903
.pdf0
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.В. Кавалаглио
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УРБО-ЭКОСИСТЕМ
Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям, по выполнению расчетно-графической работы
ирекомендации по организации самостоятельной работы по дисциплине «Математическое моделирование урбо-экосистем» для обучающихся по направлению подготовки 35.04.09 Ландшафтная архитектура
Профиль - Архитектурно-ландшафтное проектирование
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.В. Кавалаглио
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УРБО-ЭКОСИСТЕМ
Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям, по выполнению расчетно-графической работы
ирекомендации по организации самостоятельной работы по дисциплине «Математическое моделирование урбо-экосистем» для обучающихся по направлению подготовки 35.04.09 Ландшафтная архитектура
Профиль - Архитектурно-ландшафтное проектирование
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
2
УДК 712(075.8)
Кавалаглио А. В. Математическое моделирование урбо-экосистем [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / А. В. Кавалаглио; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 23 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW).
Представлены цели и задачи дисциплины «Математическое моделирование урбо-экосистем», указаны компетенции, формируемые в процессе изучения дисциплины. Приведены указания по подготовке к практическим занятиям, даны рекомендации по выполнению расчетно-графической работы и организации самостоятельной работы по дисциплине «Математическое моделирование урбоэкосистем».
Предназначено обучающимся в ННГАСУ по направлению подготовки 35.04.09 Ландшафтная архитектура.
©А.В.Кавалаглио, 2016
©ННГАСУ, 2016.
|
3 |
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
|
Введение................................................................................................ |
4 |
1. |
Цели и задачи дисциплины……… ...................................................... |
4 |
2. |
Компетенции, формируемые дисциплиной........................................ |
5 |
3 |
Методические указания для обучающихся по освоению |
|
|
дисциплины………………………………………………………… |
.. 6 |
4. |
Содержание дисциплины .................................................................... |
8 |
5.Темы семинарских и практических занятий……………………….. 10
6. |
Темы для подготовки к семинарам…… ………………………… |
.. |
12 |
7. |
Темы для подготовки расчетно-графической работы |
...................... |
14 |
8.Требования к подготовке и оформлению расчетно-графической
работы……… |
………………………………………………………… |
16 |
9.Рекомендуемая литература и интернет-источники для освоения дисциплины…………………………………………………………... 17
10.Промежуточная аттестация по дисциплине «Математическое
моделирование урбо-экосистем»……………………......................... |
20 |
Приложение |
22 |
4
Введение
Учебная дисциплина Б1.Б.5 Математическое моделирование урбо-
экосистем относится к базовой части блока 1 «Дисциплины (модули)»
ОПОП.
Знания, умения и навыки, формируемые дисциплиной
«Математическое моделирование урбо-экосистем» необходимы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: «Современные методы исследования объектов ландшафтной архитектуры», «Проектный анализ и методика научных исследований», «Методы оформления результатов исследований», при прохождении следующих практик: «Производственная практика (Научно-исследовательская работа)», «Производственная преддипломная практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности», «Учебная практика по получению первичных профессиональных умений и навыков» при государственной итоговой аттестации.
1. Цели и задачи дисциплины
Целями освоения дисциплины «Математическое моделирование урбо-экосистем» являются:
-ознакомление с приемами моделирования, как инструмента научного исследования;
-познание свойств урбоэкосистемы через моделирование;
-формирование системы знаний о методах математического моделирования урбоэкосистем;
-получение навыков построения моделей антропогенной трансформации урбоэкосистем;
-исследования урбоэкосистем на их моделях.
5
2. Компетенции, формируемые дисциплиной
Изучение дисциплины «Математическое моделирование урбо-
экосистем» направлено на формирование у обучающихся следующих общепрофессиональных и профессиональных компетенций:
- способностью к абстрактному мышлению, анализу, синтезу (ОК-
1);
-готовностью к получению новых знаний и проведению прикладных исследований в области ландшафтной архитектуры (ПК-16);
-способностью к разработке рабочих планов и программ проведения научных исследований в области ландшафтной архитектуры,
способностью организовать сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по теме исследования, выбор методик и средств решения задач (ПК-17);
- способностью подготовить научно-технических отчеты, обзоры,
публикации по результатам выполненных исследований в области ландшафтной архитектуры (ПК-18).
В результате освоения дисциплины студенты должны:
Знать:
-теоретические основы математического моделирования;
-методы планирования и проведения исследований в области математического моделирования урбо-экосистем;
-методологические подходы к построению математических моделей урбо-экосистем,знать последствия своей профессиональной деятельности в части влияния на экосистемы города;
-основные правила подготовки научно-технических отчетов и публикаций.
Уметь:
- применять имеющийся математический аппарат при построении
6
моделей урбоэкосистем;
-планировать и проводить исследования;
-организовывать научно-исследовательскую и проектную деятельность, уметь проявлять инициативу при принятии решений на основе математических моделей урбо-экосистем;
-структурировать информацию и формулировать основные выводы по результатам проведенной научной работы.
Владеть:
-навыками поиска и сбора, анализа и синтеза информации;
-методами построения моделей антропогенной трансформации урбо-экосистем;
-навыками организации исследовательских и проектных работ,
прогнозировать изменения и стабилизацию урбо-экосистем в конкретных
условиях;
- владеть методами научного исследования и подготовки
графического материала с применением математического и графического
моделирования.
3. Методические указания для обучающихся по освоению
дисциплины
Освоение дисциплины «Математическое моделирование урбо-
экосистем» осуществляется в форме практических и семинарских занятий,
самостоятельной работы и выполнения расчетно-графической работы, что позволяет сформировать соответствующие общепрофессиональные и профессиональные компетенции. На вводном занятии студенту предлагается ознакомиться с программой курса, озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине, а также работы научного плана: монографии, статьи и т.д.
7
Так как весь часовой объем является практическим, основными формами его реализации являются практические и семинарские занятия, а
также формы самостоятельной работы: подготовка к семинарам и практическим занятиям, выполнению графических упражнений,
подготовка к собеседованию, зачету.
Семинарские занятия позволяют в максимально сжатые сроки ознакомить студента с большим объемом дисциплины. Магистранту заранее выдаются темы для семинарских занятий, которые проходят в форме научной дискуссии.
Графические упражнения представляют собой реализацию текущего контроля работы студента и направлены на выработку умений и навыков самостоятельной работы. Все графические упражнения выполняются в аспекте научного исследования, которое студент ведет,
обучаясь в магистратуре. Они позволяют сформировать у студента навыки поиска дополнительной информации о современном уровне развития дисциплины, проявить творческий подход, способствуют формированию у студента навыков к структуризации информации. Выполнение графического упражнения требует от студента ознакомления с литературными научными источниками и способствуют лучшему пониманию темы своего научного исследования в магистратуре.
Расчетно-графическая работа представляет собой совокупность графических моделей, выполненных в рамках практических занятий, с
необходимым оформлением и доработкой. Расчетно-графическая работа защищается в присутствии академической группы и подвергается обсуждению.
Перед сдачей зачета студентам выдается список подготовительных вопросов, охватывающих весь спектр тем по курсу "Математическое моделирование урбо-экосистем".
8
4. Содержание дисциплины
Основы моделирования. Типы и виды моделирования.
Графическое, математическое моделирование. Виды моделей.
Особенности функционирования урбо-экосистем. Особенности функционирования городских экосистем. Особенности потоков вещества,
энергии и информации в урбоэкосистемах. Доминирущее влияние антропогенных факторов на состояние городских экосистем. Специфика воздействия абиотических факторов в городской экосистеме (свет, тепло,
влажность, химический состав воздуха, состояние грунтового слоя и др.).
Особенности действия биотических факторов (невыраженность ценотического сложения, упрощенное строение экосистемы, снижение средообразующей роли живого напочвенного покрова, жесткий отбор устойчивых к антропогенному воздействию видов и др.).
Факторы устойчивости экосистем к антропогенному
воздействию. Кризис экосистем. Стресс. Резистентная и упругая устойчивость. Биологическое разнообразие как фактор устойчивости.
Наличие отрицательной обратной связи «биота-среда» как фактор устойчивости. Влияние обеспеченности экотопа, интенсивности нагрузки,
близости к аттрактивным центрам, состава эдификаторов, замкнутости ценоза на устойчивость экосистем. Кризис экосистем. Стресс. Критические уровни. Вульгаризация, метастабилизация экосистем как процессы адаптации экосистем к антропоегенным нагрузкам. Экологическая поляризация ландшафта как средство стабилизации антропогенно нарушенных ландшафтов. Динамика характеристик экотопа и биогео-
ценотических показателей урбоэкосистем
Основы анализа и решения многокомпонентных задач.
Орграфы как основа решения многокомпонентных задач. Отображение
обратных связей в формируемых моделях урбоэкосистем. Оценка
достоверности результатов моделирования. Геометрически
9
ориентированный граф. Матрица смежности вершин орграфа. Знаковый орграф. Импульсные процессы как основа моделирования многокомпонентных задач. Моделирование изменений показателей знакового орграфа. Контур отрицательной обратной связи и положительной обратной связи. Абсолютная устойчивость и импульсная устойчивость.
Моделирование гипотез развития экосистем. Прогноз развития
урбоэкосистемы. Отношения между живыми организмами в экосистеме типа «хищник — жертва». Отображение гипотезы взаимного регулирования. Кривые выедания и накопления. Взвешенные орграфы.
Привязка к шкале времени. Проверка вариантов выдвинутых научных гипотез. Создание формализованной математической модели.
Использование статистических методов в математическом
моделировании. Регрессионный анализ. Линейная и нелинейные модели
(логарифмическая и экспоненциальная). Уравнение линейной регрессии.
Уравнение множественной линейной регрессии. Отбор наиболее существенных факторов, воздействующих на результирующий признак
(стадия содержательного анализа, стадия качественного анализа).
Коэффициент детерминации. Переменная стандартизированная z-оценка.
Применение стандартизации в некоторых статистических моделях, а также при работе с нормальными распределениями. Корреляция линейная.
Ковариация. Стандартное отклонение. Коэффициент детерминации R².
Корреляция множественная.
Методические подходы к сбору и интерпретации данных для
математического моделирования урбоэкосистем . Оптимумные
экологические шкалы Элленберга. Устойчивость видов растений к рекреационному воздействию (неустойчивые, малоустойчивые,
среднеустойчивые, устойчивые и высокоустойчивые виды).
Прогнозирование развития экосистем рекреационных зон на