CC BY
41
Технологии
о
ОПТИМИЗАЦИЯ ТАКТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
К. К). ДИБИХИН,
кандидат технических наук, Аэрокосмический институт, Оренбургский государственный университет, г. Оренбург
Ключевые слова; авиационно-химические работы, тактическая схема, подстилающая поверхность, полигон, модель, двухмерная, трехмерная.
Цель и методика исследований
В настоящее время невозможно получение конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции без использования авиационно-химических работ (АХР), составляющих основу интенсификации сельскохозяйственного производства, выражающуюся в получении стабильно высоких урожаев. Затраты времени на химическую обработку сельскохозяйственных полигонов авиацией значительно ниже, чем при использовании наземной техники, а высокая мобильность и маневренность позволяют вести работы в широких масштабах в труднодоступных местах, с минимальным расходом химикатов, Объемы авиационно-хими-ческих работ, несмотря на значительный рост, не в состоянии полностью обеспечить потребности сельского хозяйства, В связи с этим необходимость увеличения масштабов использования и совершенствование технологий производства являются актуальными задачами, обусловленными, обособленным комплексом проблем.
Так, значительную часть затрат времени на процесс технологической подготовки занимает планирование летных технологических операций, осуществляемых средством доставки - сельскохозяйственным летательным аппаратом (СЛА). Временной ре-
сурс, в приложении к сельскохозяйственной проблематике, является весьма критичным фактором, учитывая, что срыв проведения ряда агрохимических мероприятий или их запаздывание приводит к резкому, непропорциональному возрастанию затрат и потерь.
В плане оценки современного состояния исследований в данной области науки следует отметить исследования, проводимые как отдельными учеными, так и научными коллективами. Как правило, исследования, проводимые представителями агропромышленного комплекса, ориентированы, в первую очередь, на наземные средства проведения агрохимических мероприятий. Исследования, проводимые учеными из смежных отраслей науки, направлены на разработку и внедрение отдельных элементов автоматики и автоматизации, но решают лишь частные задачи. Примером тому служит использование большинством исследователей принципа управления по возмущению, что указывает на отсутствие общей, целостной концепции, направленной на комплексное решение обозначенных проблем и связанных с ними задач. В связи с этим подавляющее большинство исследований сводится к моделированию локальных летных операций.
Одним из перспективных направлений разрешения объективно существующего комплекса проблем является совершенствование технологического процесса производства АХР путем его полной или частичной автоматизации на основе внедрения современных информационных технологий.
Автоматизация технологического процесса производства АХР представляет собой конкретную задачу в рамках фундаментальной научной проблемы и требует его всестороннего анализа, разработки и внедрения автоматизированной системы управления производственным циклом. Цель, заключающаяся в необходимости автоматизации технологического процесса, достигается путем решения ряда основных и частных задач. В данной работе в качестве основной принята задача оптимизации рабочей траектории средства доставки с учетом наиболее оптимального варианта обработки сельскохозяйственного полигона. Решение поставленной задачи позволяет сократить общее время производственного полета, сокращает необходимый парк СЛА, снижает расход топлива и химикатов, повышает экологическую надежность.
Пример двухмерного моделирования технологической летной операции на основе выявления диапазонов эффективности различных типоразмеров СЛА приведен на рисунке 1 [1].
При оптимизации рабочей траектории средства доставки на основе двухмерной модели подстилающей поверхности необходимо учитывать ряд ее специфических особенностей, обусловленных:
- способом обработки сельскохозяйственных полигонов; челночным, загонным, нестандартным;
- местом расположения авиацион-но-текнической базы с взлетно-поса-дочной полосой и средствами заправки топливом и химикатами;
- конфигурацией обрабатываемых участков со сложной конфигурацией
Aviation-chemical works, the tactical scheme spreading a surface, range, model, two-dimensional, three-dimensional.
Рисунок 1. Двухмерное моделирование технологической летной операции: МЛА - малоразмерный летательный аппарат; СХВ -сельскохозяйственный вертолет; СХС - сельскохозяйственный самолет
для двумерного случая.
Контуры участков со сложной конфигурацией представлены на рисунке 2 [2]. Особенности приведенного класса контуров обусловлены ограничениями:
а
тіп>2/
(1)
или
ОС /И <2,1. (2)
Другой задачей, решаемой в процессе автоматизации, является задача мониторинга (отслеживания) рабочей траектории средства доставки. Решение поставленных задач связано с необходимостью учета географических особенностей сельскохозяйственного полигона: необходимостью ввода, обработки и учета высоты перемещения средства доставки над подстилающей поверхностью. Наличие географических факторов - склонов, впадин и возвышенностей, приводит к необходимости использования трехмерной модели сельскохозяйственного полигона.
Графическая иллюстрация трехмерной модели картографирования подстилающей поверхности представлена на рисунке 3.
Решение задачи трехмерного моделирования позволяет реализовать диспетчерские и координирующие функции подсистемы управления, позволяющие:
- формировать и выдавать технологическую карту непосредственному исполнителю - экипажу СЛА, проводящему авиационные агрохимические
мероприятия;
- контролировать выполнение экипажем летного задания на проведение технологической операции;
- получать отчет о выполнении задания.
Разрешение представленной проблематики возможно на основе поэтапной реализации развернутого описания плана работ, включающего:
1. Анализ существующих моделей перемещения транспортных средств для реализации агрохимических мероприятий.
1.1. Анализ существующих моделей перемещения наземных средств реализации агрохимических мероприятий.
1.2. Анализ существующих моделей реализации тактических схем летных операций сельскохозяйственными летательными аппаратами.
1.3. Анализ существующих моделей перемещения сельскохозяйственных летательных аппаратов в процессе реализации агрохимических мероприятий.
2. Разработку комплексной модели летной операции и обоснование её адекватности в области изменения внешних условий.
2.1. Разработку аналитической модели челночного способа обработки.
2.2. Разработку аналитической модели загонного способа обработки.
2.3. Разработку комплексной модели летной операции.
2.4. Обоснование адекватности модели летной операции.
^ <&ГЛ.В І адЧ
^ \
ь \
)с
д) е) ж)
Рисунок 2. Контуры участков со сложной конфигурацией
Рцрунок 3. Графическая иллюстрация трехмерной модели картографирования подстилающей поверхности
Технологии
3. Моделирование летной операции на участках различной конфигурации.
3.1. Двухмерный пример с выпуклым многоугольником.
3.2. Двухмерный пример с вогнутым несамопересекающимся многоугольником.
3.3. Трехмерный пример с естественными и искусственными препятствиями.
4. Разработку алгоритма определения оптимальной траектории перемещения СЛА для участков сложной конфигурации с использованием трехмерной модели.
4.1. Разработку алгоритма для обрабатываемых участков сложной конфигурации.
4.2. Разработку алгоритма с использованием трехмерной модели.
5. Разработку прототипа программного комплекса для выстраивания оптимальной траектории перемещения СЛА на основе трехмерной модели подстилающей поверхности.
6. Экспериментальные исследования разработанного программного комплекса и оценка его эффективности.
7. Уточнение используемых моделей по результатам экспериментальных исследований.
При решении поставленных задач предлагается использование методов математического моделирования, математического аппарата векторной алгебры и вычислительной геометрии, численных методов решения систем линейных уравнений, методов линейного и нелинейного программирования.
Результаты исследований
Проводимые исследования являются основной, определяющей перспективы создания новых технологий, осуществляющих переход от описания тактической летной операции на плоскости к трехмерному, или 30 - моделированию. Этот переход радикально меняет парадигму проводимых исследований, т.е. систему подходов к моделируемым процессам и их всесторонних оценок. 30 - моделирование позволяет естественным и органичным образом перейти от упрощенных двухмерных понятий к реальным условиям взаимодействия исследуемых технических систем с внешней средой, а также к выходу на исследуемые технологические режимы СЛА.
Выводы
Решение задачи автоматизации реализует диспетчерские и координирующие функции подсистемы управления, позволяющие:
- формировать и выдавать технологическую карту непосредственному исполнителю - экипажу СЛА, проводящему агрохимические мероприятия;
- контролировать выполнение экипажем СЛА летного задания;
- получать отчет о выполнении задания.
Рекомендации
1. Разрешение проблем, связанных
Лесное хозяйство
с выстраиванием траектории перемещения СЛА и ее отслеживания, предлагается реализовать путем совершенствование технологического процесса на основе его полной или частичной автоматизации.
2. Наличие географических особенностей сельскохозяйственного полигона предполагает использование его трехмерной модели.
3. Решение задачи автоматизации
целесообразно осуществлять на основе создания программного комплекса для выстраивания оптимальной траектории перемещения СЛА на основе трехмерной модели подстилающей поверхности.
Литература
1. Дибихин К.Ю. Определение типоразмера сельскохозяйственного летательного аппарата для производства авиаци-онно - химических работ // Сетевой электр. научн. журн. КубГАУ. - Краснодар: КубГАУ. - 2006. - №.5(21). - Режим доступа: http: //ej. ku bag го. ru/2006/05/pdf/26, pdf.
2. Типовые нормы выработки и расхода топлива на механизированные работы по внесению удобрений. - М. : Колос,
1978. - 144 с. —
УСТОЙЧИВО-ПРОИЗВОДНЫЕ осинники ЗАПАДНИХ НИЗКОГОРИЙ ЮЖНОГО УРАЛА
НС. ИВАНОВА,
кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник Г.В. АНДРЕЕВ,
кандидат сельскохозяйственных наук, младший научный сотрудник, чреждение РАН, Ботанический сад РАН, лесной отдел, г. Екатеринбург
Ключевые слова: Южный Урал, устойчиво-производные осинники, ель сибирская, пихта сибирская, естественное возобновление.
Данное сообщение продолжает цикл статей, посвященный альтернативным рядам восстановления и развития лесных экосистем в пределах одного наиболее распространенного коренного типа леса западных низкогорий Южного Урала: ельников мелкотравно-зелено-мошных (занимают пологие дренированные склоны с мощными серыми и бурыми горно-лесными почвам). В предыдущих статьях приведено подробное описание района и методики исследований, рассмотрены субкоренные ельники, послерубочные темнохвойные леса, коротко-производные березняки, дли-тельно-производные березняки [1, 2, 3].
В настоящей статье рассматриваются устойчиво-производные осинники. Они занимают 25 % площади и формируются при практически полном отсутствии ели и пихты предварительной генерации. Чистый состав устойчиво-про-изводных осинников обусловлен корнеотпрысковым происхождением осины (следовательно, ее большой густотой) [4] и высокой скоростью роста этого вида в данном типе лесорастительных условий. Значительную роль в формировании древостоев играет и це-нотический фактор: большая часть подроста ели сибирской и пихты сибирской предварительной генерации не может конкурировать с появившейся осиной.
По данным таблицы видно, что в основном ярусе устойчиво-производных осинников оказывается ель, которая в момент рубки имела возраст 25-35 лет. Ель меньшего возраста, а также последующего происхождения находится в подчиненных ярусах. Пихта может оказаться в основном ярусе древостоя, если ее возраст в момент рубки составляет 29-44 года. Если пихта старше оси-
8 20 65 110
Возраст древостоя, лет
Рисунок 1, Структура изученных устойчиво-производных осинников: а - сумма площадей сечений древостоя, б - численность жизнеспособного подроста древесных видов, в - проективное покрытие травяно-кустарничкового и мохового ярусов; Е - ель сибирская, П - пихта сибирская, С - сосна обыкновенная, Б - береза пушистая, Ос - осина
ны на 25 и менее лет, либо последующей -генерации, то она находится в подчиненных ярусах.
Доля осины в составе древостоев по количеству деревьев и запасу с возрастом не уменьшается и находится в пределах от 68 до 97% и 7-10 единиц соответственно. Динамика суммы площадей сечений стволов древостоя приведена на рисунке 16.
Проективное покрытие яруса трав в ходе роста и развития осинников остается неизменным: на всех стадиях динамики оно составляет 100 %. Мхи практически полностью выпадают из структуры нижних ярусов (рис. 1в).
На всем протяжении дигрессивно-демутационных смен устойчиво-произ-водных осинников общее видовое разнообразие травянистых растений остается достаточно стабильным: на
пробных площадях насчитывается 35-45 видов. Везде преобладают лесные, бореальные виды.
При стабильном количестве видов, видовой состав сообществ в процессе роста и развития осинников претерпевает изменения. Наиболее существенные изменения происходят в количественных соотношениях видов (рис. 2).
Виды начальных стадий восстано-вительно-возрастных смен устойчивопроизводных осинников Carex atherodes, Juncus effusus, Phalaroides arundinaceae, Rubus idaeus и Filipéndula ulmaria со временем выпадают из структуры лесов (рис. 2а).
Под пологом 65-летних осинников начинает преобладать высокотравный покров. Доминантами становятся Aconitum excelsum, Stachys sylvatica, Aegopodium podagraria. В это же время
Southern Ural, permanent secondary aspen forests, Picea obavata, Abies sibirica, natural regeneration.
7 20 65 110
Возраст древостоя, лет
