Калиткин, Карпенко, Михайлов, Тишкин, Черненков - Математические модели природы и общества - 2005 (947500), страница 11
Текст из файла (страница 11)
— база знаний с игровыми вариантами моделирования; — блок формирования расчетного задания, позволяющий подготовить набор исходных данных для проведения расчетов на модели и обеспечивающий однозначное толкование запроса и выходного документа (меню); расчетный блок, обеспечивающий получение результатов моделирования; — блок представления информации пользователю, обеспечивающий вид необходимой выходной информации.
Структура модели обеспечивает необходимые для реализации функциональных требований информационные и программные связи между ее составляющими. Информационное обеспечение системы включает: -- входную информацию; — выходную информацию: средства ведения баз данных. В табл. !! приведены исходные данные для некоторых веществ, представляющих собой опасность образования таких смесей при распространении в атмосфере. Пределы взрываемости (низший и высший) выражены концентрациями в объсмн. % и в кгг'м' паров растворителя в смеси с воздухом(ниже и выше зтих пределов взрывчатыс смеси обычно не образуются).
р 5. Исиолнипгельньге модули для ингнегрироеанной информационнои 55 Таблица 11. Пределы взрываемости смесей паров органических растворителей, газов н некоторых паров с воздухом Пределы вз рываемости кг/м объемн % низший высший Растворитель, газ, пар низшкй высший 0,541 0,315 0,119 0,0485 0,45 0114 0,0734 0,256 0,308 0,314 0,815 0,680 0.132 0.127 0,0734 334 0,431 0,493 0,0315 0,0498 0,0824 0,067 0,365 0,268 0,403 0,64 1232 Изо-аьгилапетат Ацетон Бензин Бензол н-Бутиловый спирт Диоксан(1,4-) Дихлорэтан Дпхлорэтнлен Ксилол Метилацетат Метиловый спирт Метилформиат Метилэтилкетон Пиридин Седоуглерод Толуол Этнлацетат Этиловый спирт Этиловый эфир Этилформиат Аммиак Апетальдегид Водяной пар Гексан Гептан Керосин Метил хлористый Пентан Полуводяной (генераторный) Г!ропиленовая окись Светильный газ Сероокись углерода Сероуглерод Толуол Циклогексан Этил бромистый Этил хлористый Этилена окись 2,2 2 1 1,4 3,? 6,2 9,? 3,0 5 1,8 1,8 1.0 1,3 3,3 1 3,5 15,5 6 1,2 1 1 8 1Л газ 20 2 1 1,5 1 1,3 1 7 3,5 3 1О 13 7 9,5 10,2 22,2 15,9 12,8 7,6 15,6 37 28,7 9,5 12,4 50 7 11,4 19 40 6,4 27 57 ?О ? 6 7,5 20 7,8 75 22 35 28,5 50 9 11 14,8 80 56 Тл.
А Спел!ание силпеи мониторинги каеесшеа воздуха Нижние пределы взрываемости пылей некоторых веществ (с концентрация твердого горючего вещества в мг на 1 л воздуха) В Таблице 12 приведены параметры настроек входных данных в модель. Т а ба и ц а ! 2 Пример настроек входных параметров модели Поле входного файла Единица измерения По умолчанию Параметр Размер области по Л РАКАМ01 км Размер области по У РАКАМ02 кл1 Шаг сетки по Х 0,025 РАКАМОЗ кл1 Шаг сетки по У 0,025 РАК АМ04 км Количество слоев расчета Шаг по времени РАКАМ05 РЛКЛМ07 шт 0,05 Класс атм Стабильности РАКАМ08 Скорость ветра РАКАМ09 и/с Направление ветра (азимут] Кол-во выброшенного вещества РАКАМ10 РЛКЛМ11 90 градусы тонны 50 Имя файла рельефа гейе1 РАКЛМ12 Название вещества РАКАМ!3 !о!цо! Точный/оперативный расчет РЛКЛМ14 Входной информацией являются данные пользователей, введенные в процессе формирования расчетных заданий н данные нз базы данных (см.
таблицу настроек входных параметров модели). Пользователь задает массу выбротценного взрывоопасного газа от точечного источника. Точечный источник всегда располагается в центре расчетной области. Пользователь задает величину скорости н азимут направления ветра. горючее вещество Каменный уголь Крахмал Мука Сахар Сера с 17 7 10 10 7 Э 5.
Исполни~пелены»е модули длл интегрироыинной информоиионнои 57 Азимут 0' соответствует направлению с юга на север, 90' — с запада на восток, 180' -- с севера на юг. 270' -- с востока на запад. Пользователь задает тип вещества (газ). Для каждого газа в табл. 13 задаются значения нижнего и верхнего предела концентраций ооразования взрывоопасных смесей. Таблица 13 содержится в информационном файле рс1к»п!х.дЫ. Т а б л и ц а 13. Структура файла с описанием вешеств Информация о рельефе местности сообщается в 2-х одноименных файлах с расширением»с151» и»ше1», так же как и для модели »Атмосфера города».
Выходной информацией является визуализация проведенных модельных расчетов на электронной географической карте в виде изолиний нижнего и верхнего предела концентраций образования смесей. Тестирование осуществлялось на основе проведения вычислительных экспериментов. На рис. 25 приведен один из результатов расчета ооластей, где образуются взрывоопасные концентрации смесей. Показаны границы низших и высших взрывоопасных концентраций 5.3. Модель процессов распространения капельно-воздушной инфекции (модель КВИ).
Модель представляет собой визуально- прогностический програлгмный комплекс для исследования процессов распространения и зон заражения при действии источников инфекции. Капельно-воздушным путем распространяется инфекция таких болезней как грипп, ветрянка, корь, дифтерия и др. »Модель КВИ» позволяет прогнозировать распределение больных людей, представляющих собой источник дальнейшего распространения инфскции по территории проживания, очерчивать зоны эпидемий во времени и пространстве средствами математического и компьютерного моделирования и выводить общее количество больных людей в этой зоне на данный момент времени.
«Модель КВИ» обеспечивает решение системы интегро-дифференциальных уравнений в частных производных, ввод исходных данных в расчетный модуль и вывод полученных результатов в виде виртуальной картины развития ситуации. Решение системы уравнений»Модели» проводят с помощью численных методов на основе разностных аналогов дифференциальных уравнений для расчетной сетки. «Модель» предоставляет пользователям возможность: 58 Аи А Создиние систем мониторинги кичестеи еоздуха сяяязйая;~ ' 1 ф Рис. 25 Пример иллюстрации результатов расчета по модели ВОС границы низших и высших взрывоопасных концентраций в системе ИАС прогноза распространения инфекций по территории проживания; получения прогностических карт распространения эпидемий.
В соответствии со своим назначением модель реализует следующие функции: — обеспечивает расчетные и игровые варианты моделирования; — обеспечивает представление расчетной информации пользовате- лям в графической форме. При известной эмиссии инфекции в центре моделируемой области с определенной плотностью населения, а также некоторых других известных медико-биологических величинах можно определить границы участков с эпидемической обстановкой во времени и пространстве и количество больных людей.
Математическая модель в основном может быть представлена в следующем виде: — Х = дггн (К Агасси Х) -Р гХ~! — 5 — гп — и — р) ч- с11Ц тидХ -,' д дг ч- Хоо(х, у, 1), с(л, у, 2, 1) > сь Х = О, с(л, д,2,1) < сь, Э 5. Иснолнитгльньш модули длл интегрированной информаиионнои 59 г де Х вЂ” Агу(х, д)с(х, у, 2ац ~) — плотность больных в зонах инфицирования; 2ь(х,д) — плотность населения; с(х,д,з,т) -- концентрация инфицирующих бактерии в воздухе, причем, если с(х, у,2т,г) = сь (граничное значение инфицирующей концентрации), то в точке (х, д,2т, 1) начинается заболевание среднего человека (появляется некоторая плотность средних больных), если с(х, д 2т, 1) < сь, то в точке (х, г 2гл, Г) заболевания нет; А — медико-биологический когнитивный коэффициент, характеризующий специфику данного вида инфекции; К -- некоторый когнитивный коэффициент, зависящий от принятых допущений при рассмотрении процессов (в частности, это может быть коэффициент горизонтальной диффузии инфекции, если описывается процесс распространения инфекции в турбулентном поле атмосферы) и характеризующий скорость изменения градиента плотности больных; г— некоторый когнитивный медико-оиологический коэффициент, характеризующий интенсивность эволюционного нарастания или убывания (наличие источников или стоков) концентрации инфекции от больных люден; 6(х, д, 1), т(х, д, 1) и п(х, у, 1) — доли Х, изменяющие на данный момент в точке (х, д, «) плотность больных люден: Ь(х, у, ~) -- доля Х людей, у которых инкубационный период развития болезни (они еще не заражают), ггь(х,у,г) — доля Х выздоравливающих людей благодаря собственным загцитным силам организма, п(т, у,~) — доля Х людей, ускоренно выздоравливающих благодаря принятым мерам борьбы с эпидемией, включая изоляцию больных, р — доля Х, уменьшающая число новых больных и концентрацию вирусов нз-за гибели инфекции в результате воздействия климатических условий (мороз, жара и т.п.) и конечной жизни вирусов; тч — усредненная скорость адвективного перемещения больных людей в определенном направлении или скорость перемещения инфекции в поле ветра на открытом воздухе в толпе людей; Хо (хо,уо,2т,~о) — начальное значение плотности больных в точке (хо,уо,2т) с начальной концентрацией со.
Хо~оь(хо до)' г=О х=хо,у=до Хо(х,д,йт,~) = 0; 1 ф 0 ог х ф хо ог у тл уо, Если Х(х, д,Р) > Х(х, д). то полагается значение Х(х, дД вЂ”.— Ж(хну). Результат счета может быть представлен как изолинии, соответствующие 20ьУь заболевших от общего числа людей, или как число заболевших в эпидемической зоне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
