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维也纳一周(三):模拟模型的应用 精选

已有 5088 次阅读 2010-7-20 22:26 |个人分类:Articles on FSD|系统分类:论文交流| 模型, 模拟, 农作制度

    这里所说的模型,特指系统模拟模型(System simulation model),不包括概念模型、实物模型和和一般意义上的数学模型。

    系统思想与农业科学结合的结果,在农业研究领域出现了两个新的方向,一个是农作制度研发方法(后来经过对问题诊断方法的完善、细化,形成了农业研发方法,即ARD 方法。换句话说,ARD方法是扩展了的农作制度描述和诊断方法,农作制度分析属于其中的一种方法);另一个就是农业系统模拟方法。

       模拟模型是人对现实系统(如作物生产系统)的结构和功能过程以符号语言进行表述的、高度简化的阐释和模仿,是对现实系统运行过程的动态模拟。系统模拟(systems simulation),就是将系统的思路、数学方法和计算机技术相结合,建立现实系统的模拟模型。人对现实存在的认识是不断深入和完善的,因此,对模型的理解和模拟的方法也随之得以不断的改进。高速计算机的出现,使得模拟方法如虎添翼,应用领域空前扩大,实用性也得以大大增强。同时,模拟模型使得数学的方法与试验的方法结合了起来,独立的纯数学的方法和纯试验的方法都不可能做到对现实存在模拟得如此细致、系统、全面。

        模拟模型的一般作用:

        1、利用模型进行试验:有些试验在真实系统中是很难或不可能做的(如代价太高、风险太大、对环境威胁太大等等),这时就可以利用模型来进行这一类的试验。模型能够使我们把模拟得到的结果与从系统中得到的真实结果进行比较,通过改变模型参数或参数的取值,来观察这一变化对系统其余部分的影响。比如从系统中剔除某一成份,这种试验在实际中是无法做的,因为它花费大却不说,对环境所造成的后果是往往是难以逆转的。用模型做“试验”可以在很短的时间内对各种假设进行验证。当然,模型必须首先通过真实的试验进行检验,以确保其模拟结果的可靠性。

        2、对动态系统的未来过程进行预测:利用模型可以揭示复杂系统的正常变动(频率和范围),如灾害、病虫,产量的波动,从而起到预警的作用。

        3 知识体系的组织:在建造模型的过程中,模型的价值往往得自于人们对系统中种种因子及其关系的透彻了解,这正是模型建造者孜孜以求的。建造模型需要联合系统各个部分的领域专家,每位专家在其所从事的领域内比其同事要“技高一畴”;建模的过程中又会对系统的行为、以及从长远的眼光看,新发现的原理对其它系统的适用性等方面提出新的问题。因此,建造模拟模型有助于对系统结构和机理进行更加深入、全面的了解。

        4 储存、积累资料和思路:对未知世界的探索和知识的积累是艰苦而永无止境的。但是,如果知识的表达仅仅是以印刷品的形式,则难免不被人们遗忘或冷落。一个不断完善的模拟模型则可以通过获取、吸收对现实系统运作机理的多年的知识积累,使得某一特定领域的知识得以系统化和完整化。此外,模型还可以扩展人脑的功能(mind extension,模拟人脑不可能做的复杂过程(前提是模型必须能够真实地反映现实系统结构和功能),用以探求未知的领域。

        模拟模型在农作制度研究中的基本应用:

        1、农作制度区划:模拟模型与地理信息系统结合起来,可以用于测算一个地区的农业生产潜力,确定当地的主要限制因子,从而可以在宏观、中观和微观各个层次上进行农作制度分区。

        2、最优化决策:最优化决策是农作制度研究数量化的最前沿领域之一,所遇到的问题也最多。单一使用数学方法进行的最优化(如线性规划、多目标规划等等),由于是以已往的静态的数据为依据,因而往往不能适应对现行生产活动的指导作用。对于决策者来说,利用模拟结果进行决策比利用试验结果更有价值,更适于进行经济分析。这样不但可以大大地提高科学家的工作效率,也可以提高决策的可靠性。

        3、农作制度的评估:在农业开发决策过程中,对多熟种植与单作进行比较时,风险(稳定性)分析是一项必须的内容。由于需要多个生长周期的数据,如果用大田试验来做的话,这项工作可能在一个农业开发项目周期内完不成。这时,就需要利用计算机模拟模型来完成这种工作,为制定农业开发政策和大田工作的重点提供指导。可以说,在这种情况下,模拟是从数量巨大的各种可能组合方式中进行筛选的唯一有效方法。

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去年8月在美国加州蒙特雷召开的农作制度设计国际会议上,几乎所有的论文和发言都是关于模拟模型或其应用的。这次在维也纳的会议上也有不少关于模型的论文和发言。综合两次会议有关模拟模型的论文所探讨的领域可以发现,建立和应用模拟模型的领域已经扩展到了农作制度研发的各个阶段,被用于几乎所有的工作目的,如exploring and explaining to and from stakeholdersparticipants and researchers. Analyzing perspectives, trends, outcomes, recommendations(抱歉,这句话写成中文别扭,只好用英文)。

模拟模型是很好的辅助工具,但千万不要让它替你去“思考”、去决策。



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