ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЬЕВ В СИСТЕМЕ ГОРОДСКОГО ЭКОМОНИТОРИНГА

DYNAMIC MODELING OF TREE CONDITION IN THE ECOLOGICAL MONITORING SYSTEM

Khaperskov Maxim Vyacheslavovich

Master's student, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается вопрос разработки аналитической системы мониторинга и прогнозирования состояния деревьев в городском парке на основе динамического моделирования. Предлагаемый подход ориентирован на повышение эффективности экологического мониторинга городской среды за счет интеграции геоинформационных технологий, аналитической обработки данных и имитационного моделирования. Результаты исследования могут быть использованы для поддержки принятия решений в области управления городскими зелеными насаждениями.

ABSTRACT

This paper addresses the development of an analytical system for monitoring and predicting the condition of trees in a city park based on dynamic modeling. The proposed approach aims to enhance the effectiveness of environmental monitoring in urban environments by integrating geoinformation technologies, analytical data processing, and simulation modeling. The results of this research can be used to support decision-making in the management of urban green spaces.

Ключевые слова: экологический мониторинг, имитационное моделирование, динамическое моделирование, городское озеленение, аналитическая система.

Keywords: environmental monitoring, simulation modeling, dynamic modeling, urban greening, analytical system.

Экологическое состояние городской среды является одной из наиболее актуальных проблем крупных промышленных городов. Рост антропогенной нагрузки, загрязнение атмосферного воздуха, изменение климатических условий и интенсивная урбанизация оказывают негативное влияние на состояние объектов озеленения, которые играют ключевую роль в поддержании экологического баланса. Зеленые насаждения выполняют функции естественной фильтрации воздуха, снижения уровня шума и регулирования температурного режима, однако отсутствие современных средств мониторинга существенно осложняет процесс своевременного выявления их деградации [1].

Существующие системы экологического мониторинга в большинстве случаев ориентированы исключительно на хранение картографической информации и визуализацию объектов. При этом возможности прогнозирования изменения состояния деревьев и анализа динамики экологической ситуации либо отсутствуют, либо ограничены. В связи с этим возникает необходимость применения современных инструментов, способных учесть множество факторов, влияющих на жизненный цикл растений. Имитационное моделирование, как метод, позволяющий воспроизводить сложные системы и анализировать их поведение в различных условиях, становится важным инструментом для решения подобных задач [2].

Разработка аналитической системы осуществлялась с использованием методов агентного и динамического моделирования в среде AnyLogic. Использование агентного подхода дает возможность моделировать каждое дерево как самостоятельный объект, обладающий индивидуальными параметрами и поведением [4]. В структуру агента Tree входят такие параметры, как категория жизненного состояния, высота, объем кроны, возраст, интегральный показатель жизнеспособности (health), коэффициенты устойчивости к засухе и загрязнению, уровень заболевания, а также эффекты от мероприятий по уходу. Основным параметром модели является показатель health, принимающий значения в диапазоне от 0 до 100. Его изменение описывается динамической формулой, учитывающей погодные стрессы, загрязнение воздуха, возрастные факторы, заболевания, случайные негативные воздействия, общий коэффициент устойчивости и эффект ухода. Для описания жизненного цикла дерева была реализована диаграмма состояний, обеспечивающая автоматические переходы между категориями в зависимости от текущего значения показателя health [3].

На рис. 1 представлена диаграмма состояний агента Tree, визуализирующая логику переходов между различными уровнями жизнеспособности. Начальные значения параметров деревьев формируются случайным образом в заданных диапазонах, что позволяет создать неоднородную структуру объектов озеленения уже на старте моделирования.

Рисунок 1. Диаграмма состояний агента Tree

В рамках исследования был реализован интерфейс аналитической системы, отображающий объекты озеленения на интерактивной карте с учетом их пространственного расположения. Для каждого дерева визуализируется текущее жизненное состояние, а также доступна дополнительная биометрическая и экологическая информация. Аналитическая подсистема включает круговую диаграмму распределения деревьев по категориям состояния и график общей динамики жизнеспособности парка во времени. Дополнительно система генерирует текстовую интерпретацию текущего класса состояния насаждений, что позволяет оперативно оценивать экологическую ситуацию на территории.

На рис. 2 изображено главное окно интерактивной системы, показывающая карту расположения зеленых насаждений парка и их основных показателей. Использование аналитических диаграмм обеспечивает наглядное представление результатов моделирования и позволяет отслеживать тенденции изменения зеленых насаждений при различных сценариях воздействия окружающей среды.

Рисунок 2. Главное окно интерактивной системы

На рис. 3 представлены результаты аналитической обработки данных, демонстрирующие распределение деревьев по группам и общую динамику состояния парка.

Рисунок 3. Результаты работы имитационной модели

На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что разработанная имитационная модель успешно воспроизводит изменение жизненного состояния объектов озеленения под влиянием внешних факторов и мероприятий по уходу. Модель позволяет прогнозировать деградацию деревьев, проводить сценарный анализ и оценивать эффективность управленческих решений в реальном времени. Таким образом, разработанная аналитическая система обеспечивает устойчивую основу для мониторинга и стратегического планирования развития городских зеленых зон. В дальнейшем планируется расширение модели за счет интеграции методов машинного обучения и подключения дополнительных датчиков окружающей среды для повышения точности прогнозов.

Список литературы:

1. Авдеева Е.В., Вагнер Е.А., Надемянов В.Ф., Черников К.В. Информационно-аналитическая система «Управление качеством городских объектов озеленения» // Хвойные бореальной зоны. — 2015. — № 3–4.
2. Алексеев А.А., Виноградова Ю.А. Методы и средства комплексной оценки жизненного состояния экосистем // Вестник МГУ. — 2006. — № 1.
3. Вайнштейн Б.К. Жизненное состояние деревьев в условиях урбанизированной среды // Лесной журнал. — 2009. — Т. 176. — № 5.
4. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2019. — 400 с.