Uvod
Brzi razvoj informacione tehnologije stvorio je povoljne mogucnosti za razvoj racunarskih programa koji bi na metodski optimalan nacin uveli problematiku geografskih informacionih sistema u nastavni proces. U svetu je razvijen veliki broj takvih programa, ali oni u nasoj skolskoj praksi jos nisu nasli siru primenu. Razlozi su brojni: nepostojanje odgovarajucih nastavnih programa, nedovoljna informisanost i osposobljenost nastavnog kadra, skup hardver i softver, jezicka barijera kod nekih nastavnika... Imajuci u vidu ove cinjenice kao optimalno resenje se nametnula potreba razvoja domaceg softvera (sa razvijenim funkcijama GIS-a), koji bi bio lak za koriscenje, zahtevao skromnije racunare i sa uputstvom na srpskom jeziku.
U radu su prikazane funcije programa "Reke" koji je razvijen za potrebe nastave i istrazivackog rada u geografiji. Program se moze koristiti u nastavi od prvog razreda srednje skole do postdiplomskih studija.
Ulaz u program
Programom se upravlja preko glavnog menija i podmenija koji se mogu startovati pomocu tastature i misa. Korisnik sve vreme rada komunicira sa programom koji mu u svakom momentu preko podmenija nudi opcije za rad. Posto program ima obrazovnu funkciju razvijene su procedure koje korisniku omogucuju samostalno ovladavanje programom: pravilno unosenje podataka u bazu, ispravnu kontrolu podatka, ispitivanje homogenosti nizova, pravilno koriscenje rezultata statisticke analize... Na mestima gde je to potrebno, program ne dozvoljava korisniku da pravi greske prilikom upotrebe statistickih proracuna: ukoliko nije uneo sve podatke u bazu korisnik biva upozoren da neke statisticke operacije nece raditi, ukoliko nije izvrsena kontrola unetih podataka nece raditi ni jedna funkcija programa, ako nije ispitana homogenost nizova korisnik se upozorava na mogucnost dobijanja pogresnih rezultata, ako korisnik koristi funkciju za regresionu i korelacionu analizu sa serijama manjim od 25 podataka biva upozoren na opreznost kod tumacenja rezultata... Ako je korisnikovo znanje statistike nedovoljno on moze u svakom trenutku pozvati, posebno pripremljen skraceni uxbenik u kome se nalaze teorijske osnove statisticke analize i tekst citati na ekranu.
Program je koncipiran tako da se mogu obradjivati podaci sa jedne hidroloske stanice, sto kasnije omogucuje prostornu analizu. Na pocetku rada korisnik bira hidrolosku stanicu sa kojom zeli da radi. Za to mu na raspolaganju stoje dve opcije: pretrazivanje spiska svih stanica koje su u bazi ili unos naziva za novu stanicu. Na taj nacin mu je omogucen ulaz u bazu podataka.
Baza podataka
Baza podataka omogucuje unos, kontrolu, pretrazivanje i trajno arhiviranje velikog broja hidroloskih podataka. Opsta struktura Baze podataka je relizovana iz cetiri dela:
Maska za unos numerickih podataka je prilagodjena tabelarnom prikazu podataka u hidroloskim godisnjacima, sto korisniku olaksava unos i omogucuje veoma pouzdanu kontrolu unosa podataka.
Numericki podaci se unose preko tastature. Posebno razvijenom procedurom je onemoguceno unosenje besmislenih i podataka koji predstavljaju veoma grubu gresku: negativne vrednosti temperature vode, vrednosti podataka van moguceg opsega, podaci izvan perioda merenja...
Slika 1. Glavni meni sa maskom za unos dnevnih podataka o vodostaju
Kontrola podataka
I pored pazljivog unosa podataka i vizuelne kontrole na maski za unos uvek su moguce sitne greske. Da bi se ove greske uocile razvijena je procedura koja svaki niz podataka standardizuje (na y-osi su vrednosti u standardnim devijacijama) i prikaze na grafikonu (slika 2). Ako je distribucija podataka saglasna sa Gausovom raspodelom korisnik treba da obrati paznju na sve podatke koji odstupaju vise od 2sd.
Slika 2. Procedura za kontrolu podataka
Ispitivanje homogenosti
Ova procedura omogucuje ispitivanje konzistencije hidroloskih nizova podataka izmedju svih stanica u bazi i utvrdjivanje homogenosti svake serije podataka. Konzistencija se ispituje metodom dvostruke kumulante. Graficki prikaz na ekranu omogucuje veoma lako otkrivanje godine u kojoj je doslo do narusavanja konzistencije. Korisnik se tada vraca u bazu podataka do proveri u istorijatu stanice da li je registrovana promena koja moze da bude uzrok nekonzistencije. Homogenost nizova podataka se ispituje z-testom, normalizovanim i Fiserovim testom.
Izracunavanje proticaja
Korisnik programa moze da formira bazu podataka o vodostaju i proticaju za one vodene tokove na kojima nema hidroloskih stanica. Program zahteva unos rezultata merenja: broj profila, dubinu i brzinu vode na svakom profilu. Kada se unesu svi podaci program na ekranu iscrtava ovlazeni profil (da bi se uocile eventualne greske kod merenja ili unosa podataka), izracunava morfoloske elemente (sirina reke, obim i povrsina ovlazenog profila, srednja dubina, maksimalna dubina, parametar Gliskova, koeficijent asimetrije i parametri p1, p2 i p3) i racuna proticaj. Vrednost proticaja se automatski arhivira u bazu podataka.
Kriva proticaja
Ova procedura omogucuje odredjivanje funkcionalne zavisnosti izmedju vodostaja i proticaja. Startovanjem procedure za regresionu analizu na ekranu se iscrtava empirijska raspodela tacaka koje predstavljaju vrednosti vodostaja i proticaja, sto korisniku daje mogucnost da vizuelno uoci postojanje i utvrdi oblik zavisnosti izmedju pojava. Omoguceno je provlacenje kroz empirijske tacke veceg broja teorijskih modela: polinoma do 10-og stepena, eksponencijalne krive i hiperbole. Moguce je iscrtavanje intervala poverenja na 90, 95 i 99%. Uporedo sa povlacenjem teorijske krive (prave) u donjem delu ekrana se dobijaju rezultati statisticke analize: jednacina modela, Pirsonov koeficijent korelacije, koeficijent determinacije, standardna greska ocene regresionog koeficijenta, standardna greska regresije, koeficijent varijacije i maksimalno odstupanje svih tacaka od modela. Na osnovu jacine veze izmedju pojava i mera odstupanja empirijskih tacaka od povucene krive (prava) bira se najbolji teorijski model funkcionalne zavisnosti.
Svaki teorijski model se proverava sa tri testa. Tek kada model ispuni uslove iz sva tri testa onda se njegova jednacina moze uzeti za izracunavanje proticaja. Program racuna proticaj za zadati period i sve podatke automatski arhivira u bazu.
Slika 3. Prikaz procedure za odredjivanje krive proticaja
Statisticka analiza
Program racuna deskriptivne pokazatelje serije: srednju aritmeticku vrednost, standardnu gresku srednje vrednosti, varijansu, standardnu devijaciju, najbolju procenu standardne vrednosti, gresku standardne devijacije, asimetricnost, spljostenost, minimalnu i maksimalnu vrednost serije, raspon, medijanu, donji i gornji kvartil i interkvartilni raspon.
Slika 4. Ekran sa prikazom rezultata statisticke analize
Graficki prikaz
Razvojem ove procedura omogucen je graficki prikaz dnevnih, mesecnih i godisnjih podataka. Pored prikaza izvornih podataka iz baze podataka program prikazuje i rezultate statisticke analize: srednje dnevne vrednosti, srednjednevnu promenljivost, krivu trajanja i kumulativni grafik. Uz istovremen prikaz visine padavina, vodostaja i proticaja na ekranu korisnik moze vizuelno da sagleda uticaj visine padavina na nivo vode i proticaj po sezonama.
Slika 5. Nivogram reke Jablanica u 1975-oj godini
Regresiona i korelaciona analiza
Procedura za regresionu i korelacionu analizu omogucuje utvrdjivanje oblika funkcionalne zavisnosti, nalazenje najboljeg teorijskog modela i odredjivanje koeficijenta korelacije izmedju mesecnih i godisnjih podataka koji se nalaze u bazi. Serije podataka mogu biti sa jedne ili dve stanice. Mogu se koristiti usrednjene, minimalne i maksimalne vrednosti.
Ova funkcija programa se koristi kod:
Prostorna analiza
Sve prethodno opisane procedure omogucuju korisniku raznovrsne prostorne analize. Svi numericki podaci iz baze se mogu prikazati na karti sliva reke. Program pronalazi u posebnom delu baze (u kome su memorisani) rezultate statisticke analize i prikazuje ih na karti. Rezultati statisticke analize se graficki prikazuju u obliku histograma ili bojenjem cele povrsine sliva (slika 6). Na taj nacin korisnik na vrlo pregledan nacin moze da sagleda prostorne odnose i kvatnitativne vrednosti pojava koje istrazuje.
Zakljucak
Prikazani program je pisan u programskom jeziku Turbo Pascal v. 7.0. Za njegov rad su potrebne vrlo skromne performanse racunara, kakve najcesce imaju obrazovne ustanove kod nas. Program je pisan za PC racunare (386 i jace) sa sledecom minimalnom konfiguracijom: 1 MB RAM memorije, VGA graficka kartica (vecina opcija programa radi i sa Herkules karticom), brzina rada 25 MHz, 0.5 MB slobodnog prostora na disku i mis. Svi podaci u bazi zauzimaju vrlo malo prostora uz mogucnost visokog stepena kompresuje. Program radi pod operativnm sistemom MS-DOS.
Sve opisane funkcije programa su testirane u Istrazivackoj stanici Petnica i pokazale su se veoma korisnim u obradi nastavnih tema iz hidrologije i geografije za ucenike srednje skole i studente. Program je veoma pogodan za obradu sledecih nastavnih tema (ukljucujuci i prakticne vezbe):
Razvijene funkcije omogucuju siroku primenu programa i u profesionalnom istrazivackom radu.
Summary
On assembly were demonstrated possible applications of computer program "Reke" in adduction and scientific researches in hidrology. Program enables archiving many hydrological data, statistic processing and graphical presentation results of research. Demonstrated version of program have elements of geographic information system, witch allows many useful applications in scientific research.
