибелері болғанымен, бұл процесс көбінесе пайдалануға жарамды, жарияланған деректердің жетіспеушілігімен қиындыққа ұшырайды, өйткені зерттеушілер өз зерттеулеріне арналған деректерді жинауы мүмкін, бірақ оларды кеңінен пайдалану үшін жарияламайды. Деректерді жинау кезінде бұған жақсы деректерді бөлісу тәжірибелерімен, мысалы, мақалалар немесе зерттеулер жарияланған кезде деректер жиынтықтарын байланыстыру арқылы қол жеткізуге болады. Деректерді алу кезінде бұл мәселені нақты деректерді іздеу арқылы, мысалы, тиісті деректер жиынтықтарын табу үшін кілт сөздерді пайдалану арқылы шешуге болады. Интеграциялау: Деректер жиынтықтарын біріктіру қиын және көп еңбек талап ететін болуы мүмкін, көбінесе деректерді жинаудың әдістемелік айырмашылықтарына байланысты. Бұл үшін бірнеше тәсілдер бар, бірақ ең жақсы тәжірибелер әдетте есептеу тәсілдерін, атап айтқанда R немесе Python-ды пайдалану арқылы процестерді автоматтандыру және қателерді болдырмау үшін қолданылады. Талдау: Деректерді талдау бірнеше нысанда болуы мүмкін және оны нақты экологиялық жобаға сәйкес келтіру керек. Дегенмен, барлық деректерді талдау әдістері жақсы құжатталған болуы керек, соның ішінде талдау процедурасы, талдау әдістерінің негіздемесі және нақты тәсілдің кемшіліктері.
Assure: Data entries should be checked thoroughly to validate their accuracy and usability, such as to check for outliers and erroneous points. The same principle applies to data downloaded from datasets. This responsibility falls on both the ecologist downloading the data, and the entity that sets up the data collection system. Describe: An accurate description of the metadata of a dataset that is used in a study should include enough information to deduce the data collection and processing methodology, when the data were collected, why the data were collected, and how the data were stored. This is important for reproducibility, especially for projects that build on each other and may recycle data
Preserve: After data is collected by an institutional entity, it should be archived such that it is easily accessible. Ideally, this is in databases that are maintained and not at risk of deprecation
Discover: While there are good practices for discovering data to start a research project, this process is often marred by a lack of usable, published data, as researchers may collect data specific to their study, but may not publish this data for wider use. On the data collection end, this can be addressed by better data sharing practices, such as by linking datasets when publishing papers or studies. On the data procurement end, this can be addressed by more precise data searching, such as using key words to find relevant datasets. Integrate: Synthesizing datasets together can be difficult and labor intensive, largely due to the methodological differences in data collection. There are several approaches to this, but the best practices typically involve computational approaches, namely using R or Python, to automate the processes and prevent errors
Analyze: Data analysis can take several forms, and should be tailored to the specific ecological project. However, all data analysis methods should be well documented, including the procedure for analysis, justification for analysis methods, and any shortcomings in a specific approach.
Экожүйелік экология
Экожүйелік зерттеулер, анықтама бойынша, микроскопиялық биохимиялық реакциялардан бастап, кең ауқымды геологиялық құбылыстарға дейінгі барлық өмір ғылымдары спектріндегі өзара әрекеттестіктерді қамтиды. Сәйкесінше, үлкен деректер базалары нақты бір зерттеу сұрағына арналмай, көптеген зерттеулерді қолдауға жеткілікті деңгейде кең болуы керек. Экожүйе деңгейіндегі сұрақтар кең көзқарас талап ететіндіктен, экожүйелік жобаларға қатысты деректер бірнеше деректер базасынан алынған деректерді қамтуы мүмкін. Экожүйелік зерттеулерге деректерді енгізудің жиі қолданылатын тәсілі – желілік ғылым моделі, онда деректерді жинау механизмдері мен ресурстары жеке бірліктер емес, өзара байланысты үлкен желі ретінде қарастырылады. Бұл желі бір деректер базасының ішіндегі бірнеше деректерді жинау станцияларын, немесе бірнеше деректер базасын қамтуы мүмкін. Қазіргі уақытта бірнеше ірі желілер бар, бірақ олар экологияны үлкен деректер ғылымы ретінде қарастыруға қажетті көлемде дерек өндірмейді. Экожүйелік экологиядағы экоинформатиканың қазіргі кездегі бір мәселесі – қаржыландырудың көп бөлігі қолданыстағы деректер инфрақұрылымын сақтауға емес, жаңа деректерді өндіруге бағытталған. Әртүрлі кеңістіктік масштабтардағы деректерді біріктіру де қиындық тудыруы мүмкін, себебі әр деректер жиынтығында әртүрлі деректер болуы заңды.
Қалалық экология
Қазіргі кездегі ақылды қалаларды құруға жасалып жатқан тымырсық және сенсорлық желілерді инфрақұрылымға енгізу экологиялық зерттеулер үшін маңызды деректер көзіне айналды. Типик қалалық экология сұрақтары урбанизацияның жергілікті экожүйеге тигізетін әсерін және қаладағы биологиялық түрлердің әртүрлілігін арттыру үшін болашақ дамуды қалай бағыттау керектігін қарастырады. Қалалардағы сенсорлық желілер көбінесе қалалық процестерді оңтайландыру үшін қоршаған орта туралы деректерді жинайды, бірақ оларды экологиялық жобалар үшін де қолдануға болады, әсіресе қалалар мен олардың жергілікті экожүйелері арасындағы күрделі және көп деңгейлі қарым-қатынасты түсіну үшін. Бұл қалалардың қазіргі ландшафтын жақсырақ түсінуге және қалаларды жаңарту мүмкіндіктерін анықтауға да мүмкіндік береді. Мысалы, қозғалыс үлгілерін талдау парктері мен жасыл кеңістіктері бар аумақтарды анықтауға көмектеседі. Сондай-ақ, құстарды бақылау деректері жергілікті жерде қандай құс түрлері бар екенін анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін.
Жұқпалы аурулар
Экологияның басқа салалары сияқты, жаңа туындаған жұқпалы аурулар мен эпидемиология да аурулардың тенденцияларын анықтайтын генетиканы түсінуден бастап, кеңістіктік-уақыттық ауқымды талдауларға дейін әртүрлі деңгейлерді қамтиды. Осының нәтижесінде, жұқпалы ауруларды зерттеуге биоинформатика, генетикалық тізбектер, аминқышқылдарының тізбектері және қоршаған ортаны бақылау деректері сияқты әртүрлі мәліметтер қолданылуы мүмкін. Микродеңгейде бұл деректер жұқпалылық/жұқтыру қабілетін, дәріге төзімділікті, жаңа дәрілерді және мутация орындарын болжау үшін пайдаланылады. Макродеңгейде олар жұқпаның таралуына жағдай жасайтын әлеуметтік тенденцияларды немесе қоршаған орта факторларын, инфекция ошақтарын және аурудың таралуына себеп болатын әрекеттерді анықтауға мүмкіндік береді.