Научная статья на тему 'Принципы использования агроинформационных технологий в земледелии'

Принципы использования агроинформационных технологий в земледелии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
363
231
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ / АГРОИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА / МНОГОФАКТОРЫЙ ОПЫТ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пружин Михаил Константинович

Разработаны теоретико-методические принципы планирования и организации исследований для создания систем автоматизированного проектирования в земледелии. На основе анализа современного состояния вопроса на первом этапе предложено решение задачи создания САПР для планирования и проектирования систем земледелия с дальнейшим переходом к формированию автоматизированных систем диагностики и автоматизированных систем управления технологическими процессами

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Пружин Михаил Константинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Принципы использования агроинформационных технологий в земледелии»

ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АГРОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ

М.К. Пружин

Аннотация. Разработаны теоретико-методические принципы планирования и организации исследований для создания систем автоматизированного проектирования в земледелии. На основе анализа современного состояния вопроса на первом этапе предложено решение задачи создания САПР для планирования и проектирования систем земледелия с дальнейшим переходом к формированию автоматизированных систем диагностики и автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Ключевые слова: система земледелия, агроинфор-мационная технология, моделирование, планирование эксперимента, многофакторый опыт.

В настоящее время научное земледелие подходит к новому этапу своего развития. Основные результаты, которые можно было получить традиционными методами исследования, уже имеются. Сейчас важно максимально использовать накопленный научный материал и ускорить совершенствование методов и средств исследований.

Как известно, в период становления научного земледелия эксперименты проводились по схеме, предусматривающей формирование рабочей гипотезы, постановку сравнительного опыта или проведение анализа результатов производства, а затем на основании данных, уже полученных в прошлом, делались выводы (в подтверждение или отрицание рабочей гипотезы) на будущее. В настоящее время такой подход уже не устраивает ни науку, ни практику. Для того чтобы в полной мере реализовать огромный потенциал интенсивного земледелия, надо повернуться «лицом к будущему». Это означает, что до проведения исследований нужно разработать модель изучаемой системы и в эксперименты вводить заложенные в ней параметры для выявления и устранения лимитирующих факторов. Этот принцип должен стать приоритетным в исследованиях по со-

вершенствованию систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур [1].

При переходе в исследовательской работе в области земледелия к математическому моделированию сложных систем необходимо преодолеть существенные трудности, связанные с выявлением структуры изучаемых объектов и их формализацией. Моделирование в земледелии не является принципиально новым методом. С первых шагов становления научного земледелия ученые использовали простейшие описательные модели. Фактически, полевое опытное дело представляет собой не что иное, как метод физического моделирования явлений и процессов в земледелии. С повышением уровня интенсификации земледелия и методов научных исследований все больший интерес представляет изучение взаимодействия между элементами системы земледелия, а также между системой земледелия в целом и природной средой. Возникает необходимость в исследовании и построении целостных систем земледелия.

На этом этапе агрономы обратились к логикоматематическому и агрокибернетическому моделированию как познавательному процессу и способу автоматизированного построения систем земледелия с последующим переходом к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП) [1,2].

В последние годы вопросы моделирования агроэкосистем и приемы автоматизированного проектирования технологий находят все большее освещение в литературе. Например, активно разрабатываются приемы оценки хозяйственной и коммерческой деятельности, способы прогноза продуктивности растений и развития эрозионных процессов с использованием математических моделей [3]. Глубоко и всесторонне рассмотрен автоматизированный способ решения задач управления технологическими процессами в земледелии [4]. В этой работе авторы совершенно справедливо указывают на то, что сокращение сроков получения, уменьшение стоимости и улучшение качества проектов могут и должны быть достигнуты не за счет увеличения численности техно-

логов, а на базе соответствующих систем автоматизированного проектирования (САПР).

Для создания САПР необходимо принять следующую предпосылку: система земледелия - для плановых и проектных решений, а технология возделывания - для оперативного управления формированием урожайности, плодородием и защитой почв от эрозии. Считается

доказанным, что в земледелии основой систем автоматизированного проектирования должны стать методы физического, логико-математического и алгоритмического (кибернетического) моделирования.

Получаемая в агрономических исследованиях информация должна быть пригодной для установления

Рисунок 1 - Соотношение методов информационного обеспечения технологий точного земледелия

параметров технологических процессов, реализуемых в управлении техническими средствами с помощью ЭВМ. Общий концептуальный подход реализуется через конкретные методические принципы получения информации:

a) литературный скрининг и обобщение полученных экспериментальных данных;

b) проведение полевых опытов на основе теории планирования эксперимента;

О снятие информации об условиях роста и развития растений в режиме агромониторинга;

d) внедрение систем глобального позиционирования для непрерывного получения производственной информации в привязке к конкретной территориальной единице (рабочему участку, полю и др.).

Соотношение методов информационного обеспечения технологий точного земледелия представлено на рисунке 1.

Исходя из требований системного подхода, общей логики проведения комплексных исследований и с учетом нашего опыта решения подобных задач можно представить следующий алгоритм планирования, организации и проведения научных исследований в земледелии.

Общим методологическим фундаментом таких исследований должны стать законы и категории диалектики, а теоретическим базисом - закономерности формирования урожая и повышения плодородия почвы.

Методическая основа исследований должна определяться положениями теории рационального планирования факторных экспериментов, логико-

математического и агрокибернетического моделирования. Организационно-технические мероприятия обеспечат создание полигонов по физическому моделированию систем земледелия, осуществление комплексных исследовательских программ и в совокупности с информационно-аналитическими исследованиями создадут надлежащие условия для формирования автоматизированных систем научных исследований [5].

Эффективность научных исследований в значительной степени связана с уровнем использования агроин-формационных технологий для решения следующих задач:

- планирование экспериментов;

- создание баз экспериментальных данных и хранилищ данных;

- обработка результатов экспериментов;

- компьютерное моделирование исследуемых процессов и систем;

- подготовка информации для управления производственными процессами и технологиями.

Кибернетические исследования приведут к объединению всех результатов, а научно-производственная проверка обеспечит максимальную адаптацию систем автоматизированного проектирования и автоматизированных систем диагностики к реальным условиям, быстрое и эффективное внедрение в производстве.

Кибернетическое моделирование, базируясь на теории информации, позволяет не только описывать систему, но и предсказывать ее поведение. В этой связи при разработке САПР особое значение приобретают методы получения, обработки и использования информации о потоках вещества и энергии в процессе выращивания сельскохозяйственных растений. Если информация будет идеально отражать происходящее, то на первый план сразу же выступит ее организующая и управляющая роль.

Таким образом, метод моделирования в земледелии и растениеводстве представляет собой реализацию общего кибернетического принципа изучения сложных объектов и систем. Его необходимо применять в полном соответствии с общенаучными методологическими подходами и методическими решениями. Работа по созданию систем автоматизированного проектирования в земледелии требует переориентации агрономических методов исследования на применение системного анализа, логико-математического и агрокибернетического моделирования, реализацию комплексных программ НИР по созданию САПР и АСД, а опытного дела - на всемерное использование положений теории рационального планирования факторных экспериментов, создание полигонов по физическому моделированию систем земледелия и оперативное выявление и устранение лимитирующих факторов в проводимых полевых опытах.

Список использованных источников

1 Якушев, В.П., Петрушин, А.Ф. Методология проекти-

рования компьютерных систем поддержки решений в агрономии. http:// inftech.webservis.ru/it/ confer-

ence/scm/2000/session10/yakush.htm

2 Lark, R.M. Some tools for parsimonious modeling and interpretation of within-field variation of soil and crop systems. //Soil Tillage Res. - 2001. - Vol.58. - № 3/4. - P. 99-111.

3 Брыксин, В.М. Применение адаптированной модели биопродуктивности EPIC и космоснимков MODIS для прогнозирования урожайности зерновых культур на территории Западной Сибири/ В.М. Брыксин //Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Информационные технологии. - 2007. - Т.5. - № 2. - С. 20-26.

4 Якушев, В.П. Информационное обеспечение точного земледелия/ В.П. Якушев, В.В. Якушев. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН. - 2007. - 384 с.

5 Автоматизированные системы научных исследований. http://pmi.ulstu.ru/new_proj ect/new/1. html

Информация об авторе

Пружин Михаил Константинович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, декан финансового факультета ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.