A KÖRNYEZETINFORMATIKA SZEREPE ÉS HELYE A FELSŐOKTATÁSBAN

Informatika a felsőoktatásban 2008

Debrecen, 2008. augusztus 27-29.

A KÖRNYEZETINFORMATIKA SZEREPE ÉS HELYE A FELSŐOKTATÁSBAN THE POSITION AND FUNCTION OF THE ENVIRONMENTAL INFORMATICS IN THE EDUCATION

Lágymányosi Attila, Molnár Sándor Szent István Egyetem Gépészmérnöki Kar Matematikai és Informatikai Intézet Összefoglaló A cikkben, a felsőoktatásban megjelenő és kialakuló környezetinformatikai szak, szakirányok jelenlegi helyzete és szerepe kerül felvázolásra. Ezen tudományterület előtérbe kerülésének oka, hogy szükség van a mérnöki tevékenység során egyre gyakrabban előforduló komplex, illetve határterületi problémák informatikai eszközökkel történő elemzésére, megoldására. A Szent István Egyetemen a szakirány az okleveles gépészmérnöki és az okleveles mezőgazdasági gépészmérnöki, valamint a környezetmérnök szak, szakirány hallgatóit kívánja felkészíteni e feladatok megoldására. Az informatikai alapképzést kiegészítő informatikai stúdiumokon túlmenően – többek között – a számítógépes modellezés olyan területeit öleli fel, mint a rendszerelmélet, az operációkutatás számítógépes módszerei, a környezetinformatika, a numerikus módszerek, a matematikai és statisztikai programcsomagok használata. Egyre fontosabb a korszerű környezetinformatikai modellek bemutatása, a modellalkotáshoz szükségez adatgyűjtő rendszerek, valamint a mitigációs módszertanok és know-how megismertetése. Alapvető cél, hogy a megfelelő elméleti megalapozás mellett gyakorlatban is használható tudásanyagot közvetítsen a hallgatók felé a hazai helyzet megismertetésével, különös tekintettel az energetikai tevékenységekre, és az üvegházhatású gázok kibocsátására.

Kulcsszavak Környezetinformatika, számítógépes modellezés, oktatás

Abstract The article drafts the present situation and role of specialisation of environmental informatics in the academic education. The reason of the increasing interest in this discipline is the rising need for the informatical analysis and solution of multidisciplinary and complex problems in engineering activities. On the Szent Istvan University this specialisation aims to prepare students of the mechanical engineering, agricultural engineering and environmental engineering courses for the solution of similar problems. Besides further extending the basic informatics studies this specialisation encompasses computerised modeling in – among others – systems theory, operations research, environmental sciences, numerical methods, and application of mathematical and statistical program packages. Increasing emphasis is placed on the presentation of mainstream models of environmental informatics, and on introducing the students to the datamining systems and to the mitigation methodologies and know-how. A fundamental goal is that beside conveying theoretical knowledge, practical skills should also be transferred to the students by giving an up-to-date overview of the domestic situation, with special regards to energy related activities, and greenhouse gas emissions.

Keywords Environmental Informatics, computer base modeling, education

1



1. Bevezetés Az 1990-es évek végén egyre erőteljesebben előtérbe kerültek mind ipari mind mezőgazdasági alkalmazások esetében a különböző szinten megvalósítandó környezetinformatikai programok. Ezek keretében kialakultak a különböző információ szolgáltatási és egyéb informatikai rendszerek. Települési és társulási szinten is egyre informatívabb és naprakészebb adatokat és információkat kívántak meg a felhasználók. A környezetinformatika előtérbe kerülésének egyik jelentős befolyásoló tényezője a globális felmelegedést okozó gázok kibocsátásának nemzetközi visszhangja. Hiszen a Kiotói Egyezmény elfogadásával és ratifikálásával hazánk is kötelezettséget vállalt üvegházgázkibocsátásainak csökkentésére. A vállalt célok teljesítéséhez azonban sok más feladattal egyetemben szükség volt pl., az Éghajlatváltozási Keretegyezményhez kapcsolódó országtanulmányok kidolgozására az üvegházhatású gázok kibocsátásának témájában. Természetesen mindezek a feladatok jelentős mértékű informatikai eszköz alkalmazását tették szükségszerűvé. A feladatok megoldásához viszont megfelelően képzett szakemberekre volt és van szükség. A gyorsan szaporodó feladatok bizonyos területeken szakemberhiányt generáltak. Kezdetben és sajnos még manapság is az adott területeken dolgozó szakemberek önképzés keretében sajátítják el az informatikai eszközök használatát. Ezek a tények vezettek oda, hogy más egyetemekhez hasonlóan a Szent István Egyetemen is szervezett körülmények között megteremtődjön a környezetinformatika képzés. Miért éppen Környezetinformatika? A jelenleg kialakult helyzetben nagyon sokan és sok esetben a környezetinformatika kifejezést előszeretettel használják egyetlen kisajátított tudományterületre. Mivel a kifejezés népszerűvé vált, egyszerűen helyettesítik vele pl. a térinformatika vagy éppen a légifotók és ortofotók feldolgozásával foglalkozó területeket stb. A felsőoktatási intézmények esetében is eleinte hasonló volt a helyzet. A 90-es évek eleje óta folyamatosan előtérbe kerültek a különböző szakokon a környezetmérnök képzések, ahol egyebek között egyre másra jelentek meg azok a tárgyak, amik az Informatika különböző tudományterületeken történő alkalmazásainak lettek egyenes ágú következményei. Kialakultak olyan tárgyak, amelyek előszeretettel tették magukévá az informatika szót. A környezetinformatika is kezdetben, mint egyetlen tárgy jelent meg az egyetemek és főiskolák tantárgyi tematikáiban. Természetesen az idő előrehaladtával tisztázódott, hogy a környezetinformatika kifejezés hol ezt, hol azt takarta és enyhén szólva is távol volt az országszerte egységes tematikájú tárgyak körétől. Fontos felismerés volt, hogy mind a környezet mind az informatika szó igen széles tudományterületet lefedő kifejezés. A helyesírásában vitatott környezetinformatika kifejezés mögé egyre másra kerültek be a konkrét informatikai eszközök alkalmazásán alapuló tantárgyak és kialakultak a tématerületet lefedő tematikák. Természetesen egészen új tudományterületekről lévén szó a terület alá besorolt tantárgyak összetétele és tartalma nem teljesen azonos minden intézményben. A valóságban pedig, mindig figyelembe kell venni az eredeti szakokat, és ennek függvényében kell kialakítani a tematikákat. A fent említett fejlődés eredménye, hogy több intézmény is elkezdte a környzetinformatika képzéseket akkreditáltatni, alapvetően szakirányú szinteken. Ez természetesen egy jelenleg is zajló folyamat. A Szent István Egyetemen a képzés megvalósítását a folyamatos együttműködés jellemzi a különböző karok és külső kutatóintézetek között. Előnyt jelentett egyetemünk számára az is, hogy oktatóink több területen is olyan projektekben vettek és vesznek részt, mint pl. az

2



Országos Üvegházgáz Leltár elkészítésében jelentős szerepet vállaló Molnár Sándor prof. aki az egyetem alkalmazásában az Informatika Tanszéket vezeti. Ezzel a háttérrel az oktatásba, a gyakorlatba már jól kipróbált és alkalmazott valós modelleket lehet tananyagként beépíteni. 2. Környezetinformatika (mezőgépész hallgatóknak) Elsőként 2003-ban a Gépészmérnöki Kar keretein belül, a mezőgazdasági és élelmiszeripari gépészmérnök képzésben került a Környezetinformatika Szakirány bevezetésre, mint választható szakirány. A szakirány létrejötte egybeesett műszaki informatika szakirány megszűnésével, ahol már ezt megelőzően elkezdődtek az egyes szakinformatikai tárgyak kidolgozásai, és azok oktatása is. Ezáltal jelentős számú tantárgy esetében az oktatói gárda már rendelkezett a megfelelő szakirányú tapasztalattal. Fontos szempont, hogy ezáltal az adott tananyagok kidolgozottsági szintje is megfelelő volt a szakirány beindításához. A környezetinformatika szakirány tantervének kivonata az okleveles mezőgazdasági gépészmérnökképzésben: 1. táblázat Tervezett B tárgyak

Tárgy

Óra/hét

Adatbázis-kezelés Adatstruktúrák és algoritmusok Alkalmazói szoftverek Az operációkutatás számítógépes módszerei Hálózati ismeretek Internet Környezeti adatgyűjtő rendszerek Környezetinformatikai modellek Műszaki informatika Numerikus módszerek I. Objektum-orientált programfejlesztés Operációs rendszerek Programozás Szakinformatika Számítógépes szimuláció Többváltozós statisztikai módszerek

2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0 2+0

Kredi t 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Köv. k k g k g g g g k k g g g g k g

3. Néhány tárgy rövid leírása Az operációkutatás számítógépes módszerei, heti 2 óra Lineáris programozási feladat. A szimplex módszer lényege és gyakorlati végrehajtása. A módszer elméleti háttere. Speciális típusú lineáris programozási feladatok. Szállítási feladatok. Hozzárendelési feladatok. Hálózati optimalizálási feladatok. Többfokozatú döntési problémák megoldása dinamikus programozással. A játékelmélet elemei. Készletgazdálkodási problémák. Diszkrét programozási feladatok.

3



Környezetinformatikai modellek, heti 2 óra Légszennyezések számítása és modellezése. Üvegház-gázkibocsátások. Emissziós adatkataszterek összeállításának módszertana. Adatkataszterek szektoriális felbontása. A klímaváltozás lehetséges hatásainak elemzése – a COSMIC modell. Az üvegházgázkibocsátások mérséklését célzó stratégiák modellezése – a NADLEP és az ENPEP modell. Az erdőgazdálkodási szektor modellezése – a COMAP modell, az EFOM-ENV modell és változatai. Talajszennyeződések modellezése és feltérképezése. A geostatisztika alapvető fogalmai és módszereinek alkalmazása a fenti modellekre. Számítógépes szimuláció, heti 2 óra Modellezési és szimulációs alapismeretek. Szimulációs technikák. A matematikai modellek felépítésének elméleti és gyakorlati kérdései. A matematikai modellek számítógépes realizálása. Blokkorientált szimuláció. A felállított modell paramétereinek meghatározási (identifikálási) lehetőségei. A műszaki gyakorlatban előforduló, elsősorban energetikai folyamatokra vonatkozó konkrét alkalmazási példák, villamos forgógép, meteorológiai paraméterek, síkkollektorok, szoláris melegvízkészítő rendszer és növényházi folyamatok modelljeinek kidolgozása, valamint azok megoldása blokkorientált szoftverrel. Környezeti adatgyűjtő rendszerek, heti 2 óra A villamos jelek és azok osztályozása, szabványok, előírások. Az analóg és digitális jelek továbbításának lehetőségei korlátai. Az adatgyűjtő rendszerek műszerei, egységei. Az adatgyűjtő rendszer, mint egy komplex szabályozó berendezés részegysége, kapcsolódási pontok. A berendezésekkel szemben támasztott követelmények a makro és a mikroklíma figyelembevételével. A távadatgyűjtés technikai megvalósításai, környezeti hatások. Adatgyűjtők illesztése információs és egyéb feldolgozó rendszerekhez. Különböző környezeti paraméterek, gyűjtésének lehetőségei moduláris és központi adatgyűjtő rendszerekkel. Megoldási lehetőségek összehasonlítása. Szakinformatika, heti 2 óra Az informatika és a kommunikáció elméleti alapjai és kapcsolódásuk. Az információtechnológia és a szakinformatika. A kommunikációs rendszerek összefoglaló áttekintése. A termelő és szolgáltató rendszerek informatikai és kommunikációs rendszerének tervezési és üzemeltetési alapelvei. A mérnöki informatika. Ember-gép kapcsolat. A mérés informatikai alapjai. Távérzékelés (RS), földrajzi pozícionálás (GPS), térinformatika. Fejlődési trendek az információ-technológiában. Műszaki informatika, heti 3 óra A számítógéppel támogatott mérnöki tevékenység (CAE), technikák és technológiák megismertetése, rendszerezése; cél – feladat – eszköz – konkrét gyakorlati megvalósítás. A tantárgy keretében fontos célkitűzés a korszerű mérnöki munka, különösen a műszaki tervezés modern és hatékony számítógépes eljárásainak megismertetése. A tárgy feladata a konkurencia-analízistől a főparaméter meghatározásán át a termék műszaki dokumentálásáig valamennyi tervezési fázis számítógépes eljárásainak bemutatása.

4



Többváltozós statisztikai módszerek, heti 2 óra Többdimenziós eloszlás- és sűrűségfüggvény. Többdimenziós normális eloszlás. Korrelációmátrix, többváltozós korrelációszámítás. Varianciaanalízis (ANOVA) és alkalmazásai. Egy- és többtényezős kísérletek. Lineáris és nemlineáris regresszió. Faktor- és főkomponens-analízis. Osztályozási módszerek. Diszkriminanciaanalízis. Klaszteranalízis: a hierarchikus és a középmódszer. Többváltozós statisztikai vizsgálatok az SPSS for Windows statisztikai programcsomag segítségével. 4. Az együttműködés MKK – GEK A Mezőgazdasági és Környezettudományi Kar 2001-ben indította a környezetmérnök képzést. A feljövő évfolyamok meghatározott mesterkurzusokra történő beiskolázásánál célként merült fel olyan korszerű természettudományos, ökológiai, műszaki, közgazdasági és irányítási ismeretekkel rendelkező környezetmérnökök képzése, akik képesek a meglévő, ill. potenciális környezeti veszélyek azonosítására, felmérésére, a környezeti károk megelőzésére, ill. csökkentésére, továbbá kárelhárítási projektek irányítására. Megfelelő technológiai megoldásokat dolgoznak ki és alkalmaznak a környezeti szennyezések megelőzésére. A végzett okleveles környezetmérnökök Ph.D. képzésen folytathatják tanulmányaikat. A 2007 esztendőre jelentős tapasztalat alakult ki a mind a Gépészmérnöki Karon folyó környezetinformatika képzésben mind a Mezőgazdasági és Környezettudományi Karon folyó környezetmérnök képzésben. Ezeket a tapasztalatokat felhasználva a két kar közös együttműködésében a környezetmérnök képzés MSc szintjén bevezette a környezetinformatika specializációt. 5. Környezetinformatika a környezetmérnök képzésben MSc 5.1.      

Környezetinformatika specializáció tantárgyai

Alkalmazott informatika Környezeti folyamatok modellezése Térinformatika és távérzékelés Környezeti adatbázisok Környezeti mérések, adatgyűjtés Bioinformatika 5.2.

A specializáció tárgyinak rövid leírása

Alkalmazott informatika Az alkotó mérnöki tevékenység során egyre gyakrabban van szükség különböző komplex, illetve határterületi problémák informatikai eszközökkel történő elemzésére. A szakirány az okleveles gépészmérnöki és az okleveles mezőgazdasági gépészmérnöki szak hallgatóit kívánja felkészíteni e feladatok megoldására. Az informatikai alapképzést kiegészítő informatikai stúdiumokon túlmenően – többek között – a számítógépes modellezés olyan területeit öleli fel, mint a rendszerelmélet, az operációkutatás számítógépes módszerei, a környezetinformatika, a numerikus módszerek, a matematikai és statisztikai programcsomagok használata.

5



Előtanulmányi feltétel: Matematika I-II, Bevezetés az informatikába Heti óraszám: 1 óra előadás + 3 óra szeminárium Kreditérték: 4 Környezeti folyamatok modellezése A tárgy célja a korszerű környezetinformatikai modellek bemutatása, a mitigációs módszertanok és know-how megismertetése. Alapvető cél, hogy a megfelelő elméleti megalapozás mellett gyakorlatban is használható tudásanyagot közvetítsen a hallgatók felé a hazai helyzet megismertetésével, különös tekintettel az energetikai tevékenységekre, és az üvegházhatású gázok kibocsátására. Többek között szennyezésterjedési modellek, kibocsátási leltárak, externális költségek és teljes társadalmi költség kiszámítása, geostatisztika, klímaváltozási hatásvizsgálat szerepel a témák között olyan modellek mellett mint az ENPEP/BALANCE, ECOSENSE, EFOM, WASP, COMAP. Előtanulmányi feltétel: Alkalmazott informatika Heti óraszám: 1 óra előadás + 2 óra szeminárium Kreditérték: 3 Térinformatika és távérzékelés A tantárgy rövid leírása: A tárgy oktatása során áttekintjük, hogy miképpen alkalmas a térinformatika a különféle problémákról rendelkezésre álló adatok rendszerezésére és térbeli kapcsolataik megértésére, majd ismertetjük az űrfelvételekkel és légifelvételekkel történő adatgyűjtés és adatfeldolgozás elméleti és gyakorlati folyamatát, amely fontos bemenete a modern térinformatikai rendszereknek. Mindez az eddigieknél sokkal érzékenyebb és intelligensebb döntéshozatalt tesz lehetővé. Elméleti tematika: térinformatikai alapok, térképészeti alapfogalmak, adatmodellek, leíró adatok, adatgyűjtés, műholdas helymeghatározás, digitális adatbázisok, távérzékelésről általában, a távérzékelés fizikai alapjai, a felszín optikai tulajdonságai, felvételezés, műholdprogramok, műholdrendszerek, alkalmazások I-II. Gyakorlati tematika: ArcView alapismeretek (Project, View, Layout szerkesztés), attribútív és térbeli kapcsolatokon alapuló leválogatások, objektumok szerkesztése, műveletek gridekkel, overlay műveletek, ERDAS alapismeretek, georeferálás, képosztályozás, radiometriai értékek elemzése. Heti óraszám: 3 óra szeminárium Kreditérték: 3 Környezeti adatbázisok A tantárgy rövid leírása: A környezetmérnöki tevékenység során alapvető fontosságú, hogy a szakemberek gyorsan hozzá tudjanak jutni pontos és hiteles információkhoz a geológia, a hidrológia, a talaj, a levegő, a növényzet stb. területén. Ezért szükséges, hogy a hallgatók megismerkedjenek a környezetinformatikai adatmodellekkel, a környezeti adatbázisokkal, valamint a tartalmi kérdések mellett az információszerzés lehetséges forrásaival és a digitalizált információk tárolási módjaival egy egységes, redundanciamentes környezeti

6



információs rendszer kialakítása érdekében. A tárgy keretein belül a hallgatók elsajátítják a hálózati adatbázis-kezelő rendszerek szerver- és kliensoldali kezelésének technikáit. Előtanulmányi feltétel: Számítástechnika III. Heti óraszám: 1 óra előadás + 3 óra szeminárium Kreditérték: 4 Környezeti mérések adatgyűjtése A tantárgy rövid leírása: A hallgatók a tantárgy oktatása során megismerkednek a környezet állapotának monitoringozására használt legfontosabb - elsősorban elektrokémiai, fizikai - szenzorok működési elvét, azok használatát, az adatok digitális jelekké alakítását és ezek további felhasználását. A tantárgy gyakorlatain néhány egyszerű alkalmazást a laboratóriumban is összeállítanak, megismerkedve ezzel a méréstechnikai problémákkal. Heti óraszám: 2 óra szeminárium Kreditérték: 2 Bioinformatika A tantárgy rövid leírása: A tárgy keretében a hallgatók a biológiai-biotechnológiai adatbázisok elméleti alapjaiba és gyakorlati alkalmazásaiba nyernek bepillantást az alábbi tematika szerint: DNS, fehérje adatbázisok, elsődleges és származtatott adatbázisok. Szekvencia formátumok, keresés az irodalomban és a szekvenciák leírásában, SRS szerverek. Keresés a szekvencia adatbázisokban, kereső algoritmusok. Szekvencia elemző programcsomagok, többszörös szekvencia illesztés, evolúciós analízis. Genom projektek, génkeresés. Előtanulmányi feltétel: Biológiai és kémiai alapozótárgyak Heti óraszám: 2 óra előadás Kreditérték: 2 A képzésen résztvevő hallgatók várhatóan nagy eséllyel tudnak majd elhelyezkedni a környezetvédelem és vízügy állami szervezeteiben, hatósági munkakörökben, az önkormányzatok környezetvédelmi szervezeteiben, s a vállalkozási szférában egyaránt. A szakirányon végzett friss diplomások elhelyezkedését, elősegíti, hogy a ma még kifejlődőben lévő környezetvédelmi iparok egyre nagyobb számban igénylik a környezetvédelmi problémák informatikai eszközökkel történő megoldásában jártas szakembereket. A cikk az OTKA 68187 számú, Dinamikus rendszerek kvalitatív és kvantitatív tulajdonságainak vizsgálata és alkalmazásai című projektjének támogatásával készült. Irodalomjegyzék [1]

SZIE MKK Szakirány tematikák

[2]

http://It.gek.szie.hu

[3]

http://w3.mkk.szie.hu

7

A KÖRNYEZETINFORMATIKA SZEREPE ÉS HELYE A FELSŐOKTATÁSBAN

Recommend Documents