2015-05-15
2139
Моделирование —метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем (обобщенно – объектов исследований), основанный на построении и изучении моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик объектов исследований или управления ими.
Модель — материальный объект или образ (мысленный или условный: гипотеза, идея, абстракция, изображение, о писание, схема, формула, чертеж, план, карта, блок-схема алгоритма, ноты и т.п.), которые упрощенно отображают самые существенные свойства объекта исследования.
Существует два главных вида моделей: модели-аналоги (описание), широко применяемые в естественных науках, и модели-интерпретации, основные в математике. В случае, когда объектом моделирования является экосистема, эти два вида моделей должны использоваться комплексно. Идеальная модель будущего носит всегда абстрактный характер, хотя она почти всегда модель описание, в то время как вещественная модель, построенная на основе идеаль-
ной, обычно очень конкретна, как правило, она – модель-интерпретация. При разработке способов преобразования природных систем применимы физическое, математическое и компьютерное моделирование.
Физическое моделирование – метод экспериментального изучения различных физических явлений, основанный на их физическом подобии. Метод применяется в случае, если воспроизведение исследуемого физического явления в целях эксперимента в реальных масштабах невозможно, нежелательно или слишком дорогостояще. Метод состоит в создании лабораторной физической модели явления в уменьшенных масштабах и проведении экспериментов на этой модели. Метод применяется при исследовании течений газов и обтекания летательных аппаратов, автомобилей и т. п. в аэродинамических трубах; гидродинамических исследованиях на уменьшенных моделях кораблей и т. п.; исследовании сейсмоустойчивости зданий и сооружений; изучении устойчивости сложных конструкций под воздействием сложных силовых нагрузок; изучении стихийных явлений и их последствий и т. д.
Математическое моделирование – один из основных инструментов системного анализа, позволяющий в ряде случаев избежать трудоемких и дорогостоящих экспериментов [18]. Плодотворность методологии математического моделирования при решении разнообразных задач за прошедшие годы была неоднократно подтверждена многочисленными примерами из области градостроительства, экономики, экологии, геологии и социальных наук.Без применения этой методологии в развитых странах не реализуется ни одинкрупномасштабный проект В современной теории управления создаются и применяются математические модели двух основных типов. Первый тип моделей – аналитические модели (или модели данных). Это модели, которые не требуют, не используют и не отражают каких-либо гипотез о физических процессах (системах), в которых эти данные получены. Второй тип моделей – системные модели (или модели систем). Эти математические модели, которые строятся на базе физи ческих законов и гипотез о том, как система структурирована, и, возможно, о том, как она функционирует [4, 7]. К моделям данных (аналитическим моделям) относятся все модели математической статистики [20]. Системные модели допускают возможность работы в технологиях виртуального моделирования – в разнообразных системах реального времени (операторские, инженерные, разнообразные системы диагностики и тестирования) [9].Зачастую результаты математического моделирования содержательныххарактеристик явлений наносят на карту, что придает им пространственную определенность. Это дает им преимущества перед другими формами представления моделирования (таблицами, списками и т. д.) [1]. По ним легко определить недостатки использованных математических моделей, найти ошибки моделирования и т. д. Карты особенно удобны для содержательно географического и экологического анализа результатов моделирования [16].
Компьютерное моделирование – это метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной мо-
дели. Под компьютерной моделью понимают:– условный образ объекта или системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков и т. д., отображающих структуру и взаимосвязи между элементами объекта –структурно-функциональная модель;
– совокупность программ, позволяющая с помощью последовательно-
сти вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить
(имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия
на него различных факторов
– имитационные модели.
Методологической основой компьютерного моделирования является системный анализ. Доминирующей тенденцией сегодня является не противостояние, а взаимопроникновение всех видов моделирования, симбиоз различных информационных технологий в области моделирования. В последнее время особое значение приобретает экологическое моделирование – имитация экологических явлений и процессов с помощью логических (математических) или натурных моделей. Эти методы сейчас используются при изучении экологических последствий потепления климата [11]. Экологическое моделирование доказало свою эффективность также в следующих областях экологии городской среды: контроль за загрязнением атмосферы и водных ресурсов; управление элементами городской инфраструктуры (канализация, водо- и газопроводная сеть); планирование застройки и размещение общественных объектов; управление транспортной сетью.
