Етапи системного дослідження

Системне дослідження екосистеми складається з кількох етапів, що послідовно змінюють один одного у часі чи здійснюються паралельно: 1. Постановка задачі. 2. Концептуалізація. 3. Специфікація. 4. Спостереження. 5. Ідентифікація. 6. Експерименти. 7. Реалізація моделі. 8. Перевірка моделі. 9. Аналіз моделі. 10. Оптимізація. 11. Заключний синтез.

1. Постановка задачі – головна мета етапу – обмежити й конкретизувати кількість можливих напрямків і аспектів вивчення екосистеми, зосередивши головну увагу на тих властивостях і процесах, які заслуговують найбільшої уваги. Адже будь-яка природна екосистема – украй складний утвір, детальне вивчення якого вимагає колосальних людських і матеріальних ресурсів, а також величезних витрат часу. Тому цей етап значною мірою є доленосним для успішного вирішення проблеми.

2. Концептуалізація – полягає в узагальненні відомостей про систему, що вивчається, і представлені відомостей у логічно цілісній і достатньо повній концептуальній моделі. Перш за все на цьому етапі з’ясовуються зовнішні потоки (вхідні й вихідні) речовини, енергії та інформації, зв’язок з іншими екосистемами, а також з атмосферою, геологічними шарами і гідрологічними процесами. З’ясовується вплив діяльності людини на ці процеси. Потім встановлюється склад, структура і певні закономірності функціювання даної екосистеми.

3. Специфікація. Полягає у визначені складу множин вхідних змінних (зовнішнього середовища) і змінних складу майбутньої математичної моделі.

4. Спостереження. За результатами специфікації плануються і проводяться спостереження за динамікою властивостей системи і середовища, перш за все за параметрами зовнішнього середовища й елементами системи. Результати спостережень використовуються на наступних етапах (ідентифікація, перевірка й дослідження моделі). З іншого боку, вони можуть бути основою для певного перегляду концептуальної моделі.

5. Ідентифікація. Полягає у встановлені (ідентифікації) математичних відношень між змінними, що утворюють структуру системи, які б з певною точністю відображували б дійсні кількісні відношення між властивостями екосистеми і її середовища.

6. Експерименти. Ідентифікація вимагає проведення польових та лабораторних експериментів з метою перевірки різноманітних гіпотез про характер взаємозв’язків між змінними моделі.

7. Реалізація моделі. Після ідентифікації моделі постає проблема побудови її роздільного оператора.

Це дає можливість розраховувати за допомогою моделі динаміку змінних стану на даному відрізку часу, що відповідає даним входам і початковому стану.

8. Перевірка моделі. На даному етапі дослідження встановлюють, якою мірою модель здатна відтворювати риси системи-оригінала, що цікавлять дослідника.

Для цього досить ефективним способом перевірки моделі є моделювання ситуації, що імітує різні експериментальні впливи (зміни концентрацій біогенних елементів, температури, щільності окремих видів тощо). І порівняння результатів імітації з показниками реальних експериментів. У разі значної розбіжності між результатами імітаційного моделювання і реальних експериментів є необхідність повернення на попередні етапи дослідження екосистеми й перегляд як складу, структури так і функції моделі.

Після кількох циклів перевірки і корекції моделі зазвичай удається досягти задовільного рівня моделі, придатної для подальшого використання.

9. Дослідження моделі. Вивчається залежність між змінними моделі. Важливим також є аналіз чутливості моделі, який полягає у з’ясуванні того, які зв’язки між змінними і їхні параметри, а також які із зовнішніх факторів спричинюють найзначніші (або, навпаки найнезначніші) впливи на поведінку моделі. Після з’ясування відповіді на це питання вирішують, які параметри мусять визначатися з великою точністю при спостереженнях, експериментах і на етапі ідентифікації, а які можуть задаватися відносно наближено.

Результати теоретичного дослідження моделі вносять додатковий внесок в оцінку адекватності моделі є можуть бути основою для повернення до попередніх етапів з метою удосконалення моделі.

10. Оптимізація. На цьому етапі методичною основою виступає теорія оптимального управління. У практичній роботі по збереженню (заповідники, заказники тощо) чи раціональному використанню (сільськогосподарські, водні, лісні тощо) екосистем часто виявляється, що серед екзогенних факторів, що впливають на них, є і такі, котрі людина може регулювати з метою оптимізації тих чи інших характеристик екосистем.

Особливістю таких проблем (оптимізаційних, оскільки вони вирішують задачі оптимізації по заданим дослідником параметрам) є їхня багатоплановість, викликана необхідністю одночасного досягнення кількох цілей. Так, як правило, одержання оптимального врожаю передбачає досягнення двох задач – великої кількості і високої якості.

11. Заключний синтез. В результаті виконаної роботи остаточно оцінюються її результати – перш за все побудована модель та намічаються перспективи для подальших досліджень.

Поиск по сайту: