Общая характеристика работы

Асалханов Петр Георгиевич

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПЛАНИРОВАНИЯ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ДЛЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОН РЕГИОНА

Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка

информации (региональные народно-хозяйственные комплексы)

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук,

профессор Я.М. Иваньо

Иркутск – 2013

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.. 3

ВВЕДЕНИЕ. 8

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.. 11

1.1 Планирование и прогнозирование производства растениеводческой продукции. 12

1.1.1 Методы планирования производства. 12

1.1.2 Прогнозирование параметров производства сельскохозяйственных культур. 17

1.2 Модели прогнозирования в задаче оптимизации агротехнологических операций. 22

1.3 Информация применительно к задаче моделирования параметров агротехнологических операций. 26

1.4 Информационные системы управления производственными процессами. 33

2 МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СРОКОВ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ 44

2.1 Критерии оценки и изменчивость сроков технологических операций. 44

2.2 Факторы, влияющие на сроки технологических операций. 49

2.3 Регрессионные модели сроков технологических операций. 56

2.4 Алгоритмы прогнозирования сроков агротехнологических операций. 59

2.5 Оценка качества прогностических сроков технологических операций. 76

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЛАНИРОВАНИЯ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.. 83

3.1 Математическое обеспечение модели планирования агротехнологических операций. 83

3.2 Алгоритмы прогнозирования и планирования параметров агротехнологических операций. 92

3.3 Программный комплекс планирования агротехнологических операций. 97

3.3.1 Функциональная модель и архитектура программного комплекса. 99

3.3.2 База данных программного комплекса. 102

3.3.3 Пользовательский интерфейс программного комплекса. 106

3.4 Описание функционирования программного комплекса. 110

Выводы.. 124

Литература.. 125

Приложения.. 141

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Планирование в растениеводстве основано на технологических картах. Большую роль при их расчете имеет определение сроков начала производственных операций, которые должны быть оптимальными с точки зрения наилучшего прорастания культур и получения качественного и высокого урожая. Даты агротехнологических операций, как правило, определяемые в соответствии с нормами, используются при планировании, ориентированном на усредненные производственные процессы. Между тем условия возделывания сельскохозяйственных культур в разных природно-климатических зонах региона за многолетний период колеблются в значительной степени, что обусловлено сочетанием большого количества факторов. Очевидно, что для адекватного планирования необходимы качественные модели прогнозирования агротехнологических операций и оптимизации производственных процессов, учитывающие изменчивость природно-климатических факторов.

В этом случае моделирование производственно-экономических параметров основывается на системном анализе ввиду необходимости выделения основных факторов, влияющих на процесс управления производством, и построении на основе выявленных связей качественных моделей. Другими словами, нужно решить научно-практическую задачу, связанную с определением функциональных зависимостей при взаимодействии природно-климатических и агротехнологических параметров с использованием методов математического моделирования и систематизации данных.

При этом невозможно создание единственного плана аграрного производства, что предполагает использование методов математического программирования в задачах с неопределенными параметрами.

Методам планирования аграрного производства и влиянию агроклиматических факторов на возделывание сельскохозяйственных культур большое внимание уделялось в работах: Г.В. Кулика, Л.П. Сычева, М.Е. Браславец, Л.В., Кравченко, П.И. Колоскова, С.А. Сапожниковой, М.И. Мель, В.А. Смирновой, М.С. Кулика, А.Т. Белозорова и других.

Несмотря на обилие материалов в агроклиматологии, посвященных воздействию почвенно-климатических и погодных факторов на развитие сельскохозяйственных культур, практически отсутствуют исследования по влиянию природных факторов на сроки их возделывания.

Агрономические исследования показывают, что несвоевременное выполнение агротехнологических операций приводит к увеличению затрат на производство сельскохозяйственной продукции за счет большей подверженности всходов к болезням и вредителям, высокой влажности семян.

Поэтому прогнозирование сроков агротехнологических операций связано с задачей планирования производственных процессов в условиях неполной информации, для решения которой целесообразно создание моделей оптимизации агротехнологических операций.

Целью работы является разработка информационного, математического и алгоритмического обеспечения прогнозирования и планирования агротехнологических операций для различных природно-климатических зон региона.

В соответствии с целью выделены следующие задачи:

- постановка и формализация задачи прогнозирования дат агротехнологических операций;

- разработка алгоритмов прогнозирования сроков посева зерновых культур;

- построение технологических карт на основе оптимизации структуры производства растениеводческой продукции с учетом своевременности посева;

- разработка программного комплекса планирования технологических операций.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы теории вероятностей и математической статистики, имитационного моделирования, прогнозирования и математического программирования.

Новизну работы составляют следующие основные научные положения.

1. Постановка и формализация задачи прогнозирования дат агротехнологических операций для планирования производственных процессов.

2. Методика прогнозирования сроков агротехнологических операций, учитывающая формы связи, число факторов, заблаговременность, погодные условия предпосевного периода и прогностические данные.

3. Модели оптимизации структуры посевных площадей с учетом своевременности выполнения агротехнологических операций для повышения эффективности производства растениеводческой продукции.

4. Математическое, алгоритмическое и информационное обеспечение решения задачи оптимизации агротехнологических операций с детерминированными и неопределенными параметрами, связанными со своевременностью посева, для управления производственными процессами на предприятиях агропромышленного комплекса региона.

Объектом исследования является система взаимодействия агротехнологических операций, природно-климатических и погодных факторов.

Предметом исследования является моделирование системы взаимодействия агротехнологических операций, природно-климатических и погодных факторов.

Информационная основа. При разработке моделей прогнозирования использованы агроклиматические данные по гидрометеорологическим пунктам Иркутской области за 1987-2012 гг., сведения о производственных параметрах сельскохозяйственных предприятий региона, нормативно-справочная информация, прогностические данные о погоде и экспертные оценки.

Практическая значимость работы состоит в использовании разработанных моделей для прогнозирования сроков агротехнологических операций и планирования производства растениеводческой продукции на предприятиях агропромышленного комплекса, расположенных в разных природно-климатических зонах региона. Результаты прогнозирования апробированы для предприятия УНПП «Семена» Иркутского района.

Разработанные модели прогнозирования сроков возделывания сельскохозяйственных культур применяются в дисциплинах «Моделирование устойчивого развития сельских территорий» для студентов 4 курса специальности «Прикладная информатика (в экономике)» и «Моделирование производственных процессов в условиях рисков» для магистрантов 1 года по направлению подготовки «Прикладная информатика».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию образования ИрГСХА «Климат, экология, сельское хозяйство Евразии» (ИрГСХА, март 2009); XIV Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (ИрГТУ, май 2009); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства РФ (апрель - май 2010); региональной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа с международным участием, посвященной 65-летию Победы в Великой Отечественной войне «Информационные технологии в АПК» (ИрГСХА, май 2010); XV Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск – Байкал, июнь 2010); региональной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа с международным участием «Научные достижения производству» (ИрГСХА, май 2011); Всероссийской конференции «Винеровские чтения» (ИрГТУ, май 2011); XVI Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (ИСЭМ, июнь 2011); международной научно-практической конференции «Природопользование и аграрное производство» (ИрГСХА, май 2012); ежегодных семинарах по математическому моделированию и информационным технологиям на кафедре информатики и математического моделирования (ИрГСХА, 2008-2013).

Публикации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в 14 печатных работах, четыре из которых в изданиях из списка, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 139 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 144 страниц, которые содержат в себе 15 таблиц, 41 рисунок и 13 приложений.