Автореферат (Информационные технологии управления мелиоративными режимами почв)

На правах рукописиМАТВЕЕВ Андрей ВалерьевичИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯМЕЛИОРАТИВНЫМИ РЕЖИМАМИ ПОЧВСпециальность 06.01.02. – Мелиорация, рекультивация и охрана земельАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква − 2011Работа выполнена в отделе мелиорации земель Всероссийскогонаучно-исследовательского института гидротехники и мелиорацииим. А.Н. Костякова (ГНУ ВНИИГиМ) Россельхозакадемиидоктор технических наукДобрачев Юрий ПавловичНаучный руководитель:доктор технических наукЮрченко Ирина ФедоровнаОфициальные оппоненты:доктор технических наук, доцентБезбородов Юрий ГермановичГОУ ВПО Московский государственныйуниверситет природообустройстваВедущая организация:Защита состоится «15» сентября 2011 г. в 10:00 часов на заседании диссертационногосоветаД006.038.01воВсероссийскомнаучноисследовательском институте гидротехники и мелиорации им.

А.Н. Костяковапо адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, 44, к.504.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВНИИГиМ.Автореферат разослан и размещен на сайте http://sovet.vniigim.ru«15» августа 2011 г.Ученый секретарь диссертационного совета,доктор технических наук2Исаева С.Д.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Практическая реализация принципов адаптивно-ландшафтного земледелия требует привлечения новейших достижений науки не только в области земледелия и экологии, но также в физике, биологии иинформатике. Необходимость использования количественных методов в решении технологических задач земледелия обусловлена жесткими требованиямиповышения эффективности сельскохозяйственного производства, соблюденияусловий возобновляемости природных ресурсов при сохранении или улучшении состояния окружающей среды.

В этой связи математические модели отдельных агромелиоративных процессов и модели управления продуктивностьюагроценозов находят все более широкое применение при создании новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур и рационального природопользования.На современном этапе стремительное развитие информационных технологий и систем поддержки принятия решений (СППР) является основным мотивом для продвижения прикладных исследований и инновационных проектовпо внедрению этих достижений науки и техники в практику сельскохозяйственного производства. Информационные технологии позволяют выявить и устранить наиболее узкие места в управлении технологическими процессами и доведении результатов научных разработок до их широкого использования в отрасли.

Поэтому разработка и применение информационной технологии вуправлении мелиоративными режимами сельскохозяйственного поля являетсяактуальной задачей, открывающей новые подходы к проектированию мелиоративных объектов, разработке и реализации систем координатной мелиорацииземель и регионального информационного обслуживания СППР в мелиоративном земледелии.Цели и задачи исследования. Создать систему управления мелиоративными режимами почв на основе комплекса информационных технологий,включая математические модели, оптимизационные задачи, программные и аппаратные средства сбора, обработки и передачи информации, с целью повышения эффективности применения комплексных мелиораций и увеличения продуктивности мелиорируемых земель.Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:1) Оценить существующие разработки в области информационных технологий для повышения адекватности и сокращения времени принятия решений по управлению мелиоративным земледелием на уровне сельскохозяйственного предприятия.2) Разработать комплекс оптимизационных задач стратегического (развитие комплексных мелиораций и их ресурсное обеспечение), тактического(планирование распределения мелиорантов и удобрений) и оперативного(назначение поливов и регулирование уровня грунтовых вод) управлениямелиоративными режимами для информационного и методическогообеспечения СППР в мелиоративном земледелии.3) Разработать обобщенную статистическую модель продуктивности агроценоза; выполнить идентификацию параметров по данным Мещерскогофилиала ВНИИГиМ и провести оценку её адекватности.334) Выполнить сценарные исследования с применением информационныхтехнологий для оптимизации мелиоративных режимов при планировании территориального размещения и развития комплексных мелиорацийна уровне сельхозпредприятия, распределении мелиорантов и оперативном назначении поливов сельскохозяйственных культур.5) Разработать предложения по практическому применению элементов информационной технологии для повышения эффективности сельскохозяйственного производства (на примере опытного участка «Тинки-II»ОПХ «Полково»).Предмет, объект и методика исследований.

Предметом исследованийявляются информационные технологии управления агротехнологическими имелиоративными мероприятиями при выращивании сельскохозяйственныхкультур, динамические и статистические модели состояния почвенного покроваи продуктивности агроценозов. Объектом исследования являются системыуправления мелиоративными режимами почв.Для решения поставленных задач использован системный подход, включающий методы моделирования сложных систем, кластерный и регрессионныйанализ на основе стандартных пакетов статистической обработки данных, ГИСтехнологии и др. В основу исходной базы данных положены результаты натурных наблюдений, выполненных Ю.П.

Добрачевым, Л.В. Кирейчевой, И.В. Беловой, С.В. Перегудовым, В.М. Яшиным, К.Н. Евсенкиным и др. на экополигоне «Мещера» (ОПХ «Полково») в период 1995-2006 годов.Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:– определен комплекс информационных средств и технологий для выполнения функций, актуальных при управлении мелиоративными режимамипочв, который обеспечивает решение задач стратегического, тактического иоперативного уровня путем своевременного информирования лиц, принимающих решения;– разработана многофакторная статистическая модель, описывающаявлияние мелиоративного режима почвы на продуктивность агроценоза; модельприменима для расчета ресурсного обеспечения, решения задач координатноймелиорации, а также для оперативного управления мелиоративными факторамипри выращивании сельскохозяйственных культур;– поставлены и решены оптимизационные задачи по выбору рационального варианта мероприятий и их ресурсного обеспечения для инвестиционногопроекта мелиорации земель; реализованы информационно-технологические аспекты координатной мелиорации по рациональному размещению дифференцированных доз мелиорантов и удобрений с учетом пестроты почвенного покрова; предложено информационное обеспечение оперативного управления орошением отдельного сельскохозяйственного поля для удаленного пользователя(агронома, фермера) с применением специализированного Web-сайта.Положения, выносимые на защиту:– концептуальная модель управления мелиоративными режимами почв ввиде комплекса оптимизационных задач различного иерархического уровня(ресурсное обеспечение комплексных мелиораций, координатная мелиорация44земель, оперативное управление поливами) и её реализация с применением разработанных автором элементов информационных технологий;– многофакторная статистическая модель продуктивности агроценоза,описывающая влияние мелиоративных режимов на урожайность сельскохозяйственных культур;– комплекс технологий и средств для информационного обеспечения координатной мелиорации почв, реализованный на примере дифференцированного распределения азотных удобрений;– структура информационного обеспечения управления водным режимомсельскохозяйственных культур (с использованием сети Интернет).Практическая значимость.

Разработанные элементы информационнойтехнологии управления мелиоративными режимами могут быть использованы вструктуре адаптивно-ландшафтного земледелия на мелиорируемых землях, системах поддержки принятия решений на предпроектной стадии разработки мероприятий комплексной мелиорации и при эксплуатации мелиорируемых земель.Структурная модель сетевого информационного обеспечения управленияполивами может быть использована специалистами хозяйств, что позволитпринимать своевременные и рациональные решения по использованию орошения для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.Апробации результатов исследований. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы были доложены на секциях Ученого Совета ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии в 2001-2004 годах, на международных научно-практических конференциях «Наукоемкие технологии в мелиорации» и «Инновационные технологии в мелиорации» (Костяковские чтения)(Москва, ВНИИГиМ, 2005, 2011), на ежегодных научно-практических конференциях в Московском Государственном Университете Природообустройства(Москва, МГУП, 2003, 2004).

Результаты работы также докладывались в Центральном Доме Ученых 17 января 2005 года. Исследования выполнялись в рамках заданий РАСХН - 12.01.02 «Разработать теоретические основы экологического равновесия и динамической устойчивости процессов энерго-, массообмена в мелиорируемом агроландшафте» (2001-2005 гг.) и 03.01.04 «Разработатьметодологию прогнозирования и технологии управления продукционным потенциалом мелиорируемых агроландшафтов различных регионов РоссийскойФедерации» (2006-2010 гг.), а также проектов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) - 09-05-13524-офиц и 11-05-00629-а.По результатам исследований опубликовано 11 печатных работ общимобъемом 3,6 п.л., в том числе 3 публикации в журналах по Перечню ВАК РФ.Объем и структура диссертации.