Казіев В.М.
При комп'ютерному моделюванні погано формалізованих і погано структуровані екологічних систем необхідно дотримуватися наступних простих важливих принципів:
прогрес прикладної екології неможливий без комп'ютерного моделювання;
класичні моделі екосистем справедливі і можливі при досить загальних теоретичних гіпотезах і частіше можна обмежитися простими моделями - для відпрацювання ефективних технологій моделювання;
необхідно використовувати як класичні моделі, так і некласичні, що дозволяють, наприклад, врахувати просторову структуру екосистеми, структуру її підсистем, досвід та інтуїцію та ін;
необхідно виходити із загальнодоступної вхідної інформації, так як часто неможливий (доріг) відповідний екологічний моніторинг;
інтерфейсної - орієнтоване забезпечення цих моделей має бути дружньо для користувача - непрофесіонала, наприклад, еколога підприємства;
необхідно враховувати структурну активність і складність екосистеми, внутрішньосистемну синергетичну здатність екосистеми до саморегулювання, до протистояння збурень середовища з метою пошуку ефективних зворотних зв'язків;
моделі повинні розвивати екологічну, математичну, інформаційну, технологічну культуру користувачів.
З зазначених позицій розглянемо наступні комп'ютерні моделі екосистем.
Модель (імітаційна процедура) оцінки забруднення середовища на основі оптимістичній, реалістичної і песимістичній оцінок забруднення середовища та отримання апріорних оцінок забруднення. Роботу цієї процедури продемонструємо на прикладі. Розглянемо екосистему, в якій забруднюючими факторами є 11 забруднювачів: сірководень, аміак, двоокис вуглецю, двоокис азоту, сірчана кислота, ацетон, двоокис сірки, стирол, фтористий водень, окис вуглецю і етилацетат. Проводиться регресійний і кореляційний аналіз впливу кожного забруднювача окремо і після цього знаходиться нелінійна регресійна зв'язок по знайденій системі базових функцій з використанням тієї чи іншої гіпотези розподілу забруднювачів. За імітаційної процедурі моделювання для слабо забруднюються ділянок середовища, наприклад, далеко від джерела забруднення, отримана оцінка впливу концентрації забруднювачів на людину:
y = exp (-1.8 +2.9 x1 +1733 x2 +11002.4 x3 +93.7 x4 +1980 x5 +1.6 x6 +26.2 x7 +34.7 x8 +42 x9 +3.5 x10 +0.1 x11).
Отримані апріорні оцінки забруднення: М = 0.572, = 0.016.
Модель якісної та когнітивної оцінки екологічних впливів, особливо, більш істотних і визначення, наприклад, зв'язків впливів людини та вектора стану екосистеми. Розроблено модель дозволяє будувати експертні системи прикладної екології. Наведемо сценарій діалогу з такою експертною системою на основі нечіткої логіки та нечітких множин.
Експертна система (04.06.96-вівторок, 11:23:37)
Вхідні дані:
1. Контроль над ерозією: 0.6 2. Споруди для відпочинку: 0.1
3. Іригація: 0.9 4. Спалювання відходів: 1.0
5. Будівництво мостів і доріг: 0.6 6. Штучні канали: 0.5
Греблі: 0.3 8. Тунелі та підземні споруди: 0.9
9. Вибухові та бурові роботи: 0.45667 10. Відкрита розробка: 0.567
11. Вирубка лісів: 0.345 12. Комерційне полювання і рибний лов: 0.234
13. Рослинництво: 0.678 14. Розведення і випас худоби: 0.648
15. Хімічна промисловість: 0.2456 16. Лісопосадки: 0.54846
17. Добрива: 0.6 18. Розведення диких тварин: IGNORE
Автомобільний рух: 0.6 20. Трубопроводи: 0.0
21. Сховища відходів: 0.0 22. Використання отрутохімікатів: 0.2
Вихідні дані (прийняття рішення - оцінка ситуації):
1. Грунт: 0.55177 2. Поверхневі води: 0.52969
3. Склад вод: 0.62299 4. Склад повітря: 0.61298
5. Температура повітря: 0.48449 6. Ерозія: 0.59051
7. Дерева і чагарники: 0.54160 8. Трави: 0.59051
9. Сільгоспкультури: 0.51698 10. Мікрофлора: 0.48702
11. Тварини суші: 0.59804 12. Риби та молюски: 0.51525
13. Комахи: 0.56000 14. Заболочування: 0.50000
15. Курорти на суші: 0.52729 16. Парки та заповідники: 0.54668
17. Здоров'я: 0.62870 18. Зайнятість людей: 0.51196
19. Щільність населення: 0.55539 20. Солоність води: 0.48750
Модель враховує поточечно структуру екологічного середовища, що враховує складність структури середовища, її неоднорідність, наприклад, фрактальність середовища з забруднювачем (дія забруднювача у фрактальному полі).
4. Модель поширення забруднення в середовищі при наявності випадково розподілених забруднювачів, наприклад, гіпотетичного забруднення та очищення території на карті КБР.
Модель динаміки земельних ресурсів, наприклад, вибиває з розряду родючих. Моделюється гіпотетична екосистема з ефектом опустелювання земель.
Розглянуто та інші комп'ютерні моделі. Розроблено комп'ютерний Інтернет - підручник з моделювання і системного аналізу.
Список літератури
Казіев В.М. Математичні та комп'ютерні моделі екологічних систем. Тези доповідей регіональної наукової конференції "Сучасні проблеми екології", частина 2, Краснодар-Анапа, 1996, с.87.
Казіев В.М. Екологічні завдання - використання у навчанні інформатики. Там же.
Казіев В.М. Про деякі математичних і комп'ютерних моделях забруднення середовища. Тези доповідей Міжнародної конференції "Нелокальні крайові задачі і споріднені проблеми математичної біології, інформатики та фізики", Нальчик, 1996.
Казіев В.М. Математичні та комп'ютерні імітаційні моделі екосистем. Известия КБНЦ, N1, 1998.