Информационная технология поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем

Рогачев, Дмитрий Алексеевич

Автореферат диссертации по теме "Информационная технология поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем"

На правах рукописи

Рогачев Дмитрий Алексеевич

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ДЕК 2009

Волгоград 2009

003488526

Работа выполнена в Волгоградском комплексном отделе ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костикова» Россельхозакадемии

Научный руководитель - Член-корреспондент РАСХН,

Заслуженный деятель науки РФ,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Бородычев Виктор Владимирович

Официальные оппоненты: Член-корреспондент РАСХН,

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Ольгаренко Владимир Иванович

кандидат технических наук, доцент Пахомов Александр Алексеевич

Ведущая организация - ФГНУ «РосНИИПМ», г. Новочеркасск

Защита состоится 21 декабря 2009 г. в 10:00 на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 при ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 400002, г. Волгоград, пр-т Университетский, 26, ауд.214.

С диссертационной работой можно ознакомится в научной библиотеке ВГСХА.

Автореферат разослан 20 ноября 2009 г. и размещен на сайте ВГСХА http: //www.vgsha.ru

Ученый секретарь диссертационного совета

А.И. Ряднов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы предусматривается проведение агротехнических мероприятий по сохранению и повышению почвенного плодородия, в том числе более рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения. При решении этих задач важное место занимает техническая эксплуатация гидромелиоративных систем в условиях ограниченности материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов.

При разработке планов технической эксплуатации необходимо учитывать значительные и постоянно возрастающие объемы природно-экологической, технико-технологической и организационно-экономической информации. В условиях ограниченности средств, выделяемых на техническую эксплуатацию, цена принятия управленческих решений возрастает, поэтому необходимы научно обоснованные технологии поддержки процедуры принятия решений. Применение информационных технологий, в том числе использующих географические информационные системы (ГИС) существенно расширяет возможности лица, принимающего решения (ЛПР). Для задач планирования технической эксплуатации гидромелиоративных систем, характеризующихся существенной ресурсоемкостью, изношенностью оборудования и стохастичностью природно-климатических условий сельскохозяйственного производства, качество и рациональность управленческих решений является особенно актуальным.

Известные работы по применению ГИС-технологий в мелиорации посвящены в основном разработке систем контроля и визуализации почвенного плодородия земель и технического состояния ОС. В то же время, требуется системы поддержки принятия решения при выборе вариантов технической эксплуатации с реализацией оптимизационного подхода. Необходима оценка последствий принятых решений и прогнозирование развития ситуаций при технической эксплуатации ОС.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в соответствии с научно-технической программой РАСХН «Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство» (2006-2010 гг.).

Целью работы является обоснование и разработка информационной технологии поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем с использованием геоинформационных систем, интегрированных с подсистемами оптимизации на основе математического моделирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- оценка технического состояния выбранных фрагментов оросительных систем и объектов технической эксплуатации;

- обоснование структуры атрибутивной и графической информации в БД;

- постановка задачи математического моделирования и дискретной оптимизации распределения ресурсов;

- обоснование методики и выбор вариантов планирования технической эксплуатации гидромелиоративных систем;

- разработка информационной технологии ППР технической эксплуатации гидромелиоративных объектов.

- проверка функционирования и эффективности применения разработанной системы на объектах технической эксплуатации оросительной системы.

Научная новизна:

Обоснована методика оптимизации планируемого размера поливных площадей в пределах ОС с учетом стохастичности и задаваемой вероятностью производства сельскохозяйственной продукции. Определены для условий Го-родищенской ОС численные параметры эмпирической функции fl[Q) многолетнего распределения количества воды, подаваемой на орошение возделываемых севооборотов.

Расчеты на разработанной компьютерной модели показали, что численные параметры эмпирической функции распределения f(Q) количества воды, подаваемой ОС на орошение возделываемых севооборотов, а также их структура существенно влияют на оптимальное соотношение площадей орошаемого и неорошаемого севооборотов и на расчетную мощность оросительной сети.

Обоснована методика автоматизированного выбора вариантов технической эксплуатации ОС, реализованная методом дискретной оптимизации на основе задачи линейного программирования с учетом ограничений на материально-технические, финансовые и трудовые ресурсы и объем сельскохозяйственного производства.

Основные положения, выносимые на защиту:

- информационная технология поддержки принятия решений в области планирования технической эксплуатации ОС, основанная на ГИС-технологиях;

- математические модели для решения оптимизационных задач планирования, на базе ГИС, технической эксплуатации ОС;

- методика, алгоритмы и процедуры принятия управленческих решений с использованием разработанной СППР на базе ГИС-технологий.

Методика исследований основана на трудах отечественных и зарубежных ученых в области технической эксплуатации гидромелиоративных систем, информационных технологий, в том числе использующих ГИС, фундаментальных положениях системного анализа, математического программирования и моделирования, теории оптимизации. В работе использованы современные инструментальные средства реализации информационных технологий MS Excel с надстройкой «Поиск решения», картографические пакеты ArcGis, Maplnfo, интегрированная система «1С-Предприятие-8».

Научная гипотеза: Информационная технология поддержки принятия решения, использующая ГИС оросительной системы, интегрированная с подсистемой оптимизации на основе математического моделирования, позволит повысить обоснованность выбора варианта технической эксплуатации.

Практическая значимость: создан инструментарий для эксплуатационных водохозяйственных организаций для решения задач оптимизации параметров и распределения средств по водохозяйственным объектам в процессе эксплуатации.

Личный вклад соискателя заключается в разработке научной гипотезы и программы исследований, теоретическом и методическом обосновании научных исследований, разработке методик математического моделирования и программной реализации на ЭВМ, численному моделированию и интерпретации полученных результатов.

Апробация работы. Материалы исследований рассматривались на секциях Ученого Совета ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии в 2002-2005 годах, на Региональной научно-практической конференции НГМА «Проблемы и перспективы развития мелиорации» (Новочеркасск, 2002), Республиканской научной конференции РГПУ «Экологические и социально-гигиенические аспекты среды обитания человека» (Рязань, 2003), Международной научно-практической конференции ВГСХА «Проблемы АПК» (Волгоград, 2003),: Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК» (Волгоград, 2005), Региональной научно-практической конференции «Применение инновационных технологий в подготовке специалистов высшей квалификации для АПК Волгоградской области (Волгоград, 2008), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2002-2009).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе две в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 2 патента на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и предложений, изложена на 142 страницах основного текста, включая 31 рисунок и 17 таблиц. Список использованной литературы содержит 107 наименований, в том числе 13 работ зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Аналитическая оценка использования информационных технологий в задачах управления» дан обзор научно-технических и патентных источников по использованию геоинформационных технологий в задачах поддержки принятия решений, а также в задачах управления в мелиоративной отрасли.

Разработкой и исследованием применения информационных технологий в задачах мелиорации земель, в том числе орошаемых, посвящены работы С.М. Васильева, М.С. Григорова, Ю.П. Добрачева, J1.B. Кирейчевой, Н.В. Ко-ломийцева, И.П. Кружилина, В.И. Ольгаренко, H.A. Пронько, В.Н. Щедрина, И.Ф. Юрченко, А.Г. Болотина, В.П. Остапчика.

Проблемы совершенствования технической эксплуатации и ремонта оросительных систем рассмотрены в работах Е.П. Борового, С.М. Григорова,

K.B. Губера, А.Д. Гумбарова, Б.С. Маслова, Г.В. Ольгаренко, В.Н. Рыбкина, М.Ю. Храброва, A.A. Пахомова, Ю.И. Сухарева и других ученых.

Разработкой, исследованием и совершенствованием ГИС для мониторинга и управления почвенным плодородием занимались С.Н. Дубенок, A.M. Зей-лигер, В.В. Корсак, Н.В. Кузнецова, О.Ю. Холуденева, O.E. Киселева, Т.В.Корнева, В.В. Метелкин, Н.И. Тупикин, А.Ю. Черемисинов, Д.И. Якушев.

В результате анализа публикаций установлено, что существенный эффект от внедрения информационных технологий в задачи планирования технической эксплуатации мелиоративных может дать использование Геоинформационных систем (ГИС). Международный опыт показывает, что внедрение ГИС в задачах сельского хозяйства и мелиорации позволяет анализировать разнородные данные в привязке к географическим координатам, что существенно повышает эффективность управленческих решений. В США и Евросоюза разработаны различные инструменты и стандарты для создания и использования картографических данных. Наиболее развитыми зарубежными ГИС системами являются: ArcGis (США), Mapinfo (США), WinSTAR (Евросоюз). С использованием данных ГИС проведено большое количество внедрений систем различного масштаба от национальной информационной системы до локального сельскохозяйственного предприятия, которые показали рост эффективности принимаемых решений с использованием ГИС.

В РФ так же существуют разработчики ГИС систем, в том числе адаптированных к задачам сельского хозяйства и мелиорации. Среди российских разработчиков стоит отметить: Конструкторское бюро «Панорама» (ГИС «Пано-рама-АГРО»), Центр геоинформационных исследований института географии РАН (ГеоГраф). Российские системы также имеют специализированные модули для задач сельского хозяйства.

Министерством сельского хозяйства РФ проведены работы по подготовки картографической основы с использованием данных дистанционного зондирования земли с использованием спутниковых снимков, а так же созданию тематических карт различного масштаба, для использования в ГИС различного уровня.

В задачах мелиорации ГИС использовались при реализации систем поддержки принятия решений (СППР) реализованных во ВНИИГиМ под руководством Л.В. Киреечевой, И.Ф.Юрченко (СППР «Яхрома», СППР «Комплекс», СППР «ЭКСИНЖЭКС»).

Проведенный анализ показал, что использование информационной технологии принятия решений с использованием ГИС в задачах технической эксплуатации мелиоративных систем позволяет повысить качество управленческих решений а следовательно и эффективность функционирования ОС.

Во второй главе «Характеристика традиционной технологии планирования мероприятий технической эксплуатации в условиях условия Городищенской ОС» были проанализированы условия функционирования и информационные потоки Городищенской ОС Волгоградской области.

В геоморфологическом отношении Городищенская оросительная система расположена на правом берегу реки Волга на южной оконечности Приволжской возвышенности и занимает Восточную часть Волго-Донского междуречья. Структура и характеристика почв Городищенского района приведены в таблице 1.

Рисунок 1 - Схема Городищенской оросительной системы

Эксплуатацию Городищенской ОС осуществляет Городищенский филиал ФГНУ «Волгоградмелиовод», обслуживающий земли Городищенского района.

В функции Городищенского «Райводхоза» входят содержание в исправном состоянии, принятие мер по предупреждению повреждений оросительных систем и отдельных их элементов; распределение воды, изъятой из водных объектов, между водопотребителями в соответствии с установленными лимитами и графиками водоподачи; ведение учета орошаемых земель, контроля за их мелиоративным состоянием и техническим состоянием оросительных систем; повышение технического уровня и работоспособности, совершенствование оросительных систем.

Были описаны и формализованы этапы обработки информации для автоматизации документооборота с учетом требований к проектируемым базам данных СППР. Также было проведено обследование состояния гидротехнических сооружений и проведен статистический анализ полученных результатов. Результаты анализа видов деформаций каналов представлены на рис.2.

В третьей главе «Информационная технология поддержки принятия решений» в результате анализа научно-технических и патентных источников

было обоснованое использование системного подхода к разработке информационной технологии к поддержки принятия решения.

Виды разрушений

Эрозия Трещины разрушение швов >1/3 Разрушение швов <1/3 Разрушение бетонного покрытия Пустоты под бетонной облицовкой Занесения фунтом Выпучивание

10 20 30 40

60 70

Рисунок 2 - распределение доли деформаций каналов видам (1 - Эрозия; 2 - Выпучивание; 3 - Трещины; 4 - Разрушение швов менее 1/3 периметра сечения канала; 5 -Разрушение швов более 1/2 периметра сечения канала; 6 - Пустоты под бетонной облицовкой; 7 - Разрушение бетонного покрытия 8 - Занесения грунтом)

С использованием методов системного подхода была разработана схема взаимосвязи подсистем СППР.

На основании схемы взаимосвязи подсистем СППР былы разработаны описание процедур информационой технологии поддержки принятия решения.

С учетом проанализированного функционала и особенностей проектируемой СППР была разработано описание архитектуры системы.

Основными компонентами системы поддержки принятия решений являются база данных, база моделей и программная подсистема, включающая систему управления базой данных (СУБД), систему управления базой моделей (СУБМ) и систему управления интерфейсом между пользователем и компьютером.

Разработанная структурно-функциональная схема информационной технологии ППР для планирования ремонта и ТО приведена на рисунке 4.

Разрабатываемая СППР может интегрироваться с автоматизированной учетно-управленческой системой. В нашей стране в последние 10 лет автоматизированные учетные системы развивались достаточно активно.

Важно отметить, что система «1С-Предприятие».обладает развитым языком разработки приложений и встраиваемых модулей, и изначально ориентирована на взаимодействие с системами, использующими различные форматы передачи данных для выполнения операций экспорта-импорта.

Рисунок 3 - Структурно-функциональная схема информационной технологии ППР для планирования ремонта ОС

Архитектура разрабатываемой СППР должна включать три основные подсистемы: информационную; анализа; поддержки решения.

Разрабатываемая информационная технология поддержки принятия решений по выбору эффективных вариантов технической эксплуатации гидромелиоративных объектов, должна обеспечивать: формирование БД атрибутивной информации о состоянии ОТЭ гидромелиоративной системы; предварительную обработку исходной информации для внесения в тематические слои цифровых карт подсистем ГИС; адаптацию разработанных математически моделей к особенностям и условиям эксплуатируемой гидромелиоративной системы; прогноз вариантов при возможных сценариях планирования технической эксплуатации; выбор оптимального варианта; формирования технической документации.

Важнейшая проблема планирования технического обслуживания, ремонта оросительной сети и гидротехнических сооружений заключается в установлении потребности в материально-технических ресурсах и определении сроков выполнения работ, увязанных с потребностью сельскохозяйственного производства. Как правило, объемы ресурсов, необходимых для технической эксплуатации мелиоративной системы, превышают выделяемые, что порождает конфликт при распределении ограниченных капиталовложений и других ресурсов по объектам, подлежащим ремонту. Критические ситуации, возникающие повсеместно, требуют решения задачи жизнеспособного управления ресурсами, основанного на устойчивом компромиссе между наличием ресурсов и спросом.

Решение задачи управления продуктивностью агроценоза на функционирующем объекте служит основой для формирования и целенаправленного анализа устойчивых компромиссных вариантов технической эксплуатации системы. При этом определяется оптимальный перечень объектов технической эксплуатации, обеспечивающих заданные объемы производства сельскохозяйственной продукции и максимальную эффективность эксплуатационных мероприятий при ограничениях на капиталовложения и другие лимитирующие ресурсы.

Проведенный анализ позволяют рекомендовать использование в рамках информационных ГИС-технологий блоков математической оптимизации выбора дискретных вариантов для повышения функциональности и эффективности СППР.

В четвертой главе «Модели и алгоритмы задачи оптимизации планирования технической эксплуатации» была сформулирована задача оптимизации распределения ресурсов, выделяемых на ремонтные работы. Объем поливной воды, фактически подаваемой на орошаемые поля, имеет вероятностную природу, т.е. является случайной величиной. Следовательно, затраты на орошение и объемы дополнительной продукции от орошения являются не детерминированными, а также случайными величинами.

Задачи выбора оптимальных размеров подготовки полей под орошение, а также оптимизации структуры орошаемого земледелия в сочетании с богарным, в особенности для зон рискованного земледелия, могут быть решены с применением стохастических методов.

Поскольку 0 меняется по годам, то эффективность выбора соотношения орошаемой и богарной площадей будет случайной величиной и ее можно определить лишь с учетом многолетних результатов сельскохозяйственного производства. За ее величину можно принять средний годовой показатель эффективности, усредняя по реализациям

_ о

ф(х)^]ф(х,д)гвсгд

о (1)

где <3 - объем воды за оросительный сезон, подаваемой ОС от источника орошения на поля; х - площадь орошаемого массива, га; Ф = Ф(х, 0) - суммарный годовой эффект, тыс. руб.;

Оптимальным размером орошения будем считать такую площадь орошаемого массива х* и, соответственно, мощность сети, при которых величина

Ф{х) достигает максимума.

Пусть возделывается т культур. Соотношение полей в орошаемом севообороте характеризуется числами у,, 1 = 1, 2, ..., т\ >О, = 1, указывающими доли культур в общей площади севооборота. Нормативы чистого дохода на богаре, орошении и недостаточном поливе обозначим соответственно с,', с]

и с], руб. на 1 га. Нормативы сД ск2, с^3 чистого дохода отражают влияние различных технико-технологических и природно-климатических факторов богарного и орошаемого земледелия на урожайности культур и на затраты, необходимые для их возделывания. Тогда задача классической оптимизации принимает вид: найти значение х, максимизирующее функционал (1).

Сравнительную эффективность использования поливной воды для различных культур характеризуют параметры

а, = (с, - С) )/д„ /=1,2,..., т. (2)

Величины а, характеризуют относительный ущерб, возникающий при невозможности полива культуры, подготовленной к орошению.

Для нахождения значения х необходимо решить уравнение Фх = 0. Профессором В.А. Кардашом (1986) было получено необходимое условие экстремума интегрального функционала Фх для закона распределения ДО) общего вида. Считая /(0) известной, после соответствующих преобразований можно записать уравнение в неявном виде:

т т / \

Е ьк - )/(* *) = Е (с* 2Ук - ск х?к) (з)

*=1 к =1

где обозначено

К =2>,Г, (4)

ы

Для получения и решения уравнения (3) необходима предварительная параметризация функции/(0) распределения подачи поливной воды.

Распределение объемов воды, подаваемой на орошаемые поля, рассмотрим по данным племзавода «Кузьмичевский» - типичного хозяйства Городи-щенского района - за двенадцатилетний период 1996-2007 гг.

80000

"s 70000

3 60000

1- 50000 л

| 40000

£ зоооо I 20000

с ЮООО

о

5 6 7 8 9 10 Номер года

Рисунок 4 - Динамика подачи поливной воды на поля племзавода «Кузьмичевский»

Функция распределения f(Q) может быть аппроксимирована с помощью квадратичной параболы, параметры которой определяются по статистическим данным методом наименьших квадратов. Для приведенных выше данных, функция распределения может быть описана зависимостью (рис. 5)

у = -0,0007 (У + 0,0948Q - 2,364, (5)

параметры которой определялись с использованием MS Excel. Для р !ения уравнения (3) была разработана специальная подпрограмма. По введенным техническим параметрам и нормативам затрат ресурсов и выпуска продукции вычисляются коэффициенты а, сравнительной эффективности затрат воды для возделываемых культур и выполняется ранжирование их, что будет моделировать порядок орошения при ограниченных поливных ресурсах. После автоматического формирования вида и параметров алгебраического квадратного уравнения (3) проверяется возможность его решения путем определения знака дискриминанта, после чего, при неотрицательных значениях, находятся корни.

Для использования в задачах СПГ1Р были экспериментально определены функциональные зависимости урожайности от водопотребления с.-х. культур

при различных уровнях минерального питания, необходимые для обоснования оптимального соотношения площадей орошаемого и богарного участков, а также для обоснования оптимального распределения средств на ремонт и техническую эксплуатация орошаемых участков.

40 50 60

Подача воды, тыс. м3

Рис. 5 - Интегральная функция ОД) распределения подачи поливной воды для типичного хозяйства Городищенского района

Полевые опыты были заложены по двухфакторной схеме: фактор А (водный режим почвы) + фактор В (режим минерального питания). Поливы осуществлялись дождевальной машиной «Мини Кубань-К», содержащей три секции.

Схемой опыта по водному режиму были предусмотрены пять уровней во-дообеспечения посевов:

• Ао - поддержание предполивного порога влажности почвы 70 % НВ в слое 0.4 м до выметывания метелкн, в слое 0,6 м - далее до наступления фазы восковой спелости зерна;

• А[ - дифференцированный по фазам развития кукурузы водный режим почвы, 7080-70 % НВ, слое 0,4 м до выметывания метелки, в слое 0,6 м - далее до наступления фазы восковой спелости зерна при поддержании предполивного уровня влажности 80 % НВ в течение периода «выметывание метелки...молочно-восковая спелость зерна»;

• А2 - дифференцированный по фазам развития кукурузы водный режим почвы, 7080-70 % НВ, слое 0,4 м до выметывания метелки, в слое 0,6 м - далее до наступления фазы восковой спелости зерна при поддержании предполивного уровня влажности 80 % НВ в течение периода «11-й лист...молочно-восковая спелость зерна»;

• Аз - дифференцированный по фазам развития кукурузы водный режим почвы, 7080-70 % НВ, слое 0,4 м до выметывания метелки, в слое 0,6 м - далее до наступления фазы восковой спелости зерна при поддержании предполивного уровня влажности 80 % НВ в течение периода «7-й лист... молочно-восковая спелость зерна»;

• А4 - поддержание постоянного в течение вегетации уровня предполивной влажности почвы 80 % НВ слое 0,4 м до выметывания метелки, в слое 0,6 м - далее до наступления фазы восковой спелости зерна.

9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5

.........]..........т~,

у = 2,'1С]911.пХх}> 3"4727 " = 0,9764 _

"■¿и"—1""' """

_ у = 0,7558ип(х) к- 5.540: .......| .......КТ = 0,91р4~^

у = 1.8586Цп(х) + 4,1073( Я2 = 0,9702

у=_0,14221_п(х} + >2 = 0,6648

ооооооооооооо

гд ш

аз со а> сп

О СО СО СО

о о о о

Водопотребление куб.м / га

о о о о

Р- N N СМ П П *Г

- №0Р40К100

-М140Р60К160

Ж N190Р80К220

№40Р100К280

Рисунок 6 - Зависимость урожайности кукурузы от водопотребления

На каждом из вариантов по изучению водного режима почвы были заложены исследования по фактору режима минерального питания. Программой исследований предусматривалось четыре уровня минерального питания кукурузы: ^оРадКюо, 1Ч,40Рб0К160, ^19<]Рк0^220> ^«РюпКгяО-

В частности, для первого из них зависимость имеет вид (рис.6)

у = 0,1421п{х) + 5,07 при величине г2 = 0,68, (6)

где .у - урожайность, т/га; * - водопотребленне, м3/га.

В пятой главе «Геоинформационная система поддержки принятия решений» были определены цели и задачи СППР, разработана функциональная схема системы. Целью СППР является обеспечение поддержки принятия решения при планировании и выборе оптимального варианта технической эксплуатации и ремонта гидромелиоративных систем. Основными решаемыми задачами являются определение оптимального размера орошаемой площади и распределение ресурсов для ремонта и технического обслуживания с учетом ограничений.

Таблица 1 - Расчет параметров стохастической модели для ранжирования _возделываемых культур по (ц _

Неранжированные культуры с1 С2 С3 Як

1.Пшеница 1472 520 -2838,4 1049,5

2.0вощи 681,42857 47541,6667 -13798,19 9201,0

З.Картоф 1184,5 20454,6667 -7035,7333 5890,8

4.Кукур. з/м -508,5 -4517,3333 -6490,1333 422,7

5.Многолетние травы -984 -9532,6666 -12183,866 361,5

Для решения уравнения (3) необходимо ранжирование культур по параметру эффективности использования оросительной воды ак, результаты которого для пяти культур, рассчитанные с использованием значений из БД, представлены в табл. 1. После подстановки всех параметров в квадратное уравнение (3) и вычисления его корней в автоматическом режиме определяется оптимальное значение орошаемой площади х* и мощность <3 оросительной сети.

На основании введенных данных в автоматическом режиме формируется матрица технико-экономических коэффициентов (ТЭК) для выбора оптимального варианта плана технической эксплуатации методом дискретной оптимизации. Результатом решения оптимизационной части задачи являются бинарные значения переменных в третьей строке матрицы (табл.2).

Таблица 2 - Решение задачи дискретной оптимизации на примере

семи орошаемых участков

Вид ограничения Переменные оптимизационной модели Ограничения

X, Х2 х3 х4 х5 Хб Х7 Расчет Форма Заданное

0 ) ■ 1 0 0 0 0 Двоичное

Финансовые, руб. 63360 86400 72240 87360 35000 63000 49000 158640 < 170000

Площади посевные, га 576 540 516 624 250 450 350 1056 >- 1000

Продукция, корм. ед. 691,2 10854 3354 3494,4 1400 2520 1960 14208 >= 12000

Целевая функция, руб. 172800 64800 33540 122304 49000 88200 68600 98340 , —> тах

В результате проведения процедуры Поиск решения, результаты которого представлены в табл.2, появляются ненулевые значения переменных X), соответствующие номерам участков, включаемых в оптимальный план. В частности, для приведенных ТЭК это будут Х2 и Х3 (выделены заливкой).

Это означает, что в соответствии с оптимальным вариантом распределения ресурсов, с учетом технико-экономических параметров и ограничений, в план ремонта попадают только орошаемые участки 2 и 3, а ожидаемый эффект - значение целевой функции составит 98340 руб. Для ремонта остальных участков ресурсов недостаточно, при этом лимитирующим оказываются посевные площади.

Для интеграции с картографической подсистемой был разработан модуль процедуры «ПоказатьКартуСПараметрами» (рис.7), обеспечивающий наглядную визуализацию участков ОС, выбираемых для включения в план ремонта.

Рисунок 7 - Блок схема процедуры интеграции карты с системой 1С

ОР»!-» НМ*

■•<;■< ¿V - - .. ».г „ .

янмвняш

Рисунок 8 - Выбор оптимального варианта распределения ресурсов на ремонт

Визуализация результатов с использованием ГИС позволяет расширить возможности при экспертной оценке ЛПР результатов оптимизации и анализе факторов, которые не могут быть формализованы в рамках используемых математических моделей (рис.9).

Q-r.i--4V.i4»-- '-С-'- -

Споена поддержки принятия решения

-

Рисунок 9 - Визуализация результатов планирования ремонта на схеме ОС

Применение геоинформационной системы, интегрированной в состав СППР, обеспечивает возможность динамической актуализации и визуализации информации, что особенно важно при планировании и обосновании технических решений на различных уровнях управления.

Общие выводы

1. Анализ научно-технических источников показал, что задачу оптимизации планирования технической эксплуатации ОС целесообразно решать с использованием информационных технологий, что позволяет не только получать запланированные урожаи путем обеспечения планируемого водного режима орошаемых земель, но и способствует поддержанию продуктивности мелиорируемых земель на допустимом уровне.

2. Анализ информационных потоков при технической эксплуатации ОС выявил необходимость применения СППР для решения задачи планирования мероприятий технической эксплуатации, позволяющей повысить уровень информационного обеспечения анализа и принятия управленческих решений и обеспечивать возможностью оптимизации решения многовариантных задач технической эксплуатации с использованием методов статистического анализа и математического моделирования.

3. Предложена структурно-функциональная модель СППР на основе ГИС-технологии, интегрирующая картографическую и атрибутивную реляционные БД, блоки математического моделирования, учитывающие стохастический характер процессов, и блок дискретной оптимизации выбора вариантов технической эксплуатации ОС.

4. Обоснована целесообразность включения информацнионно-анапитической, картографической и учетно-управленческой подсистем в СППР технической эксплуатации и доказана целесообразность реализации такой интегрированной системы на платформе «1С-Предприятие-8», поддерживающей ввод, актуализацию и обработку атрибутивной и картографической информации, решение учетно-аналитических и оптимизационных задач во взаимодействии с глобальной навигационной системой ГЛОНАС.

5. Обоснована методика оптимизации планируемого размера поливных площадей в пределах ОС с учетом стохастичности и задаваемой вероятностью производства сельскохозяйственной продукции. Определены для условий Городищенской ОС численные параметры эмпирической функции /(О) многолетнего распределения количества воды, подаваемой на орошение возделываемых севооборотов, в качестве которой принята парабола второго порядка.

6. Расчеты на разработанной компьютерной модели показали, что численные параметры эмпирической функции распределения ДО) количества воды, подаваемой ОС на орошение возделываемых севооборотов, а также их структура существенно влияют на оптимальное соотношение площадей орошаемого и неорошаемого севооборотов и на расчетную мощность оросительной сети.

7. Обоснована методика автоматизированного выбора вариантов технической эксплуатации ОС, реализованная методом дискретной оптимизации на основе задачи линейного программирования с учетом ограничений на материально-технические, финансовые и трудовые ресурсы, а также на объем производства сельскохозяйственной продукции.

8. Разработана информационная технология принятия решений по выбору эффективных вариантов технической эксплуатации гидромелиоративных объектов, реализованная в СППР и включающая:

• формирование БД атрибутивной информации о состоянии ОТЭ гидромелиоративной системы;

• предварительную обработку исходной информации для внесения в тематические слои цифровых карт подсистем ГИС;

• адаптацию разработанных математически моделей к особенностям и условиям эксплуатируемой гидромелиоративной системы;

• прогноз вариантов при возможных сценариях планирования технической эксплуатации;

• выбор оптимального варианта и формирования технической документации

• Визуализацию результатов моделирования.

9. Апробация разработанной информационной технологии на Горо-дищенской ОС Волгоградской области показали, по экспертным оценкам специалистов отрасли, повышение уровня автоматизации на 12...15%, информационного обеспечения технического состоянии гидромелиоративной системы - на 10...12%, снижение интеллектуальной нагрузки ЛПР при анализе многовариантных ситуаций на 7...9%.

10. Применение разработанной СППР повышает эффективность разработки плана ремонта и технической эксплуатации ОС. Расчетный экономический эффект за счет оптимизации использования ограниченных материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов составляет для условий Горо-дищенской ОС Волгоградской области 127 руб./га.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах: Издания, рекомендованные ВАК:

1. Бородычев, В.В. Оптимизация параметров оросительной системы в условиях сочетания в её пределах орошаемого массива с богарным / В.В. Бороды-чев, Д.А.Рогачёв // Мелиорация и водное хозяйство, 2007.- №6, с. 23-24. '

2. Бородычев, В.В. Программное обеспечение поддержки принятия решений при эксплуатации оросительных систем / В.В. Бородычев, Д.А. Рогачёв // Мелиорация и водное хозяйство, 2009,- № 4, с. 31-34.

Материалы научно-технических конференций:

3. Рогачев, Д.А. Управленческие информационные системы в мелиорации / Д.А. Рогачев // Проблемы и перспективы развития мелиорации: Сборник материалов региональной научно-практической конференции. - Новочеркасск: НГМА, 2002,- С. 77-79.

4. Рогачев, Д.А. Повышение эффективности управления гидромелиоративными системами с использованием коммерческого геоинформационного

программного обеспечения. Материалы республиканской научной конференции «Экологические и социально-гигиенические аспекты среды обитания человека» / РГПУ, Рязань, 2003.

5. Рогачев, Д.А. Информационные технологии в задачах мониторинга экосистем / Д.А. Рогачев. - Влияние природных и антропогенных факторов на социоэкосистемы. Выпуск П/РГМУ, Рязань, 2003г.

6. Рогачев, Д.А. Многофакторный дисперсионный анализ влияния регулирования фитоклимата на урожайность озимой пшеницы / Д.А. Рогачев, Т.И. Мазаева. - Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы АПК» /ВГСХА, Волгоград.

7. Рогачев, Д.А. Информационные технологии принятия'управленческих решений в задачах мониторинга состояния экосистем /Д.А. Рогачев - Научный вестник: Экономические и социальные науки. Вып.З I Волгогр. гос. с.-х. акад. Волгоград, 2004. С. 54-55.

8. Рогачев, Д.А. Интеграция инструментальных средств оперативной аналитической обработки (OLAP) с ГИС технологиями в задачах управления, технической эксплуатации ОС/ Д.А. Рогачёв. - Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: Сб. Науч тр. / Мещанский филиал ГНУ ВНИИГиМ. - Рязань, 2004. С. 564-565;

9. Бородычев, В.В. Оптимизация управленческих решений на основе геоинформационных технологий / В.В. Бородычев, Д.А. Рогачев,- Актуальные проблемы развития АПК: Матер, междунар. научн.-практич. конф. / Волгогр. гос. с.-х. акад. Волгоград, 2005.-С. 18-20.

10. Рогачёв, Д.А. Оптимизация технико-экономических параметров систем орошения с учетом стохастичности / Д.А. Рогачёв, В.В. Бородычев //' Применение инновационных технологий в подготовке специалистов высшей квалификации для АПК Волгоградской области.- Волгоград, ФГОУ ВПО ВГСХА ИПК "Нива", 2008,- С.345-349.

Патенты на изобретения:

1.Пат. №2228607 Российская Федерация, МПК 7 А 01 G 7/00. Способ управления продукционными процессами при возделывании озимых зерновых культур в условиях засушливого климата [Текст] / А.Ф. Рогачёв, A.M. Салдаев, Д.А. Рогачёв; заявитель и патентообладатель Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия; опубл. 20.05.04, Бюл. № 14.

2. Пат. №2239310 Российская Федерация, МПК 7 G 01 25/09. Водозаборное устройство поливной машины [Текст] / А.Ф. Рогачёв, A.M. Салдаев, Д.А. Рогачёв, А.Г. Гагарин; опубл. 10.11.04, Бюл. №31.

Подписано в печать 18.11.09 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак.485. Издательско-полиграфический комплекс ВГСХА «Нина» 400002, Волгоград, пр. Университетский, 26

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Рогачев, Дмитрий Алексеевич

Введение.

1. Аналитическая оценка использования информационных технологий в задачах управления.

1.1 Информационные технологии в мелиоративной деятельности.

1.2 Мировая практика реализации ГИС-проектов.

1.2.1 Общие сведения о геоинформационных системах.

1.2.2 Процедуры геообработки.

1.3.Мировая практика использования ГИС в сельском хозяйстве.

1.4 ГИС в задачах природопользования и сельского хозяйства в РФ.

1.5 Задачи управления в мелиоративной отрасли.

Выводы по разделу.

2. Характеристика традиционной технологии планирования мероприятий технической эксплуатации в условиях Городищенской ОС.

2.1.Природно-хозяйственные условия Городищенской оросительной системы.

2.2 Исследование информационных потоков при технической эксплуатации ОС.

2.3 Процедуры и отчетность.

2.3.1. Процесс планирования мероприятий технической эксплуатации оросительной системы.

2.3.2 Управление технической эксплуатацией оросительной системы.

2.4 Анализ проблем планирования технической эксплуатации.

Выводы по разделу.

3. Информационная технология поддержки принятия решений.

3.1 Принципы системного подхода к разработке информационной технологии поддержки принятия решений.

3.2 Структурно-функциональная схема информационной технологии.

3.3 Перспективы интеграции разрабатываемой СППР с системой ГЛОНАСС.

3.4 Описание компонентов функциональных блоков.

Выводы по разделу.

4. Модели и алгоритмы задачи оптимизации планирования технической эксплуатации.

4.1 .Постановка задачи.

4.2Формализация задачи планирования.

4.2.1. Разделение территории.

4.2.2 Критерии оптимизации.

4.3 Методы решения задач математической оптимизации параметров систем

4.3.1 Стохастическое программирование.

4.3.2 Транспортная задача линейного программирования.

4. 4.Решение стохастической задачи технико-экономической оптимизации параметров гидромелиоративной системы.

4.5 Экспериментальные исследования возделывания сельскохозяйственных культур на орошении на примере кукурузы.•.

4.5.1 Агроклиматические условия места проведения исследований.

4.5.2 Водно-физические и агрохимические свойства' почвы опытного участка.

4.5.3 Агротехника возделывания кукурузы.

4.5.4 Планирование полевых опытов.

4.5.5 Результаты полевых исследований.

Выводы по разделу.

5. Геоинформационная система поддержки принятия решений.

5.1.Цель и задачи системы.

5.20бщее описание СППР.

5.3 Описание задач, решаемых с использованием СППР.

5.4Техническое и программное обеспечение.

5.5 Технико-экономические показатели СППР.

Выводы по разделу.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Информационная технология поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем"

Актуальность темы. Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы предусматривается проведение агротехнических мероприятий по сохранению и повышению почвенного плодородия, в том числе более рациональному использованию земель сельскохозяйственного назначения. При решении этих задач важное место занимает техническая эксплуатация гидромелиоративных систем в условиях ограниченности материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов.

При разработке планов технической эксплуатации необходимо учитывать значительные и постоянно возрастающие объемы природно-экологической, технико-технологической и организационно-экономической информации. В условиях ограниченности средств, выделяемых на техническую эксплуатацию, цена принятия управленческих решений возрастает, поэтому необходимы научно обоснованные технологии поддержки процедуры принятия решений. Применение информационных технологий, в том числе использующих географические информационные системы (ГИС) существенно расширяет возможности лица, принимающего решения (ЛПР). Для задач планирования технической эксплуатации гидромелиоративных систем, характеризующихся существенной ресурсоемкостью, изношенностью оборудования и стохастичностью природно-климатических условий сельскохозяйственного производства, качество и рациональность управленческих решений является особенно актуальным.

Известные работы по применению ГИС-технологий в мелиорации посвящены в основном разработке систем контроля и визуализации почвенного плодородия земель и технического состояния ОС. В то же время, требуется системы поддержки принятия решения при выборе вариантов технической эксплуатации с реализацией оптимизационного подхода. Необходима оценка последствий принятых решений и прогнозирование развития ситуаций при технической эксплуатации ОС.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в соответствии с научно-технической программой РАСХН «Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство» (2006-2010 гг.).

Целью работы является обоснование и разработка информационной технологии поддержки принятия решений при планировании технической эксплуатации гидромелиоративных систем с использованием геоинформационных систем, интегрированных с подсистемами оптимизации на основе математического моделирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- оценка технического состояния выбранных фрагментов оросительных систем и объектов технической эксплуатации;

- обоснование структуры-атрибутивной и графической информации в БД;

- постановка задачи математического моделирования и дискретной оптимизации распределения ресурсов;

- обоснование методики и выбор вариантов планирования технической эксплуатации гидромелиоративных систем;

- разработка информационной технологии ППР технической эксплуатации гидромелиоративных объектов.

- проверка функционирования и эффективности применения разработанной системы на объектах технической эксплуатации оросительной системы.

Научная новизна:

Обоснована методика оптимизации планируемого размера поливных площадей в пределах ОС с учетом стохастичности и задаваемой вероятностью производства сельскохозяйственной продукции. Определены для условий Городищенской ОС численные параметры эмпирической функции f(Q) многолетнего распределения количества воды, подаваемой на орошение возделываемых севооборотов.

Расчеты на разработанной компьютерной модели показали, что численные параметры эмпирической функции распределения f(Q) количества воды, подаваемой ОС на орошение возделываемых севооборотов, а также их структура существенно влияют на оптимальное соотношение площадей орошаемого и неорошаемого севооборотов и на расчетную мощность оросительной сети.

Обоснована методика автоматизированного выбора вариантов технической эксплуатации ОС, реализованная методом дискретной оптимизации на основе задачи линейного программирования с учетом ограничений на материально-технические, финансовые и трудовые ресурсы и объем сельскохозяйственного производства.

Основные положения, выносимые на защиту:

- информационная технология поддержки принятия решений в области планирования технической эксплуатации ОС, основанная на ГИС-технологиях;

- математические модели для решения оптимизационных задач планирования, на базе ГИС, технической эксплуатации ОС;

- методика, алгоритмы и процедуры принятия управленческих решений с использованием разработанной СППР на базе ГИС-технологий.

Методика исследований основана на трудах отечественных и зарубежных ученых в области технической эксплуатации гидромелиоративных систем, информационных технологий, в том числе использующих ГИС, фундаментальных положениях системного анализа, математического программирования и моделирования, теории оптимизации. В работе использованы современные инструментальные средства реализации информационных технологий MS Excel с надстройкой «Поиск решения», картографические пакеты ArcGis, Maplnfo, интегрированная система «1С-Предприятие-8».

Работа выполнена в соответствии с п. 33 Паспорта специальности ВАК 06.01.02 «Исследование, разработка и совершенствование методов, способов и технологий информационного обеспечения управленческой мелиоративной деятельности».

Научная гипотеза: Информационная технология поддержки принятия решения, использующая ГИС оросительной системы, интегрированная с подсистемой оптимизации на основе математического моделирования, позволит повысить обоснованность выбора варианта технической эксплуатации.

Практическая значимость: создан инструментарий для эксплуатационных водохозяйственных организаций для решения задач оптимизации параметров и распределения средств по водохозяйственным объектам в процессе эксплуатации.

Личный вклад соискателя заключается в разработке научной гипотезы и программы исследований, теоретическом и методическом обосновании научных исследований, разработке методик математического моделирования и программной реализации на ЭВМ, численному моделированию и интерпретации полученных результатов.

Апробация работы. Материалы исследований рассматривались на секциях Ученого Совета ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии в 2002-2005 годах, на Региональной научно-практической конференции НГМА «Проблемы и перспективы развития мелиорации» (Новочеркасск, 2002), Республиканской научной конференции РГПУ «Экологические и социально-гигиенические аспекты среды обитания человека» (Рязань, 2003), Международной научно-практической конференции ВГСХА «Проблемы АПК» (Волгоград, 2003),: Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК» (Волгоград, 2005), Региональной научно-практической конференции «Применение инновационных технологий в подготовке специалистов высшей квалификации для АПК Волгоградской области (Волгоград, 2008), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской ГСХА (Волгоград, 2002-2009).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе две в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 2 патента на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и предложений, изложена на 142 страницах основного текста, включая 51 рисунок и 17 таблиц. Список использованной литературы содержит 107 наименований, в том числе 13 работ зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Рогачев, Дмитрий Алексеевич

Общие выводы

1. Анализ научно-технических источников показал, что задачу оптимизации планирования технической эксплуатации ОС целесообразно решать на основе ГИС-технологий, что позволяет не только получать запланированные урожаи путем обеспечения планируемого водного режима орошаемых земель, но и способствует поддержанию почвенного плодородия на допустимом уровне.

2. Анализ информационных потоков при технической эксплуатации ОС выявил необходимость применения СППР на основе ГИС-технологии для решения задачи планирования мероприятий технической эксплуатации, позволяющей повысить уровень информационного обеспечения анализа и принятия многовариантных управленческих решений и обеспечивать возможностью оптимизации решения задач технической эксплуатации с использованием методов статистического анализа и математического моделирования.

3. Предложена структурно-функциональная модель СППР на основе ГИС-технологии, интегрирующая картографическую и атрибутивную реляционные БД, блоки математического моделирования, учитывающие стохастический характер процессов, и блок дискретной оптимизации выбора вариантов технической эксплуатации ОС.

4. Обоснована целесообразность включения информациионно-аналитической, картографической и учетно-управленческой подсистем в СППР технической эксплуатации и доказана целесообразность реализации такой интегрированной системы на платформе «1С-Предприятие-8», поддерживающей ввод, актуализацию и обработку атрибутивной и картографической информации, решение учетно-аналитических и оптимизационных задач во взаимодействии с глобальной навигационной системой ГЛОНАС.

5. Обоснована методика оптимизации планируемого размера поливных площадей в пределах ОС с учетом стохастичности и задаваемой вероятностью производства сельскохозяйственной продукции. Определены для условий Городищен-ской ОС численные параметры эмпирической функции Ц^) многолетнего распределения количества воды, подаваемой на орошение возделываемых севооборотов, в качестве которой принята парабола второго порядка.

6. Расчеты на разработанной компьютерной модели показали, что численные параметры эмпирической функции распределения ^С)) количества воды, подаваемой ОС на орошение возделываемых севооборотов, а также их структура существенно влияют на оптимальное соотношение площадей орошаемого и неорошаемого севооборотов и на расчетную мощность оросительной сети.

7. Обоснована методика автоматизированного выбора вариантов технической эксплуатации ОС, реализованная методом дискретной оптимизации на'основе задачи линейного программирования с учетом ограничений на материально-технические, финансовые и трудовые ресурсы и объем сельскохозяйственного производства.

8. Разработана информационная технология принятия решений по выбору эффективных вариантов технической эксплуатации гидромелиоративных объектов, реализованная в СПГТР и включающая:

• формирование БД атрибутивной информации о состоянии ОТЭ гидромелиоративной системы;

• предварительную обработку исходной информации для внесения в тематические слои цифровых карт подсистем ГИС;

• адаптацию разработанных математически моделей к особенностям и условиям эксплуатируемой гидромелиоративной системы;

• прогноз вариантов при возможных сценариях планирования технической эксплуатации;

• выбор оптимального варианта и формирования технической документации

• Визуализацию результатов моделирования.

9. Апробация разработанной информационной технологии на Городищенской ОС Волгоградской области, показали, по экспертным оценкам специалистов отрасли, повышение уровня автоматизации на 12. 15%, информационного обеспечения технического состоянии гидромелиоративной системы - на 10. 12%, снижение интеллектуальной нагрузки ЛПР при анализе многовариантных ситуаций на 7.9%.

10. Применение разработанной СППР повышает эффективность разработки плана ремонта и технической эксплуатации ОС. Расчетный экономический эффект за счет оптимизации использования ограниченных материально-технических, фит , нансовых и трудовых ресурсов составляет для условий Городищенской ОС Волгоградской области 127 руб./га.

Заключение

Решенная в рамках диссертационной работы задача создания информационной технологии для оптимального распределения материально-технических, финансовых и других ресурсов оптимизирует, на основе математических моделей, планирование и выполнение ремонтно-эксплуатационных работ в процессе технической эксплуатации гидромелиоративных систем.

Информационная технология планирования эксплуатационных мероприятий, объединяющая системы ввода и обработки данных, математические модели обоснования вариантов технического обслуживания и ремонта, а также принятия управленческих решений и интерактивные средства визуализации получаемых результатов, позволяет повысить качество управленческих решений.

Использование разработанной СППР позволяет снизить негативные последствия традиционных методов и источников информации: неполнота, неточность, разнородность и разобщенность, низкая оперативность доступа ЛПР к информационным ресурсам, низкий уровень автоматизации процессов сбора, анализа, поиска, хранения, актуализации и интерпретации данных, использования базы знаний.

Использование геоинформационной системы, интегрированной в состав СППР, обеспечивает возможность динамической актуализации и визуализации информации, что особенно привлекательно в случаях планирования и обоснования управленческих решений.

Опытная эксплуатация разработанной СППР на базе Городищенской ОС показала эффективность реализованных методов при решении задачи задач, являющихся традиционными для службы эксплуатации в целом - разработки плана ремонта и технического ухода, обеспечивающих оптимальное использование материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов в рамках выделяемых лимитов. Использование разработанной СППР позволяет дополнительно получать важную oneративную информацию для ЛПР, послужит стимулом к распространению информационных технологий и управленческих ИС в области технической эксплуатации и реконструкции гидромелиоративных объектов.

Техническим результатом использования СППР на базе Городищенской ОС является повышение, по экспертным оценкам специалистов отрасли, уровня автоматизации на 12. 15%, информационного обеспечения технического состоянии гидромелиоративной системы на 10. 12%, снижение интеллектуальной нагрузки ЛПР на 7.9% при анализе многовариантных ситуаций.

В то же время, реальная эффективность применения СППР во многом определяется уровнем подготовленности обслуживающего персонала и достоверностью, качеством и своевременностью представления достоверных исходных данных.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Рогачев, Дмитрий Алексеевич, Волгоград

1. Автоматизированные информационные технологии в экономике: Учебник / М.И. Семенов и др.; Под общ. ред. И.Т. Трубилина. — М.: Финансы и статистика, 2000.-416 с.

2. Агроклиматический справочник по Волгоградской области. Л., Гидро-метеоиздат, 1967. - С. 7-22.

3. Андрейчикова, О.Н. Разработка методов и систем компьютерной поддержки анализа и синтеза технических решений на этапе концептуального проектирования: Автореф. дис. д-ра технич. наук: 05.13.01 / ВолгГТУ. Волгоград, 2002. -44 с.

4. Антипова Т.И., Решеткина Н.И. Экологические принципы агромелиорации // Вестник РАСХН, 1995, №3. С. 42-47.

5. Ахмедов, А.Д. Технология производства ремонтно-строительных работ в области природообустройства: Учебное пособие / А.Д. Ахмедов. Волгоград, ИПК ФГОУ ВПО Волгоградская ГСХА «Нива», 2009. - 136 с.

6. Бородычев, В.В. Оптимизация параметров оросительной системы в условиях сочетания в её пределах орошаемого массива с богарным / В.В. Бородычев, Д.А.Рогачёв // Мелиорация и водное хозяйство, 2007.- №6, с. 23-24.

7. Бородычев, В.В. Оптимизация управленческих решений на основе геоинформационных технологий / В.В. Бородычев, Д.А. Рогачев. Актуальные проблемы развития АПК: Матер, междунар. научн.-практич. конф. / Волгогр. гос. с.-х. акад. Волгоград, 2005. -С. 18-20.

8. Бородычев, В.В. Программное обеспечение поддержки принятия решений при эксплуатации оросительных систем /В.В. Бородычев, Д.А. Рогачёв // Мелиорация и водное хозяйство, 2009.- № 4, с. 31-34.

9. Воробьев, A.B. Землеустройство и кадастровое деление Волгорадской области: Справочное издание / A.B. Воробьев. Волгоград: Станица-2, 2002. - 92 с.

10. Голованов, А.И. Система математических моделей расчётного мониторинга мелиорируемыз земель / А.И. Голованов, В.В. Шабанов // Мелиорация и водное хозяйство, 2004. № 4, с. 44.

11. Головатый, В.Г. Модели управления продуктивностью мелиорируемых агроценозов / В.Г. Головатый, Ю.П. Добрачев, И.Ф. Юрченко.- М.: ВНИИГиМ, 2001.

12. Головня, A.A. Информационное обеспечение бизнес-процессов в сельском хозяйстве: Автореф. дис. к-та экономич. наук: 08.00.05. М., 2001.- 20 с.

13. Горстко А.Б., Угольницкий Г.А. Введение в моделирование эколого-экономических систем/ Рецензенты: д.э.-н., проф. В.А. Кардаш и др.- Ростов н/Д.: Изд-во Ростовск. ун-та, 1990.- 112 с.

14. Гузыкин, Д.С. / Д.С. Гузыкин, В.О. Шишкин // Вопросы мелиорации, 2001. №5-6, С. 5-11.

15. Григоров, М.С. Обоснование системы мониторинга эффективного использования технологий и машин на Юге России / М.С. Григоров, C.B. Цымбаленко, О.С. Цымбаленко //Вестник РАСХН, 2003, № 6. С. 18-21.

16. Губер, К.В. Основные направления создания оросительных систем / К.В. Губер //Мелиорация и водное хозяйство.- 2002.-№5. С.20-23.

17. Демиденко, А.Г. Комплексная автоматизация управления сельскохозяйственным предприятием-КБ ПАНОРАМА / А.Г. Демиденко Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.gisa.ru/46161 .html.

18. Демидёнко, А.Г. Построение агрономической ГИС / А.Г. Демиденко, И.В. Слива, А. Трубников Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.gisinfo.ru/item/64.htm.

19. Денисов, К.Е. Управление биомелиоративными приемами повышения плодородия каштановых почв в сухостепной части Заволжья на основе математического моделирования: Автореф. дис. канд. с.-х. наук: 06.01.02 / К.Е. Денисов . -ПГСХА. Пенза, 2002. - 23 с.

20. Добрачев, Ю.П. Теория и технология управления орошением на основе эколого-физиологических моделей. Автореф.д-ра техн. наук. М.: ВНИИГиМ 1998.- -56 с.

21. Доспехов, Б.А Методика полевого опыта: (С основами статистической обработки результатов исследований). М.: Колос, 1979.-416 с.

22. Дубенок H.H. Ресурсосберегающие и экологически обоснованные технологии орошения кормовых культур на склонных землях Центрального района России // Автореф. .д-ра с.-х. наук. М., 1994, 44 с.

23. Дубенок С.Н. Компьютерная технология поддержки принятия решения по использованию дренажно-сбросных вод на орошаемых землях: Автореф. дис. к-та технич. наук: 06.01.02 / ВНИИГиМ. М., 2001.- 22 с.

24. Дубенок С.Н. Модель урожайности с.-х. культур на мелиорируемых землях / ВНИИГиМ. М., 2000. - Деп. ЦНТИ «Мелиоводинформ». - №826.

25. Земледелие / С.А. Воробьев, А.Н. Каштанов, A.M. Лысков и др. М.: Агропромиздат, 1991. - 527 с.

26. Зональные системы земледелия (на ландшафтной основе) / А.И. Пупонин, Г.И. Баздырев, A.M. Лыков и др.; под ред. А.И. Пупонина. М.:Колос, 1995. - 287 с.

27. Информационные технологии рационального природопользования на орошаемых землях Поволжья / Пронько H.A., Корсак В.В., О.Ю. Холуденева и др. -ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2009. - 212 с.

28. Использование информационных технологий для принятия решений о выборе объектов'вложения инвестиций в мелиорацию / A.B. Колганов, В.Н. Щедрин, Д.С. Гузыкин, В.О.' Шишкин // Вопросы мелиорации, 2001, № 5-6. С. 5-12.

29. Каштанов А.Н., Лисецкий Ф.Н., Швебс Г.И. Основы ландшафтно-экологического земледелия. М.: Колос, 1994. -128 с.

30. Каюмов М.К. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. М.: Агропромиздат, 1989. - 320 с.

31. Кирейчева, JI.B. Восстановление природно-ресурсного потенциала агроландшафтов комплексными мелиорациями / Л.В. Кирейчева // Мелиорация и водное хозяйство, 2004. № 5, с. 32-35.

32. Кирейчева, Л.В. Экологические принципы создания дренажных систем на орошаемых землях. Автореф. д-ра техн. наук. М., 1993.- 47 с.

33. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996.367с.

34. Колганов A.B., Щедрин В.Н., Бочкарев В.Я., Шишкин В.О. Организация водоучета на мелиоративных системах в условиях платного водопользования // Мелиорация и водное хозяйство.- 2001.-№2.

35. Косолапова H.A. Оптимизация управления водными ресурсами Нижнего Дона: Автореф. дис. к-та технич. наук: 06.01.02 / НГМА. Новочеркасск, 2000.- 25 с.

36. Кузнецов Г1.И., Болотин А.Г. Водозаборное устройство поливной машины. Авторское свидетельство №1493181. AI. М.Кл.4 А 01 G 25/09.). Заявка №4168296/30-15; Заявлено 08.10.1986; Опубл. 15.07.1989, Бюл. №26 // Открытия. Изобретения. - 1989. - №26).

37. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. Вербальный анализ решений. М.: Наука, Физматлит, 1996. - 208 с.

38. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. -319 с.

39. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. . М.: Россельхозиздат, 1989, 384 с.

40. Мелиорация в волгоградской области / A.B. Колганов, В.В. Бородычев, И. И. Конторович, C.B. Умецкий. М.: ГУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2001. - 56 с.

41. Мельник, И.В. Анализ сельскохозяйственных и геохимических свойств почв с использованием ГИС-технологи /И.В. Мельник, Е.А. Яковлев, И.С. Шевченко Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.dataplus.ru/Industries/14AGRI/12pochva.htm

42. Методы и технологии комплексной мелиорации и экосистемного водопользования. Научное издан. / Под ред. академика РАСХН Б.М.Кизяева. М.: ГНУ ВНИИГиМ, 2006.- 586 с.

43. Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т. Биологическое земледелие и минеральные удобрения. М.: Колос, 1993 .-415 с.

44. Натальчук, М.Ф. Эксплуатация гидромелиоративных систем / М.Ф. На-тальчук, В.И. Ольгаренко, В.А. Сурин . М.: Колос, 1995.- 320 с.

45. Ольгаренко, В.И. Современная концепция эксплуатации оросительных систем / В.И. Ольгаренко, Г.В. Ольгаренко // Мелиорация и водное хозяйство.-1999.-№2. С.21-22.

46. Ольгаренко, В.И. Эксплуатация и мониторинг мелиоративных систем / В.И. Ольгаренко, Г.В. Ольгаренко, В.Н.Рыбкин; под ред. чл.-корр. РАСХН В.И. Ольгаренко.-Коломна, 2006. 391 с.

47. Орлова, И.В. Экономико-математическое моделирование: Практическое пособие по решению задач / И.В. Орлова. М.: Вузовский учебник, 2004. -144 с.

48. Пасов В.М. Изменчивость урожаев и оценка ожидаемой продуктивности зерновых культур / Ленинград. Гидрометеоиздат. 1986.-152 с.

49. Пат. №2239310 Российская Федерация, МПК A01G25/09. Водозаборное устройство поливной машины / Рогачев А.Ф., Салдаев A.M., Рогачев Д.А., Гагарин

50. А.Г.; заявитель и патентообладатель Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия №2003122943/12; заявл. 21.07.03; опубл. 10.11.04, бюл.№31.

51. Пахомов A.A. Устройство для измерения расходов воды в открытых каналах / A.A. Пахомов, C.B. Тронев, К.М.Мелихов и др. // Мелиорация и водное хозяйство 2009, № 4, с. 29-31.

52. Практикум по математическому моделированию экономических процессов в сельском хозяйстве / А.Ф. Карпенко, В.А. Кардаш, Н.С. Низова и др. М.: Аг-ропромиздат, 1985. -269 с.

53. Поддержка принятия управленческих решений: информационное и инструментальное обеспечение / З.Н. Козенко и др.- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2001. -124 с.

54. Рекс Л.М. Системные исследования мелиоративных процессов и систем // М.: Аслан, 1995.- 192 с.

55. Российские и зарубежные инновационные методы, технологии и техника проведения эксплуатационных работ на мелиоративных системах / В.В. Метёлкин, Н.Г. Зубкова // научно-технический обзор. М„ 2009, - 200 с.

56. Саечников, В.А. Структура и способы реализации систем поддержки принятия решений по оптимальному развитию экологических комплексов / В.А. Саечников, В.М.Мирончик Электронный ресурс. Режим доступа: http://bp21.org.by/ru/books/celeb203.html.

57. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации / A.A. Богушев-ский, А.И. Голованов, В.А. Кутергин и др.; Под ред. Е.С. Маркова. М.: Колос, 1981.-375 с.

58. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б. Д. Зонов и др.; Под общ. ред Г.Е. Листопада. М.: Агропромиздат, 1986.-688 с.

59. Симакова М.С., Тонконогов В.Д., Шимов Л.Л. Почвенные ресурсы Российской Федерации // Почвоведение, 1996, № 1. -С. 77-88.

60. Системный подход к организации управления / Б.З. Милнер и др. М.: Экономика, 1983. - 224 с.

61. Столбовой B.C., Савин И.Ю. Опыт использования технологии S0TEK. для создания цифровой базы данных почв и суши России // Почвоведение, 1996, №11 .-С. 1295 1302.

62. Тазыбаев М.Г., Рюмкин А.И., Рудченко В.В. Опыт использования геоинформационных систем в почвоведении // Почвоведение, 1996, № 12. С. 1530-1534.

63. Темников, В.Н. Внедрение геоинформационных технологий в сельском хозяйстве / В.Н. Темников, H.H. Мельник, A.B. Столпаков Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.gisa.ru/16684.html.

64. Темников, В.Н. Система дистанционного мониторинга земель сельскохозяйственного назначения / В.Н. Темников, A.B. Столпаков, Д.И. Рухович Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.dataplus.ru/Arcrev/Number40/9SDM.html.

65. Тупикин Н.И. Снижение интенсивности и энергоемкости среднеструйных дождевальных аппаратов // Автореф. дисс.к.т.н. Новочеркасск, 2002. - 22 с.

66. Управление технологическими процессами возделывания сельскохозяйственных культур на основе математического моделирования / Е.П. Денисов, Филин В.И., Царев А.П. и др. Волгоград: ВГСХА, 1997. - 386 с.

67. Учет земель сельскохозяйственного назначения / ЗАО "КБ Панорама" Электронный ресурс.'-Режим доступа: http://www.gisinfo.ru/projects/47.htm.

68. Ушаков, А. Использование геоинформационных технологий в сельском хозяйстве / А. Ушаков Электронный ресурс. Режим доступа: http:www.dataplus.rU//industries/14AGRI/Ushakov.htm.

69. Франс Дж., Торнли Дж. X. М. Математические модели в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1987. - 400 с.

70. Холуденева О.Ю. Автоматизированный технологии ведения комшшксно-го мониторинга орошаемых аероландшафтов Поволжья. Автореф. дисс.канд. техн. наук.- 06.01.02. - Саратов, СГАУ им. Н.И.Вавилова, 2002. - 20 с.

71. Хомяков Д.М. Имитационное моделирование влияния абиотических факторов на reo- и агроэкосистемы для экологической экспертизы и управления продуктивностью земледелия. Автореф. дисс.д-ра техн. наук. -М.: ИЛУ РАН, 1995. -42 с.

72. Хомяков Д.М. Экологическое картографирование для решения практических задач землепользования и агрохимии // Геодезия и картография, 1997, № 1. -С. 39-43.

73. Хомяков Д.М., Молдаванов О.И., Косырева C.B. Совершенствование информационных технологий при оценке воздействий на окружающую среду для объектов нефтегазового комплекса // Строительство трубопроводов, 1996, №3.-С. 30.32.

74. Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Моделирование влияния антропогенных и метеорологических факторов на агроценозы. М.: Изд-во МГУ, 1995. 80 с.

75. Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Основы системного анализа. М.: Изд-во мех.-мат. ф-та МГУ, 1996. -107 с.

76. Шамрай A.B. Формализованный анализ предметной области и выбор системы поддержки принятия решений в службах пути государственных басейно-вых управлений: Автореф. дис. к-та экономич. наук: 08.00.13 / РГЭУ. Ростов на Дону, 2002.- 27 с.

77. Штепа Б.Г. Системные исследования в мелиорации.-М.:30 Агропромиз-дат, 1984.-200 с.

78. Щедрин, В.Н. Нормативно-методическое обеспечение системы государственного контроля и надзора в мелиорации / В.Н. Щедрин, Г.Г. Гулюк, А.В.Колганов и др. (под общ. Ред. чл.-кор. РАСХН В.Н. Щедрина). Новочеркасск, 2003.-436 с.

79. Юрченко, И.Ф. Эксплуатационный мониторинг мелиоративных систем для поддержки управленческих решений / И.Ф. Юрченко // Мелиорация и водное хозяйство, 2004. -№ 4. С.48-52.

80. Юрченко, И.Ф. Информационные технологии обоснования мелиораций. -М.: ВНИИГиМ, 2000. 283 с.

81. Юрченко, И.Ф. Наукоемкие информационные технологии в мелиоративной деятельности / Управление экономическими системами Электронный ресурс.: многопредмет. науч. журн. / Кисловодский институт экономики и права Электрон, журн. - Кисловодск: КИЭП, 2006.

82. Юрченко, И.Ф. Система поддержки управленческих решений регионального уровня / И.Ф. Юрченко / Управление экономическими системами Электронный ресурс. Режим доступа: http://uecs.mcnip.ru/modules.php?name^News&file=article&sid=36

83. Якушев В.П., Белоносков A.B., Ломакин P.C. Экспертная система поддержки агротехнологических решений при программировании урожаев // Вестник с.-х. науки, 1989, № 4. -с. 34-36.

84. Яновский Л.П. Основы прогнозирования межгодовых колебаний урожайности с.-х. культур (теория, методология, практика): Автореф. дис. д-ра экономич. наук: 08.00.05, 08.00.13 / ВГСУ. Воронеж, 2000. - 45 с.

85. Barren J.R. Jones D.D. Knowledge Engeneering in Agriculture // Am. Soc. of Agric. Eng. 1989, № 8. pp. 56-67.

86. Gallen P. De tres hsutes densites ole semis // Fr. Agr., 1986, 2162, p. 42 - 45.

87. Goode J.E., HiggsK.H., Hyrycz K.J. Effects of water stress control in apple trees by misting // J. Hortic, Sc, 1979, Vol 54, № 1, p. 1 11.

88. Jackson R.D. Canopy temperature and crop waters stress // Adv. in Irrigat., New York ect., 1982, Vol 1, p. 43 85.

89. Ang H'. Zur Beregning von Fruhkfrtoffeln // Z. Bewasserungswirtschaft, 1983, Bd 18, №l,s. 37 -47. "

90. Lovelidge B. Irrigation innovations keep British growes up to date //American Fruit Grower. 1983, Vol 103, № 4, p. 21 22.

91. Norton P., Andersen V. Peter Norton's Guide to Access 97 Programming. -Sams Pablishing, 1997. 657 p.

92. James D. ГИС на локальном сельскохозяйственном участке / James D. Westervelt, Harold F. Reetz Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.dataplus.ru/Industries/14AGRI/broshura.pdf.

93. ArcGIS 9: Что такое ArcGIS / ESRI. Электронный ресурс. - Режим доступа: http://ww.dataplus.ru/Support/Library/BookyWhat%20is%20ArcGIS0/o209.pdf.