Разработка метода операционных технологий при авиационном распределении химических веществ в сельском хозяйстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка метода операционных технологий при авиационном распределении химических веществ в сельском хозяйстве

Магдин А.Г., Припадчев А.Д., Горбунов А.А.

Оренбургский государственный университет

Аннотация

В представленной статье сформулированы методика и метод авиационного распределения химических веществ в сельском хозяйстве, включающие формализованное описание операционных технологий, базирующихся на предлагаемой математической модели. Математическая модель позволяет решить конкретную задачу по исследованию процесса воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение). При рассмотрении модели процесса авиационного распределения химических веществ невозможно исследовать одновременно в совокупности все отдельные множества характеристик. Поэтому в данной статье подробно рассмотрена модель локального метеорологического состояния с применением реляционной алгебры при обработке информации баз данных.

Ключевые слова: математическое моделирование, распределение химических веществ, целевая функция, летная операция

Развитие сельского хозяйства, в частности, продуктивность земледелия, на современном этапе находится в прямой зависимости от прогрессивных технологий. Применение высокоточных технологий производственных процессов гарантирует увеличение производительности и интенсификацию производственных процессов, а, следовательно, снижает себестоимость и повышает конкурентоспособность сельхозпродукции. В мировой практике к высокоточным технологиям относится и применение авиационных способов обработки посевов, сельскохозяйственных и лесных угодий (сельскохозяйственный полигон) в системе агропромышленного комплекса (АПК) (сельскохозяйственного производства), авиационно-химические работы, которые проводятся сельскохозяйственными летательными аппаратами (СЛА).

Структура информации и функционирования технологического процесса авиационного распределения химических веществ в сельском хозяйстве очень сложна, и информационные системы ориентированы на хранение, выбор и модификацию постоянно существующей информации. Для правильного понимания выходной информации в виде отчетов или реализации запросов при работе с базой данных необходимо иметь представление о математическом аппарате функционирования информационных таблиц. Правильно спроектированные таблицы на основе теории реляционной алгебры позволяют: моделировать функции управления в сельскохозяйственном учете с помощью информационной модели; выполнять анализ метеорологической, летной и сельскохозяйственной информации; повысить качество хранимых данных за счет полноты, согласованности и целостности, контроля достоверности вводимой информации; усилить функции логики обработки данных; стандартизировать основные процедуры работы с данными (ввод и редактирование данных, поиск и извлечение данных, формирование отчетов); снизить трудозатраты персонала по ведению учета и уменьшить расход вычислительных ресурсов.

Управление технологическим процессом при авиационном распределении химических веществ рассмотрим на модели локального метеорологического состояния (ЛМС) с применением реляционной алгебры при обработке информации баз данных.

Под понятием ЛМС понимаем взаимосвязанную совокупность метеорологических характеристик и элементов, обусловленных наличием естественных и техногенных факторов. Разработка модели ЛМС производится исходя из основных положений метода анализа иерархий, условий системности и принципов построения иерархической структуры уровней моделирования процессов и явлений.

ЛМС может быть определено следующим образом.

1. Метеорологические элементы -- это измеряемые количественные показатели периодически изменяющихся величин: температуры; давления; влажности воздуха; силы и скорости ветра; облачности; осадков; приборной видимости.

2. Метеорологические характеристики -- это количественно-качественные характеристики состояния атмосферы и атмосферных процессов: циклонов и антициклонов; туманов; гроз и т.д.

В метеорологии, помимо измеренных значений, широко используются и так называемые расчетные. Некоторые из них являются чисто теоретическими величинами [1]. Например, помимо обычного ветра, существует понятие эквивалентного ветра, величина которого не может быть измерена непосредственно, а только вычислена. Полученная в результате расчетов величина называется расчетным ветром, всегда направленным вдоль траектории движения СЛА и оказывающим такое же влияние на его путевую скорость, как и фактический ветер.

Известно несколько расчетных температур воздуха: эквивалентная; потенциальная; виртуальная и др.

Эквивалентная температура соответствует той температуре воздуха, которую он имел бы после конденсации всего содержащегося в нем водяного пара при неизменном атмосферном давлении. Потенциальная температура -- температура, приведенная по сухоадиабатическому закону (без притока тепла извне) к давлению, равному 1000 гПа. Виртуальная температура -- это температура сухого воздуха при данном давлении, если бы его плотность была такой же, как и плотность влажного воздуха.

Существуют расчетные значения влажности (абсолютной, удельной, относительной), температуры туманообразования, упругости водяного пара, точки росы. Известны расчетные средние климатические характеристики: суточные; декадные; месячные; сезонные; годовые; экстремальные и др.

Методика

Целью данного исследования является повышение эффективности воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение) на основе разработки операционного технологического процесса. Процесс разработки описывается математической моделью, которая позволяет перейти от решения отдельных задач к исследованию единой сложной системы. Объектом исследования является процесс воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение). Предметом исследования является метод обеспечения рационального распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение), включая постановку и формализацию операционных технологий. Методическое обеспечение исследования базируется на системном анализе, теории моделирования, математических методах, методах объектно-ориентированного программирования.

Разработанная математическая модель позволяет решить оптимизационную задачу по повышению эффективности воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение), а также провести выбор необходимого операционного технологического процесса. После выявления характеристик, влияющих на технологический процесс распределения химических веществ, основное внимание необходимо обратить на те, которые воздействуют наиболее существенно, при этом функция модели не должна быть только описательной, т.к. важна роль предсказательного характера процесса. Математическое моделирование по авиационному распределению химических веществ состоит из нескольких этапов: рациональное осмысление математической модели; отождествление модели с помощью экспериментов; сопоставление математических и теоретических исследований модели; проверка адекватности модели [2].

Структура математической модели процесса воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду состоит как минимум из трех компонент: компоненты содействия - инверсия, воздушные массы, туман, конвекция (табл. 1); компоненты противодействия - географические факторы G, метеорологические факторы M и т.д. (табл. 2); техногенные факторы.

авиационный сельскохозяйственный метеорологический алгебра

Таблица 1. Компоненты содействия

Таблица 2. Компоненты противодействия

Используя данный структурообразующий принцип, можно сформировать структуру математической модели процесса авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение) на основе ЛМС (рис. 1).

Рис. 1. Структурная модель ЛМС

Структура математической модели процесса авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение) состоит из целевой функции, ограничений и переменных.

Основная часть

Операционный технологический процесс авиационного распределения химических веществ является динамическим. Изменения рассматриваемого процесса отражаются через выходные показатели, которые представляют собой передаточную функцию «предотвращенного ущерба на технологическую среду (почва, растение)».

Задача формализованного описания операционных технологий в процессе авиационного распределения химических веществ, когда требуется максимизировать совокупность выходных параметров (площадь рассеивания, высота полета, производительность и т.д.) и обеспечить выполнение заданного плана, представлена в виде целевой функции:

, (1)

где: п -- количество решаемых задач; i -- неопределенное число значимых параметров; Y -- выходной показатель; F -- возмущения; U -- управляющее воздействие.

Операционные технологии воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение) рассмотрим на модели ЛМС с применением реляционной алгебры при обработке информации баз данных [3].

В качестве ограничений выступают компоненты содействия и противодействия. Переменными служат показатели работ, экологические факторы (предотвращенный ущерб).

Математическая модель служит основой для сформулированной методики по авиационному распределению химических веществ с учетом воздействия на технологическую среду (почва, растение).

На основании предлагаемой методики разработан метод специализированного программного обеспечения, включающего формализованное описание операционных технологий при авиационном распределении химических веществ в сельском хозяйстве.

Предлагаемая методика и метод авиационного распределения химических веществ в сельском хозяйстве включает в себя реализацию информационного, прикладного программного и алгоритмического обеспечения. Программное обеспечение реализуется на реляционной модели информации, представленной в виде таблиц, каждая из которых состоит из строк и столбцов и имеет имя, уникальное внутри базы данных (рис. 2, 3) [4].

Рис. 2. Диалоговое окно работы с полетными данными

Рис. 3. Диалоговое окно работы с географическими факторами базы данных

Разработанное программное средство позволяет пользователю создать свою базу данных, использовать информацию из базы данных ресурсов глобальной сети (рис. 4), обрабатывать данные с помощью форм, запросов и отчетов и выполнять ряд других работ.

Рис. 4. Диалоговое окно базы данных Gismeteo

На основе принципиальной и структурной схем разработана структурно-функциональная схема системы повышения эффективности воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение), представленная на рис. 5.

Рис. 5. Структурно-функциональная схема повышения эффективности воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение)

Технология создания целостной базы предполагает упорядочение загрузки взаимосвязанных таблиц с целью обеспечения пользователя удобным интерфейсом. Данная технология строится на использовании соответствующих экранных форм, обеспечивающих корректный ввод взаимосвязанных данных; если возникают противоречия, то программа предупреждает об этом (рис. 6).

Рис. 6. Диалоговое окно некорректного применения летательного аппарата

Предлагаемое программное средство в рамках повышения эффективности воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение) позволяет проводить комплексные многовариантные расчеты операционных технологий как элемента авиационных работ, обеспечить высокое качество вносимых веществ и сократить сроки обработки почв (растений).

Выводы

1. Процесс воздействия авиационного распределения химических веществ на технологическую среду (почва, растение), базирующийся на математической модели, реализован в виде информационного, алгоритмического и прикладного специализированного программного и обеспечения.

2. Разработано специализированное программное обеспечение диалоговой подсистемы операционных технологий, обеспечивающей расчет характеристик компонентов содействия и противодействия в пределах интервалов их допустимых значений, цифровое отображение выявленных зависимостей и оценку результатов по выбранным критериям.

Список использованных источников

1. Астапенко П.Д., Баранов А.М., Швырев И.М. Авиационная метеорология. - М.: Транспорт. - 1981. - 262 с.

2. Магдин А.Г., Припадчев А.Д. Модель функционирования технологического процесса авиационного распределения химических веществ в сельском хозяйстве. - Фундаментальные исследования. - 2014, № 8-4. - С. 817-822.

3. Базы данных: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.В.Кузин, С.В.Левонисова. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия». - 2008. - 320 с.

4. Свидетельство № 2016614847. Российская Федерация. Программа автоматизированной системы управления технологическим процессом распределения химических веществ: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / А.Г.Магдин, А.Д.Припадчев, А.А.Горбунов; заявитель и патентообладатель Гос. образоват. учреждение Оренбург. гос. ун-т. - № 2016612031.

Размещено на Allbest.ru