Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Tổng quan về mô hình hóa các bước thiết lập và phát triển mô hình...

Tài liệu Tổng quan về mô hình hóa các bước thiết lập và phát triển mô hình

.PDF
10
256
110

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN …oOo… MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Chủ đề: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA CÁC BƯỚC THIẾT LẬP VÀ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH Giảng viên hướng dẫn    Huỳnh Vương Thu Minh Sinh viên thực hiện     Nhóm sinh viên QLMTA2 Báo cáo mô hình hóa môi trường   1 PHỤ LỤC  PHỤ LỤC                                                                                                                                             .........................................................................................................................................      2 Báo cáo mô hình hóa môi trường   2 DANH SÁCH HÌNH  PHỤ LỤC                                                                                                                                             .........................................................................................................................................      2 Báo cáo mô hình hóa môi trường   3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HÓA VÀ Ý NGHĨA 1. Giới thiệu Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề  báo động song hành với sự  phát  triển kinh tế  xã hội, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển. Tại nhiều nơi,   chất lượng nước, đất, không khí suy giảm nhanh chóng vượt qua khả  năng tự  làm sạch của tự nhiên. Trong lĩnh vực khoa học quản lý môi trường và kỹ thuật  xử  lý môi trường, việc quan trắc dự báo diễn biến môi trường mang tầm quan   trọng cho các quyết định giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, việc đo đạc, quan trắc  môi trường rất tốn kém kinh phí và công sức của con người. Nhằm giảm thiểu   các khó khăn này, các nhà khoa học đã và đang tiếp tục phát triển các ứng dụng  các nguyên lý vật lý và toán học vào thực tiễn để mô phỏng các diễn biến thực   tế trong tự nhiên và đưa ra các dự báo cần thiết.  Việc mô phỏng môi trường cũng đang giúp con người tạo dựng các một hình   ảnh hoặc sự  vật thu nhỏ  hoặc tương tự, bắt chước theo thực tế  để  mô tả  sự  kiện cũng như  tạo ra các kịch bản biến đổi lượng và chất theo không gian và   thời gian nhằm tiên đoán khả  năng lây truyền chất ô nhiễm hoặc khả  năng hồi  phục chất lượng tài nguyên. Môn học mô hình hóa môi trường được hình thành  từ cơ sở này.  2. Các định nghĩa và phân loại mô hình  2.1. Khái niệm mô hình Mô hình là một cấu trúc mô tả  hình  ảnh đã được tối giản hóa theo đặc điểm  hoặc diễn biến của một đối tượng, một hiện tượng, một khái niệm hoặc một   hệ thống (TS. Lê Anh Tuấn, 2008). Mô hình có thể  là một hình  ảnh hoặc một vật thể  được thu nhỏ  hoặc phóng   đại,hoặc chỉ  làm gọn bằng một phương trình toán học, một công thức vật lý,  mộtphần mềm tin học để  mô tả  một hiện trạng thực tế  mang tính điển hình  ( TS. Lê Anh Tuấn, 2008). Mô hình là một đối tượng cụ thể (vật chất hoặc phương trình toán học), một hệ  Báo cáo mô hình hóa môi trường   4 thống,   hoặc   một   khái   niệm   (tư   duy)   thay   thế   một   nguyên   bản   (Claude   Shannon,1948). Ví dụ 1.1: Các nhà thiết kế tạo ra một mẫu xe hơi sử dụng năng lượng mặt trời   thu nhỏ  để  thử  nghiệm khả  năng hoạt động cũng như  các tiện ích và an toàn   trước khi chế tạo hàng loạt (hình 1.1). Hình 1.1. Mô hình xe hơi thử nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời Ví dụ 1.2: Mô hình Vòng tuần hoàn nước sự tồn tại và vận động của nước trên  mặt đất, trong lòng trong đất và trong bầu khí quyển của trái đất. Hình 1.2  Mô hình vòng tuần hoàn nước trên trái đất. 2.2 Phân loại mô hình a. Phân loại mô hình Mô hình khái niệm ( Mô hình nhận thức)­ Conceptual modelling: Trước khi tiến   Báo cáo mô hình hóa môi trường   5 hành tạo một mô hình, phải tư duy được có bao nhiêu thành phần và cách thức  liên hệ và ảnh hưởng lẫn nhau như thế nào. Kết quả của mô hình khái niệm là  lưu đồ hoặc sơ đồ.  Mô hình giải tích ( Mô hình số): Là những thuật toán quan hệ  giữa những biến   số ( variables ) và thông số ( parameters ) của mô hình →Phần quan trọng cốt lõi  và cũng phức tạp nhất khi xây dựng mô hình. Mô hình toán– Numerical modelling: Dùng ngôn ngữ lập trình mô tả mối quan hệ  toán học giữa các yếu tố  trong hệ  thống (các quá trình hóa học, vật lý và sinh  học) được mô phỏng từ  hệ  thống thực. Các mô hình toán thường sử  dụng như  MathCAD, MathLAB, Excel, Fortran, C, C ++ , Java… Mô hình vật lý: Mô hình tỉ lệ  ­ Scale physiscal modelling: Hệ vật lý được mô phỏng lại với các   thành phần được mô phỏng bằng một tỉ lệ chính xác (thu nhỏ hoặc phóng to). Mô hình phác thảo thử nghiệm – Prototype modelling: Dạng này được xây dựng   nhanh và thô (phác thảo) để thử nghiệm một vài chức năng. Mô hình tương tự: Khi một quá trình muốn nghiên cứu quá phức tạp →Có thể sử  dụng một quá trình khác thay thế  (công thức toán học giống nhau)  →  Mô hình   tương tự → Suy kết quả từ mô hình tương tự cho mô hình muốn nghiên cứu. MÔ HÌNH  b. Phân loại mô hình toán TOÁN MÔ HÌNH TẤT  ĐỊNH MÔ HÌNH NGẪU  NHIÊN MÔ HÌNH LIÊN  TỤC MÔ HÌNH RỜI  RẠC MÔ HÌNH TĨNH MÔ HÌNH ĐỘNG Báo cáo mô hình hóa môi trường   MÔ HÌNH TUYẾN  TÍNH 6 MÔ HÌNH PHI  TUYẾN TÍNH   Mô hình hộp trắng ­ White box Mô hình cung cấp số  thông tin về  liệu đầu vào, đầu ra và một bên trong hệ  thống. Mô hình hộp đen ­ Black box Mô hình chỉ  cung cấp số  thông tin về  liệu đầu vào và đầu ra (only input and  output are known), cấu trúc bên trong chưa biết hoặc không biết do cấu trúc quá  phức tạp hoặc chưa biết (Internal dynamics are either too complex or unknown). Mô hình hộp xám ­ Gray box  Báo cáo mô hình hóa môi trường   7 Mô hình cung cấp số  thông tin về  liệu đầu vào, đầu ra và một phần trong tiến  trình xử lý của hệ thống. 3. Ưu và nhược điểm các loại mô hình TÊN MÔ HÌNH ƯU ĐIỂM NHƯỢC ĐIỂM Mô   hình     khái  niệm (Mô   hình   nhận  thức ) ­ Được hình thành dù người tạo  ra   nó   chưa   hiểu   hết   tất   cả   các  hiện tượng phức tạp trong thực  tế. ­ Có  thể   đơn  giản hóa tính bất  nhất của các thông số  thành tính  đồng nhất. ­ Có thể giảm thiểu được số liệu  yêu cầu. ­   Dễ   dàng  cho   người   xem  hiểu  cách thu thập số  liệu, thông tin  sử dụng một cách nhanh chóng và ít tốn kém. ­ Mô hình khái niệm là một  khái   quát   nhân   tạo   và   phi  vật lý qua các tối giản nên  có   thể   không   đưa   ra   hết  những   quan   hệ   tương   tác  giữa các đối tượng. ­   Những   người   thiếu   kinh  nghiệm   có   thể   tạo   ra   các  giả   thiết   phi   thực   tế   hoặc  quá đơn giản. ­ Mô  hình khái niệm mang  tính tổng quá nên đôi khi bỏ  sót các phương án vận hành. Báo cáo mô hình hóa môi trường   8 ­ Mô hình khái niệm là một công  cụ  kĩ thuật cho các lập trình viên  hiểu vấn đề  phải giải quyết mà  không cần phải làmột chuyên gia  môi trường. ­   Mô   hình   khái   niệm   tạo   thuận  lợi   cho   việc   diễn   giải   trong  thuyết minh, biểu bảng, đồ thị. ­ Có thể tạo ra một giao tiếp với   cơ  sở  dữ  liệu và hệ  thống thông  tin địa lý (GIS). Mô   hình   Giải  ­ Mô hình thực hiện xử lý số liệu  Tích một ( Mô hình Số) cách nhanh chóng. ­ Mô hình không có lập trình, tối  thiểu được lỗi trong cách sử dụng. ­ Mô hình khái quát thường  không   thể   thể   hiện   cách  điều   chỉnh   sai   số   hoặc  ngoại suy trong trường hợp  thiếu dữ liệu. ­ Khi cần bổ  sung mô hình  hoặc tái cấu trúc mô hình có  thể   tạo   ra   một   tình   trạng  quá gò bó thông số. ­Dùng các ngôn ngữ  lập trình để  miêu   tả   mối   quan   hệ   toán   học  một cách dễ dàng. ­ Có thể dễ dàng thay đổi số liệu  hay   thông   số   của   mô   hình   với  nhiều kịch bản khác nhau theo ý  muốn. ­   Các   tính   năng   tiêu   chuẩn   hóa  thường cần thiết cho mô hình. ­ Chu kỳ phát triển ngắn hơn. ­ Có thể đọc được nhiều mã khác  nhau. ­   Hỗ   trợ   nhiều   trong   việc   xác  minh mô hình toán học. ­   Là   công   cụ   chuẩn   xác   để   dự  đoán những hiện tượng Vật lý. ­   Kích   thước   nhỏ,   đo   đạc   dễ  dàng. ­   Quan   sát   các   hiện   tượng   tận  mắt dễ  dàng định hướng nghiên  cứu. ­   Đòi   hỏi   khối   lượng   công  việc khổng lồ  với các biến  số thay đổi theo thời gian và  không gian. ­ Giai đoạn kiểm tra lại khó  khăn.  ­ Tính di động bị hạn chế. ­ Chi phí phầm mềm cao. ­ Đòi hỏi nâng cấp bổ sung. Mô hình Toán Mô hình Vật Lý Báo cáo mô hình hóa môi trường   9 ­ Các thông số và biến số dễ  bị thay đổi. ­ Là mô hình phức tạp với  các chuỗi thuật toán. ­ Tốn kém thời gian và tiền  bạc. ­ Chỉ  được áp dụng khi hết  sức cần thiết khi nghiên cứu  chi   tiết   để   thiết   kế   công  trình (cống, đập). ­ Khó mô phỏng tất cả  các  Mô   hình   Tương  ­ Có thể  sử  dụng số  liệu, thông  Tự số   hay   một   quá   trình   khác   thay  thế  rồi suy ra kết quả  tương tự  cho mô hình. ­ Không sử  dụng lập trình phức  tạp. ­   Các   mô   hình   phức   tạp   được  thực hiện nhanh chóng. hiện tượng theo tỉ  lệ  chính  xác. ­   Khó   mô   phỏng   các   điều  kiện   biên   một   cách   chính  xác. ­ Kết quả không chính xác. ­   Không   mô   phỏng   tất   cả  hiện   tượng   trong   mô   hình  một cách chính xác. ­ Tốn kém về tiền bạc. 4. Các trường hợp cần sử dụng mô hình toán và mô hình vật lý Mô hình vật lý:  Khi những hiện tượng vật lý thực tế  phức tạp và khó mô tả  chính xác bằng các công thức toán học. Mô hình vật lý là công cụ chuẩn xác để  dự đoán những hiện tượng vật lý. Không cần phải tưởng tượng, chúng ta có thể  quan sát toàn bộ quá trình thông qua mô hình vật lý. Mô hình toán: Để dự đoán hoặc mô phỏng một cách thường xuyên những gì một  hệ thống thế giới thực sẽ làm trong tương lai nhưng lại tốn kém, không thực tế  hoặc không thể thử nghiệm trực tiếp với hệ thống, ví dụ như: thiết kế lò phản  ứng hạt nhân, sự tuyệt chủng của các loài,…Mô hình toán còn được áp dụng  trong nhiều trường hợp khi phải liên tục thay đổi kịch bản để đưa ra kết quả  tương ứng.  Báo cáo mô hình hóa môi trường   10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan