Мониторинг геологической среды - Королев В.А.
ISBN 5-211-03344-2
Скачать (прямая ссылка):
выходных параметров.
Однако простота модели "черного ящика" обманчива. Существует опасность неполноты составления перечня входов и выходов как вследствие того,что важные из них могут быть сочтены несущественными или наоборот. Кроме того, в момент построения модели некоторые из входов и выходов бывают неизвестны. Недостатком модели "черного ящика" является то, что она не дает возможности изучить внутреннее устройство системы. Для этого нужны более детальные модели состава и структуры.
Модель состава системы. Внутренность "ящика" оказывается неоднородной, что позволяет различать те или иные составные части системы, к которым относятся элементы (неделимые части системы) и подсистемы (состоящие более чем из одного элемента). При необходимости в модель можно ввести "подподсистемы" и т.д. для разных уровней. В результате такого анализа получается модель состава системы, используемая в мониторинге геологической среды и описывающая, из каких подсистем и элементов она состоит (рис. 32,6).
Модель состава ПТС или геологической среды (ее элементов) может рассматриваться в широком и узком смысле. В широком смысле подсистемами геологической среды являются почвы, горные породы, техногенные грунты, подземные воды, рельеф, геологические и инженерно-геологические процессы и явления (см. рис. 2). В каждой из этих подсистем могут быть выделены свои подподсистемы и т.д. до элементов. В узком смысле модель состава геологической среды рассматривается применительно к каким-либо частным моделям: геоморфологической модели, геологической модели (минеральный состав, гранулометрический состав и т.д.), гидрогеологической модели (гидрохимический состав и т.д.) и др.
Построение модели состава системы тоже является непростым. Модель состава ограничивается снизу тем, что считается элементом, а сверху тем, что считается границей системы. Как эта граница, так и границы разбиения на подсистемы определяются целями построения модели и, следовательно, не имеют абсолютного характера. В то же время это не означает, что сама система и ее состав нереальны.Мы имеем дело не с разными системами, а с разными моделями систем.
Модель структуры системы. Помимо модели состава системы (ПТС, элементов геологической среды и т.д.) в ряде случаев при мониторинге надо иметь и модель структуры системы, особенно тогда, когда знания одного лишь состава недостаточно для достижения практических целей. Надо знать, как между отдельными элементами ПТС или объектов геологической среды осуществляется связь, устанавливаются определенные отношения. Совокупность необходимых и достаточных для достижения цели отношений между элементами и называется структурой системы.
Перечень связей между отдельными (или всеми) элементами системы и ее подсистемами (т.е. структура системы) является отвлеченной, абстрактной моделью: в ней установлены только отношения между элементами, но не рассмотрены сами элементы. На практике же установлению связей и отношений между элементами геологической среды всегда предшествует построение модели состава, т.е. выделение перечня элементов. Графически модель структуры выражается в виде набора связей разного типа между элементами (рис. 32,в).
Бесконечность природы проявляется и в том,что между реальными объектами, вовлеченными в систему, имеется невообразимое множество отношений. Однако, когда мы рассматриваем некоторую совокупность объектов геологической среды или ПТС как систему, то из всех отношений важными, т.е. существенными для достижения цели, являются лишь некоторые. Другими словами, в модель структуры (т.е. в список отношений) мы включаем только конечное число связей, которые по нашему мнению, существенны по отношению к рассматриваемой цели. Трудность обычно состоит в том, что мы знаем не все реально существующие отношения и вообще неизвестно, является ли конечным их число.
Комплексная модель системы. Объединяя в одну модель "черный ящик", модель состава и структуры системы, мы получим в итоге комплексную модель ПТС или геологической сре~ ы (ее части) или "структурную схему системы" (или "белый ящик" прозрачный ящик"). В структурной схеме (не путать со структурной моделью) указываются все элементы системы, все связи между элементами внутри системы и связи определенных элементов с окружающей внешней средой (т.е. входы и выходы системы). Графически структурная схема системы содержит в себе все элементы ее составных моделей (рис. 32,г).
Все структурные схемы имеют нечто общее, что побудило математиков рассматривать их как особый объект математических исследований. Для этого пришлось абстрагироваться от содержательной стороны структурных схем, оставив лишь в рассматриваемой модели нечто общее для каждых схем. В результате получилась схема, в которой обозначается только наличие элементов и связей между ними, а также (в случае необходимости) разница между элементами и между связями. Такая схема называется графом, а соответствующий раздел математики — теорией графов. В теории графов предусмотрены и разработаны и различные операции преобразования графов определения их вероятностных характеристик (вероятностные, или стохастические графы) и т.д. Графы могут изображать любые структуры, если не накладывать ограничений на пересекаемость ребер. Особое место в теории систем имеют структуры с ' обратными связями, которые соот-
