CC BY
233
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 626.923.2
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НА МЕЖХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
И.Ф. Юрченко, доктор технических наук В.В. Трунин, аспирант
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт им. А. Н. Костякова Россельхозакадемии
Представлена методология создания информационной системы поддержки принятия решений при оперативном управлении водораспределением на межхозяйственной оросительной системе. Описана подсистема планирования водораспределения, позволяющая в автоматизированном режиме формировать универсальные базы данных о водопотребителях и параметрах оросительной сети для любых оросительных систем с древовидной структурой каналов; автоматизировать процедуру формирования заявок от потребителей на планируемое водопо-требление; создавать и управлять базой данных о планируемом водозаборе и водоподаче; готовить отчеты о планируемом водозаборе и водоподаче на оросительной системе, дифференцированные по дням планового периода, водопотребителям и водоисточникам.
Ключевые слова: водораспределение, автоматизированное управление, диспетчеризация, поддержка решений.
В настоящее время в России и в зарубежных компаниях активно разрабатываются и внедряются интегрированные автоматизированные системы управления транспортом, распределением природного газа, предприятиями энергетики и водоснабжения, которые охватывают все уровни и сферы их деятельности, что, к сожалению, не относится к сфере мелиорации. Сбор, обработка, визуальное отображение и архивирование технологической информации об объекте управления, разработке которых стало уделяться повышенное внимание, являются неотъемлемой (хотя и не всегда обязательной) частью автоматизированных систем управления технологическими процессами. От этих разработок значительно отстает создание и промышленное внедрение расчетных компьютерных комплексов поддержки диспетчерских решений и их интеграция в информационные автоматизированные системы диспетчерского управления.
Авторами выполнены исследования и разработана методология создания технологии поддержки принятия решений (СППР) при оперативном управлении водораспределением на межхозяйственной оросительной системе. Методология базируется на методах, алгоритмах и моделях для расчетных компьютерных комплексов автоматизированных систем диспетчерского управления гидроузлами оросительных систем, функционирующих как локально, так и способных интегрироваться в действующие и вновь создаваемые межхозяйственные автоматизированные системы диспетчерского управления. Программное обеспечение расчетных компьютерных комплексов автоматизированных систем диспетчерского управления ориентировано на «оптимизацию принятия решений» на основе диагностики проблем, классификаций решений, определении потребности в информации со стороны лица, принимающего решения и специалистов, занятых подготовкой решений.
Методология создания СППР включает: аспекты компьютерного моделирования
принятия управленческих решений и расчетно-аналитического обеспечения диспетчерского управления водораспределением, а также базовые методические и технологические подходы к созданию системы поддержки принятия решений при управлении водораспределением.
В рамках разработки методологии компьютерного моделирования управленческой деятельности определена структурно-функциональная схема принятия управленческих решений (рис. 1), предложенная в качестве логической основы формирования СППР оперативного управления водораспределением.
Это позволяет реализовать принципы системного анализа при решении слабоструктурированных проблем, обеспечивает гибкий подход к применению формальных методов при классификации решаемых проблем по признаку структурированности и выполнение требования об ориентации СППР на оптимизацию принятия решений [1].
Процесс принятия управленческих решений
]
Стадии процесса
Подготовка
Принятие
Реализация
Поиск и анализ информации
Сбор и обработка информации
Формулировка проблем, требуюшцх решений
Разработка возможных альтернатив
Формирование множества допустимых вариантов
Выбор и принятие наилучшего решения
Конкретизация задачи и доведение ее до исполнения
Контроль за ходом выполнения решений
Корректировка и оценка полученного результата от выполнения решения
Фазы процесса
Рисунок 1 - Структурно-функциональная схема процесса принятия решений
ШНСЕЛЬХОЗ РФ
Департамент мелиорации
Федеральные государственные учреждения по мелиорации земель и сельскохозяйственно?,ту водоснабжению
Министерства мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения
Управления по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению
_______Управления эксплуатации гидроузлов и ГТС____________
Государственные унитарные предприятия, государственные учреждения
Районные управления по мелиорации земель и сельскохозяйственному
водоснабжению
Управления эксплуатации оросительных систем (УОС)
Диспетчер « 4 » Отдел Еодопользоьакия 4- Гидрогеологическая мелиоративная партия
1 X А / т ' • ^ .
ГТС, насосная станиия
С«Л£ХОтре!ЩрК2Ши
Япр^ЛСНИе сельского ХОЗЯКСТЕ4
Метеостанция
► - направление потоков информации
_________- направление управляющих воздействий
Рисунок 2 - Информационные потоки при управлении водораспределением
Рассмотрены также вопросы информационного обеспечения управления (рисунок 2) и кибернетического подхода к исследованию процесса принятия управленческих решений, основанные на представлении о принятии решений как о процессе переработки информации.
В составе методологии разработки расчетно-аналитического обеспечения диспетчерского управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах:
■ сформулированы принципы совершенствования управления оперативным водораспределением на гидроузлах межхозяйственных оросительных систем, обеспечивающие его социально-экономическую и экологическую эффективность;
■ выбраны модели, определяющие рациональность технологической схемы управления водораспределением;
■ созданы алгоритмы управляющих воздействий, направленные на повышение эффективности указанного технологического процесса;
■ определены показатели, модели и алгоритм оценки эффективности управленческой деятельности на межхозяйственной оросительной системе, отражающие как экономические, так и важные социально-экологические аспекты управления, которые не измеряются в денежном выражении.
V.
БАЗА ДАННЫХ
((Л*: 2 <7™; Кс;11; яь*; ,<Ьгж1'д ^ ■4* ;
БАЗА МОДЕЛЕЙ
1хш<0ш?£<1.шК. >пжо.^со Жал > д£>
/-----\
Схема водоподачи «По требованию»
Рисунок 3 - Блок-схема выбора управляющих воздействий при водораспределении на
межхозяйственной оросительной системе:
I 1 и $2 - логические условия.; бис - расход источника орошения, м3/с; 1?^,пр - планируемый расход водоподачи, м3/с; Кс - коэффициент спроса; ^ - КПД оросительных каналов; Л - символ логического умножения; ®ре- - резервная емкость, требуемая для обеспечения суточного саморегулирования системы при минимальных затратах на
з т ■ з Аб
управление, м ; - резервная емкость >го участка, м ; ^ - возмущающие воздей-
г
ствия; ^упр - время реализации управления (доставки компенсирующего расхода) на ьм
^; т аХ ~ и 3 /
участке канала, с ; =1 - максимальный среднесуточный расход водоподачи, м /с
Алгоритм управления водораспределением зависит от соотношения на системе резервных объемов и планируемой водоподачи, которые, в свою очередь, определяются характеристиками процесса водопотребления, водообеспеченностью источника орошения и конструктивными параметрами каналов. Модели, алгоритмы и процедуры технологии автоматизированного управления водораспределением должны обеспечивать оперативный анализ соотношений наличествующих объемов и требующихся расходов воды, определять значения ограничений и реализовывать их в соответствии с критериями оценки эффективности управления [2]. Блок-схема выбора управляющих воздействий при водораспределении на межхозяйственной оросительной системе представлена на рисунке 3.
Основным недостатком показателей эффективности управленческой деятельности, используемых до настоящего времени в практике службы эксплуатации оросительных систем, является невозможность оценки с их помощью ряда важных социально-экологических аспектов управления, которые не измеряются в денежном выражении. Ориентир на показатели, характеризующие лишь одну область деятельности, может негативно отразиться на конечном результате.
При формировании системы показателей для оценки эффективности управления водораспределением в основу положен принцип сбалансированности, обеспечиваю-
щий, наряду с традиционной финансово-экономической оценкой деятельности организации, учет и других ее аспектов, а также позволяющий контролировать факторы, влияющие на эти показатели, а не только отслеживать результаты.
Предложенная авторами система сбалансированных показателей характеризует следующие основные аспекты перспектив и стратегий для службы эксплуатации меж-хозяйственной оросительной системы: финансовую деятельность; внутреннюю производственную деятельность - управление водораспределением, отношение с потребителем и обществом в целом, обучение и рост кадров (рисунок 4).
Методология создания СППР оперативного управления водораспределением на межхозяйственных оросительных системах базируется на принципах системного подхода [3], обеспечивающего учет эмерджентных явлений и возможность находить, оценивать и сравнивать далеко не очевидные по своей эффективности альтернативы. Основное требование к СППР - обеспечение минимума методологических искажений и неконтролируемых человеком потерь информации в процессе ее агрегирования. Главным в разрабатываемой СППР является не вычислительная часть, а технологическая поддержка процедуры корректного извлечения и формализации субъективных требований и предпочтений специалистов, а также процедуры пошагового агрегирования информации под контролем аналитика.
С учетом представленных выше требований к методологии разработки СППР создано на базе СУБД ACCESS программное обеспечение для планирования водорас-пределения на межхозяйственной оросительной системе, которое позволяет:
■ в автоматизированном режиме формировать универсальные базы данных о во-допотребителях и параметрах оросительной сети для любых оросительных систем с древовидной структурой каналов;
■ автоматизировать процедуру формирования заявок от потребителей на планируемое водопотребление;
■ создавать и управлять базой данных о планируемом водозаборе и водоподаче;
■ готовить отчеты о планируемом водозаборе и водоподаче на оросительной системе, дифференцированные по дням планового периода, водопотребителям и водоисточникам.
Рисунок 4 - Система показателей оценки эффективности управления
водораспределением
Алгоритм формирования унифицированной базы данных о водопотребителях и параметрах оросительной сети включает:
■ создание таблицы «узлов» (водовыделов), путем ввода данных с клавиатуры ПЭВМ в автоматизированном режиме;
■ таблицы каналов путем ввода наименований каналов с использованием таблицы «узлов» (водовыделов) и сведений о канале, необходимых для формирования плана водоподачи (в первую очередь, - времени добегания от водозабора в канал до водовы-дела потребителю и КПД);
■ таблицы водопотребителей и базы данных заявок потребителей на подачу воды в планируемый период.
Заявки от потребителей создаются в специальном файле, сформированном программным комплексом СУБД ACCESS. Для ввода данных используются унифицированные формы, разработанные и поддерживаемые СУБД ACCESS.
База данных планируемого водозабора и распределения водных ресурсов на ме-жхозяйственных гидроузлах создается автоматически на основе базы данных заявок потребителей на подачу воды.
Отчеты о планируемом водораспределении на оросительной системе формируются при помощи специально разработанных запросов и содержат:
■ сведения о потребности в воде отдельных хозяйств-водопользователей по каждому водовыделу и в целом по системе;
■ головные расходы магистрального и межхозяйственного каналов и подачу воды хозяйствам, согласованные с режимом источника орошения.
Следующим этапом исследований является разработка подсистемы поддержки решений при управлении оперативным водораспределением на гидроузлах межхозяй-ственных оросительных систем. Теоретическое и практическое решение данных задач позволит перевести процесс подготовки и принятия решений по оперативному диспетчерскому управлению водораспределением на межхозяйственных оросительных системах на качественно новый автоматизированный уровень.
Библиографический список
1. Григорьев, Л.И. Диспетчерское управление трубопроводным транспортом газа: состояние, проблемы, перспективы [Текст] / Л.И. Григорьев // 1-я Международная научнотехническая конференция : тезисы докладов. - М.: Нефть и газ, 2002. - С. 12-13.
2. Мелиорация и водное хозяйство. Орошение [Текст]: справочник / Под ред. Б.Б. Шумакова. - М. : Колос, 1999. - 432 с.
3. Поддержка принятия управленческих решений. Информационное и инструментальное обеспечения [Текст] / Под ред. А.Ф. Рогачева. - Волгоград : Изд-во ВолГУ, 2001 г. - 124 с.
Е-mail: [email protected]
