В качестве примера сельскохозяйственной культуры рассматривается кукуруза, используются характеристики ее основного вредителя — кукурузного мотылька и западного кукурузного жука. На основе полученных моделей создан программный комплекс «Corn Вase», включающий в себя программы для исследования динамики распределения кукурузы вследствие эффекта запаздывания, для моделирования взаимного пространственного распределения двух видов агрокультур, а также моделирования и прогнозирования урожая с учетом видов таксиса.
Программы реализованы на ЭВМ в интегральной среде разработки Borland C++ Builder 11.0 под операционной системой MS Windows 7. Каждая программа выполнена с учетом дружественности и интуитивности графического интерфейса пользователя [1-2].
Разработанное экспериментальное программное обеспечение на базе ЭВМ предназначено для математического моделирования развития агроэкосистем и прогнозирования объема урожая и концентрации вредителей на поле с трансгенными агрокультурами и обеспечивает выполнение следующих функций:
- расчет концентрации растительного ресурса с учетом эффекта последействия,;
- расчет концентрации растительного ресурса с учетом пятнистости его распределения,;
- расчет концентраций растительного ресурса и вредителей в зависимости от вида таксиса.
На рисунке 1 приведена структурная схема программного комплекса «Corn Base», включающая три основных компоненты: «Запаздывание», «Пятнистость» и «Таксис». Каждая составляющая структурной схемы (рисунок 1) представляет собой независимую программную реализацию, результаты которой сохраняются в формате файлов «.txt» и «.jpg». При сохранении результатов в подпапку блока «Таксис», указанная программа обращается результатам блоков «Запаздывание» и «Пятнистость».
Программный комплекс включает в себя следующие компоненты:
- расчет плотности растительного ресурса с учетом эффекта последействия, который носит название «Запаздывание»;
- расчет плотностей растительного ресурса «обычного» и трансгенного типов — «Пятнистость»;
- расчет плотностей растительного ресурса и вредителей в зависимости от вида перемещения — «Таксис».
Каждая составляющая программного комплекса содержит управляющую компоненту, что позволяет тестировать их работу независимо друг от друга.
Первая программная компонента предназначена для расчета концентраций растительного ресурса в зависимости от длительности эффекта запаздывания, и включает в себя следующие блоки:
- управляющий блок;
- блок расчета концентрации растительного ресурса;
- блок визуализации.
Структура данных программной компоненты «Запаздывание». В программной компоненте «Запаздывание» задаются следующие переменные: шаг сетки h, период lt и время t; формируется массив концентрации растительного ресурса [3]; выполняется работа функции концентрации растительного ресурса. Вторая программная компонента предназначена для расчета концентраций растительного ресурса трансгенного и «обычного» видов:
- управляющий блок;
- блок расчета концентрации «обычного» растительного ресурса;
- блок расчета концентрации модифицированного растительного ресурса;
- блок расчета концентрации вредителей;
- блок расчета высоты и диаметра ствола агрокультуры;
- блок визуализации.
Вторая часть программного комплекса «Corn Base» — «Пятнистость» позволяет провести моделирование неоднородного распределения агрокультуры на границе двух видов. Каждая точка в графической реализации программной компоненты «Пятнистость» соответствует одному растению, что позволяет достоверно оценить масштабы поля.
Программная компонента «Таксис» программного комплекса «Corn Base» предназначена для расчета концентраций растительного ресурса и вредителей в зависимости от вида перемещения вредителей, и включает в себя следующие блоки:
- управляющий блок;
- блок расчета концентрации растительного ресурса «обычного» вида;
- блок расчета концентрации растительного ресурса трансгенного вида;
- блок расчета концентрации вредителей, находящихся в пассивом состоянии и не обладающих Bt — устойчивостью;
- блок расчета концентрации вредителей, находящихся в пассивом состоянии и обладающих Bt — устойчивостью;
- блок расчета концентрации вредителей, находящихся в активном состоянии;
- блок расчета скоростей перемещения вредителей в пассивном состоянии;
- блок расчета скоростей перемещения вредителей в активном состоянии.
Структура данных программной компоненты «Таксис». В программной компоненте «Таксис» задаются следующие переменные: шаг сетки по пространственным hx, hy и временной координатам ht, размеры поля Nx×Ny, период lt и время t; формируются следующие массивы: концентрации растительного ресурса обоих видов, концентрации вредителей в пассивном и активном состоянии для всех генотипов, скоростей перемещения вредителей в пассивном и активном состоянии.
Выполняется работа следующих функций:
- расчета концентрации растительного ресурса «обычного» вида;
- расчета концентрации растительного ресурса трансгенного вида;
- расчета концентрации вредителей, находящихся в пассивом состоянии и не обладающих Bt — устойчивостью;
- расчета концентрации вредителей, находящихся в пассивом состоянии и обладающих Bt — устойчивостью;
- расчета концентрации вредителей, находящихся в активном состоянии;
- расчета скоростей перемещения вредителей в пассивном состоянии;
- расчета скоростей перемещения вредителей в активном состоянии.
Работа алгоритма сводится к многократному применению адаптивного модифицированного попеременно–треугольного итерационного метода вариационного типа.