11. Podstawowe za這瞠nia systemu kontroli i weryfikacji danych pomiarowych i analitycznych w Zintegrowanym Monitoringu 字odowiska Przyrodniczego

 

Schemat systemu gromadzenia, przep造wu i kontroli danych ZM同 przedstawiony jest na rycinie 11.1. Podstawowym za這瞠niem systemu jest, 瞠 gromadzenie, kontrola i weryfikacja podstawowych (tzw. "surowych") danych pomiarowych i analitycznych ZM同 dokonuje si na Stacjach Bazowych, w Lokalnych Bazach Danych. Do Centrum Informatycznego ZM同 trafiaj dane przetworzone (鈔ednie, sumy, mody, ekstrema itp. dla stanowisk i okres闚 pomiarowych), kt鏎e niezb璠ne s do analizy zmienno軼i sezonowej i wieloletniej proces闚, obliczania rocznych bilans闚 materii oraz jako warto軼i wej軼iowe i weyrfikacyjne modeli. W Lokalnej Bazie Danych gromadzone s r闚nie archiwalne dane pomiarowe zawieraj帷e wyniki bada sprzed momentu powstania Stacji Bazowej a dotycz帷e zlewni ZM同, jej otoczenia i regionu, jak r闚nie materia造 kartograficzne i zdj璚ia lotnicze. Przy takim systemie organizacji gromadzenia i przep造wu danych podstaw ich wiarygodno軼i jest:

przygotowanie prostych standardowych procedur kontrolno-weryfikacyjnych dla personelu Stacji Bazowych, a tak瞠,

,okresowe inspekcje instalacji pomiarowych i laboratori闚 oraz,

fwewn徠rzlaboratoryjna i mi璠zylaboratoryjna kontrola jako軼i analiz,

"zaawansowana weryfikacja zar闚no danych podstawowych, jak i przetworzonych.

Realizacja pierwszego punktu opiera si na przygotowaniu przez specjalist闚 ZM同 odpowiednich instrukcji dla personelu Stacji Bazowych i w陰czaniu zagadnie kontroli i weryfikacji danych do tematyki okresowych szkole (tzw. "Szko造 ZM同"). Instrukcje i szkolenia obejmuj w tym przypadku g堯wnie problem zapewnienia jako軼i danych na etapie obserwacji, pomiar闚 i analiz. Kontrola i weryfikacja na etapie gromadzenia i przetwarzania danych jest istotnym elementem corocznych szkole z zakresu rozwoju systemu informatycznego ZM同.

Drugi z wymienionych zakres闚 to g堯wnie obszar dzia豉nia zespo逝 specjalist闚 ZM同, lecz tak瞠 zapraszanych okazjonalnie ekspert闚. Program na najbli窺ze 3 lata zak豉da coroczne inspekcje instalacji pomiarowych i laboratori闚.

Podstawowym celem kontroli wewn徠rzlaboratoryjnej jest utrzymanie jako軼i rutynowych operacji. Umo磧iwia to obni瞠nie wielko軼i b喚d闚 systematycznych, dominuj帷ych przy analizie danych wynikaj帷ych z por闚na mi璠zylaboratoryjnych (ryc. 11.2). Ka盥e laboratorium wykonuj帷e analizy pr鏏ek pozyskanych w programie ZM同 jest zobowi您ane do realizacji minimalnego programu kontroli wewn徠rzlaboratoryjnej obejmuj帷ego mi璠zy innymi (Witczak, Adamczak 1994-1995):

.      Po kalibracji, a przed rozpocz璚iem analiz powt鏎zy oznaczenie wzorca o najwy窺zym st篹eniu traktuj帷 go jak normaln pr鏏k. Nale篡 upewni si czy st篹enie zmierzone nie odbiega od rzeczywistego wi璚ej ni +/- 5% (lub mniej zale積ie od procedury przyj皻ej w laboratorium). Je瞠li wyst瘼uje wi瘯sza r騜nica nale篡 usun望 przyczyn b喚d闚 i przeprowadzi ponown kalibracj przyrz康u.

.      W trakcie serii analiz przep逝kiwa system pomiarowy (analityczny) wzorcem zerowym (czysta pr鏏ka - nie zawieraj帷a analizowanej substancji) przed ka盥 pr鏏k.

.      Co ka盥e 10 pr鏏ek analizowa wzorzec kontrolny przyrz康u. Wzorzec zawiera musi po膨dany - ze wzgl璠u na sk豉d analizowanego materia逝 terenowego i typ stosowanego przyrz康u - zestaw pierwiastk闚. Wzorzec kontrolny umo磧iwia wykrycie dryftu przyrz康u. Je郵i pomiar wzorca wykazuje r騜nic wi瘯sz od +/- 5% od spodziewanego (lub mniej zale積ie od procedury przyj皻ej w laboratorium), nale篡 przerwa analiz, wyja郾i przyczyn b喚d闚 i przeprowadzi ponown kalibracj przyrz康u.

.      Co ka盥e 10 pr鏏ek analizowa wzorzec zerowy. Wynik powinien si mie軼i w przedziale 2 odchyle standardowych od warto軼i 鈔edniej. Je郵i r騜nica jest wi瘯sza nale篡 powt鏎zy analiz wzorca zerowego jeszcze dwukrotnie i u鈔edni wszystkie rezultaty. W przypadku, gdy uzyskana 鈔ednia nie mie軼i si w ustalonym przedziale kontrolnym, nale篡 przerwa analiz, wyja郾i przyczyn b喚d闚 i ponownie wykalibrowa instrument.

.      Co ka盥e 20 rutynowych pr鏏ek dokonywa powt鏎ze (duplikacji) analiz dla kontroli precyzji ich wykonywania.

.      Na pocz徠ku i na ko鎍u serii analiz oraz przy d逝窺zych seriach periodycznie co pewn ilo嗆 pr鏏ek podda analizie wzorzec kontrolny interferencji, zawieraj帷y znane st篹enie oznaczanej substancji i domieszki pierwiastk闚 wp造waj帷ych znacz帷o na wynik analizy. Rezultaty powinny si mie軼i w ustalonym przedziale kontrolnym dwa razy wi瘯szym od odchylenia standardowego od warto軼i 鈔edniej. W przypadku, gdy uzyskany wynik nie mie軼i si w ustalonym przedziale kontrolnym, nale篡 przerwa analiz, wyja郾i przyczyn b喚d闚 i ponownie wykalibrowa instrument.

.      Co pewien ustalony okres (raz na kilka dni, raz na tydzie lub rzadziej) zale積y od ilo軼i wykonywanych serii analiz (i cz瘰to軼i kalibracji przyrz康u) wykona analiz pr鏏ki wzorcowej, uzyskanej ze 廝鏚豉 zewn皻rznego, a zawieraj帷ej znane st篹enia sk豉dnik闚. Umo磧iwia to weryfikacj roztwor闚 wzorcowych. Je郵i wyniki analizy pr鏏ki wzorcowej r騜ni si wi璚ej ni +/- 5% od spodziewanego, nale篡 przygotowa nowe roztwory wzorcowe i ponownie wykalibrowa przyrz康. Je郵i i to nie poprawi dok豉dno軼i nale篡 przygotowa lub zakupi nowe wzorce podstawowe, z nich sporz康zi nowe roztwory wzorcowe i powt鏎zy kalibracj przyrz康u.

Stacje Bazowe w陰czone zostan w najbli窺zym czasie, na r闚norz璠nych zasadach, do programu mi璠zylaboratoryjnej kontroli analiz prowadzonej przez PIO.

Zakres czwarty obejmuje dwa poziomy: Lokalnej Bazy Danych w Stacji Bazowej i Centralnej Bazy Danych w Centrum Informatycznym ZM同, r騜ni si one jednak瞠 stopniem szczeg馧owo軼i wynikaj帷ym z operowania na danych "surowych" w przypadku pierwszym, a danych "przetworzonych" w przypadku drugim. Podstawowym warunkiem sprawnej realizacji systemu zaawansowanej kontroli danych na Stacjach Bazowych jest instalacja jednolitego, standardowego oprogramowania bazy danych, co warunkowane jest mo磧iwo軼iami finansowymi. Olbrzymie zr騜nicowanie parametr闚 mierzonych w ZM同 powoduje, 瞠 jedynie automatyzacja procesu weryfikacji danych zapewnia szybk i obiektywn identyfikacj warto軼i b喚dnych, lub w徠pliwych. System zaawansowanej kontroli danych na poziomie Centrum Informatycznego ZM同 umo磧iwi identyfikacj warto軼i b喚dnych jedynie wtedy, gdy analizowane b璠 wyniki poszczeg鏊nych pomiar闚 (podawane w niekt鏎ych programach pomiarowych). W przypadkach danych przetworzonych mo磧iwa b璠zie jedynie selekcja tych warto軼i w徠pliwych, gdzie grube b喚dy (o r騜nej genezie) wp造waj w istotny spos鏏 na odchylenie warto軼i 鈔ednich i sum okresowych lub przestrzennych. Odpowiednie procedury kontrolne s aktualnie opracowywane, a ich algorytmy b璠 wbudowane w baz danych. Zidentyfikowane b喚dne i w徠pliwe wyniki przekazywane b璠 z Centrum do Stacji Bazowej celem sprawdzenia i wyja郾ienia. W przypadku, kiedy b陰d powsta na etapie gromadzenia i przetwarzania materia堯w pomiarowych, skorygowane dane przesy豉ne s ponownie do CI ZM同. Je郵i b陰d by efektem analityki laboratoryjnej, a materia jej poddany jest przechowywany na Stacji Bazowej w "archiwum pr鏏ek 鈔odowiskowych" mo磧iwe jest powt鏎zenie analizy w tym samym lub w w razie potrzeby innym laboratorium. Powt鏎zenie b喚dnego pomiaru w terenie nawet w przypadku, gdy jego cz瘰totliwo嗆 wykonywania jest wieloletnia najcz窷ciej nie jest mo磧iwe. Sprawdzenie takich danych w Lokalnej Bazie umo磧iwi jednak瞠 w wi瘯szo軼i przypadk闚 jednoznaczn interpretacj warto軼i w徠pliwych.

System zaawansowanej kontroli danych obejmuje:

.      kontrol kod闚 identyfikuj帷ych program i punkt pomiarowy oraz dat pomiar闚,

.      kontrol poprawno軼i kodowania parametr闚 pomiarowych gleb, takson闚 flory, fauny, typu i jako軼i danych itp.,

.      kontrol kompletno軼i danych,

.      kontrol warto軼i ekstremalnych,

.      kontrol definicyjn i logiczn,

.      kontrol zwi您k闚 funkcyjnych,

.      kontrol przebieg闚 czasowych

Kontrol kod闚 identyfikuj帷ych punkt pomiarowy oraz dat pomiar闚 przeprowadza si w stosunku do zakresu i frekwencji monitoringu przyj皻ych dla poszczeg鏊nych program闚 pomiarowych na konkretnej Stacji Bazowej. Inne kody zapisane w pliku z danymi 廝鏚這wymi por闚nuje si z zestawieniem wszystkich dopuszczalnych kod闚 dla danego zakresu (organizmy, gleby itp.). Umo磧iwia to g堯wnie selekcj b喚d闚 powsta造ch na etapie przenoszenia danych z dokument闚 廝鏚這wych na magnetyczne lub optyczne no郾iki informacji.

Kontrola warto軼i ekstremalnych polega na por闚naniu zmierzonych warto軼i z maksymalnym mo磧iwym ich zakresem dla danego stanowiska i daty pomiaru. Procedura taka umo磧iwia selekcj zar闚no danych ewidentnie b喚dnych, jak i w徠pliwych, ze wzgl璠u na skrajnie ma貫 prawdopodobie雟two wyst徙ienia zjawiska o zmierzonym nat篹eniu. Podstawowe znaczenie dla okre郵enia kryteri闚 kontroli warto軼i ekstremalnych ma dost瘼no嗆 archiwalnych danych obserwacyjnych i pomiarowych.

Kontrola zwi您k闚 definicyjnych i logicznych polega na znajomo軼i wsp馧wyst瘼owania, lub te wzajemnego wykluczania si niekt鏎ych zjawisk. Podawanie dla terminu pomiarowego parametr闚 charakteryzuj帷ych chemizm opad闚, i jednocze郾ie wykazywanie braku opadu mo瞠 by przyk豉dem takich sprzeczno軼i.

Kontrola zwi您k闚 funkcyjnych polega na wykorzystaniu r闚na opisuj帷ych fizyczne/chemiczne (deterministyczne), lub te empiryczne zale積o軼i pomi璠zy mierzonymi parametrami.

Kontrola przebieg闚 czasowych polega na wykorzystaniu faktu silnej autokorelacji kolejnych pomiar闚 niekt鏎ych parametr闚. Zmiany s najcz窷ciej jednokierunkowe, a ich gradient nie przekracza pewnych granic. Procedura opiera si najcz窷ciej na por闚naniu warto軼i zmierzonych z przebiegiem szacowanym w oparciu o funkcj wielomianow.

Opr鏂z procedur og鏊nie stosowanych kontrola danych pomiarowych i analitycznych uwzgl璠nia musi specyficzne uwarunkowania zwi您ane z lokalizacj zlewni, a tak瞠 konkretnej powierzchni i stanowiska pomiarowego.

Kontrola danych na Stacjach Bazowych powinna dokonywa si w miesi璚znym/rocznym odst瘼ie. Weryfikacja w CI ZM同 wykonywana jest w odst瘼ie rocznym. W obu przypadkach uwzgl璠niane musz by ca貫, narastaj帷e zbiory danych. Po poprawieniu lub usuni璚iu warto軼i b喚dnej algorytm weryfikacji uruchamia si powt鏎nie, i dopiero przy braku sygnalizacji dalszych b喚d闚 (warto軼i w徠pliwych) nowe dane mog by do陰czone do bazy.

 

Ryc. 11.1. Schemat systemu gromadzenia, kontroli i weryfikacji danych pomiarowych i analitycznych w ramach Zintegrowanego Monitoringu 字odowiska Przyrodniczego.

 

Ryc. 11.2. Najcz窷ciej wyst瘼uj帷e 廝鏚豉 b喚d闚 zwi您ane z etapem przygotowania pr鏏ki i analiz (Namie郾ik i in. 1995).