Модели и методы группировки объектов для геолого-экономического районирования Пономарев, Андрей Васильевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации.

Задача геолого-экономического районирования приобрела актуальность в связи с рассмотрением на государственном уровне перспектив развития политики в области недропользования, суть которых заключается в переходе от лицензирования отдельных объектов недропользования на лицензирование промышленно-сырьевых узлов и геолого-экономических районов, включающих месторождения разных полезных ископаемых. Целью этого перехода является повышение рентабельности освоения минерально-сырьевых ресурсов и полноты их вовлечения в хозяйственный оборот.

В общем случае, задача геолого-экономического районирования является комплексной системной задачей, решаемой экспертами в области экономики недропользования с учетом знаний о разведанных запасах минерально-сырьевых ресурсов, истории и перспективах развития минерально-сырьевого комплекса, данных об инфраструктуре и трудовых ресурсах исследуемого региона. Однако при решении этой задачи эксперту приходится обрабатывать значительные объемы фактической информации, что делает актуальной задачу компьютерной поддержки этого процесса. Создание программных инструментов важно еще и потому, что способно повысить качество принимаемых экспертом решений, например, за счет обеспечения возможности быстрого анализа альтернативных вариантов районирования.

В то же время, значительное количество задач, возникающих в научной и практической деятельности человека, включая задачи геолого-экономического районирования, имеют в своей основе общую идею: образование групп из заданных объектов при определенных условиях. Многие из этих задач успешно решаются с применением различных методов и моделей - теории графов, кластерного анализа, математического программирования. Вместе с тем, почти нет работ, в которых бы предпринимались попытки осознать и описать внутреннее родство таких задач, выделить общие идеи, подходы и методы, которые можно было бы применять последовательно, при решении различных задач группировки объектов.

Цель диссертационной работы и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в разработке моделей и методов группировки объектов для повышения качества геолого-экономического районирования и снижения затрат на его проведение. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

1. проведен обзор классических оптимизационных задач, связанных с группировкой объектов;

2. исследованы существующие подходы к формированию промышленно-сырьевых узлов, предложена базовая модель формирования промышленно-сырьевых узлов, основанная на принципе максимизации интегрального дохода, и набор ее конкретизаций для различных условий применения;

3. проведена классификация видов задачи группировки и для распространенных подклассов задачи группировки сформулированы эквивалентные задачи математического программирования;

4. для ряда разновидностей задачи группировки объектов разработаны новые или адаптированы существующие алгоритмы решения и произведена оценка эффективности разработанных алгоритмов на синтетических наборах данных;

5. показана связь некоторых видов абстрактных задач группировки с предложенными моделями формирования промышленно-сырьевых узлов;

6. разработанные методы и алгоритмы группировки применены к практической задаче геолого-экономического районирования.

Методы исследования. В работе используются методы теории графов, дискретной оптимизации, теории множеств. Для обработки результатов экспериментальных исследований стохастических алгоритмов используются методы математической статистики. Основные положения, выносимые на защиту:

6. 1. Совокупность математических моделей для решения задачи формирования промыш- ленно-сырьевых узлов, основанных на принципе оптимизации интегрального дохода, получаемого в процессе освоения недр.

   2. Методы решения вариантов задачи группировки объектов, возникающих при использовании предлагаемых моделей формирования промышленно-сырьевых узлов.

   3. Приближенные алгоритмы решения задачи формирования промышленно-сырьевых узлов.

   Научная новизна работы состоит в следующем:

   6. 3. 1. Разработан набор оригинальных математических моделей для решения задачи формирования промышленно-сырьевых узлов на основе принципа оптимизации интегрального дохода, учитывающий различные варианты освоенности исследуемой территории и перечня доступных данных, а также позволяющий свести задачу формирования промышленно-сырьевых узлов к задаче целочисленного линейного программирования.

         2. Предложена модель абстрактной задачи централизованной группировки, обобщающая задачу формирования промышленно-сырьевых узлов и позволяющая использовать разработанные методы и алгоритмы при решении задач централизованной группировки объектов.

         3. Разработан набор приближенных алгоритмов, основанных на применении схемы локального поиска, для решения задачи формирования промышленно-сырьевых узлов с учетом мощности действующих горно-обогатительных предприятий. Применение разработанных алгоритмов позволяет существенно ускорить решение задачи формирования промышленно-сырьевых узлов по сравнению с классическими точными методами решения задач целочисленного программирования.

         4. Предложен метод решения задачи формирования промышленно-сырьевых узлов, основанный на сведении данной задачи к задаче поиска базы матроида максимального веса, позволяющий эффективно решать задачу формирования промышленно-сырье- вых узлов и дающий лицу, принимающему решения, возможность интерактивного анализа чувствительности.

         5. Предложен метод учета в задаче формирования промышленно-сырьевых узлов ограничения на разброс значений скалярной характеристики объектов одной группы в виде логических функций, позволяющий сохранить структуру задачи как задачи целочисленного линейного программирования.

         Практическая значимость данной диссертационной работы состоит в повышении качества решения задачи геолого-экономического районирования за счет предоставления лицу, принимающему решения, возможности оперативно оценивать варианты районирования, отличающиеся различными модельными допущениями и доступными исходными

         данными.

         Модели и алгоритмы, изложенные в диссертации, могут быть использованы для решения широкого круга задач централизованной группировки объектов произвольной природы.

         Реализация результатов работы. Исследования, отраженные в диссертации, поддержаны грантом РФФИ №09-07-00436-а «Онтолого-ориентированное управление гибкими сетевыми организациями» и проектом Президиума РАН №2.13 «Разработка теоретических основ и интеллектуальных моделей для поддержки принятия решений при управлении гибкими сетевыми организациями», 2009-2011.

         Апробация полученных в диссертации результатов подтверждена актами об использовании результатов диссертационной работы в процессе обучения студентов в Санкт- Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» и в научно- исследовательской работе по государственному контракту №АЛ-04-06/9 «Разработка программно-технологического комплекса, обеспечивающего построение, мониторинг и функционирование ГИС-ориентированной системы для составления геолого-экономических карт федеральных округов России» совместно с Всероссийским научно-исследовательским геологическим институтом (ВСЕГЕИ) им. А.П. Карпинского.

         Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертации представлялись на следующих конференциях: «Информационные технологии в экономике, образовании и бизнесе» (Саратов, 2011), «Наука и техника XXI века» (Новосибирск, 2011), «Наука и современность — 2011» (Новосибирск, 2011), «Проблемы подготовки кадров в сфере инфокоммуникационных технологий» (Санкт-Петербург, 2011), а также на городском семинаре «Информатика и компьютерные технологии» (СПИИРАН, Санкт- Петербург, 2012).

         Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в 3 рецензируемых изданиях из списка ВАК.

         Структура и объем работы. Диссертация объемом 123 страницу содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы (81 наименование), 22 рисунка, 10 таблиц.

         Похожие диссертации на Модели и методы группировки объектов для геолого-экономического районирования

         

         Разработка моделей, методов и средств решения комплекса задач управления персоналомСорокина Марина Игоревна

         

         Модели, методы и алгоритмы обработки и анализа разнородных данных пространственно-распределенных объектов в геоинформационных системахАндрианов Дмитрий Евгеньевич

         

         Математические модели, методы и алгоритмы создания учебно-тренировочных модификаций вертолетов на базе существующих образцовМатвеев Илья Валерьевич

         Методы, модели и системный синтез управления комплексами беспилотных летательных аппаратов двойного назначенияПолтавский Александр Васильевич

         

         Методы, модели и алгоритмы интеллектуального анализа данных при создании обучающих систем в текстильной и легкой промышленностиПименов Виктор Игоревич

         Модели, методы анализа и синтеза предельно устойчивых систем управленияБейсенби, Мамырбек Аукебайулы

         

         Модели, методы и программные средства оценки качества информационно-образовательных ресурсовГаврилов, Сергей Игоревич

         

         Методы, модели и инструментальное средство для исследования надежности и безопасности сложных технических системНиколайчук, Ольга Анатольевна

         Модели, методы и алгоритмы структурно-параметрического синтеза неизбыточных сложных функциональных блоковМанжула, Владимир Гавриилович

         Метод, модели и алгоритмы сжатия растровых изображений на основе биортогональных wavelet-преобразованийКрыжевич, Леонид Святославович