Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ методов и средств создания моделей динамических пространственно-распределенных систем 9
1.1. Природно-промышленные системы 10
1.2. Применение технологий проектирования программного обеспечения в задачах интеграции имитационных моделей 11
1.3. Средства моделирования общего назначения 27
1.4. Средства моделирования специального назначения и примеры их применения 31
1.5. Актуальность интеграции моделей системно-динамических моделей и пространственно-распределенных данных 42
1.6 Выводы 44
2. Концептуальная модель интеграции геоинформационных и системно-динамических моделей 45
2.1. Формализованное описание компонентов интегрированной среды 46
2.2. Интегрированная геоинформационная система динамического моделирования S3
2.3. Отношения элементов в интегрированной системе 67
2.4 Выводы 74
3. Использование модели ГИСДМ 75
3.1. Варианты построения интегрированной модели ГИСДМ 76
3.2. Выбор варианта реализации модели ГИСДМ 81
3.3. Системно-динамические микромодели 85
3.4. Интеграция моделей на программном уровне 92
3.5 Выводы 98
4. Применение модели интеграции 99
4.1. Программная система поддержки интефации моделей системной динамики и моделей пространства 99
4.2. Приложения программной системы 104
4.3. Выводы 110
Заключение 111
Список литературы 113
Список сокращений и обозначений 118
- Применение технологий проектирования программного обеспечения в задачах интеграции имитационных моделей
- Интегрированная геоинформационная система динамического моделирования
- Выбор варианта реализации модели ГИСДМ
- Приложения программной системы
Введение к работе
Актуальность работы
связана с возрастанием требований к прогнозированию и анализу результатов реализации принимаемых решений в области управления природно-промышленными системами (ППС). Функционирование и развитие ППС приводит к изменению как глобальной так и локальной экологической обстановки и определяет уровень безопасности эксплуатации подобных систем.
Под природно-промышленной системой понимается функциональная единица техносферы1, представляющая собой комплекс хозяйственных и промышленных объектов (промышленная среда), находящийся во взаимосвязи с окружающей природной средой. В этой системе имеет место обмен веществом, энергией и информацией, взаимное влияние и воздействие элементов. Компонентом, определяющим структуру ППС, как правило, является промышленный объект.
Основным методом изучения и прогнозирования поведения ППС служит моделирование. Рассматриваемые системы можно характеризовать как сложные пространственно-распределенные динамические системы с множественными внутренними и внешними связями - информационными и материальными потоками между объектами. Связанные природные и промышленные объекты могут представлять собой многоуровневую систему подобъ-ектов, имеющих свои собственные атрибуты, реагирующие на входные и генерирующие выходные сигналы. Специфика ППС состоит в том, что в отличие от промышленных объектов, структура и поведение природных объектов непосредственно не зависят от управленческих воздействий лиц, принимающих решения. В связи с этим, цель моделирования состоит во всестороннем анализе и достоверном прогнозе последствий принятия решений в отношении промышленных объектов с учетом приемлемого состояния природных объектов.
Исходя из описанных свойств и специфики ППС, наиболее подходящими для ее моделирования являются методы системной динамики. Системно-динамические модели (СДМ) широко используются в исследовательских и управленческих задачах. Применение таких методов в силу их естественности для человеческого образа мышления не требует от пользователя значительных затрат на дополнительную подготовку. Последнее является одной из причин выбора именно этого средства для построения моделей, ориентированных на использование лицами, принимающими решения (ЛПР), т.е. конечными пользователями.
Однако природно-промышленная система как часть административно-хозяйственного или природно-ресурсного образования имеет конкретную территориальную привязку, стандартные средства для учета которой не предусмотрены в СДМ. Наиболее полно набор средств для решения задач, связанных с обработкой рельефа местности, представления результатов расчетов, зависящих от координат, реализован в рамках геоинформационных систем (ГИС).
Таким образом, актуальной задачей, решаемой в данной работе, является разработка средств и методов интеграции системно-динамических и пространственно-распределенных моделей, что обеспечит создание имитационньж моделей, позволяющих наиболее полно учитьшать специфику природно-промьппленньж систем.
Техносфера - видоизмененная человеком природная сре
"ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I ВИЬЛНОГекА
Цель
Целью диссертационной работы является разработка технологии интеграции системно-динамических моделей и геоинформационных моделей природно-промышленньж систем.
Основные задачи исследования
Разработка формализованного описания компонентного состава ГИС моделей и СДМ;
Построение концептуальной модели интеграции системно-динамических и геоинформационных моделей природно-промышленньж систем;
Разработка правил поддержания соответствия между элементами интегрируемых моделей;
Разработка инструментальной системы поддержки проектирования моделей природно-промышленньж систем.
Создание моделей конкретных природно-промышленньж систем
Используемые методы. Для решения поставленных в работе задач используются методы системной динамики, элементы системного анализа и теории множеств.
Научной новизной обладают следующие результаты выполненной работы:
На основе известных методов концептуального проектирования предметной области разработаны формализованные описания компонентных составов ГИС моделей и СДМ, которые обеспечивают возможность автоматизации их совместного анализа и дальнейшей интеграции.
Построена концептуальная модель интеграции ГИС моделей и СДМ в единую геоинформационную системно-динамическую модель (ГИСДМ). Модель предназначена для создания системы поддержки принятия решений в области управления природно-промышленными системами.
Разработаны правила поддержания соответствия между элементами динамической (СДМ) и визуализирующей (ГИС) подсистем, которые обеспечивают контроль и коррекцию интерфейсных связей.
Предложены алгоритмы интеграции ГИС моделей и СДМ, предусматривающие различные способы представления исходньж моделей и учитывающие требования к интегрированной модели природно-промышленной системы.
Положения, выносимые на защиту
Формализованное описание компонентного состава ГИС и СДМ, обобщающие состав и организационную структуру геоинформационньж и системно-динамических моделей.
Концептуальная модель интеграции геоинформационньж и системно-динамических моделей в единую ГИСДМ.
Правила поддержания соответствия между элементами имитационной (СДМ) и визуализирующей (ГИС) подсистем.
Алгоритмы интеграции ГИС и СДМ, позволяющие решать задачу автоматизированного синтеза единой геоинформационной динамической системы.
Практическая значимость
На основе результатов диссертации разработаны две системы имитационного моделирования для анализа и оценки динамических пространственно-распределенньж процессов поведения лесных экосистем и процессов, развивающихся на гидротехнических сооружениях промышленного предприятия. Основу работы составляют результаты исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН, тема № 2119, государственная регистрация №01.2.003 03819.
Реализация и внедрение результатов
Исследования проводились в ИИММ КНЦ РАН в рамках следующих госбюджетных тем и хоздоговорных работ:
тема 2119: информационные технологии ситуационного управления технологическими процессами и безопасностью в промьппленно-природньж комплексах, № гос. per. 01.2.003 03819.2003-2005;
расчет вероятного вреда при авариях на гидротехнических сооружениях ОАО "Апатит" Отчет о выполнении работ по договору № 2003/2401 от 01.01.2003 (заключительный). - Апатиты - Кировск: изд. ИИММ КНЦ РАН, 2003. -116 с.
Материалы диссертации нашли практическую реализацию при выполнении работ по гранту РФФИ №03-01-96142, тема «Исследование и разработка методов и средств интеграции математических моделей различньж классов в комплексную имитационную модель динамики сложной природно-промышленной системы (на примере ОАО «Апатит»)»
Публикации и апробация работы
Основные положения работы докладывались на следующих конференциях:
III Международная научно-практическая конференция «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск), 2002г;
V-я Всероссийская школа-семинар «Прикладные проблемы управления макросистемами». Апатиты, 2004г.
Всероссийская научная конференция «Теория и практика системной динамики». Апатиты, 2004г.
Доклады слушались на научных семинарах ИИММ КНЦ РАН. По теме работы опубликовано восемь печатных работ.
Результаты исследований используются в учебном процессе в Кольском филиале Петрозаводского государственного университета в курсе «Теория информационных систем».
Структура и объем работы
Применение технологий проектирования программного обеспечения в задачах интеграции имитационных моделей
В настоящее время отмечается рост уровня требований к экологическому и экономическому обоснованию производственных и управленческих решений, влияющих на различные аспекты функционирования природно-технических комплексов (ПТК) или природно-промышленных систем (ГОТС). По причине невозможности проведения экспериментальных воздействий на реальных объектах основным методом прогнозирования и поведения подобных систем служит моделирование.
Под природно-промышленной системой понимается функциональная единица техносферы (видоизмененной человеком природной среды), представляющая собой комплекс хозяйственных и промышленных объектов (промышленная среда), находящийся во взаимосвязи с окружающей природной средой. В этой системе имеет место обмен веществом, энергией и информацией, взаимное влияние и воздействие элементов. Компонентом, определяющим структуру экосистемы, как правило, является промышленный объект. Принципиальным различием между природными и промышленными объектами является то, что структура и поведение первых непосредственно не зависят от воли человека, в том числе и лица, принимающего решения (ЛПР). Таким образом управлять в подобных системах можно только техническими объектами с учетом воздействия этого управления на природные объекты ППС [47].
Моделирование таких объектов с достаточной для получения практических результатов полнотой заставляет рассматривать их как сложные пространственно-распределенные динамические системы с переменной структурой, множественными внешними и внутренними связями. При построении моделей таких систем необходимо учитывать разнообразные информационные и финансовые, материальные, энергетические потоки. Одной из целей такого моделирования может быть поиск (для заданного набора начальных условий) предпочтительной структуры реализации технических объектов, обеспечивающей требуемые характеристики их функционирования при приемлемом состоянии природных объектов [47]. Другой цепью может служить прогнозная оценка использования ППС, ретроспективный анализ и поиск причин возникновения аварийных ситуаций.
Современное развитие компьютерной техники позволило создавать мощные имитационные системы, которые используются, в том числе и для построения моделей ППС. Различные подходы, цели и задачи моделирования предопределяют использование разработчиками разнообразного теоретического и программного инструментария. Примерами таких средств являются геоинформационная технология (ГИС) и методология системной динамики (СДМ).
Использование и популярность геоинформационных систем (ГИС) радикально возросло за последние десятилетие и в корне изменило перспективы моделирования окружающего мира [60]. Однако статичность классической ГИС не позволяет в модели полностью реализовать весь потенциал ППС. Для прогноза динамических изменений во времени, моделям требуется возможность работать с пространственными связями находящимися внутри системы, и они должны адекватно моделировать и сочетать сценарии поведение природных и технических объектов. Приведенный в данной работе обзор различных моделей природно-технических систем и средств их реализации позволяет оценить тенденции развития имитационных систем, выявить их особенности и обобщить опыт их создания.
В данном разделе обосновывается возможность использования методов анализа и проектирования программных систем, таких как SADT, DFD, ERD, концептуальных моделей (KM), UML для решения задачи интеграции имитационных моделей. Проводится обзор этих методов, а также современных средств построения связующего программного обеспечения COM/DCOM, CORBA, которые используются уже на этапе реализации интеграционных связей. Целью обзора является анализ возможностей перечисленных средств при использовании в узко специфической области построения интегрированных имитационных систем на основе методов системной динамики и геоинформационных систем.
Специальных технологий, предназначенных для интеграции моделей, в источниках обнаружено не было. Более того, если рассматривать понятие модель в аналитическом виде, то процесс интеграции представляет собой сложный и практически не автоматизируемый процесс [31, 34, 54]. В данной работе рассматривается специфический класс моделей - имитационные модели, главным отличием которых является компьютерная реализация и использование.
Ключевой посылкой является то, что имитационные модели можно рассматривать как программные системы. Тогда задача интеграции имитационных моделей сводится к задаче интеграции программных систем (приложений). Еще более точно задачу можно сформулировать следующим образом — построить единую имитационную систему из двух самостоятельных подсистем.
В настоящее время для создания программного обеспечения информационных систем широко используется принцип интеграции различных программных систем. Такой подход позволяет быстро создавать качественно новые программные системы без дополнительных затрат, возникающих при разработке, проектировании и создании новых систем «с нуля». Таким образом, современные тенденции в области разработки программных средств различного уровня идут по пути интеграции и объединения возможностей небольших, максимально независимых, выполняющих конкретные задачи компонентов [23].
В вопросе интеграции компонентов программных систем предлагается выделить два уровня, на которых проводится решение: концептуальный и технический уровень. Тем самым производится отделение проблемы разработки высокоуровневой логики (бизнес-логики) взаимодействия интегрируемых компонентов от низкоуровневых технических задач обеспечения этого взаимодействия. Например, подобным образом отделяется содержимое электронного документа (content) от его оформления в рамках технологии XML, что определяет ее гибкость и универсальность, так как можно легко одно и тоже содержание представить в различных формах или придать единый вид различным наборам данных [25].
Очевидно, что вопросы, решаемые на первом уровне не должны зависеть от реализации на нижнем уровне. Во-первых, в этом случае разработка бизнес-логики концептуального уровня может осуществляться не специалистом в области межпрограммного взаимодействия, а экспертом в предметной области решаемой задачи (конечным пользователем). Во-вторых, при необходимости низкоуровневая исполнительная среда может быть оперативно заменена, например на более производительную или более открытую, -подходящую для каждого отельного случая.
Задачи, возникающие в процессе интеграции программных систем и их компонентов, во многом совпадают с некоторыми этапами непосредственного создания программных систем. В данном случае система лишь будет строиться из элементов, которые уже являются законченными самостоятельными программными системами. [7].
Интегрированная геоинформационная система динамического моделирования
Одной из областей приложения среды пространственной имитации стала модель поверхности заболоченной местности ELM (Everglades Landscape Model). Карта исследуемой местности разбита на квадратные ячейки площадью в 1 кв.км. Каждая такая ячейка содержит динамическую, нелинейную экосистемную имитационную модель с семью переменными состояния. Модель является общей по структуре и может представлять один из шести ареалов путем назначения специфических параметров. Соседние ячейки потенциально соединены друг с другом и между ними производится обмен водой и другими веществами.
Особенности реализации SME Разработка более или менее реалистичных моделей экосистем слишком сложна для единичной группы исследователей и требует взаимодействия между группами различных специалистов - гидрологов, химиков, экономистов и др. Важной особенностью моделей в рамках среды SME является то, что они могут создаваться различными группами разработчиков, и в последствии без труда взаимодействовать друг с другом. Такой подход также позволяет решить вопрос понятности созданной модели для других исследователей, а не только для ее разработчиков.
Среда SME построена на базе высокоуровневой абстракции, которая предоставляет максимальную универсальность и детальность для динамического моделирования в сфере пространственно-распределенных процессов. Этот подход представляет собой объектно-ориентированную формализацию спецификаций модулей MSF (Module Specification Formalism). В рамках этого формализма модели представляются двумя частями: спецификацией и исполнительной частью. Спецификация - это текстовое описание модели (мета-модель, процедурный язык или исходный код), которое используется для создания исполнительной части. Исполнительная часть - это бинарное приложение, которое непосредственно запускает имитацию.
Для описания метамоделей вводится модульный язык моделирования MML (Modular Modeling Language). Описание любого модуля на MML представляет собой набор классов и их экземпляров (объектов). Основные классы имитации представлены такими сущностями как: Модель, Переменная, Действие, Событие. Фрейм. Созданный на основе данных классов шаблон модели после трансляции дает исполнительную часть модели [64].
Единственное самое большое ограничение использования среды пространственного моделирования SME - это доступ к значительным вычислительным ресурсам, требуемым технологией моделирования. 1.4.4. Интегрированная система моделирования PCRaster
PCRaster - это интегрированная имитационная система, которая базируется на растровом формате представления данных, и специально предназначена для динамического пространственно-временного моделирования процессов окружающей среды. В системе предусмотрены собственные средства хранения и отображение пространственных данных (ГИС) и используется внутренний язык пространственного моделирования [58].
Собственная база данных PCRaster содержит растровые карты, точечные данные, таблицы временных серий для представления динамики атрибутов. Все элементы базы данных строго типизированы в соответствии с моделируемой предметной областью, что также накладывает отпечаток на множество применимых к ним операций используемого языка моделирования. Жесткая типизация способствует проверке контроля правильности модели еще на этапе создания.
Язык моделирования в PCRaster является расширением идеи алгебры карт (Map Algebra) и картографического языка моделирования (Cartographic Modelling Language) предложенных Бери и Томлин (Berry, Tomlin) и использует итерационные принципы моделирования. Аппарат ячеечных выражений алгебры карт адоптирован для работы специалистов, занимающихся разработкой динамических моделей [58].
Набор доступных операторов в PCRaster очень большой по сравнению с набором операций обычно рассматриваемых как Алгебра Карт. Доступен богатый набор геоморфологических и гидрологических операторов. Они включают функции для анализа горных спусков и углублений и определение топологии для моделирования транспортировки материала по поверхности карты посредством карты локальных канальных направлений LDDM (Local Drain Direction Map,).
Динамические модели строятся посредством написания скриптов, содержащих наборы операторов. Язык не имеет явных структур для итераций, хотя динамические модели итеративно повторяются во времени. Вместо этого, в скриптах имеются различные разделы, которые контролируются внешним таймером.
Результатом моделирования является последовательность временных серий моделируемых параметров, которые в с помощью встроенной утилиты позволяют оценить динамику развития исследуемого явления. Недостаток системы PCRaster состоит в сокрытии выразительных средств нотаций системной динамики под набором функций введенного скриптового языка моделирования. 1.4.5. Агентные системы Агентный подход к моделированию сложных систем любой природы получил в настоящее время широкое распространение. Данный подход основан на рассмотрении исследуемой системы как децентрализованной совокупности отдельных, но взаимодействующих объектов (агентов), каждый из которых имеет индивидуальные правила поведения. Современные агентные системы вобрали в себя и объединили все лучшее, что было использовано в имитационном моделировании. Одним из отечественных представителей таких систем является AnyLogic [59].
Поведение агенты AnyLogic может быть описано с помощью нескольких способов: программный код на языке Java, диаграмма состояний UML, системно-динамическая диаграмма. Все способы можно использовать совместно, объединив в рамках одного агента через объявления интерфейсов. Агенты синхронно или асинхронно взаимодействуют во внешней среде, которая может находиться в активном и пассивном состоянии.
Агентные системы в пространственно-временном моделировании
Отдельным направлением использования агентов является сфера пространственного моделирования. Типы пространств, в которых могут существовать агенты, разнообразны по своей природе. Непрерывное пространство используется, если необходимо проверять точное физическое расположение агентов. Упорядочение дискретное пространство используется, когда необходимо различать такие критерии как «близко» и «далеко», но не нужно беспокоится о точном физическом положении (регулярные ячейки). Неупорядоченное дискретное пространство используется только когда необходимо знать, занимает ли агент «тоже место» или «другое место», и при этом не нужно беспокоится об относительных положениях этих мест.
Выбор варианта реализации модели ГИСДМ
Модель размещения КМга представляет собой специфическую концептуальную модель, которая отражает пространственно-распределенные характеристики предметной области и предназначена для представления знаний о точках, областях и местоположениях (локациях) моделируемых объектов и процессов [27].
Модель размещения формируется экспертом на основе исходных данных карты ГИС (шаблона SGIS) путем занесения отмеченных на ней элементов в иерархическую древовидную структуру начиная от проекта пространства - наборов карт, заканчивая векторной точкой и ячейкой растра. Смысл создания этой структуры состоит не только в объявлении множества мест на карте, но и классификации объектов внутри этих мест по степени вложенности, принадлежности, в зависимости от топологических связей и способа представления.
Таким образом, модель размещения является своего рода подмножеством множества элементов исходной карты, элементы которого представляются в виде иерархической структуры для реализации возможности применения формального аппарата связывания. Эта иерархическая структура отражает декомпозицию крупных областей и объектов карты до листовых примитивов - векторных точек, и дуг и растровых элементов. С учетом специфики рассматриваемой предметной области несколько верхних уровней иерархии предопределяются - техногенная сфера (tech) - «техногенная зона», «коммуникации», «сооружения», и природная сфера (env) - «ареал» и «объект живой природы» (Рис.2.7). Такой универсальный способ описания пространственных характеристик предметной области, позволяет устанавливать связи между функциональными объектами и контролировать непротиворечивость этой связи.
Векторные объекты описываются такими примитивами как точки, дуги и полигоны. Однако окончательный вид элемента будет зависеть от масштаба карты. Регулярные структуры, такие как ячейки растра, описываются с помощью специальных блочных операций, что делает модель размещения более компактной и в тоже время такой же содержательной как и исходная карта. тех. соору- коммуни зонь жения кации объек- ареалы
Экспертная классификация, а также топологические отношения ГИС позволяют сформировать иерархию, в которой картографические объекты более высокого уровня абстракции (промышленная территория, заповедная зона, коммуникации и т.п.) представляются географическими примитивами на самом нижнем уровне (точка, дуга, полигон, растровое поле): О = [о,}, о, є L (Vo, є О ХІ" = V и {o„e,„r{o,)\)
Алгоритм построения модели размещения КМрз
В отличие от формализованного представления ГИС, в КМрз представляется не вся исходная карта, а только некоторые ее элементы, которые помечаются экспертом для участия в имитационном эксперименте. В модель размещения включаются: о -общие характеристики карты (система координат, масштаб,...); о -выделенные пользователем-экспертом фрагменты, которые выступают в качестве альтернатив размещения элементов модели динамики; о -объекты и элементы, которые непосредственно связаны с выделенными (ближайшее окружение). Шагі. КМрз = 0, и задана модель SCIS. Шаг2. Заполняется структура S общими характеристиками SC,IS ШагЗ. Для всех помеченных элементов в Sols построить шаблоны, в которые включить связанные с ними элементы («ближайшее окружение») Шаг4. Все элементы шаблонов занести в КМрз Шаг4.1 Тип элементов и тип декомпозиции выбирает эксперт. В ГИС элементы упорядочены в соответствии со слоями и представляются примитивами - точка, дуга, полигон, растр. Для связи с СДМ и проведения имитации требуется как такое («низкоуровневое») представление области развертывания событий, так и более приближенное к предметной области
Иерархия выделенных областей строится в соответствии с выбранным экспертом набором объектов и топологически связанными с ними другими объектами. После этого подготовительного шага эксперт уточняет и дополняет полученную структуру описательной информацией - дает объектам имена, типы {env, tech, ...}, выделяет способы альтернативного использования одного и того же физического объекта и т.д.
В КМрз отражаются примитивные и сложные объекты, которые используются в моделях системной динамики или поведение которых описывается моделями системной динамики. При формировании КМрз для определения ближайшего окружения используются топологические связи и простые логические соотношения: «полигон покрывает точку», «полигоны, дуги имеют точки пересечения»
Таким образом, изменяя наполнение КМрз, можно проводить имитационные эксперименты на различных пространственных объектах с использованием одних и тех же системно-динамических моделей управления, поведения, расчета. Характеристики алгоритма построения КМрз:
Приложения программной системы
Так как слой содержит модели, которые сами не могут иметь пространственного протяжения, то размер такой ячейки определяется только размером соответствующей ячейки ГИС. Модель в каждой ячейке позволяет имитировать только тот участок пространства, в котором он расположен. Микромодели могут иметь связи с моделями соседних ячеек в рамках данного слоя (горизонтальные связи) и с моделями ячеек других слоев, находящихся непосредственно выше и ниже данного слоя (вертикальные связи).
Связи между ячейками могут иметь множественный характер, т.е. элементы модели могут быть связаны с несколькими элементами других доступных ячеек.
Минимальный размер пространства, динамику которого обеспечивает микромодель - ячейка растра, максимальный размер - вся карта. Размер ячеек фиксирован и на протяжении имитации не изменяется. Разбиение на ячейки производится наложением регулярной сетки на слой. В случае растрового слоя, сетка может совпадать с сеткой растра В общем случае сетка может разбивать слой независимо от объектов на ней находящихся. В соответствии с этим в растровых слоях динамика моделируемых процессов отображается изменением цвета всех или части ячеек сетки. В векторных слоях динамика моделируемых процессов отображается изменением цвета, буферной зоны, координат (в рамках ячейки) и вида всех или части элементов ячеек сетки.
Характеристика ячеек - подвижность Ячейки слоев ГИС и СДМ могут отражать как статические, так и динамические в пространстве карты объекты, т.е. неподвижные и подвижные. В процессе имитации подвижные объекты могут перемещаться от одной ячейки к другой, неподвижные - фиксированы на одном месте. Каждый объект (микромодель) может занимать одну ячейку слоя, если она не занята другим объектом. Поэтому все слои карты, можно разделить на две группы — слои среды и слои объектов. Слой среды характеризуется тем, что все его ячейки занять микромоделями и поэтому какое-либо движение в принципе не возможно. Такой слой отражает состояние пространства в каждой его точке (ячейке). Слой объектов характеризуется наличием пустых ячеек, что делает его пространство разряженным и позволяет микромоделям «переходить» из одной ячейки в соседнюю не занятую ячейку. Переход осуществляется на основании состояния ячейки - ее готовности к переходу.
Структура модели среды в силу движения объектов постоянно изменяется, тем самым представляя собой модель системной динамики с изменяющейся структурой, что является отличительной чертой данной работы. Изменяемая структура модели усложняет и без того насыщенную нелинеиностями и задержками динамику системы, и накладывает специфические требования на формирование микромоделей, из которых состоят модели. К специфическим требованиям относится: контроль динамически соединений, обеспечивающий корректную работу моделей как с динамическими частями, так и без них. Характеристика элементов ячеек - система типов (оператор наследования) Для унификации процесса связывания необходимо ввести систему типов, которая позволит автоматически соединять элементы доступных ячеек. В этом случае характеристики связи устанавливаются либо вручную, либо в соответствии с правилами связи, основывающимися на характеристиках связываемых ячеек.
Каждый слой карты ГИСДМ отражает либо состояние (логику изменения состояния) среды относительно определенной характеристики либо наличие в ячейках пространства объектов, имеющих каждый свое поведение. Ячейки слоев среды могут быть связаны между собой, и эта связь на протяжении всей имитации не изменяет своей структуры. Ячейки слоев объектов имеют свойство перемещения и поэтому их связи друг с другом и с ячейками слоев среды изменяются на протяжении процесса имитации. Система типов характеризует микромодели ячеек и обеспечивает корректность как динамических, так и статических связей. Данная система строится на основе базовых концепций объектно-ориентированной методологии, таких как наследование и полиморфизм.
Тип микромодели задается идентификатором и определяет информацию об интерфейсе объекта - входных потоках и информационных связях, а также доступные уровни и переменные. Типы могут строиться на основании других типов (наследование). Формируемая таким образом иерархия типов, позволяет модели использовать интерфейс необходимого в данный момент типа - родного, базового или промежуточного.
Каждый слой должен состоять из микромоделей совместимых типов. Такой подход позволяет контролировать корректность связей между микромоделями и устанавливать эти связи в автоматическом режиме, как перед началом имитации, так и в течении процесса имитации.
Модели ГИСДМ состоят из слоев дух принципиально различных типов - ГИС и СДМ, первые используются для визуализации динамики, определяемой элементами слоев второго типа. Однако характеристики решетки. Это условие позволяет корректно реализовать автоматические вертикальные связи между соответствующими ячейками. На связи, устанавливаемые вручную, ограничения не накладываются. Отношения микромоделей Микромодель описывает динамику поведения пространственно-зависимого участка местности или объекта, находящегося на этом участке. Для построения микромодели используются принципы системной динамики, но в рамках интеграции с геоинформационными системами и построения ГИСДМ микромодели характеризуются рядом дополнительных свойств. Микромодели равны {эквивалентны), если равны их множества объектов и связей. Два объекта равны между собой, если совпадают их идентификаторы, типы и единицы \/т ,т" е М", т = т о C 0= " OA" R=" R) измерения: v о = о" = («/( ) = id(o"),t(o ) = t{o"), е(о ) = е(о")) Результат объединения двух микромоделей есть микромодель, состоящая из объектов и связей двух исходных моделей: Vm ,m" еМ", m Kjm" = m, m= 0,R , 0 = (У и(Т,Я = R uR". В результирующей модели несколько равных объектов заменяются одним: Эо ,о" е. О, о = о"= 0 = 0\о . Операция объединения позволяет создавать новые микромодели из других моделей.вертикальными связями могут быть соединены только слои, имеющие одинаковые
