CC BY
27
УДК 574.5+578.087.1+51.001.572
СИНТЕЗ, ОПТИМИЗАЦИЯ И ВЕРИФИКАЦИЯ СЕМАНТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ГРУНТОВЫХ ВОД НА РИСОВЫХ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Сафронова Т.И. - к. т. н., доцент Луценко Е.В. - д. э. н., к. т. н., профессор Кубанский государственный аграрный университет
В статье описывается порядок синтеза, оптимизации и верификации семантической информационной модели управления минерализацией и уровнем грунтовых вод.
1. Синтез семантической информационной модели
Проблема исследования, её актуальность, идея решения, когнитивная структуризация и формализация задачи приведены в [2, 3].
База прецедентов используется в системе "Эйдос" для автоматического расчета статистических матриц, входящих в состав семантической информационной модели:
- матрицы частот фактов, т.е. сочетаний "значение фактора - состояние МиУГВ";
- матрицы информативностей, содержащей сведения о силе и направлении действия факторов.
Эти матрицы здесь не приводятся из-за их большой размерности. Подробно соответствующие подсистемы и режимы системы "Эйдос" описаны в работе [1].
2. Оптимизация семантической информационной модели
На этом этапе осуществляется:
1. Ранжирование всех факторов по средней силе их влияния на переход МиУГВ в те или иные будущие состояния.
2. Исключение из модели МиУГВ тех факторов, которые несущественно влияют на его поведение (Парето-оптимизация).
Во 2-м режиме 3-й подсистемы "Эйдос" генерируется и печатается отчет по степени влияния градаций факторов на поведение оросительной системы (табл. 1).
Таблица 1 - Градации описательных шкал (значения факторов) в порядке убывания средней силы влияния на поведение оросительной системы (фрагмент)
№ Код Наименование описательной шкалы и градации Среднее кол-во информации
Шк град в град. Нараст. итог %
1 22 154 Сброс с рисовых площадей за пределы системы (тыс.куб.м) : факт. -{57.44, 60.90} 0.521 0.363
2 33 229 Среднемесячные расходы воды канала СМС : I (м.куб/с) : V. -{9.74, 11.60}. 0.521 0.726
3 78 544 Площади к : за "Родина" с недопустимым засолением (га). -{825.57, 1018.71}. 0.521 1.089
4 81 567 Площади ПАОС с недопустимым засолением (га) -{2546.29, 2802.00} 0.521 1.452
5 82 571 Площади ПАОС с недопустимыми УГВ и засолением (га). -{162.29, 208.71} 0.521 1.815
6 16 110 Подача воды на орошение (млн.м.куб) : факт. -{71.18, 74.69} 0.479 2.149
7 4 23 Ср.мес. 1 возд. (°С) за вегетацию по Славянской метеостанции : V -{20.36, 21.01} 0.478 2.482
8 80 559 Площади ПАОС с недопустимым УГВ (га). -{2909.86, 3231.43} 0.477 2.814
9 57 397 Среднемесячные расходы воды канала СМС : II (м.куб/с) : V -{6.74, 8.25} 0.472 3.143
10 86 597 Внутрихозяйственная сеть оросительных каналов (км). -{1379.16, 1389.81} 0.461 3.465
11 36 248 Среднемесячные расходы воды канала СМС : I (м.куб/с) : VIII -{12.34, 15.36} 0.459 3.784
12 6 39 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеоста -{42.61, 53.99} 0.458 4.103
13 31 214 Среднемесячные расходы воды канала СМС : I (м.куб/с) : III. -{2.08, 2.70} 0.458 4.422
14 64 444 Среднемесячные расходы воды канала СМС : II (м.куб/с) : XII -{2.92, 4.12} 0.458 4.741
15 82 574 Площади ПАОС с недопустимыми УГВ и засолением (га). -{301.57, 348.00} 0.458 5.060
16 3 15 Ср.мес. 1 возд. (°С) за вегетацию по Славянской метеостанции : V -{20.40, 21.40} 0.455 5.377
17 5 30 Ср.мес. 1 возд. (°С) за вегетацию по Славянской метеостанции : I -{14.91, 15.63} 0.455 5.695
18 8 52 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеоста -{40.03, 59.04} 0.455 6.012
19 18 125 Подача воды на полив риса (млн.м.куб) : факт. -{64.65, 70.02} 0.455 6.329
20 19 127 Подача повторных вод (млн.м.куб) : план -{2.00, 6.22} 0.455 6.646
21 20 134 Подача повторных вод (млн.м.куб) : факт -{2.00, 8.91} 0.455 6.963
22 21 145 Сброс с рисовых площадей за пределы системы (тыс.куб.м) : план. -{48.02, 50.58} 0.455 7.281
23 22 150 Сброс с рисовых площадей за пределы системы (тыс.куб.м) : факт. -{43.59, 47.05} 0.455 7.598
24 45 309 Среднемесячные уровни воды канала СМС : I (м) : V -{0.01, 0.11} 0.455 7.915
25 84 587 Среднее значение УГВ на рисовой системе ПАОС (м). -{2.19, 2.29} 0.455 8.232
26 6 38 Выпавшие месячные осадки (мм) за вегетацию по Славянской метеоста -{31.24, 42.61} 0.454 8.548
27 14 92 Сум.забор воды из ист.орош. на с/х угодия АО "Черноерковское" (мл -{71.23, 75.53} 0.454 8.864
28 39 272 Среднемесячные расходы воды канала СМС : I (м.куб/с) : XI -{3.19, 3.79} 0.454 9.181
29 40 280 Среднемесячные расходы воды канала СМС : I (м.куб/с) : XII. -{4.85, 5.57} 0.454 9.497
30 52 364 Среднемесячные уровни воды канала СМС : I (м) : XII -{0.30, 0.39} 0.454 9.813
Из таблицы 1 видно, что 28 % наиболее значимых факторов оказывает 50 % суммарного влияния на поведение оросительной системы и урожаи риса, 50 % факторов оказывает примерно 80 % суммарного влияния на поведение этой системы, а 28 % незначительных факторов вообще не оказывает на нее никакого влияния.
На рисунке приведена Парето-диаграмма ценности факторов. В начале диаграммы расположены признаки с высоким влиянием, а в конце видна характерная "полочка", соответствующая признакам, не оказывающим никакого влияния на поведение оросительной системы и урожаи риса.
Парето-диаграмма ценности факторов
Из таблицы 1 следует, что исключение из модели половины признаков практически не скажется на ее адекватности, но существенно уменьшит затраты различных ресурсов на сбор и обработку информации.
3. Проверка адекватности (верификация) семантической информационной модели
Оценка адекватности включает в себя проверку способности модели правильно осуществлять идентификацию состояний МиУГВ как входящих в базу прецедентов (внутренняя валидность), так и не входящих в нее (внешняя валидность), как средневзвешенную по всем будущим состояниям МиУГВ (интегральная валидность), так и в разрезе по конкретным состояниям (дифференциальная валидность) [1].
Если модель обладает достаточно высокой адекватностью, то ее корректно использовать для анализа и исследования моделируемого объекта, прогнозирования его поведения при воздействии на него различных сочетаний факторов и для управления ими.
Результаты измерения адекватности модели, т.е. верификации, представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты измерения адекватности семантической информационной модели
Анкет физических: 21 логических (всего/факт): 112/ 112
Верная идентификация: 106 Ошибочная неидентификация: 6
Верная идентификация: 94.64% Ошибочная неидентификация: 5.36%
Минимальный уровень сходства: 0.0 Максимальное кол-во классов: 99999
Всего логич ИДЕНТИ Неиден-
№ Наименование ФИЦИ РОВАНО тифици- ровано ИДЕНТИФИЦИРОВАНО Неидентифицировано
ВЕР 1 Ошиб НО 1 Ош Верно ВЕРНО% | Ошиб.% Верно% | Ошиб.%
1 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{75.00, 87.43} 6 6 1 14 100,00 0,94 13,21 0,00
2 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{87.43, 99.86} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
3 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{99.86, 112.29} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
4 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{112.29, 124.71} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
5 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{124.71, 137.14} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
6 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{137.14, 149.57} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
7 Пл.орош.зем. (га с УГВ < 1.0 (м)-{149.57, 162.00} 1 1 18 2 100,00 16,22 1,80 0,00
8 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{125.00, 313.71} 1 1 16 4 100,00 14,41 3,60 0,00
9 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{313.71, 502.43} 1 1 12 8 100,00 10,81 7,21 0,00
10 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{502.43, 691.14} 3 3 3 15 100,00 2,75 13,76 0,00
11 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{691.14, 879.86} 1 1 11 9 100,00 9,91 8,11 0,00
12 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{879.86, 1068.57} 6 6 2 13 100,00 1,89 12,26 0,00
13 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{1068.57, 1257.29} 3 3 8 10 100,00 7,34 9,17 0,00
14 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.0 : 1.5 (м)-{1257.29, 1446.00} 3 3 1 17 100,00 0,92 15,60 0,00
15 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{25.00, 652.86} 2 2 9 10 100,00 8,18 9,09 0,00
16 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{652.86, 1280.71} 1 1 15 5 100,00 13,51 4,50 0,00
17 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{1280.71, 1908.57} 1 1 13 7 100,00 11,71 6,31 0,00
18 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{1908.57, 2536.43} 1 1 13 7 100,00 11,71 6,31 0,00
19 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{2536.43, 3164.29} 1 1 18 2 100,00 16,22 1,80 0,00
20 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{3164.29, 3792.14} 3 3 1 17 100,00 0,92 15,60 0,00
21 Пл.орош.зем. (га с УГВ 1.5 : 2.0 (м)-{3792.14, 4420.00} 9 8 2 10 1 88,89 1,94 9,71 11,11
22 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{50.00, 737.00} 3 3 1 17 100,00 0,92 15,60 0,00
23 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{737.00, 1424.00} 2 2 14 5 100,00 12,73 4,55 0,00
24 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{1424.00, 2111.00} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
25 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{2111.00, 2798.00} 3 3 4 14 100,00 3,67 12,84 0,00
26 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 0} .0 5. 8 4 3 0, .0 8. 9 7 2 { - (м) 21 0,00 0,00 18,75 0,00
27 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{3485.00, 4172.00} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
28 Пл.орош.зем. (га с УГВ 2.0 : 3.0 (м)-{4172.00, 4859.00} 2 2 9 10 100,00 8,18 9,09 0,00
29 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{230.00, 291.71} 2 2 12 7 100,00 10,91 6,36 0,00
30 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{291.71, 353.43} 1 1 12 8 100,00 10,81 7,21 0,00
31 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{353.43, 415.14} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
32 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{415.14, 476.86} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
33 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{476.86, 538.57} 1 1 13 7 100,00 11,71 6,31 0,00
34 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{538.57, 600.29} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
35 Пл.орош.зем. (га с УГВ 3.0 : 5.0 (м)-{600.29, 662.00} 2 2 7 12 100,00 6,36 10,91 0,00
36 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 :-{147.00, 571.00} 2 2 12 7 100,00 10,91 6,36 0,00
37 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 :-{571.00, 995.00} 2 2 7 12 100,00 6,36 10,91 0,00
38 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 -{995.00, 1419.00} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
39 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 -{1419.00, 1843.00} 9 7 2 10 2 77,78 1,94 9,71 22,22
40 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 -{1843.00, 2267.00} 2 2 12 7 100,00 10,91 6,36 0,00
41 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 -{2267.00, 2691.00} 1 1 3 17 100,00 2,70 15,32 0,00
42 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод 1.0 -{2691.00, 3115.00} 1 1 17 3 100,00 15,32 2,70 0,00
43 Пл.орош.зем. (га с минер. гр.вод > 3.-{2120.00, 2613.29} 1 1 17 3 100,00 15,32 2,70 0,00
44 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{2613.29, 3106.57} 1 1 15 5 100,00 13,51 4,50 0,00
45 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{3106.57, 3599.86} 10 7 2 9 3 70,00 1,96 8,82 30,00
46 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{3599.86, 4093.14} 1 1 3 17 100,00 2,70 15,32 0,00
47 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{4093.14, 4586.43} 21 0,00 0,00 18,75 0,00
48 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{4586.43, 5079.71} 2 2 7 12 100,00 6,36 10,91 0,00
49 Пл.орош.зем. (га) с минер. гр.вод > 3.-{5079.71, 5573.00} 3 3 3 15 100,00 2,75 13,76 0,00
50 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{32.60, 35.47} 1 1 13 7 100,00 11,71 6,31 0,00
51 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{35.47, 38.34} 5 5 3 13 100,00 2,80 12,15 0,00
52 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{38.34, 41.21} 5 5 1 15 100,00 0,93 14,02 0,00
53 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{41.21, 44.09} 2 2 8 11 100,00 7,27 10,00 0,00
54 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{44.09, 46.96} 1 1 15 5 100,00 13,51 4,50 0,00
55 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{46.96, 49.83} 1 1 3 17 100,00 2,70 15,32 0,00
56 Урож. риса по АО "Черноерковское" (ц/га)-{49.83, 52.70} 3 3 7 11 100,00 6,42 10,09 0,00
Универсальная когнитивная аналитическая система НПП *ЭИДОС*
Графы в таблице 2 имеют следующий смысл.
"Всего логических анкет" - это количество анкет (примеров текстов) в обучающей выборке, на основе которых формировался образ данного класса.
"Идентифицировано верно" - это количество анкет обучающей выборки, которые идентифицированы как классы, к которым они действительно относятся.
"Идентифицировано ошибочно" - это количество анкет обучающей выборки, которые идентифицированы как классы, к которым они в действительности не относятся (ошибка идентификации).
"Неидентифицировано верно" - это количество анкет обучающей выборки, которые неидентифицированы как классы, к которым они действительно не относятся.
"Неидентифицировано ошибочно" - это количество анкет обучающей выборки, которые неидентифицированы как классы, к которым они в действительности относятся (ошибка неидентфикации).
В правой части формы приведены те же показатели, но в процентом выражении:
- для анкет, идентифицированных верно и неидентифицированных ошибочно, за 100 % принимается количество логических анкет обучающей выборки по данному классу;
- для анкет, идентифицированных ошибочно и неидентифицированных верно, за 100 % принимается суммарное количество логических анкет обучающей выборки за вычетом логических анкет по данному классу.
Из анализа таблицы 2 можно сделать вывод, что созданная семантическая информационная модель МиУГВ обладает достаточно высокой адекватностью, чтобы выводы, сделанные на основе ее исследования, можно было корректно отнести к объекту моделирования.
Список литературы
1. Луценко Е.В. Автоматизированный системно-когнитивный анализ в управлении активными объектами (системная теория информации и ее применение в исследовании экономических, социально-психологических, технологических и организационно-технических систем): Монография (научное издание). - Краснодар: КубГАУ, 2002. - 605 с.
2. Сафронова Т.И., Луценко Е.В. Проблема управления качеством грунтовых вод на рисовых оросительных системах и концепция ее решения // Научный журнал КубГАУ. - 2004. - №5(7). - 9 с. -http://ei.kubagro.ru.
3. Сафронова Т.И., Луценко Е.В. Когнитивная структуризация и формализация задачи управления минерализацией и уровнем грунтовых вод на рисовых оросительных системах // Научный журнал КубГАУ. -2004. - №5(7). - 15 с. - http://ei.kubagro.ru.
4. Пат. № 2003610986 РФ. Универсальная когнитивная аналитическая система "ЭЙДОС" / Е.В. Луценко (Россия); Заяв. № 2003610510 РФ. Опубл. от 22.04.2003. - 50 с.
5. Сафронова Т.И. Гидрогеологическое обоснование мероприятий по охране подземных вод // Труды Российской ассоциации "Женщины-математики". Воронеж, 2002. - С. 92-95.
