В настоящее время в количественной экологии начинают активно использовать модели, основанные на свойствах отдельных особей. В данной работе рассматривается модель популяции сусликов. Модель рассчитана на применение метода прямого статистического моделирования, который успешно используется для решения различных задач. Разработана программная реализация предложенной модели.
Программная система создана как отдельная конфигурация на технологической платформе 1С:Предприятие 8.2. Технологическая платформа «1С:Предприятие» представляет собой программную оболочку над базой данных (используются СУБД Microsoft SQL Server, Oracle, Postgre SQL и IBM DB2). Система имеет свой внутренний язык программирования, обеспечивающий, помимо доступа к данным, возможность взаимодействия с другими программами посредством OLE и DDE, данный язык является предварительно компилируемым языком высокого уровня.
Система разделена на 5 подсистем и 5 подчиненных подсистем. Каждая подсистема отвечает за процессы жизни особей согласно модели: распределение особей по норам, перемещение особей, потребление пищи особями, стычка особей и изменение стадий развития. Также конфигурация имеет подсистемы для формирования начальных данных, были созданы обработки. Обработки - это прикладные объекты конфигурации. Они предназначены для выполнения различных действий над информацией.
Для заполнения информационной базы данными по особям необходимо указать количество мужских и женских особей. Далее необходимо добавить атрибуты, характеризующие особи: стадии развития и уровень жизнестойкости. Для этого необходимо запустить следующие обработки: «Задать стадии развития» и «Задать уровень жизнестойкости» (рисунки 3,4).
В настоящее время в количественной экологии начинают активно использовать модели, основанные на свойствах отдельных особей. В данной работе модель рассчитана на применение метода прямого статистического моделирования, который уже давно и успешно используется для решения различных задач [1,2].
При построении модели учитываются:
- перемещение животных в пределах заданного ареала;
- охрана индивидуального участка вокруг норы;
- стычки с другими особями;
- беременность и рождение потомства;
- процессы кормления и голода в различные сезоны и некоторые другие процессы.
Стадии развития и уровни жизнестойкости особей задаются с указанием даты для дальнейшего отслеживания смены указанных
42 параметров с течением времени. Стадии развития при начальном заполнении задаются случайным образом для особей: для мужских особей - половозрелые или неполовозрелые, для женских особей - половозрелые, неполовозрелые или половозрелые беременные. В системе жизнестойкость особей описывается уровнем от 60 до 100 единиц, что соответствует экспертным оценкам. Таким образом, особи заданы и определены их свойства. Далее необходимо для каждой созданной особи определить координаты в области исследования, для реализации моделирования перемещения их в ареале. Распределение особей по области проводится с помощью использования генератора случайных чисел с заданным ограничением по двум осям (обработка «Задать начальные координаты особей»). Вышеуказанный механизм задает каждой особи координаты и делает запись в регистр сведений «Местонахождения особей» на заданный момент времени. Регистр сведений представляет собой таблицу, и позволяет хранить произвольные данные в разрезе нескольких измерений. Например, данный регистр имеет измерение Особь и вычисляемые ресурсы - координаты X и Y, 0<=X<=N, 0<=Y<=M, где N, M - задаются системой.15
На рисунке показана таблица с данными, добавленными обработкой. Любые действия в системе, приводящие особей в движение (перемещение, возвращение в нору, поиск пищи) отображаются в общей таблицы данного регистра, что позволяет увидеть местонахождение особи в любой момент времени, а также проследить какое действие привело к изменению координат. Для отображения полной таблицы достаточно открыть подсистему «Регистры» и выбрать необходимый регистр. После идентификации особей в системе необходимо добавить норы. Обработка для создания нор и их идентификации находится в подсистеме «Формирование начальных данных» и называется «Задать норы». Для
43
создания нор достаточно указать момент времени создания норы, количество и область с максимальными точками по осям координат X, Y.
Согласно модели, изначально у каждой особи есть нора. Следовательно, сначала создается нора для каждой особи и координаты приравниваются к координатам особей. Далее создаются остальные пустые норы с координатами, отличными от предыдущих, и записываются в регистры «Особи в норах» и «Местонахождения нор». Также обработка устанавливает уровень кормового ресурса в каждой норе. Особи двигаются в поисках корма и происходят стычки. Согласно модели особи двигаются с фиксированной скоростью в одном направлении в течении заданного промежутка времени. Для реализации данного блока модели служит подсистема «Процессы». Для создания разового передвижения особей достаточно создать документ «Задать перемещение особей» и заполнить момент времени передвижения, скорость (определяет максимальный шаг особей). При совпадении координат на момент времени высчитывается вероятность стычки, беременности или отсутствия взаимодействия, в зависимости от стадии развития особей, пола и уровня их жизнестойкости. Для определения зависимости понижения уровня жизнестойкости при стычке однополых неравносильных особей (определяется уровнем жизнестойкости) коэффициент можно изменять в подсистеме «Константы». Документ «Задать перемещение особей» делает записи в трех регистрах. Ниже указаны фрагменты условий применяемых в коде: при шаге особи больше нуля, запись отображается в таблице «Местонахождение особей»; при стычке особей, уровень жизнестойкости с некоторой вероятностью понижается, и запись добавляется в таблицу «Состояние особей»; при стычке половозрелых разнополых особей, особь с некоторой вероятностью беременеет и соответственно запись появляется в регистре «Стадии развития».
Для создания длительного передвижения создана обработка позволяющая дублировать документы передвижения со сменой направления движения по истечению заданного промежутка времени. После заданного периода особи с некоторой вероятностью будут менять направления движения и шаг. Для создания движений особей достаточно указать длительность передвижений и максимальный промежуток времени движения в одном направлении и нажать кнопку «Заполнить документы передвижения». Для учета корма в норах и его расходования создан документ «Потребление пищи особями». В зависимости от сезона года количество потребляемого кормового ресурса будет меняться. Система осуществляет привязку потребляемого кормового ресурса к времени года. Количество ресурса в норах также учитывается в отдельном регистре «Учет кормового ресурса», что позволяет использовать в прогнозе зависимость жизнестойкости особей от их запасов в норах. После заполнения начальных данных и документов передвижений особей были построены графики для визуального представления.
ЛИТЕРАТУРА
- Bird G. A. Molecular gas dynamics, Clarendon Press, Oxford, 1976. - 326 р.
- Перминов В.Д., Саранча Д.А. Об одном подходе к решению задач популяционной экологии, 2003. - 248 с.