Программная реализация математических моделей адаптации вредителей к изменению кормовой базы

№28-1,

технические науки

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.

Похожие материалы

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».

Структурная схема программного комплекса «Corn Base»

Рисунок 1 - Структурная схема программного комплекса «Corn Base»

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.

Список литературы

  1. Ляпунова И.А. Сorn Base – программный комплекс для прогнозирования урожая зерновых. Материалы региональной научно-практической онлайн конференции «Становление Молодой инновационной России. Перспективы и пути развития», 30 апреля 2012 г., г. Брянск, с. 100-101
  2. Ляпунова И.А. Разработка программного комплекса прогнозирования урожая кукурузы. Сборник научных трудов международной конференции научно-практической интернет-конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте ‘2012», 19-30 июня 2012 г.
  3. Ляпунова И.А., Жабоев Ж.Ж. Разработка демо-генетической модели и программная реализация задачи динамики вредителей с учетом эффекта последействия. Современные научные исследования. Выпуск 2. Концепт. – 2014. ART 54483. – URL: http://e-koncept.ru/2014/54483.htm?download.