16.6. Общие особенности моделирования управления рыболовством

16.6.1. В общем случае моделирование рыболовства необходимо для рационального достижения целей управления рыболовством. Модели должны адекватно отражать исследуемую операцию регулирования рыболовства с учетом информационных связей между элементами системы и системы с внешней средой.

В п. 1.9 перечислены самые общие особенности математического моделирования управления запасами и рыболовством. В последующих главах рассмотрены сами модели и результаты, которые они позволяют получить. Опишем здесь некоторые особенности математического моделирования при кибернетическом подходе с учетом задач исследования операций в системах управления рыболовством.

Отметим сначала общие особенности подсистем системы управления рыболовством.

Управляющая подсистема включает все технические средства добычи или только орудие лова, а также орган управления, которым являются субъекты, ответственные за операцию лова. Хорошо разработаны способы моделирования таких систем в виде математических моделей лова без учета особенностей органа управления.

Объект лова как управляемая подсистема имеет сложную структуру и состав. Он характеризуется различным физиологическим состоянием, показателями рецепции и ориентации, поведением, размерным, видовым и половым составом, размерами скоплений в пространстве, перемещением и т.д. Эти показатели управляемой подсистемы влияют на ее моделирование как сложной биологической системы с существенной неопределенностью.

Внешняя среда как поле управления служит, с одной стороны, средством воздействия на объект лова, с другой, - для передачи информации между элементами системы. Поле управления с учетом условий внешней среды в естественных условиях, в зоне орудия лова характеризуется значительным изменением в пространстве и времени. Это обстоятельство учитывают при описании системы так же, как постоянное изменение положения объекта лова.

16.6.2. При математическом моделировании систем управления рыболовством необходимо придерживаться определенных общих принципов моделирования.

1. Принцип информационной достаточности, который требует необходимой полноты информации о системе. Существует некоторый критический уровень априорных сведений о составляющих системы и о самой системе, который позволяет получить модель системы высокого качества, в т.ч. адекватную реальным процессам.

2. Принцип параметризации, в соответствии с которым систему с достаточно изолированными подсистемами характеризуют скалярными или векторными параметрами, а не описывают процесс их функционирования. Такой принцип часто используют для описания запаса, технических средств лова рыбы и условий внешней среды.

3. Принцип агрегатирования, который предусматривает представление сложной системы в виде подсистем. Для адекватного описания таких подсистем часто пригодны некоторые стандартные математические схемы. К таким стандартным математическим схемам при разработке моделей рыболовства можно отнести метод материального баланса, модели для уравновешенного состояния запасов и промысла, применение экспоненциальных и логистических зависимостей и т.д.

4. Принцип осуществимости, который требует от модели достижения поставленной цели исследования с вероятностью, отличной от нуля, за приемлемое время. Некоторые современные математические модели рыболовства соответствуют этому принципу.

5. Принцип множественности моделей предполагает, что для более полной оценки влияния всех факторов целесообразна разработка нескольких моделей регулирования рыболовства. Это позволяет с разных сторон и с разной степенью детализации (в том числе в зависимости от целей исследований) отражать структуру и работу этой системы. Такой принцип часто используют при разработке моделей для оценки эффективности и качества работы систем управления рыболовством.

6. Принцип рационального планирования экспериментов на моделях, который позволяет при использовании сложных моделей экономить время расчетов на моделях. Даже с учетом быстродействия современной вычислительной техники для определения эффективности рыболовства этот принцип пока имеет значение.

16.6.3. Полное описание системы управления рыболовством должно включать:

• описание начального состояния всех элементов системы;

• описание начальной структуры системы;

• семейство функций, определяющих осредненное (расчетное) состояние элементов системы или динамику такого состояния;

• семейство функций, определяющих все входные сигналы элементов - от внешней среды и от других элементов системы с учетом особенностей их взаимосвязи;

• семейство функций, описывающих изменения в структуре системы в процессе работы.

16.6.4. Описание системы управления рыболовством и оценка эффективности операций часто имеет вид формальной модели для показателей эффективности рыболовства. В общем случае такие показатели представляют в виде векторного показателя эффективности лова в условиях определенности, стохастической и не стохастической неопределенности.

Векторные числовые значения показателя эффективности получают для ряда возможных стратегий. Каждая такая оценка характеризует уровень эффективности (степень достижения цели) с применением данной стратегии.

16.6.5. Показатель эффективности целесообразно рассматривать как математическое ожидание в функции требуемого и фактического результата операции; функции соответствия; модели результата операции для каждой стратегии. Структурная схема формальных записей для общего показателя эффективности операции лова дает представление о характере и последовательности действий при построении математической модели. В каждом конкретном случае построения модели необходимо конкретизировать формальную запись в соответствии с поставленной задачей исследования, используя всю информацию о рыболовстве.

16.6.6. Сама процедура математического описания системы управления рыболовством, в том числе оценки эффективности рыболовства, должна включать:

• построение математической модели лова и ее машинной реализации;

• оценку качества модели и планирование необходимых экспериментов и наблюдений;

• вычисление показателя эффективности рыболовства для всех альтернативных стратегий с использованием модели.

16.6.7. Рассмотренное описание системы используют при изменении состояния системы во времени. Если состояние системы неизменно, то описание существенно упрощается.

Описание кибернетической системы обычно дают в интересах (с точки зрения) субъекта, ответственного за эксплуатацию запасов, его представления о промысловой обстановке, знаний закономерностей управления запасами.

Иногда полезно считать, что система управления рыболовством включает, кроме субъекта, отвечающего за рыболовство, другие субъекты. В качестве других субъектов могут выступать, например, представители органов рыбоохраны и других контролирующих органов, конкуренты по промыслу рыбы. Очевидно, что требования различных субъектов в отношении результатов промысла и оценка результатов промысла, эффективности рыболовства могут не совпадать.

В качестве субъекта при анализе и оптимизации рыболовства можно рассматривать популяцию рыб, считая, что требования лица, отвечающего за рыболовство, и объекта лова обычно противоположны. Степень противодействия эффективному лову со стороны объекта лова с безусловными и условными рефлексами, способностью к обучению, умение нейтрализовать это противодействие во многом определяет эффективность рыболовства. Такое противодействие может влиять на математическое описание системы рыболовства.

16.6.7. Исходной информацией для построения математической модели служат качественные и количественные данные об элементах системы управления рыболовством. Кроме того, необходимы и другие данные, отображающие взаимосвязи основных элементов процессов, выработку решения и последовательность формирования частных задач. К ним относятся, например, данные о возможных стратегиях рыболовства; критериях эффективности рыболовства; влияние на рыболовство различных факторов; результаты управления рыболовством и т.д.

Степень полноты и достоверности этих данных влияет на процесс формализации управления рыболовством, в ходе которого переходят от количественного описания системы управления рыболовством к ее математической модели.

16.6.8. Одно из основных требований к модели - адекватность модели исследуемой процессу. Это означает адекватное отображение в модели всей совокупности соотношений, описывающих уровень качества и структуру системы, ее поведение, взаимодействие с другими системами и с внешней средой. В общем случае эти данные позволяют изучить систему в динамике функционирования и в развитии.

16.6.9. Если данных недостаточно для построения модели, адекватной операции рыболовства, то намечают пути получения дополнительной информации. Такая информация должна входить в формальную запись для общего показателя эффективности рыболовства и математическую модель управления рыболовством.

Получение дополнительной информации требует затрат времени и средств. Часть информации для управления рыболовством практически получить невозможно или эта информация не способна улучшить модель. По этой причине необходимость дополнительной информации целесообразно обосновать, особенно если эта информация характеризует состояние запасов при значительных колебаниях запасов и условий внешней среды в водоеме.

После получения дополнительной информации о моделируемой операции рыболовства или по результатам моделирования математическая модель пересматривается и уточняется. Таким образом, процесс оценки эффективности рыболовства и составления модели является итерационным и продолжается до тех пор, пока не построена модель, адекватная реальной ситуации. При этом учитывают поставленные задачи исследования системы управления рыболовством.

16.6.10. С учетом сложности моделирования рыболовства не всегда возможно разработать в приемлемые сроки модель достаточной точности для решения всех намеченных задач. Тогда с помощью разработанной модели решают ограниченный круг задач и продолжают накопление необходимой информации, устанавливая новые сроки сбора дополнительной информации.

16.6.11. Как показано выше, при разработке модели эффективности рыболовства и систем управления рыболовством полезен блочный принцип, когда систему разбивают на элементы (подсистемы) и первоначально составляют математические модели для этих элементов (подсистем). Так в системах управления рыболовством каждая из этих подсистем сравнительно автономна и часто известны особенности формального и математического описания таких подсистем.

16.6.12. После формирования математической модели создают конкретную машинную модель. Разработка такой модели предполагает алгоритмизацию модели, выбор языка программирования, программирование модели и проверку достоверности программы.

Перед проведением рабочих расчетов на ЭВМ по составленной и отлаженной программе необходимо оценить качество модели. При необходимости принимают меры к повышению качества. Цель оценки качества модели - не только получение конкретной числовой оценки показателя качества, но и установление недостатков модели.

Расчеты на ЭВМ выполняют в соответствии с планом, в котором указывают комбинации переменных и параметров, для которых проводится моделирование операции. Планирование машинного эксперимента в конечном итоге направлено на получение максимального объема информации. При этом особую ценность обычно представляют данные о влиянии на эффективность рыболовства тех показателей, которыми можно управлять.

Этап получения результатов завершается вычислением показателя эффективности в скалярной или векторной форме для допустимых стратегий лова.

16.6.13. Моделирование значительно осложняется при принятии решений коллективом. Это делает перспективным применение для оценки эффективности операций, кроме математического моделирования, других видов моделирования.