Компьютерное моделирование плохо структурируемых экосистем

Компьютерное моделирование плохо структурируемых экосистем

Казиев В.М.

При компьютерном моделировании плохо формализуемых и плохо структурируемых экологических систем необходимо придерживаться следующих простых важных принципов:

прогресс прикладной экологии невозможен без компьютерного моделирования;

классические модели экосистем справедливы и возможны при достаточно общих теоретических гипотезах и чаще можно ограничиться простыми моделями — для отработки эффективных технологий моделирования;

необходимо использовать как классические модели, так и неклассические, позволяющие, например, учесть пространственную структуру экосистемы, структуру её подсистем, опыт и интуицию и др.;

необходимо исходить из общедоступной входной информации, так как часто невозможен (дорог) соответствующий экологический мониторинг;

интерфейсно — ориентированное обеспечение этих моделей должно быть дружественно для пользователя — непрофессионала, например, эколога предприятия;

необходимо учитывать структурную активность и сложность экосистемы, внутрисистемную синергетическую способность экосистемы к саморегулированию, к противостоянию возмущениям среды с целью поиска эффективных обратных связей;

модели должны развивать экологическую, математическую, информационную, технологическую культуру пользователей.

С указанных позиций рассмотрим следующие компьютерные модели экосистем.

Модель (имитационная процедура) оценки загрязнения среды на основе оптимистической, реалистической и пессимистической оценок загрязнения среды и получения априорных оценок загрязнения. Работу этой процедуры продемонстрируем на примере. Рассмотрим экосистему, в которой загрязняющими факторами являются 11 загрязнителей: сероводород, аммиак, двуокись углерода, двуокись азота, серная кислота, ацетон, двуокись серы, стирол, фтористый водород, окись углерода и этилацетат. Производится регрессионный и корреляционный анализ воздействия каждого загрязнителя в отдельности и затем отыскивается нелинейная регрессионная связь по найденной системе базовых функций с использованием той или иной гипотезы распределения загрязнителей. По имитационной процедуре моделирования для слабо загрязняемых участков среды, например, вдали от источника загрязнения, получена оценка влияния концентрации загрязнителей на человека:

y=exp (-1.8+2.9×1+1733×2+11 002.4×3+93.7×4+1980×5+1.6×6+26.2×7+34.7×8+42×9+3.5×10+0.1×11).

Получены априорные оценки загрязнения: М=0.572,  =0.016.

Модель качественной и когнитивной оценки экологических воздействий, особенно, более существенных и определения, например, связей воздействий человека и вектора состояния экосистемы. Разработана модель позволяющая строить экспертные системы прикладной экологии. Приведем сценарий диалога с такой экспертной системой на основе нечёткой логики и нечётких множеств.

Экспертная система (04.06.96-Вторник, 11:23:37).

Входные данные:

1. Контроль над эрозией: 0.6 2. Сооружения для отдыха: 0.1.

3. Ирригация: 0.9 4. Сжигание отходов: 1.0.

5. Строительство мостов и дорог: 0.6 6. Искусственные каналы: 0.5.

Плотины: 0.3 8. Туннели и подземные сооружения: 0.9.

9. Взрывные и буровые работы: 0.45 667 10. Открытая разработка: 0.567.

11. Вырубка лесов: 0.345 12. Коммерческая охота и рыбная ловля: 0.234.

13. Растениеводство: 0.678 14. Разведение и выпас скота: 0.648.

15. Химическая промышленность: 0.2456 16. Лесопосадки: 0.54 846.

17. Удобрения: 0.6 18. Разведение диких животных: IGNORE.

Автомобильное движение: 0.6 20. Трубопроводы: 0.0.

21. Хранилища отходов: 0.0 22. Использование ядохимикатов: 0.2.

Выходные данные (принятие решения — оценка ситуации):

1. Почва: 0.55 177 2. Поверхностные воды: 0.52 969.

3. Состав вод: 0.62 299 4. Состав воздуха: 0.61 298.

5. Температура воздуха: 0.48 449 6. Эрозия: 0.59 051.

7. Деревья и кустарники: 0.54 160 8. Травы: 0.59 051.

9. Сельхозкультуры: 0.51 698 10. Микрофлора: 0.48 702.

11. Животные суши: 0.59 804 12. Рыбы и моллюски: 0.51 525.

13. Насекомые: 0.56 000 14. Заболачивание: 0.50 000.

15. Курорты на суше: 0.52 729 16. Парки и заповедники: 0.54 668.

17. Здоровье: 0.62 870 18. Занятость людей: 0.51 196.

19. Плотность населения: 0.55 539 20. Соленость воды: 0.48 750.

Модель учитывающая поточечную структуру экологической среды, учитывающая сложность структуры среды, её неоднородность, например, фрактальность среды с загрязнителем (действие загрязнителя во фрактальном поле).

4. Модель распространения загрязнения в среде при наличии случайно распределённых загрязнителей, например, гипотетического загрязнения и очистки территории на карте КБР.

Модель динамики земельных ресурсов, например, выбиваемых из разряда плодородных. Моделируется гипотетическая экосистема с эффектом опустынивания земель.

.

Рассмотрены и другие компьютерные модели. Разработан компьютерный Интернет — учебник по моделированию и системному анализу.

Список литературы

Казиев В. М. Математические и компьютерные модели экологических систем. Тезисы докладов региональной научной конференции «Современные проблемы экологии», часть 2, Краснодар-Анапа, 1996, с. 87.

Казиев В. М. Экологические задачи — использование в обучении информатике. Там же.

Казиев В.М. О некоторых математических и компьютерных моделях загрязнения среды. Тезисы докладов Международной конференции «Нелокальные краевые задачи и родственные проблемы математической биологии, информатики и физики», Нальчик, 1996.

Казиев В. М. Математические и компьютерные имитационные модели экосистем. Известия КБНЦ, N1, 1998.