CC BY
19
УДК 004.94:502.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-136-139
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭКОЛОГИИ
А.А. Шишкина
В данной работе рассматривается вопрос о необходимости и возможности использования различных программных средств для решения проблем экологии и смежных вопросов. Оценивается возможность применения программ как самописных, так и проприетарных для решения различных проблем, которые могут стоять как перед учеными, так и перед инженерами-экологами. Так как вопрос экологии весьма важен, то в настоящее время ставится большое число целей и задач, которые следует решить для повышения и улучшения экологической обстановки. Данная проблема может быть частично решена за счет применения современных технических и программных средств, включая производительное и функциональное программное обеспечение. Причем программное обеспечение может быть разработано самостоятельно, так и использовано уже имеющееся, поэтому в данной работе проводится сравнение проприетарного и самописного программного обеспечения, изучаются достоинства и недостатки каждого из рассматриваемых методов с обобщением вывода о том, каким программным средством следует пользоваться в каждом конкретном случае.
Ключевые слова: программное обеспечение, экология, анализ данных, программы, функциональные возможности.
В различных сферах деятельности перед проведением каких-либо работ стало популярно осуществлять предварительное компьютерное моделирование. Такой подход стал все чаще применяться во многих отраслях, в том числе в промышленности, экологии, лесном и сельском хозяйстве, строительстве. Это связано с оптимизацией ресурсов, так как предварительный расчет и моделирование способствуют снижению количества возможных ошибок в будущем. Так применение моделирований при производстве может быть необходимо для предварительной отладки и изучения технологического процесса, в сельском хозяйстве может быть проанализировано время наилучшего посева и влияния погодных условий на урожай, при оценке строительства возможно моделирование влияния различных факторов на сооружение, например, аэродинамических. Поэтому применение программных средств и моделирования обусловлено большой экономической выгодой использования таких методов.
В данной работе проводится оценка возможности использования моделирований для решения вопросов экологии. Одним из распространенных методов исследования экологии можно назвать экспериментальную оценку, однако метод сопровожден сложностями, трудоемкостью, длительностью подготовки и большими затратами. Поэтому в настоящее время стал распространяться метод компьютерного моделирования, что связано с технологическим прогрессом.
Методология и результаты. В качестве программ для проведения расчетов на ЭВМ могут быть как коммерческое проприетарное программное обеспечение, которое можно купить и в дальнейшем использовать по лицензии, так и написанное самостоятельно программное обеспечение. К достоинству первых можно отнести их универсальность, широкие возможности, быстроту и простоту работы, однако возможным недостатком является высокая стоимость. К таким программам в области моделирования и расчета экологии можно отнести, например, Ansys [1-4] и Эколог [5-6]. Написанные же самостоятельно программы как правило имеют узкий круг решаемых задач, их эксплуатация обычно затруднена отсутствием пользовательского интерфейса, а также недостатком является высокая трудоемкость создания такой программы. Но есть у такого подхода и достоинства, которые выражены в отсутствии необходимости в покупке и тратах, также существует возможность написания программы, которая направлена на решение той задачи, которая не может быть решена с использованием коммерческого проприетарного ПО.
Был разработан ряд программ, связанных с экологией [7-8], функциональные возможности которых весьма ограничены конкретным расчетом. Их основная задача - это непосредственный расчет объема тех или иных видов отходов. В том числе были разработаны программы, которые рассчитывают объемы отходов от эксплуатации офисной техники, эксплуатации автомобилей. Данные программы имеют существенные ограничения, и при этом не позволяют проводить многофакторные моделирования. Поэтому для проведения экологического моделирования необходимо прибегать к использованию программ на подобии Ansys или Эколог [9-11]. В которых имеется широкий функционал. Для примера на рисунке приведены интерфейсы самописной программы (см. рис., а) и Ansys. И последняя имеет намного больше возможностей для проведения исследований и анализа полученных данных. В данной программе можно проводить исследования различных направленностей, в частности возможно изучение температур, влажности, климатических условий и прочее. Поэтому последний вариант является наиболее универсальным способом получения и оценки как экологических, так и иных данных.
136
Системный анализ, управление и обработка информации
Как видно из рисунка, интерфейс отличается значительно, и соответственно меняются возможности. Если первая программа имеет возможность на основе введенных пользователем данных рассчитать выбросы от автомобилей, то вторая способна к получению, анализу и систематизации гораздо больших и по объему, и по качеству данных. Последняя с помощью графического интерфейса и оболочки позволяет интуитивно строить графики и диаграммы, выдавать численное и графическое построение анализируемых данных. Поэтому для исследования сложных многофакторных процессов крупные программы, основанные на методе конечных элементов подходят в большей степени, нежели иные.
Расчет объемов образования отходов моторного и трансмиссионного масла от автомобилей
1. I'I.!' !' ■ IIIII
■Г ДТН'ЧЦ-ГИНН L-крт] [ПЦ-VU ICrttllM I
О Л; - и H'UL ПЕСТ«1 ruiiui '(* : I, ■ :по чхи
С AMrbPtpVrtMuL rtpdltrlUmi Ч wmlni
pn .j |я jiл чгi; eihiiiiiB|щш ыатернэга и ^; iи.111:.i■ ■ IIIIо наша i H'liiiip iril II['■ V' i тсщлввнг
У-a•••iiM/
lull I|- II" 14
б
Интерфейс программ, а именно самописной (а) проприетарной (б)
Выводы. Установлено, что:
- крупное проприетарное программное обеспечение имеет более широкие функциональные возможности.
- самописные программы в основном применяются для решения узкого круга задач и, как правило, позволяют автоматизацию и упрощение рутинных расчетов.
- оба метода расчетов с использованием программ имеют свои достоинства и недостатки, поэтому применяются в каждом конкретном случае.
- рассматриваемые типы программ могут применяться как отдельно, так и вместе для более правильного и удобного решения существующей задачи.
Список литературы
1. Шишкина А. А. Аналитический метод исследований условий труда и компьютерное моделирование // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 9. С. 287290.
2. Бочарова А.М. Метод исследования работы градирни компьютерным моделированием и анализом данных // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 4. С. 272-275.
3. Шишкина П.А. Компьютерный анализ воздействия открытого окна для обеспечения комфортных условий труда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 9. С. 281-283.
4. Бочарова А.М. Компьютерное моделирование и программное обеспечение для изучения работы градирни // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 4. С. 221-224.
5. Загрязнение атмосферного воздуха выбросами автозаправочных станций / Л.Т. Созаева, М.А. Шериева, И.Х. Шунгаров, С.И. Шагин // Наука. Инновации. Технологии. 2019. № 4. С. 185-192.
6. Сарафанов М.И., Третьяков В.Ю. Математическое моделирование распределений примесей в атмосфере и компьютерные реализации моделей // Метеорологический вестник. 2017. Т. 9. № 4. С. 5875.
7. Свид. 2022660289 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа для расчета объемов образования отходов при эксплуатации офисной техники / К.В. Гришаков, А.А. Шишкина, А.М. Бочарова; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) (RU). №2022660289; заявл. 23.05.2022; опубл. 01.06.2022, Реестр программ для ЭВМ.
8. Свид. 2022660223 Российская Федерация. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Программа для определения объемов образования отходов масла от автомобилей / К.В. Гришаков, А.А. Шишкина, М.В. Ларина; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» (ТулГУ) (RU). №2022660223; заявл. 23.05.2022; опубл. 01.06.2022, Реестр программ для ЭВМ.
9. Куц Е.В., Соцкова Е.В. Исследование загрязнения атмосферы на очистных сооружениях с использованием программных средств серии «эколог» // Матрица научного познания. 2019. № 12. С. 4447.
10. Курлович Т.А., Залыгина И.А. Влияние выбросов стационарных источников предприятий г. Орша на состояние воздушного бассейна // Экологический вестник. 2012. № 3. С. 103-109.
11. Шишкина П. А. Компьютерный анализ климатического оборудования для обеспечения комфортных условий труда // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 5. С. 264-266.
Шишкина Анастасия Андреевна, лаборант, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF APPLYING COMPUTER SIMULATION IN THE STUDY OF
ECOLOGY
A.A. Shishkina
This paper discusses the need and possibility of using various software tools to solve environmental problems and related issues. The possibility of using both self-written and proprietary programs to solve various problems that may be faced by both scientists and environmental engineers is evaluated. Since the issue of ecology is very important, a large number of goals and tasks are currently being set that should be solved in order to increase and improve the environmental situation. This problem can be partially solved through the use of modern hardware and software, including productive and functional software. Moreover, the software can be developed independently, or existing ones can be used, therefore, in this paper, a comparison is made between proprietary and self-written software, the advantages and disadvantages of each of the considered methods are studied with a generalization of the conclusion about which software tool should be used in each specific case.
Key words: software, ecology, data analysis, programs, functionality.
Shishkina Anastasia Andreevna, assistant, shishkina5ap@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
