Проведено порівняльний аналіз сучасних технологій землеробства. Обґрунтовано необхідність впровадження адаптивно-ландшафтних систем землеробства і актуальність розробки системи підтримки прийняття рішень, що дозволяє спростити впровадження адаптивно-ландшафтного системи землеробства. розроблено модель системи підтримки прийняття рішень, що включає архітектуру системи, функціональні вимоги, алгоритми роботи підсистем, геоінформаційну систему для створення і редагування грунтово-ландшафтних карт.

Анотація наукової статті з комп'ютерних та інформаційних наук, автор наукової роботи - Граецкая О.В., Чусова Ю.С., Торгоня Д.П.


ANALYSIS AND SIMULATION OF DECISION SUPPORT SYSTEM FOR IMPLEMENTATION OF ADAPTIVE-LANDSCAPE FARMING SYSTEM

The authors carried out a comparative analysis of modern farming technologies. The necessity of introduction of adaptive-landscape farming systems is substituted and the urgency of the development of the support system for decision-making is proved, allowing to simplify the introduction of the adaptive-landscape system of agriculture. A model of decision support system is developed, including the system architecture, functional requirements, subsystem algorithms, geoinformation system for development and edition of soil-landscape maps.


Область наук:

  • Комп'ютер та інформатика

  • Рік видавництва: 2018


    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ І МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ АДАПТИВНА-ЛАНДШАФТНОЇ СИСТЕМИ ЗЕМЛЕРОБСТВА'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ І МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ АДАПТИВНА-ЛАНДШАФТНОЇ СИСТЕМИ ЗЕМЛЕРОБСТВА»

    ?DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.67.097 Граецкая О.В.1, Чусова Ю.С. 2, Торгоня Д.П. 3

    1ORCID: 0000-0002-2700-2036, кандидат технічних наук;

    2ORCID: 0000-0001-7332-6480, старший викладач; 3ORCID: 0000-0002-4317-1331, студент,

    Південний федеральний університет АНАЛІЗ І МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ АДАПТИВНА-ЛАНДШАФТНОЇ СИСТЕМИ ЗЕМЛЕРОБСТВА

    анотація

    Проведено порівняльний аналіз сучасних технологій землеробства. Обґрунтовано необхідність впровадження адаптивно-ландшафтних систем землеробства і актуальність розробки системи підтримки прийняття рішень, що дозволяє спростити впровадження адаптивно-ландшафтного системи землеробства. Розроблено модель системи підтримки прийняття рішень, що включає архітектуру системи, функціональні вимоги, алгоритми роботи підсистем, геоінформаційну систему для створення і редагування грунтово-ландшафтних карт.

    Ключові слова: технології землеробства, адаптивно-ландшафтна система землеробства, система підтримки прийняття рішень.

    Graetska O.V.1, Chusova Yu.S.2, Torgonya D.P.3

    1ORCID: 0000-0002-2700-2036, PhD in Engineering;

    2ORCID: 0000-0001-7332-6480, Senior lecturer; 3ORCID: 0000-0002-4317-1331, Student,

    Southern Federal University

    ANALYSIS AND SIMULATION OF DECISION SUPPORT SYSTEM FOR IMPLEMENTATION OF ADAPTIVE-

    LANDSCAPE FARMING SYSTEM

    Abstract

    The authors carried out a comparative analysis of modern farming technologies. The necessity of introduction of adaptive-landscape farming systems is substituted and the urgency of the development of the support system for decision-making is proved, allowing to simplify the introduction of the adaptive-landscape system of agriculture. A model of decision support system is developed, including the system architecture, functional requirements, subsystem algorithms, geoinformation system for development and edition of soil-landscape maps.

    Keywords: agricultural technologies, adaptive-landscape farming system, decision support system.

    Сучасне землеробство - це система, яка включає в себе безліч компонентів, які перебувають в тісному взаємозв'язку один з одним і природним середовищем. Так як природне середовище постійно змінюється і її поведінка дуже складно спрогнозувати, землеробство відносять до складних систем, для управління якими необхідно використовувати методологію системного аналізу і прийняття рішень, реалізуючи її за допомогою сучасних інформаційних технологій.

    В даний момент першочерговою причиною кризи сільського господарства в Росії є слабка екологічна зв'язок землеробства з природним середовищем. Підсумком чого є руйнування навколишнього середовища: розвиток ерозійних процесів, дегуміфікація грунтів, засолення, заболочування територій і розвиток інших негативних процесів. Згідно зі Стратегією соціально-економічного розвитку агропромислового комплексу РФ на період до 2020 року в нашій країні більш активно будуть розвиватися науково-обгрунтовані зональні системи землеробства, які забезпечать ефективне використання земельних, трудових, енергетичних та інших ресурсів [1]. Також має розширитися виробництво екологічно чистої продукції. Для цього необхідно сформувати новий уклад агропромислового виробництва шляхом модернізації та впровадження інновацій в діяльність сільськогосподарських підприємств. Основною умовою вирішення цього завдання є розробка і впровадження адаптивно-ландшафтних систем землеробства (АЛСЗ). Такі системи повинні бути здатні адаптуватися до конкретних агроландшафтів, не порушуючи їх екологічну стійкість, також необхідно раціонально розміщувати оброблювані культури, виходячи з їх агроекологічних і агротехнологічних вимог.

    Останнім часом в сільському господарстві набирає популярність застосування високоінтенсивних технологій, які враховують еколого-економічну ефективність проведення робіт. При використанні високих технологій продуктивність вирощуваної культури близька до її біологічного потенціалу. У наукових лабораторіях створюються нові високопродуктивні сорти культур, більш безпечні добрива і засоби хімічного захисту. Розробляються нові способи обробки грунту, внесення добрив і хімічних засобів.

    У таблиці 1 виконано порівняння двох передових видів технологій землеробства - інтенсивних і високих технологій.

    Таблиця 1 - Порівняльний аналіз технологій землеробства

    Показники Інтенсивні Високі технології Переваги високих

    порівняння технології технологій

    Спосіб Майже вся рілля Оптимальна структура Надійний захист навколишнього

    використання зайнята посівами. посівних площ з урахуванням середовища. підвищення родючості

    землі Значна частина відведена під просапні культури спеціалізації господарства і агроландшафтів грунту

    Спосіб Застосування Поєднання оптимальних доз Зменшення витрат. низька

    підвищення органічних і добрив і грунтозахисних ймовірність перенасичення

    родючості мінеральних добрив у великій кількості заходів грунту добривами

    Сівозміни 3-5 Польна 6-9 Польна з багаторічними травами і сидератами Поліпшення фітосанітарного стану та підвищення родючості ґрунтів

    Внесення Високі дози Оптимальні дози Запобігання забрудненню

    добрив грунтів, чиста продукція, зменшення витрат

    Внесення Високі дози Оптимальні дози. запобігання забрудненню

    пестицидів і Біологічні прийоми навколишнього середовища,

    гербіцидів боротьби з бур'янами, шкідниками і хворобами підвищення якості продукції

    Сорти Інтенсивні З заданими параметрами Продуктивність культури, близька до її біологічного потенціалу

    Якість Відповідає Збалансоване по всім Більш висока якість,

    продукції вимогам переробки та ринку компонентів екологічно чиста продукція

    Екологічний Ризик забруднення Мінімальний ризик Низька вірогідність

    ризик забруднення

    При застосуванні високих технологій враховуються грунтово-кліматичні та еколого-економічні умови, ефективно використовуються наявні в господарстві ресурси. Для кожного господарства формується індивідуальний комплекс робіт, який не може бути застосований на практиці іншим господарством. Необхідна максимальна адаптованість до конкретних агроекосистеми. Результатом переходу до високих технологій є розробка адаптивно-ландшафтних систем землеробства.

    Адаптивно-ландшафтна система землеробства - це система використання землі певної агроекологічної групи, орієнтована на виробництво продукції економічно і екологічно обумовленої кількості і якості відповідно до суспільних потреб, природними і виробничими ресурсами, що забезпечує стійкість агроландшафту і відтворення ґрунтової родючості [2], [3].

    Суть АЛСЗ полягає в тому, щоб, провівши аналіз, вибрати культури найбільш підходящі до місцевого клімату, мають попит на ринку, сформувати оптимальну структуру посівних площ і спланувати комплекс заходів по вирощуванню сільськогосподарських культур.

    При впровадженні адаптивно-ландшафтного системи землеробства в діяльність господарства потрібна велика кількість інформації. Зміна одного вихідного показника може докорінно змінити список заходів, що проводяться, також незручно користуватися паперовими картами. Впровадження подібних систем пов'язане з проведенням великої кількості розрахунків і оцінок і вимагає постійної роботи висококваліфікованих фахівців. Застосування системи підтримки прийняття рішень (СППР) для реалізації адаптивно-ландшафтного системи землеробства дозволить здійснити цей перехід більш ефективно.

    Сучасний ринок СППР [4] не надає користувачам готові програмні продукти, що реалізують функціонал, необхідний сільгосппідприємствам. Тому моделювання та розробка системи підтримки прийняття рішень для реалізації АЛСЗ є актуальним завданням.

    Модельована система підтримки прийняття рішень включає в себе сукупність алгоритмів і методів, які забезпечують збір, накопичення і зберігання даних, обробку даних і формування програм реалізації агротехнології [5, С.42], [6].

    Розробка моделі такої СППР передбачає реалізацію наступних кроків:

    1) побудова архітектури системи;

    2) розробку функціональних вимог до СППР;

    3) розробку алгоритмів роботи СППР;

    4) вибір геоінформаційної системи для створення і редагування грунтово-ландшафтних карт.

    При побудові архітектури СППР необхідно враховувати, що в структуру такої системи повинні входити:

    - база знань [7], [8], що зберігає в собі довідкові дані, нормативну інформацію, все згенеровані інструкції з виконання польових робіт, всю інформацію, що стосується даному господарству, полях,

    вирощуваних культур і їх сортам, різні типи карт, розроблені за допомогою ГІС, а також дані про проведені раніше розрахунках і результати їх застосування;

    - механізм виведення, який містить математичні моделі, правила виведення інформації, декларативні і процедурні знання. Моделі, керовані знаннями, формують всі елементи агротехнології та технологію в цілому. Моделі, керовані даними, здійснюють прогнозні функції на всіх етапах формування та реалізації агротехнологій з використанням інформації з бази даних;

    - геоінформаційна система (ГІС), в якій розробляються різні типи карт, завантажуються знімки з космосу;

    - система придбання знань, яка виступає посередником між фахівцем і експертної системою;

    - система пояснення рішень, що надає пояснення до розрахунків, виданими рекомендаціями;

    - система інтерпретації знань, яка є механізмом, що грає роль інтерпретатора, що застосовує знання відповідним чином, щоб отримати результат; прогнозує результати застосування певного набору дій, здійснює розрахунки і формує інструкції з виконання польових робіт;

    - система природно-мовного інтерфейсу, що здійснює спілкування людини з комп'ютером в режимі діалогу, запити перетворює в результат.

    На малюнку 1 представлена ​​архітектура системи підтримки прийняття рішень.

    Мал. 1 - Архітектура системи

    Наступним кроком в моделюванні системи є розробка функціональних вимог, що описують функціональні можливості системи, що розробляється. На малюнку 2 представлені функціональні вимоги до СППР для реалізації адаптивно-ландшафтного системи землеробства.

    Мал. 2 - Функціональні вимоги до СППР

    Група фахівців, а саме, інженер по знаннях, системний аналітик та експерт (агроном, голова господарства) працюють з базою даних - створюють і оновлюють довідники, додають всю необхідну для роботи інформацію, нормативні дані; працюють з геоінформаційної системою - складають грунтово-ландшафтні карти і редагують їх; а також працюють з базою знань, а саме додають математичні моделі, редагують базу і задають правила формування:

    - структури посівних площ;

    - сівозмін;

    - системи обробітку грунту;

    - системи удобрення;

    - системи боротьби з бур'янами;

    - системи інтегрованого захисту рослин від шкідників і хвороб;

    - системи агролісомеліоративних та грунтозахисних заходів.

    Користувач отримує інструкції з виконання польових робіт, може звертатися за довідковою інформацією, а також вносити дані про проведений агрохімічному аналізі ґрунту, результати застосування системи, наприклад, інформації про зібраний урожай.

    На наступному кроці розробляються алгоритми роботи підсистем: формування структури посівних площ, сівозмін, обробітку грунту і т.д.

    Розглянемо один з розроблених алгоритмів - алгоритм формування сівозміни. Для того щоб сформувати сівозміну необхідно проаналізувати агроландшафтного і організаційно-економічні умови конкретного господарства, результатом чого буде визначення спеціалізації рільництва господарства [9]. Далі необхідно вибрати культури для обробітку. Наступним кроком є ​​визначення орієнтовної структури посівних площ. Після того як визначена структура посівних площ, необхідно вибрати метод визначення площі сівозміни. Після проведеного розрахунку належить вибрати схему сівозміни. Далі вибирається варіант територіальної організації схеми сівозміни. Завершальним дією є зіставлення структури посівних площ - орієнтовною і за обраною схемою сівозміни. Якщо вони збігаються, то сівозміну застосовується на практиці, інакше - повторюються кроки від визначення орієнтовної структури посівних площ до тих пір, поки не співпадуть площі за структурою і схемою сівозміни. Алгоритм формування сівозмін представлений на малюнку 3.

    Мал. 3 - Алгоритм формування сівозмін: Р - площа сівозміни; Рн - площа ріллі із заданим складом культур, яка припадає на одного механізатора; N - число механізаторів; Рвед - площа провідної культури; 1 - частка провідної культури в сівозміні; Ропт - оптимальна площа поля; К - кількість полів в рекомендованою схемою

    чергування культур

    Аналогічним чином були розроблені всі необхідні для роботи системи підтримки прийняття рішень алгоритми з урахуванням сучасних агроекологічних і агротехнологічних вимог.

    На останньому кроці побудови моделі здійснюється вибір геоінформаційної системи, яку необхідно включити в СППР для створення і редагування грунтово-ландшафтних карт [10].

    Таким чином, розроблена модель системи підтримки прийняття рішень для реалізації адаптивно -ландшафтне системи землеробства, що забезпечує екологічну стійкість і відтворення ґрунтової родючості. На основі запропонованої моделі буде побудована СППР, застосування якої в сільському господарстві дозволить не тільки спростити впровадження АЛСЗ, але і підвищити якість і обґрунтованість прийнятих рішень щодо вибору комплексу сільськогосподарських робіт, адаптованих до конкретних агроландшафтів.

    Список літератури / References

    1. Стратегія соціально-економічного розвитку АПК РФ на період до 2020 року [електронний ресурс] // ФГБНУ ФНЦ ВНДІ економіки сільського господарства. - URL: http://www.vniiesh.ru/documents/document_9509_ Стратегія% 20АПК% 202020 ^ (дата звернення: 06.03.2017).

    2. Адаптивно-ландшафтне землеробство [електронний ресурс] // Вікіпедія - вільна енциклопедія. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Адаптивно-ландшафтное_земледелие (дата звернення: 11.09.2017).

    3. Основи адаптивно-ландшафтного системи землеробства [електронний ресурс] // КГАУ імені І. Т. Трубілін -URL: http://kubsau.ru/upload/iblock/9ba/9bab9809a130de 617cb1cd310655bf84.pdf (дата звернення: 11.03.2017).

    4. ^ стема підтримки прийняття рішень [електронний ресурс] // Вікіпедія - вільна енциклопедія. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Cистема_поддержки_принятия рішень (дата звернення: 16.03.2017).

    5. Урінцов А.І. ^ Стеми підтримки прийняття рішень / А.І. Урінцов, В.В. Дік. - М .: MЕCІ, 2008. - 230 с.

    6. Призначення систем підтримки прийняття рішень [електронний ресурс] // Інфопедія. - URL: http://infopedia.su/15xe7f.html (дата звернення: 26.08.2017).

    7. Управління базами знань [електронний ресурс] // Управління знаннями. - URL: https://sites.google.com/site/upravlenieznaniami/inzeneria-znanij/bazy-znanij (дата звернення: 21.03.2017).

    S. Моделі знань. Компоненти експертних систем [електронний ресурс] // РефРФ. - URL: http://referatwork.ru/IT_lections/section-11.html (дата звернення: 21.03.2017).

    9. Організація системи сівозмін [електронний ресурс] // files.cdml / АПК - URL: https://files.cdml.ru/IPK/baza/2015/10%20-%20октябрь/5.%200рганизация% 20севооборотов.pdf (дата звернення: 25.03.2017).

    10. Кирюшин В.І. Застосування ГІC-технологій при картографуванні і проектуванні агроландшафтів [електронний ресурс] / В.І. Кирюшин, І.В. ^ Верба // Известия ОГАУ. - 2005. -№ 5-1. - C.8-12. - URL: https://load.amosov.org.ua/www/science/3/primenenie-gis-tehnologiy-pri-kartografirovanii-i-proektirovanii-agrolandshaftov (дата звернення: 28.03.2017).

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Strategija social'no-jekonomicheskogo razvitija APK RF na period do 2020 goda [Strategy for socio-economic development of agroindustrial complex of the Russian Federation for the period till 2020] [Electronic resource] // RUSSIAN Federal scientific center research Institute of agricultural Economics. - URL: http: //www.vniiesh.ш/documents/document_9509_Cтратегія%20AПK%202020.pdf (accessed: 06.03.2017). [In Russian]

    2. Adaptivno-landshaftnoe zemledelie [The adaptive-landscape agriculture] [Electronic resource] // Vikipedija -svobodnaja jenciklopedija. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Aдаптивно-ландшафтное_земледелие (accessed: 11.09.2017). [In Russian]

    3. Osnovy adaptivno-landshaftnoj sistemy zemledelija [The basics adaptive-landscape systems of agriculture] [Electronic resource] // KSAU behalf of I. T. Trubilin. - URL: http://kubsau.ru/upload/iblock/9ba/9bab9S09a130de617cb1cd 310655bfS4.pdf (accessed: 11.03.2017). [In Russian]

    4. Sistema podderzhki prinjatija reshenij [Decision Support System] [Electronic resource] // Wikipedia - the free encyclopedia. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Cистема_поддержки _прінятія рішень (accessed: 16.03.2017). [In Russian]

    5. Urincov A.I. Sistemy podderzhki prinjatija reshenij [Decision Support System] / A.I.Urincov, V.V.Dik. - M .: MESI, 200S. - 230 p. [In Russian]

    6. Naznachenie sistem podderzhki prinjatija reshenij [The target decision support system] [Electronic resource] // Infopedia. - URL: http://infopedia.su/15xe7f.html (accessed: 26.0S.2017). [In Russian]

    7. Upravlenie bazami znanij [The knowledge management] [Electronic resource] // ^ Rnowledge management. - URL: https://sites.google.com/site/upravlenieznaniami/inzeneria-znanij/bazy-znanij (accessed: 21.03.2017). [In Russian]

    S. Modeli znanij. Komponenty jekspertnyh system [The models of knowledge. The components of expert systems] [Electronic resource] // RefRF. - URL: http://referatwork.ru/IT_lections/section-11.html (accessed: 21.03.2017). [In Russian]

    9. Organizacija sistemy sevooborotov [The organization of system of crop rotations] [Electronic resource] // files.cdml / IPK - URL: https: //files.cdml.ruЛPK/baza/2015/10%20-%20октябрь/5 .% 200рганізація% 20севооборотов ^ (accessed: 25.03.2017). [In Russian]

    10. Kiijushin V.I. Primenenie GIS-tehnologij pri kartografirovanii i proektirovanii agrolandshaftov [The application of GIS technologies for mapping and the design of agricultural landscapes] [Electronic resource] / V.I. Kiijushin, I.V. Sliva // News of the OSAU. - 2005. -№ 5-1. - P.S-12 - URL: https://load.amosov.org.ua/www/science/3/primenenie-gis-tehnologiy-pri-kartografirovanii-i-proektirovanii-agrolandshaftov (accessed: 2S.03.2017). [In Russian]


    Ключові слова: ТЕХНОЛОГІЇ ЗЕМЛЕРОБСТВА /АДАПТИВНА-ЛАНДШАФТНА СИСТЕМА ЗЕМЛЕРОБСТВА /ADAPTIVE-LANDSCAPE FARMING SYSTEM /СИСТЕМА ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ /DECISION SUPPORT SYSTEM /AGRICULTURAL TECHNOLOGIES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити