Кабардино-Балкарский государственный университет
Опубликован: 02.03.2006 | Доступ: свободный | Студентов: 6319 / 1817 | Оценка: 4.28 / 3.98 | Длительность: 15:25:00
ISBN: 978-5-9556-0108-3
Дополнительный материал 1:

Е2Е-проекты по системному анализу и моделированию

< Лекция 15 || Дополнительный материал 1: 12345678
Аннотация: Данные проекты могут быть использованы как для обычной проектной работы (обучения), так в качестве тем для курсовых, дипломных проектов и научных исследований. Введем, по аналогии с B2B, P2P, С2С, мнемонический код E2E для обозначения "Экология для экономики" или "Экономика для экологии". Это обозначение может ассоциироваться также с системами типа "Электроника для экологии", или "Электроника для экономики", или "Электроника для эколого-экономического моделирования". Этот класс проблем наиболее важен для современного общества. Нижеследующие проекты предназначены для выработки навыков системного подхода и исследования, моделирования Е2Е-систем.
Ключевые слова: системный анализ, критерий эффективности, алгоритмизация, тестировщик, полнота, адекватность, ПО, точность, сток, коэффициенты, метода наименьших квадратов, репрезентативность, параметр, класс, объект, регрессионными зависимостями, анализ, дисперсия, базисные функции, регрессионный анализ, адекватность модели, опыт, вес, предел, группа, вектор, минимум, максимум, матрица, вероятность, сравнительные оценки, траектория, вычислительный эксперимент, компьютерная модель, парная корреляция, значение, связь, функциональные зависимости, файл, конечные, пользователь, массивы объектов, информация, NCSS, Origin, полная корректность, базы данных, рыночная стоимость, вариация, моделирование, смежность, площадь, средняя величина, компьютерное моделирование, оценка стоимости, оценка адекватности, жизненный цикл, нечеткое множество, нечеткая логика, алгоритм, функция, нечеткое отношения, отношение, класс эквивалентности, туннель, сценарий, ядро, активный, словарный запас

А. Цель проекта и этапы выполнения проекта:

  1. изучение литературы общего (по системному анализу) и предметного характера (по рассматриваемой проблеме), выявление и описание элементов, целей, их приоритетов;
  2. определение и описание ресурсов исследования (математических, предметных, программных, технических, технологических);
  3. информационное обследование системы (сбор и изучение данных о системе, разработка необходимых спецификаций);
  4. выбор и описание критериев адекватности, устойчивости, эффективности системы;
  5. выбор метода (методов) и построение морфологической, функциональной и инфологической моделей системы;
  6. выбор и описание критериев адекватности, устойчивости, эффективности, идентификации модели, на основе соответствующих критериев системы;
  7. обсуждение и определение возможных критериев эффективности (полезности) принятия решений;
  8. алгоритмизация и программирование;
  9. отладка, тестирование, имитационные расчеты;
  10. оформление проектного решения (отчета).

Б. Структура группы разработчиков:

  1. постановщик проблемы - предметник (1 человек);
  2. системный аналитик (1);
  3. предметный аналитик (1-3, в зависимости от сложности выбранной системы);
  4. системный программист (1);
  5. прикладной программист (1-2);
  6. специалист по тестированию, тестировщик (1);
  7. специалист по презентациям (1);
  8. приемная комиссия - эксперты, консультанты (1, 3 или 5).

Возможно совмещение функций.

В. Критерии оценки проекта: актуальность темы (системы), полнота, адекватность, информативность, качество и другие системные критерии.

С. Ориентировочный перечень проблем (темы могут быть выбраны и по желанию преподавателя и/или студента):

1. Прогноз поливов и величины урожая - важная социально-экономическая и сельскохозяйственная задача. Наиболее известные способы определения влажности почвы - метеорологический и термостатно-весовой. Первый может не дать желаемой точности, а второй связан с большими материальными и временными затратами. Поэтому важно разработать имитационную процедуру, дающую достаточную точность и учитывающую физиологические характеристики сельхозкультур. Уравнение водного баланса расчетного корнеобитаемого слоя растений можно записать: W'(t)=q(t)P(t)+P1(t)-E(t)-(t), где P(t) - величина осадков; q(t) - коэффициент использования осадков (определяется, например, экспертно или по формуле Харченко С.И., через Wmin - наименьшую влагоемкость почвы и Wz - влажность завядания); P1(t) - подпитывание (приток) из грунтовых вод; E(t) - суммарное испарение из корнеобитаемого слоя; H(t) - уровень (сток) грунтовых вод, W(t) - средняя по слою влажность почвы (с учетом поливов или на межполивной период). Оценить и учесть влияние накопившейся к некоторому моменту времени биомассы растений на экологически обоснованную величину суммарного испарения в каждый момент времени. Величину суммарного испарения из корнеобитаемой зоны растений представить в виде суммы интенсивности транспирации растениями E1(t) и интенсивности испарения с поверхности почвы E0(t): E(t)=E0(t)+E1(t). Прирост биомассы описывается, например, уравнением x'(t)=a(t)E1(t)-b(t)x(t), где x(t) - биомасса культуры; a(t) - эффективность транспирации; b(t) - коэффициент расхода на дыхание. Для определения динамики накопления биомассы может использоваться банк различных моделей, из которых подбирается по тем или иным критериям адекватности наилучшая модель (по результатам идентификации). В рассматриваемой нами процедуре моделирования будем использовать простую для идентификации модель Ферхюльста-Пирла: x'(t)=[\varepsilon (t)-\lambda (t)x(t)]x(t), где \varepsilon - коэффициент роста (автоприроста), \lambda - коэффициент сопротивления среды (нехватки воды). Динамика прироста биомассы хорошо описывается уравнением Давидсона-Филиппа: х'(t)=e0(t)(F(t)-R(t)), где e0 - коэффициент перехода от массы усвоенной СО2 к сухой фитомассе; F - суммарный фотосинтез растений; R - суммарное дыхание растений. Интенсивность дыхания за сутки зависит от величины накопившейся биомассы. Экспериментально получено, что R(t)=b(t)x(t)+e1F(t), где e1 - коэффициент затрат на рост биомассы растений. Коэффициенты е0, е1 - экспериментально определяемые, для ряда культур \varepsilon _{0}=0,68, \varepsilon _{1}=0,27. Принимая во внимание приведенные уравнения и соотношения, имеем следующую модель расчета влажности почвы, с учетом динамики накапливаемой биомассы: W'(t)=q(t)P(t)+P1(t)-E(t)-H(t), E_{1}'(t)=[\varepsilon (t)-\lambda (t)x(t)+b(t)]x(t)/a(t), Из этих соотношений имеем: b(t)=(1-e_{1})F(t)/x(t)-(\varepsilon (t)-\lambda (t)x(t))/e_{0}. Для нахождения влажности почвы нам необходимо идентифицировать \varepsilon и \lambda. При постоянстве этих параметров (для простоты) можно использовать имитационную процедуру на основе метода наименьших квадратов:


где i - номер фазы вегетации растения (i=1,2, ..., n) ; n - число фаз вегетации; xi0 - экспериментальные величины урожайности культуры за репрезентативный период времени; xi - теоретические величины урожайности сельхозкультур, определяемые по приведенной выше формуле. Фотосинтез F возможно учесть, например, с помощью формулы: F(t)=F_{max}e^{-\mu [s(t)-z]}[\lambda (t)x(t)/\varepsilon (t)]^{2/3}, где s(t) - текущая сумма биологически активных температур, z - сумма биологически активных температур для максимального развития листовой поверхности, m - эмпирический коэффициент. Одним из наиболее важных условий увеличения урожайности сельхозкультур является необходимая влажность почвы, которая позволит получить оптимальный режим орошения и, как следствие, - высокий урожай. Определить проектную урожайность для сравнительно длительных промежутков времени (фаз вегетации):


где x(W) - прогнозная урожайность; xmax - максимальная урожайность сельхозкультур; W - влагообеспеченность корнеобитаемого слоя почвы, определяется как описано выше; Wmin, Wmax - соответственно, нижняя и верхняя границы влагообеспеченности почвы, при которой урожай равен нулю; Wopt - влагообеспеченность, соответствующая xmax ; \beta - параметр, характеризующий темпы роста урожая с увеличением влагообеспеченности.

< Лекция 15 || Дополнительный материал 1: 12345678
Эрнесто Жолондиевский
Эрнесто Жолондиевский

Добрый день! Я ранее заканчивал этот курс бесплатно. Мне пришло письмо что я могу по этому курсу получить удостоверение о повышении квалификации. Каким образом это можно сделать не совсем понятны шаги кроме как вновь записаться на этот курс. С уважением Жолондиевский Эрнесто Робертович.

Сергей Шалковский
Сергей Шалковский
Беларусь
Игорь Ходоренко
Игорь Ходоренко
Беларусь, Минск