Введение к работе
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 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, MapInfo, 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.
