Optimalizace růstu populace řas pomocí Markovských procesů a simulačních technik

Martina Zouharová

Master's thesis

Optimization of Algae Population Growth Using Markov Chains and

Abstract:

Práce spadá do problematiky spojené s hledáním konstrukčních a operačních parametrů tubulárního fotobioreaktoru, které by umožňovaly maximalizovat růst řas obsažených v kultivačním mediu. Vychází z růstového modelu pro řasu Porhydrium sp. a zaměřuje se na optimalizaci vnějšího osvitu, jakožto jednoho z nejdůležitějších faktorů, které růst determinu-jí. V práci jsou uplatněny dva metodologické přístupy: analytický, spočívající ve využití Markovských procesů, a simulační, využívající multiagentního modelování. V analytické části je navržena konstrukce přechodové matice markovského řetězce, který na rozdíl od některých dříve použitých a publikovaných metod umožňuje zahrnout vliv nekonstantního osvitu uvnitř fotobioreaktoru. V simulační části pak byl vytvořen multiagentní model popula-ce řas, jehož prostřednictvím lze zkoumat chování systému a interaktivně toto chování ovlivňovat. V kontextu výsledků obdržených v obou částech byla v závěru práce navržena optimální hodnota vnějšího osvitu.

Abstract:

The thesis deals with the task of refining the constructional and operational parameters of a tubular photobioreactor in order to maximise the growth rate of algae contained in the cultivation suspension. It builds on a basic growth model of the Porhydrium sp. alga, and focuses on the optimization of external irradiance, which is one of the key determinants of algae growth. Two distinct methodological approaches are applied: analytic approach, which employs Markov Chains, and simulation approach, which relies on agent-based simulations. In the analytic part, we introduce the construction of state transition matrix for a Markov Chain that accounts for varying irradiance inside the photobioreactor (in contrast to constant-irradiance methods that have been published so far). In the simulation part, we devised an agent-based model of algae population that enables us to analyze the system behaviour while interactively changing the model parameters. In the context of the results from both the analytic and simulation part, we conclude by suggesting the optimal level of external irradiance.

Keywords

markovské řetězce, NetLogo, fotosyntetická továrna, fotobioreaktor

Keywords

Photobioreactor, Markov Chains, NetLogo, Photosynthetic Factory

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2010
• Supervisor: Jana Kalčevová
• Reader: Michal Černý

Vysoká škola ekonomická v Praze

Master programme / field:
Kvantitativní metody v ekonomice / Matematické metody v ekonomii