автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Компьютерная система для решения некоторых исследовательских и образовательных задач экологии

г - .

V ОН

^ ** ОН! ¡ / ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ВЫСШЕНУ ОБРАЗОВАНИЮ РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ неханико-математический Факультет

Региональный специализированный совет К 063.52. 12

На правах рукописи

ЗАПОРОЖЕЦ ВИКТОРИЯ ВАДИМОВНА

компьютерная система для решения некоторых исследовательских и образовательных задач экологии.

05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (информатика, вычислительная техника и автоматизация)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-дону 1994

Работа выполнена в Ростовской Государственном университете

Научный руководитель - доктор Физико-математических наук,

профессор а. в. горстко

Офниальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор мэгу н. с. анишш

на заседании специализированного совета К 063. ьг. 12 по присуждению ученой степени кандидата наук в Ростовском Государственной университете ао адресу: 3*410*. г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, ¿00/1. кор., Вычислительный центр РГУ С диссертацией можно ознакомиться в научной оиблиотеке РГУ по адресу: ул. пушкинская. 1*8.

Автореферат разослан ^С^/^/Я. 19**г.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук, доцент Владимирским Б. М.

Завита состоится

'(С .

1У9* годе в...... час.

кандидат технических наук

ОНВЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

В современных условиях уровень развития общества определяется не только количеством производимых материальных благ, но и качеством окружавшей среды, уровнем экологического состояния. в настоящее время ни один серьезный проект не ножет обойтись без всесторонней экологической оценки, анализа и учета возможных экологических последствий. Для этого используется различные математические модели экологических объектов.

В этих условиях целесообразно создание компьютерных систем. которые содержат множество моделей, дают возможности для их анализа и сравнения, постановки разнообразных имитационных •экспериментов с моделями и их использования для прогноза будущего состояния экосистемы.

В то же время современный мир предъявляет особые требования к специалистам. Сейчас образованный человек обязательно должен быть экологически грамотным, экологическая грамотность - емкое» трудноопределимое понятие, однако, ясно, что экологически образованный человек должен, по крайней мере. обладать следующими качествами:

- понимать и уважать законов природы,

- уметь понять и проанализировать сложившуюся экологическую ситуацию, предсказать ее развитие,

- уметь дать экологическую оценку воздействий человека на природу,

- обладать практическим опытом исследования экологических объектов.

Таким образом, человек, принимающий решения, должен приобрести навыки, опыт системного подхода к любой экологической проблене, оценки причин, течения и перспектив какого-либо экологического процесса. Для этого представляется целесообразным использовать математический аппарат, компьютерную технику, изучать и использовать математические модели в экологии. Если для этих этих целей используется компьютерная техника, то в этом случае человек не только получает теоретическую информацию о существующих моделях, но и приобретает практические навыки использования этих моделей.

- ч -

Цель и задачи исследования.'

На основе методов системного программирования и имитационного моделирования разработать диалоговую компьютерную систему, которая обладала бы следушини возможностями:

- служила бы средством изучения различных моделей экосистем.

- позволяла бы идентифицировать параметры модели, т. е, применять модель к имеющимся натурным данным. *

- позволяла бы производить имитационные эксперименты.

Эта цель определила необходимость решения следующих основных задач:

- определение обпшх требований к программным системам такого назначения, требований к пользовательскому и программному интерфейсам;

- выбор математические: моделей, которые должны быть включены в программную систему, выбор математических методов их реализации;

- разработка и проектирование программной системы:

организация структуры данных, разработка программных интерфейсов; разработка пользовательского интерфейса;

- Разработка программной системы водной экосистемы;

- Построение диалоговой программной системы для изучения, исследования и сравнения различных моделей экосистем.

Методы исследования.

В данной работе использованы элементы системного программирования, численные методы, методы оптимизации.

Научная новизна.

впервые разработана диалоговая программная система, в кото рой собраны различные математические модели экологических систем и которая предназначена одновременно для

- исследования различных экологических объектов с помошью ма тематических моделей, подбора подходяшей модели, прогнозиро вания состояния экообьекта в будущем;

- изучения математических моделей различных экологических объектов, сравнения их по степени сложности, учета различных экологических процессов, правдоподобности результатов экспе

риментов.

Практическая значимость работы.

'Данная програннная система создана как для исследования экологических объектов, так и для изучения математических моделей различных экологических процессов. Оба направления использования представляют интерес для практического использования.

Апробация работы.

Подсистема "Модель водной экосистемы" была использована для прогноза состояния незокосма с использованием данных университета г.Сьюпериор (штат Висконсин, США).

Программная система "математические модели в экологии" была использована для изучения математических моделей экологических процессов на Факультативных занятиях стартекласни-ков ( август 1993г.. Летний экологический лагерь. Ростовский городской центр молодежи, математическая средняя шкода #5 г.Ростова-на-Дону; в октябре-декабре 1993 года в средней школе #вб советского района г. ростора-на-дону в рамках курса "Математические модели в экологии").

Результаты работы неоднократно обсуждались на научных семинарах кафедры "Прикладной математики и программирования" мехмата РГУ.

публикации.

По теме диссертации опубликовано четыре работы.

Обьем и структура диссертации.

данная диссертационная работа включает введение, пять глав, заключение, список литературы и приложения. Общий обьем диссертационной работы - 143 страниц, в том числе: 90 страница машинописного текста, г таблицы, 7 приложений.

Список использованной литературы состоит из 58 наименований. В приложениях приведены фрагменты характерных частей программной системы "Математические модели в экологии".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе содержится анализ математических моделей экологических систен, рассматриваются особенности математических моделей в экологии, предлагается использование компьютерной техники как инструмента для изучения, сравнения и выбора моделей.

В настоящее время вопросы зашиты окружающей среды, оценки экологического состояния природных объектов приобретают все большее значение, очень многие виды деятельности человека оказывают существенное влияние на течение природных процессов, что часто приводит к непредсказуемым и труднопо-правимын последствиям, поэтому так важно прежде, чем осуществлять тот или иной проект, проанализировать его с точки зрения возможного воздействия его на природу, провести его экологическую экспертизу, при этом существенно повышается ответственность людей, "принимающих решения" - руководителей крупных промышленных объектов, администраций регионов.

современные методы прогнозирования развития экосистем в условиях антропогенной нагрузки основываются на применении различных моделей экосистем, проведении разнообразных имитационных экспериментов с ними.

Натематическое моделирование в области экологии получило широкое развитие. Представляется чрезвычайно полезным использование математических моделей для описания развития различных экосистем и прогнозирования их' состояния в будущем. Математическая экология насчитывает сотни моделей, которые описывают динамику различных экооеьектов. учитывают различные процессы, следят за множеством параметров экосистемы, с разной степенью точности предсказывают ее поведение.

Биологические системы обладают рядом специфических особенностей. что влечет за собой и особенности моделей, их описывающих.

Естественно, модели, описывающие поведение различных экосистем. должны содержать иного параметров, задающих природу развития биосистемы. Существуют сложные модели математической биологии, использующие обширный математический аппарат и описывающие поведение экосистем с большой степенью точности.

Как правило, человек, принимающей решения, стоит перед выборон. какая из моделей лучше опишет поведение изучаемого экообъекта, какой из них отдать предпочтение. Из многообразия моделей необходимо выбрать одну, которая, во-

первых, наиболее точно опишет динамику рассматриваемой экосистемы и, во-вторых, будет использовать данные и характеристики объекта, которыми располагает и которым доверяет человек.

Чтобы облегчить задачу выбора подходящей модели, представляется целесообразным создание систем, позволяющих знакомиться. анализировать, сравнивать, выбирать различные модели экологических объектов и систем. Такая компьютерная система долхна содержать описание различных моделей, информацию о процессах, которые они учитывают, характеристиках объектов, которые в них используются. В систему должны быть включены различные модели, простые и более сложные, описывающие реальные природные объекты.

Начинать следует с более простых зависимостей, которые качественно описывают процессы, происходящие в экосистеме, выявив слабые места простой модели (какие из существенных процессов она не учитывает), можно переходить к следующей, более сложной модели. При этом необходимость введенного усложнения становится более понятной, тем самым, образуется последовательность моделей, все лучше и лучше описывающих действительность.

также система должна давать возможность проведения различных имитационных экспериментов с моделями и подбора подходящих параметров по имеющимся данным об изучаемом объекте. Другими словами, используя подобную систему, исследователь, человек, принимающий решения, определит, какая же из моделей лучше всего описывает поведение экосистемы, опираясь на известных данных о ней. Более того, после того, как выбор модели сделан, эту же систему можно использовать для проведения имитационных экспериментов с ней. прогнозировать состояние экосистемы в будушем. выяснять, каковы условия су-шествования и развития данной экосистемы.

Вторая глава, посвященная анализу проблемы использования компьютерной техники в экологическом образовании, описывает различные подходы к обучению, рассматривает построение моделей как способ изучения объекта.

использование процесса моделирования как средства изучения сложных взаимосвязей между объектами, законов их развития имеет большие перспективы в образовании.

С точки зрения обучения следующие характеристики модели представляются наиболее важными: - модель представляет реальный объект и это представление

- в -

чаюе. в каком-то смысле, более удобно для исследования, чем сан объект;

- модель сохраняет основные характеристики описываеиого объекта;

- модель "настроена" на конкретный объект.

Используя эти характеристики, можно описать процесс моделирования как движение от сложной реальности к модели, в которой реальность существенно упрошена, однако выделены наиболее существенные процессы и связи. Обратный процесс (воз-врашение от модели к реальности) дает новый взгляд, позволявший обучавшемуся проникнуть глубже в природу изучаемого объекта.

моделирование, таким образом, можно рассматривать как один из методов получения знаний. Инея дело с моделью, обучающийся изучает ее от элемента к элементу, выявляя новые ограничения и взаимосвязи, движение от нодели к модели, от простого к более сложному дает возможность понять, как устроен рассматриваемый объект, соответствующие курсы должны сопровождаться компьютерными системами интерактивных моделей, которые дают возможность исследовать и модели, и природный объект, который они описывают.

в рамках моделирования компьютер играет роль лаборатории для исследования мира. Сейчас этот подход с успехом может быть развит в экологическом образовании.

современные компьютерные средства позволяют сделать процесс образования высоко эффективным, доступным и увлекательным. Программные средства, применяемые в образовании, предоставляют широкие возможности как преподавателю, так и обу-чаюшенуся.

Одним из основных преимуществ компьютерных систем в процессе обучения является предоставление большей свободы как обучавшемуся, так и преподавателю. Человек, работающий с компьютером, сам выбирает, что изучать, в каком темпе, следовать ли последовательности, предлагаемой системой, или выбирать отдельные разделы.

Использование программных средств в процессе обучения давно доказало свою необходимость и эффективность, сушеству-ет множество программных систен, касающихся разнообразных отраслей знания, и разработанных специально для целей обучения. они используются в школах, институтах, университетах, для санобразования. Представляется целесообразной разработка компьютерной системы, позволявшей изучать математические мо-

лили в экологии, причем, имея в виду специфику объекта изучения, агя система долина бить одновременно предназначена и для «(-следовательской раНиты, и для знакомства с основами математической экологии.

Изучая различные математические модели, которые применятся пля описания динамики экологических объектов, можно достичь нового уровни знании об окружавшем мире, получить комплексные знания о нем. В угон случае человек получает не только теоретическую инфс( машио о существующих моделях и гисобая их применения, не и практические навыки использовании 1ТИХ моделей.

Компьютеры представляют инструменты, позволяющие не только изучать и наблюдать процессы, происходящие с ооьектом изу-Ч'ммш, н'-' и учагтион.1 ть и его эволюции, привносит элемент ;н: Iинп'м-н! н пропето изучения. Такие возможности особенно необходимы при изучении экологических систен. многообразие и внутреннюю структуру которых нельзя постичь, не экспериментируя, не участвуя каким-то образом в их развитии. Современное развитие компьютерной техники позволяет создавать такие программные системы, которые могут быть использованы непрофессионалами в области программирования. Это дает возможность понимать и использовать нематенатикам сложные и громоздкие математические модели и выкладки. Наглядность и экологическая обоснованность результатов моделирования, информация о том, как та или иная модель возникла, какие гипотезы лежат в ее основе, разъяснение биологического смысла всех параметров модели - все это должно быть присуще программным системам, посвяшенным математическим моделям в экологии

В третьей главе описываются требования к программной системе, к пользовательскому и программному интерфейсам. А именно:

1. К набору моделей:

Подели должны быть описаны достаточно подробно, с ооьяс-нением того, как они возникли, какие гипотезы лежат в основе, каков экологический смысл параметров моделей. Также полезно включить описание сильных и слабых сторон той или иной модели, области ее применения.

Модели должны рассматриваться от простых к более сложным, модели могут принадлежать различный разделам математической экологии.

- Расчеты по моделям, включенным в программную систему.

должны происходить достаточно быстро, модели должны быть надежны и допустима экологическая интерпретация результатов моделирования.

г. к пользовательскому интерфейсу:

- результаты моделирования должны быть представлены в наглядной Форме - в виде таблиц, графиков;

- должна быть доступна подробная вспомогательная информация о том, как пользоваться системой и интерпретировать результаты моделирования;

- должны быть включены средства для проведения разнобраз-ных экспериментов с моделями, изменения начальных условий и параметров ноделей;

- средства для подбора подходящей мбдели также должны быть включены; если пользователь имеет ряд наблюдений над реальным экологическим объектом, например, значения биомассы популяции, то программная система должна предоставлять возможность использовать эти данные для решения задачи идентификации параметров модели.

Таким образон. должен быть реализован дружественный пользовательский интерфейс.

3. К программному интерфейсу

- программный интерфейс должен быть устроен таким образон. чтобы новые модели могли быть легко добавлены к уже имеющемуся набору.

Четвертая глава содержит описание программной системы "Математические модели в экологии".

Программная система "Математические модели в экологии" (ПС) включает в себя следующие разделы математической экологии:

- модели динамики изолированных популяций.

- модели динамики искусственных экосистем.

- модели динамики взаимодействующих популяций.

- модели сбора урожая,

- модель водной экосистемы.

- биогеохимические циклы.

Каждый раздел предназначен для изучения набора моделей, названного класса, в нем представлены:

- описание модели.

- средства для проведения экспериментов с моделями.

ПС организована в виде четырех отдельных выпусков (программных модулей). Первые три раздела объединены в один выпуск. все остальные представляют собой разные выпуски.

- и -

ямпуски программной системы имеют обтие черты, а

именно:

- с'руктура изложения теоретического материала

- структура используемых данных

- схема пользовательского интерфейса

- программная реализация

Вмрсгр с тем каждый пыпу^к имеет свою особенность, специфические режимы работы:

1) Пгрвый выпуск дзет возможность решить задачу идентификации параметров ^оЧели - по введенным значениям наблюдений за изучаемым объектом подобрать класс модели и найти ее параметры, которм? лучше всего соответствуют результатам наблюдений.

2) Раздрл "Подели сбора урожая" предоставляет средства для нахождения оптимального режима управления различными экосистемами. Пользователь может также реализовать собственный режим управления.

3) Модель водной экосистемы описывает совместную динамику ее биотичрских и з«иотк«екик компонент.

ч> Раздел "Бкогеохимические циклы" пает возможность пользователю изучить связи между объектани биогеоценоза.

В ПС рассмотрены слялуюгоие модели: Модели личамичи изолированной лолулянии

- нопелк Мальтуса

- модель Ферхюпьстч пигэла

- модель олли

- модель Риккера

- модель Полуэктова

- модель Лесли

Нодрли динамики искусственных экосистем

- модель кемостата

- модель получения продукта

- модель хемостата с периодическим потоком Модели динамики взаимодействующих попупяиий

- модель "хипшик-жертва"

- модель "хишник жрртва" с внутрувидовой конкуренцией

- модель паразитизма модрль метола Кюоосао.

Программная система предоставляет пользователю следующие рржимы "главного неню": 1. Выхол из программы (с подтверждением) ?.. Ры^ог модели, которая будет рассматриваться.

3. 4. страница вверх/вниз.

5. Краткая информация о модели.

6. Ввод параметров модели

7. Ввод начальник значений

в. Ввод периода моделирования

9. Демонстрация результатов моделирования

- значение биомассы (концентрации выбранного объекта в таблице,

- кривая зависимости биомассы (концентрации) выбранного объекта в зависимости от времени.

10. Ввод результатов натурных наблюдении

11. Решение задачи идентификации

В любом месте программной системы пользователю доступна вспомогательная информация, соответствующая тому режиму, в котором он работает.

Выпуск ПС "Модель водной экосистемь" посвяшен модели сложного экологического объекта - мезокосма. Он служит инструментом исследования различных биоэнергетических процессов в ме эокосме. предоставляет информацию об учитываемых процессах.

их математических моделях, предоставляет средства для прове-

«

дения имитационных экспериментов с моделями.

Предлагаемая модель динамики мезокосма учитывает развитие и взаимосвязи следующих объектов:

- некоторых видов рыб.

- различных видов зоопланктона,

- различных видов Фитопланктона,

- различных видов бентоса,

- культуры микроорганизмов.

- донных отложений,

- различных биогенных элементов.

Вместе с этим рассматривается влияние различных токсикантов на происходящие в мезокосме процессы.

Все изучаемые объекты связаны между собой различными отношениями. Например, биогенные элементы потребляются Фитоплан-ктонои, он, в свою очередь, может быть нишей для некоторых видов зоопланктона. Описываемая модель мезокосма учитывает следующие процессы, происходящие в мезокосме:

- процесс Фотосинтеза.

- процесс ассимиляции хищниками биомассы жертв,

- процесс разложения донных отложений микроорганизмами,

- процессы естественной смертности и рождаемости рыб, зоопланктона, Фитопланктона, бентоса,

- 13 -

- процесс внутривидовой конкуренции.

Для описания динамики любого рассматриваемого объекта используются уравнения вида

-¿У

где

- вреня,

- биомасса(концентрация) изучаемого объекта.

~ функпия. связывающая биомассы (объемы, концентрации) объекта в / -ый и г1-*/ -ый ноненты времени. 1) модель Фотосинтеза

Рассматривается процесс фотосинтеза, в котором участвуют одноклеточные водоросли - Фитоплайктон. Прирост биомассы Фитопланктона зависит от

- температуры воды,

- освещенности мезокосма,

- количества биогенных вешеств в воде,

- количества Фитопланктона.

Соответствующая модель выглядит следующим образом:

- ^ -та// 4

- прирост биомассы за счет фотосинтеза; " биомасса у-ого вида Фитопланктона;

- скорость Фотосинтеза /'-ого вида Фитопланктона; функция снижения скорости процессов в зависимости от температуры воды: температура воды;

^ - оптимальнаая температура воды для процесса

Фотосинтеза данного вида; М - Функция влияния токсичных веществ;

- Функция влияния обеспеченности биогенами; £е ' функция влияния обеспеченности освещенностью;

функция влияния обеспеченности биогенами имеет вид:

^ - —

где ^ - концентрация наиболее ограниченного биогена, - константа полунасышения данного бногена для данного вида Фитопланктона. Функция влияния обеспеченности освещенностью считается по энпирической формуле:

Т .

где

4 - £ -/5т УД - е>. з/ез 3 //л я о/

- биомасса у -ого вида Фитопланктона. Если . то ^ = е. . иначе Д»^.

А" - освещенность.

- коэффициент поглощения солнечной радиации у-ого вида фитопланктона.

Если Ж., то ^-е . иначе ° .

е у

Так прирост биомассы за счет фотосинтеза считается для всех видов Фитопланктона. После этого неоохомимо проверить, хватит ли существующего количества биогенов дли расчетной скорости Фотосинтеза.

Пусть - сумнарное количество ^ -ого ьиогена. необходи-

мое для рассчитанной скорости Фотосинтеза всех ьидов фитопланктона.

Если для какого-то биогена суммарная потребность превышает имеющееся количество, то скорость Фотосинтеза должна быть меньше. Влияние обеспеченности биогенами в этом случае пере-считывается заново по Формуле Х-

4 =

¿+4.Ж-где '

- концентрация биогена, дли которого отношение доступного веществ а к необходимому минимально.'

XI - его константа гголунасышении;

- суммарная потребность в этом элементе.

Далее прирост биомассы определяется вновь по формуле чистого фотосинтеза и т. д., пока но ьсем биогенам потребности не будут превышать доступное количество. В результате - прирост биомассы/-ого фитопланктона в процессе Фотосинтеза. - расход I -ого биогена в процессе Фотосинтеза.

2) Общая модель динамики Фитопланктоне!

Динамика различных видов фитопланктона описывается в моде-

ли следутпмм образом:

6, * - 4' - -ну - ¿Яу

здесь - биомасса У-ого 'вида Фитопланктона в но-

мент вррмрми Л

/¿л/-У - часть биомассы, потребленной хищниками. Потери и 1 дыхание. потрри от естественно« смерти учитываются ел'пушим образом:

' 4 £У ^^ т -45-г/г/

Ч - 4 Г/'

где - биомассау'-ого вида Фитопланктона;

иг(т, Тс^)- функция снижения скорости процессов в зависимости от температуры воин;

- температура волы;

^ - оптимальнаая температура воды для функционирования данного вида;

ТЛ - функция влияния токсичных вешеств;

- потери на дыхание;

- удельный уровень дыхания;

- потери, связанные с естественной смертностью; /У^ - коэффициент смертности.

Динамика всех видов Фитопланктона описывается одним и тен же множеством параметров, значения которых различны для каждого конкретного вида. 3) Модель потребления

Модель потребления описывает изменение биомасс хищников, жертв, изменение концентрации биогенных элементов в результате отношений "хищник-жертва".

В качествр хишников выступают некоторые виды зоопланктона и рыб, которые питаются Фитопланктонон и зоопланктоном. В модели учитывается также процесс "каннибализма". Хищники ассимилируют не все съеденное, а только его часть. Оставшееся количество выделяется в воду. Математически это выглядит так:

¿-^.уЧуАу

А< "

где А'- прирост биомассы -го хищника за счет потребления. Р/ - максимальный уровень потребления,

- 16 -

7ж - функция влияния токсичных вешеств.

Функция снижения скорости процессов в зависимости от температуры воды, т - температура воды.

- оптинальная температура воды для потребления.

- коэффициенты предпочтения,

- коэффициенты ассимиляции. fy - биомассаУ-ой жертвы.

А/ - биомассаг-ого хищника,

- доля потерь потребления за счет движения(для рыб). # - коэффициент выделения,

сумма биомасс жертв, которые входят в рацион ¿-ого хищника.

4) Общая нодель динамики хишника (зоопланктона и рыб). Модель, учитывающая динамику зоопланктона и рыб описывается следующими уравнениями:

At'f+J +4-- - 4 - -¿S;

Здесь £>,#)- биомасса t -ого вида зоопланктона или рыб в момент времени t,

- часть биомассы, потребленной хищниками. Потери на дыхание, движение, потери от естественной смерти и в результате самоподавления учитываются следующим образом: * 4 £t- tir (Г, Го,) TSfJ

fff - 6, тли

* ffffâ.i 6t ГАС) ' ^

где - биомасса ¿-ого вида зоопланктона или рыо;

А& - потери на дыхание;

- удельный потери на дыхание;

ТО7Tir) - функция снижения скорости процессов в зависимости от температуры воды;

- тенпература воды;

- наименее благоприятная температура воды для функционирования данного вида;

7Х - функция влияния токсичных вешеств; Н,' - потери на движение; fftfi - удельный потери на движение;

- потери, связанные с естественной смертностью; /У/WS«' - коэффициент смертности;

- потери, связанные с процессом самоподавления; Л; - коэффициент внутривидовой конкуренции.

глава 5 описывает опыт практического использования программной системы "Математические модели в экологии".

Разработанная программная система "Математические модели в экологии" была использована для изучения курса "Математических модели экологических процессов на Факультативных занятиях старшекласников.

в августе 1993 года был организован летний экологический лагерь по инициативе Ростовского городского центра молодежи и школы #5 г. Ростова-на-Дону.

в рамках его работы была использована программная система "Математические модели в экологии".

в октябре-декабре 1993 года в средней школе #86 Советского района г. ростора-на-ДонУ был организован курс "математические модели в экологии" с использованием компьютерной техники. При проведении практических занятий была использована программная система "математические модели в экологии".

в то же время программа "Нодель водной экосистемы" была применена для прогноза состояния незокосма с использованием данных университета г. сьюпериор (шт. Висконсин. США).

Прогрднна"Нодель водной экосистемы" вошла составной частью в научно-исследовательскую работу по гранту "Создание программной системы для прогноза состояния гидробионтов в условиях антропогенной нагрузки".

ВЫВОДЫ

Таким образом, показано, что

1. Разработана и реализована диалоговая программная система "Математические нодели в экологии", которая состоит из четырех выпусков. Каждый из выпусков содержит описание моделей, рассмотренных выше, включая гипотезы, лежащие в основе, описания параметров, программные реализации изучаемых моделей. Нодели. включенные в программную систему, являются характерными представителями различных классов моделей математической экологии.

2. Разработаны принципы построения пользовательского интерфейса программных систем исследовательского и обучающего характера, реализована библиотека поддержки дружественного пользовательского интерфейса. Разработаны принципы организации программного интерфейса, позволяющего легко добавлять новые модели к уже инеюшемуся набору; это дает возможность расширять программную систему.

3. Созданы инструментальные средства для проведения имитационных экспериментов с ноделями, изненения начальных условий и параметров моделей, разнообразные режимы визуализации результатов моделирования, предложен инструмент для проведения идентификации параметров моделей с использованием данных натурных и лабораторных экспериментов.

4. Построена модель водной экосистемы, описывающая совместную динамику объектов мезокосна: зоопланктона, фитопланктона. рыб, бентоса, микроорганизмов, донных отложений и биогенных элементов, применение этой модели к натурным данным, полученным в университете г. Сьюпериор ( шт. Висконсин, США), показало ее хорошую адекватеность.

5. данную программную" систему целесообразно использовать для изучения и исследования различных экологических объектов; изучения, сравнения и выбора моделей; в качестве инструмента для проведения экологической экспертизы в достаточно простых ситуациях.

6. Практическое использование программной системы "Математические модели в экологии" показало целесообразность ее применения в экологическом образовании. Такая компьютерная поддержка курсов "Экология". "Математическая экология" привносит элемент активности в процесс обучения, повышает уровень мотивации обучающегося, способствует формированию оолее совершенного знания об окружающем мире.

список основных работ по теме диссертации:

1) Горстко А. Б. , Камышанский A.B., Запорожец ь. В. "Об одном способе определения дополнительных сбросов загрязняющих веществ в реку". Тезисы докладов областной 12 школы-семинара "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования". Ростов-на-Дону. 19вв г., с.91-92

2) горстко А. б,, камышанский А. в.. запорожец в.в. "Некото-рфе проблемы использования водных ресурсов региоиа". Тезисы докладов областной 13 школы-семинара "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования", Ростов-на-Дону, 1989 г., с.74-76

3) Горстко А. Б. . Запорожец В. Ь. и др. "Об использовании математических моделей в экологической экспертизе проектов водохозяйственной деятельности". Сб. Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем, т.13, Д. , 1991

4) Горстко А. Б.. Запорожец в. в. "Компьютерная хрестоматия "Математические модеЛи в экологии". Деп. в ВИНИТИ. , 1994