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+2.9x1+1733x2+11002.4x3+93.7x4+1980x5+1.6x6+26.2x7+34.7x8+42x9+3.5x10+0.1x11).
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: 0.45667 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: 0.54846
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: 0.55177 2. Поверхностные воды: 0.52969
3.
Состав вод: 0.62299 4. Состав воздуха: 0.61298
5.
Температура воздуха: 0.48449 6. Эрозия: 0.59051
7.
Деревья и кустарники: 0.54160 8. Травы: 0.59051
9.
Сельхозкультуры: 0.51698 10. Микрофлора: 0.48702
11.
Животные суши: 0.59804 12. Рыбы и моллюски: 0.51525
13.
Насекомые: 0.56000 14. Заболачивание: 0.50000
15.
Курорты на суше: 0.52729 16. Парки и заповедники: 0.54668
17.
Здоровье: 0.62870 18. Занятость людей: 0.51196
19.
Плотность населения: 0.55539 20. Соленость воды: 0.48750
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.