Порядин А.Ф., Хованский А.Д. - Оценка и регулирование качества окружающей природной среды (1044943), страница 64

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 64)

Сейчас уже преимущества «безбумажной» компьютерной технологии хранения и переработки данных очевидны каждому, кто имеет дело с большими массивами информации. Достаточно широко распространены компьютерные информационные системы и з региональных органах охраны природы и рационального природопользования. Данные о состоянии природной среды — состоянии воздуха, водных ресурсов, почв, накопленные в течение всего периода наблюдений, а также сведения о выбросах воздушных загрязнений, сбросах сточных вод и твердых отходах могут быть систематизированы и размещены в компьютерной информационной системе.

Использование компьютеров для систематизации, упрощения поиска н обработки данных по состоянию природной среды — это только первый шаг на пути использования компьютеров в природоохранной деятельности. Следующий этап — это создание информационно-справочной системы, которая кроме хранения информации дает возможность получения справок: результатов обработки первичной информации 342 по тому или иному правилу.

Справками могут быть результаты статистической обработки первичной информации о состоянии среды: средние значения различных характеристик, средне- квадратические отклонения, оценки временных трендов, сравнительный анализ эффективности природоохранных мероприятий в том или ином году. Следующим шагом после информационно-справочной является советующая компьютерная система.

Под этим подразумевается информационная система, позволяющая осуществлять прогнозирование состояния природной среды и рассматривать (сравнивать) результаты различных вариантов управления природной средой. Необходимым элементом такой советующей системы является математическая модель процесса или процессов, которые определяют будущее состояние природной среды. Более подробно об этой «начинке» советующей системы будет сказано в следующем разделе. Советующие компьютерные системы иногда называют также инструментом поддержки принятия решений. Безусловно, решение, т.

е. выбор того или иного варианта управляющего воздействия, в конечном итоге остается за человеком, но степень обоснованности этого решения существснно возрастает. Ясно, что полностью достоверное прогнозирование состоянии природных систем неосуществимо, из-за принципиальной неопределенности в состоянии гидрометеорологических факторов среды. Вместе с тем, должно быть совершенно очевидно, что «большая» информированность «лица принимающего решения» (ЛПР— общепринятое обозначение), которая достигается путем применения современных компьютерных информационных технологий, может помочь избежать ошибок, предостеречь от неожиданных последствий.

Есть необходимость упомянуть еще о двух терминах, которые часто встречаются в современной литературе по применению компьютеров в прикладных, в' том числе и природоохранных задачах. Первый — это «экспертная система». ИЗвестны положительные результаты применения экспертных систем в медицине и геологии. Экспертная система— это компьютерная система, содержащая не только «базы данных» о системе, но и «базы знаний» о системе, обладающие способностью продуцировать новые «знания» и являющиеся конструкциями исходных, заложенных в систсму первоначальных «знаний», Терминология в этой области еще нс достаточно установилась, иногда «экспертной» называют обширную диалоговую информационно-советующую систему, имея в виду ес способность «увеличивать» качество решений, принимаемых экспертом. Более подробно об этом можно прочесть также в (Ц, 343 Второй важный термин — географическая информационная система (ГИС). Здесь также терминология еще не устоялась, идут споры, но отличительной чертой ГИС является наличие картографической базы данных, соединения числовой информации с ее пространственным представлением.

Не слишком греша против истины, можно сказать, что информационносоветуюшая система с картографическим интерфейсом (возможностью воспроизведения карт на экране монитора компьютера или принтера) — это и есть ГИС. 10.2. Системный подход и математическое моделирование сложных объектов Суть подхода к задаче управления состоянием природной среды, о котором пойдет речь в настошцем разделе, заключается в замене «физической» реальности, в которой существует та или иная природная система, некоторой «модельной» реальностью, представленной в виде цифровой информации в памяти электронно-вычислительной машины. Мы акцентируем внимание на этом специальном методе прикладной математики ввиду того, что с методической точки зрения очень важно отдавать себе отчет в том, что всякое управление в природоохранной деятельности представляет собой некоторое воздействие на ту или иную природную экологическую систему. При этом результат этого воздействия далеко не очевиден, и необходим тщательный анализ ситуации для достоверного прогнозирования всех побочных эффектов оказываемого воздействия.

Такой метод экспериментирования не с самим объектом, а с его математической моделью получил название имитационного моделирования (в англоязычной научной литературе используется термин «Б1МБ(.АТ1ОМ». Идея метода имитационного моделирования (ИМ) состоит в том, чтобы построить достаточно подробную и потому, как правило, достаточно сложную модель изучаемого объекта, ввести ее описание в ЗВМ и так организовать работу машины, чтобы она могла «имнтировать» поведение этого объекта в различных условиях.

Особенное развитие метод приобрел в связи с созданием современных персональных ЗВМ, в которых максимально упрощена процедура общения пользователя с ЗВМ. По существу, организуется диалог, в котором исследователь может задавать вопросы из предлагаемых меню, например, о том, что произойдет с природным объектом при тех или иных внешних воздействиях или управлениях, а ЗВМ после выполнения расчетов предоставляет в цифровом или даже болес 344 наглядном — графическом виде изменения в состоянии природной экологической системы. Организованный таким образом диалог человека и машины позволяет проводить тс или иные эксперименты, но не с реальным объектом, как это делается в натуральном эксперименте, а с сто машинным аналогом-моделью, заложенным.

з память ЭВМ (такие эксперименты называются машинными или вычислительными). Это открывает многие дополнительные возможности как для использования численных методов, так и для проведения неформального анализа. ИМ обобщило обширный опыт, накопленный на предшествующих этапах развития науки, и явилось логическим продолжением существовавших ранее методов моделирования. С незапамятных времен при изучении сложных процессов, явлений, конструировании новых сооружений и т. п. человек применяет модели. Правильно построенная модель, как правило, доступнее для исследования, нежели реальный объект. Более того, некоторые объекты вообще не могут быть изучены непосредственным образом: недопустимы эксперименты с экономикой страны з познавательных целях, принципиально неосуществимы эксперименты с прошлым или, скажем, с планстами Солнечной системы и т.

п. Другое, нс менее важное назначение модели состоит в том, что с се помощью выявляются наиболее существенные факторы, определяющие те или иные свойства обьекта, поскольку сама модель отражает лишь некоторые основные его характеристики. Модель позволяет также исследователю приобретать навыки правильного управления объектом, испьпывая различные варианть4 внешних воздействий, Экспериментировать в этих целях с реальным объектом в лучшем случае бывает неудобна, а зачастую просто вредно или вообще невозможно в силу ряда причин (большой продолжительности эксперимента во времени, риска привести объект в нежелательное н необратимое состояние и т. п.).

Если объект исследования облндает динамическими характеристиками (зависящими от времени), особое значение приобретает прогнозирование динамики состояния такого объекта под действием различных факторов. При прогнозировании модели также могут оказать неоценимую помощь. Итак, модель нужна". — во-первых, чтобы понять, как устроен конкретный объект, какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействия с окружающим миром; — во-вторых, чтобы научиться управлять обьектом (или 345 процессом) и определить наилучшие способы управления при заданных целях н критериях; — в-третьих, чтобы прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на объект.

Рассмотрим основные этапы ИМ, создания модели и работы с ней. При этом системный анализ чередуется и сочетается с составлением модели, машинным экспериментом, анализом и коррекцией модели. ИМ состоит из следующих взаимозависимых и зачастую перекрывающихся во времени этапов: 1 — постановка проблемы, формулирование цели моделирования; 2 — системный анализ исходного объекта, построение концептуальной модели (КМ); 3 — составление и структуризация имитационной модели (ИМ), машинная реализация ИМ; 4 — идентификация и верификация; 5 — проведение машинных имитационных экспериментов в целях решения поставленной проблемы. Охарактеризуем каждый из них.

1. ИМ, как и всякое другое, должно начинаться с постановки проблемы, с ясного и четкого понимания целей. Необходимость построения ИМ, как правило, возникает в процессе прикладных исследований объекта. Поэтому важны не абстракции, на которых основаны модели, а конкретные ответы на конкретные вопросы о сущности объекта, основных законах его динамики, о возможных методах воздействия на него и т. д. Поэтому на 1-м этапе ИМ главная роль отводится человеку, т.

Характеристики

Список файлов книги