В соответствии с нормативными документами Росрыболовства при оценивании воздействия гидротехнических работ на окружающую среду в случаях, когда затрагиваются водные объекты рыбохозяйственного значения, рассчитываются характеристики загрязнения взвешенными веществами (взвесями, консервативными примесями). Подобные характеристики необходимы также для оценки экологического загрязнения водных объектов, входящего в зону ответственности Минприроды. Для расчёта характеристик загрязнения используются различные математические модели и методы их реализации.
В настоящей выпускной работе исследуются возможности имитационного моделирования характеристик загрязнения водных объектов взвесями, реализованного с использованием клиентских веб-технологий. При этом рассматриваются лишь мелководные объекты, для которых приемлемы двумерные пространственные модели.
Актуальность исследования обусловлена двумя аспектами. С одной стороны веб-реализация представляет интерес для рассмотрения в связи с тем, что имитационное моделирование относится к подходам, в которых используются «тяжёлые» методы вычислительной математики, традиционно реализуемые средствами достаточно мощных стационарных вычислительных платформ. Но «тяжёлые» методы трудно применять в практической деятельности экологических организаций, из-за чего ведутся поиски более «лёгких» методов, одним из которых может быть рассматриваемое веб-приложение, возможно доработанное с учётом результатов настоящей ВКР.
Другой аспект исследования состоит в возможности на примере существующего веб-приложения рассмотреть пути повышения вычислительной эффективности имитационного моделирования за счёт применения новейших веб-технологий, ещё не используемых в данной предметной области.
Объект исследования - моделирование загрязнения взвесями водных объектов.
Web-технологии в настоящее время используются в самых разных областях повседневной деятельности, в том числе связанных с обработкой геопространственных данных. В то же время web-приложения для имитационного (математического) моделирования пространственного распределения загрязнения ещё не получили должного распространения.
В настоящей работе рассматриваются особенности работы с одним из существующих web-приложений, предназначенным для имитационного моделирования пространственного распределения загрязнения взвешенными веществами (взвесями) в мелководных объектах небольших размеров. Необходимость разработки такого более «лёгкого» приложения вызвана тем, что традиционное использование для моделирования загрязнения в таких водоёмах более сложных программ, основанных на численных моделях гидродинамики, слишком трудоёмко для экологических организаций. В связи с этим экологи иногда вынуждены выполнять расчёты с использованием упрощённых аналитических формул, хотя их разрешается использовать лишь для предварительных оценок.
В первом разделе настоящей работы рассматриваются проблемы, связанные с имитационным моделированием течений в двумерной постановке и транспортировкой взвешенных веществ, переносимых этими течениями. Рассматривается существующий вариант более упрощённого подхода к имитационному моделированию, основанному на клеточных автоматах (КА-модель). В КА-модели для решения двумерной задачи распределения скоростей турбулентного течения используется механизм CAD2Q9 (два измерения, девять соседей).
Второй раздел посвящён рассмотрению особенностей веб-реализации KA-модели. Техническая особенность рассматриваемого веб-приложения состоит в том, что оно работает в среде клиента (браузера) без использования средств сервера. Для программирования используется язык Javascript. Оказывается, что вычислительной мощности Javascript-движков современных браузеров сегодня достаточно для решения ресурсоёмких вычислительных задач...
