Волков С. Н. - Землеустройство. Том 6 - 2002

состава программных модулей, интерфейсов для согласования их работы;

определение состава информационного обеспечения; описание потоков входной и выходной информации, ее струк­

туризация и унификация; разработка форм входных и выходных документов;

разработка и отладка программных средств; апробация разработанного программного обеспечения; анализ полученных результатов.

2 . С И С Т Е М А И С Р Е Д С Т В А А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н Ы Х З Е М Л Е У С Т Р О И Т Е Л Ь Н Ы Х Р А С Ч Е Т О В

Автоматизированное решение землеустроительных задач осу­ ществляется в рамках проектирования и создания САЗПР. Со­ гласно изложенной в главе 3 концепции создания автоматизиро­ ванных систем и, в частности, концепции системности, модульно­ сти, разбиения и локальной оптимизации сначала проектируют независимые блоки, состоящие при необходимости из совокупно­ сти программных модулей, ориентированных на решение отдель­ ных задач землеустройства. Каждая предпроектировочная система САЗПР содержит различные виды обеспечения, образующие ком­ плекс средств САЗПР, связанный через систему интерфейсов с пользователями системы (специалистами-землеустроителями), а через административные, организационные и материально-техни­ ческие мероприятия —с проектными организациями, где они функционируют.

Как видно из обобщенной схемы (рис. 21), в процессе создания системы и средств автоматизированных расчетов необходимо раз­ работать следующие виды обеспечения:

математическое — совокупность математических методов, мо­ делей и алгоритмов, представленных в заданной форме;

техническое — комплекс взаимоувязанных и взаимодействую­ щих технических средств (подготовки, ввода данных и манипули­ рования ими, средства дистанционной связи для передачи файлов данных больших объемов);

комплексной обработки данных, их документирования и отобра­ жения, ведения архива проектных решений (хранение, контроль, восстановление, размножение исходных и результирующих дан­ ных);

информационное —систему сведений, необходимую для выпол­ нения автоматизированных землеустроительных расчетов, орга­ низованную как в традиционной форме представления информа­ ции, так и в виде автоматизированных банков данных;

программное — совокупность общесистемных и прикладных программ, представленных в заданной форме и объединенных со­ ответствующим образом;

98

Рис. 21. Обобщенная схема системы и средств САЗПР

лингвистическое — совокупность языков программирования, включая термины и определения, правила формализации есте­ ственного языка и методы сжатия и развертывания информации; методическое — совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения ав­ томатизированного проектирования, а также правила, которыми

99

7*

следует руководствоваться при обработке информации, расчетах и оформлении выходных материалов;

организационное —совокупность методических и руководящих материалов, положений, инструкций, приказов и других докумен­ тов, устанавливающих состав проектной организации и ее подраз­ делений, связь между ними, их функции, а также регламентирую­ щих процесс автоматизированного проектирования.

На рис. 22 приведена обобщенная блок-схема землеустроитель­ ных расчетов, которая иллюстрирует процесс прохождения задачи в автоматизированной системе.

Блок сбора, анализа и подготовки информации для автомати­ зированной обработки является единственным, который полнос­ тью выполняется землеустроителем-проектировщиком самостоя­ тельно без применения ЭВМ, и на полученных им результатах ос­ новывается все дальнейшее решение.

Блок исходной информации включает в себя планово-кар­ тографический материл, материалы дистанционного зондирования, схемы землепользования, землеустройства, перераспределения зе­ мель, статистические и нормативно-справочные данные, сведения по зональным системам земледелия, агрохимическим мероприя­ тиям, агроэкологической классификации и территориальной диф­ ференциации земель, способы воспроизводства плодородия почв и т. д. (рис. 23).

Блок выбора графа обработки определяется полнотой, каче­ ством, совместимостью собранной информации, в результате чего осуществляется выбор метода обоснования проектных решений и соответствующих предпроектировочных систем.

Данная схема основывается на формировании списка вопро­ сов, определяющих один из возможных исходов, в соответствии с которым осуществляется принятие решения в отношении выбора

того или иного программного средства, необходимого для реше­ ния задачи.

В процессе решения задачи информация может выводиться не во всем объеме, а ограничиваться ключевыми данными, необходи­ мыми для анализа, оценки полученного результата и принятия не­ обходимого решения. При необходимости пользователь корректи­ рует исходную информацию, меняет граф обработки, получает но­ вые результаты до тех пор, пока они его будут удовлетворять.

При реализации схемы автоматизированных расчетов землеус­ троительных задач большое значение имеют опыт, знания, квали­ фикация землеустроителя, который осуществляет анализ и приня­ тие решения.

В целях повышения объективности, снижения трудоемкости, понижения квалификационных требований к пользователю целе­ сообразно использовать экспертные системы с искусственным ин­ теллектом.

Блок формирования выходных материалов и их вывод на внеш-

Рис. 22. Обобщенная блок-схема землеустроительных расчетов в автоматизирован­ ном режиме

Обобщенная блок-схема модуля, обеспечивающего формиро­ вание таблиц и вывод их в файл, приведена на рис. 24.

Управление и манипулирование данными в системе осуществ­ ляются пользователем в диалоговом режиме. Это позволяет дина­ мично, выборочно и с необходимым контролем осуществлять за­ полнение соответствующих баз данных.

При создании диалоговой системы учитывается возможность прерывания работы пользователем в любой момент и на любом этапе решения задачи.

Диагностика функционирования обеспечивается выходными сообщениями задач, выдаваемыми по результатам решения в фор­ ме таблиц цифровых показателей (аналитических, комплексных, синтетических), с последующим визуальным контролем, интер­ претацией полученных результатов и принятием окончательного решения должностным лицом, ответственным за достоверность результатов.

3 . А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н А Я С И С Т Е М А « К О Л О С »

В лаборатории САЗПР кафедры землеустройства Государствен­ ного университета по землеустройству под руководством проф. С. Н. Волкова была разработана автоматизированная система «Ко­ лос», которая позволяет оперативно и обоснованно решать вопро­ сы организации производства и территории при любых изменени­ ях условий хозяйствования и форм собственности.

Необходимость разработки данной системы была вызвана сле­ дующими причинами.

Во многих случаях в процессе землеустроительного проекти­ рования возникает необходимость анализировать различные ва­ рианты организации территории и принимать оперативные ре­ шения по ее улучшению. При этом необходимо знать, какое вли­ яние оказывают параметры организации территории на эконо­ мику сельскохозяйственного предприятия, выход валовой и товарной продукции полеводства, состояние и уровень плодоро­ дия земель, показатели использования сельскохозяйственной техники.

Как правило, проектировщик рассматривает незначительное число вариантов организации территории ввиду сложности и большого объема вычислений, необходимых для выбора наилуч­ шего решения. В целях сокращения времени расчета и анализа всех намеченных вариантов организации территории эту задачу лучше решать в автоматизированном режиме на ПЭВМ. Особенно актуально это в настоящее время, когда постоянно создаются но­ вые землевладения и землепользования, перестраиваются земель­ ные отношения; в этом случае важно не только выбрать наилуч­ ший вариант организации территории, но и обосновать производ­

ственную программу (бизнес-план) предприятия с учетом каче­ ства и местоположения закрепленной за ним земли.

Решение указанных вопросов позволяет не только улучшить экономическую обоснованность проектов внутрихозяйственного землеустройства, но и поднимает их информационную значи­ мость, что повышает интерес к ним в сельскохозяйственных пред­ приятиях.

Рассмотрим, как работает данная система на примере проекти­ рования севооборотов. Расчет основных показателей в этом случае производится на основании многовариантного землеустроитель­ ного проектирования, которое является частью подсистемы авто­ матизированного выбора наилучшего варианта землеустройства из множества возможных и оценки этих вариантов.

При разработке математических моделей для экономического обоснования проектов землеустройства учитывался принцип ра­ ционального сочетания государственных и частных интересов. Высокий доход не должен обеспечиваться за счет снижения про­ изводительных свойств земли, ухудшения экологической обста­ новки, нарушения устойчивости агроландшафта. В связи с этим возникла необходимость в комплексном решении природоохран­ ных, социальных и производственных задач по рациональному использованию земельных, трудовых и материальных ресурсов, интенсификации производства, вовлечению в сельскохозяйствен­ ный оборот неиспользуемых земель, определению потребности в материально-технических ресурсах, технике, оборудовании, органических и минеральных удобрениях, капитальных вложе­ ниях.

На технологической схеме автоматизированной системы «Ко­ лос» (рис. 25) отражены основные этапы работ, которые необхо­ димо автоматизировать при выборе оптимального варианта про­ екта организации территории хозяйства. Система позволяет ре­ шать задачи по расчету:

годового оборота стада крупного рогатого скота, овец, свиней; потребности в кормах; потребности в зеленом корме по каждой группе скота; зеленого конвейера;

посевных площадей кормовых культур; оптимальной структуры посевных площадей в хозяйстве;

размещения культур по территории в зависимости от эродированности и качества почв;

валового производства продукции в натуральном и стоимост­ ном выражении;

производственных затрат; выхода навоза по хозяйству;

выхода органических удобрений по хозяйству; баланса питательных веществ в почве; затрат на поддержание почвенного плодородия;

обоснование

проекта

Модуль расчета годового оборота стада КРС KRS_OB

Модуль расчета годового оборота стада свиней SV_OB

Модуль расчета годового оборота стада овец OV_OB

Модули расчета потребности в кормах и посевных площадей

KORMA, PLO

Модуль расчета потребности в зеленом корме ZEL

Модуль расчета зеленого конвейера ZELKONV

Модули расчета оптимизационных моделей линейного программирования симплексным и распределительным методом

SIM, RASP

Модуль формирования исходных данных TABLEDIT

Модуль расчета технико-экоиомического обоснования проектов внутрихозяйственного землеустройства COLOS

Рис. 26. Состав программных модулей АС «Колос»

При определении состава исходных данных используется ком­ плексная система показателей, являющаяся основой обоснования проектных землеустроительных решений.

При определении видов и объемов хранимой информации, разработке способов ее хранения, поиска и внесения изменений в массивы и поддержания их в актуальном состоянии производится унификация ее структуры. Были определены информационные взаимосвязи между задачами экономического обоснования проек­ тов внутрихозяйственного землеустройства, установлены соответ­ ствующие связи между элементами АС «Колос», определены пото­ ки входной и выходной информации.

При анализе взаимосвязей между исходными (входными) и расчетными (выходными) данными оказалось, что одна и та же информация является исходной при решении многих задач; вы­ ходные данные при решении одних задач являются исходными для других. Поэтому информация, введенная в АС «Колос» один раз, используется многократно при обосновании различных со­ ставных частей и элементов проекта.

Входные данные системы включают нормативно-справочную информацию (технико-экономические показатели по отраслям растениеводства и животноводства) и оперативную информацию (текущие сведения о конкретном хозяйстве).

Входные и выходные данные организованы в виде таблиц по экономическому анализу организации севооборотов, устройству территории севооборотов, агроэкономическому обоснованию наилучшего варианта проекта. Нормативно-справочные данные заносятся для хранения в базу данных, связанную с программой, и используются затем автоматически. Контроль введенной инфор­ мации осуществляется в процессе ввода визуально, с помощью контрольных распечаток, при помощи режима корректировки в интерактивном режиме.

При реализации системы было разработано и унифицировано 58 форм входных и выходных документов.

АС «Колос» позволяет проводить одновременно обоснование 15 проектных вариантов по 20 севооборотов в каждом; общее ко­ личество культур в севооборотах может достигать 200.

Редактор таблиц поддерживает систему контекстно-зависимых подсказок, облегчающих работу пользователя. Программный ком­ плекс АС «Колос» работает в пакетном режиме: считывает табли­ цы с исходными данными, делает необходимые расчеты в соответ­ ствии с заложенными алгоритмами, формирует результативные таблицы.

В блоках решения задачи экономического обоснования проек­ та и выбора наилучшего варианта проекта в зависимости от выб­ ранного графа обработки используется та или иная комбинация программных средств. Прохождение задачи основано на сочета­ нии оптимизационных моделей и расчетно-конструктивного ме­ тода (рис. 27).

Рис. 27. Схема прохождения задачи на основе расчетно-конструктивного метода

Анализ и оценка эффективности предлагаемых вариантов осу­ ществляются с использованием специального модуля автоматизи­ рованной системы, обеспечивающего определение интегрирован­ ного эффекта организации территории по составным частям и элементам проекта внутрихозяйственного землеустройства. Это позволяет проводить сравнение разработанных вариантов проекта по сопоставимым показателям и выбрать наилучший из них.

На основании сводной таблицы оценки вариантов АС реко­ мендует принять к освоению лучший вариант проекта.

Автоматизированная система «Колос» позволяет: проследить динамику почвенного плодородия;

запроектировать оптимальную систему севооборотов на базе обоснованной структуры посевных площадей;

оценить показатели плана социального и экономического раз­ вития по отраслям растениеводства с учетом качества земли и раз­ вития отраслей животноводства;

установить производственные показатели трудовых коллекти­ вов с учетом качества и местоположения закрепленной за ними земли;

рассчитать основные показатели экономического обоснования севооборотов хозяйства;

определить стоимость валовой и товарной продукции полевод­

ства в зависимости от различного размещения севооборотов по территории хозяйства с учетом качества почв;

определить стоимость валовой и товарной продукции животно­

водства; рассчитать производственные затраты на возделывание сельс­

кохозяйственных культур и их себестоимость с учетом различных производительных и территориальных свойств земли;

определить производственные затраты по валовой продукции животноводства;

определить стоимость органических удобрений, необходимых для поддержания положительного баланса гумуса в почве по вари­ антам проектируемой системы севооборотов;

определить затраты на холостые переезды сельскохозяйствен­ ной техники с поля на поле, сроки окончания работ с учетом вре­ мени на подготовку к переездам и переагрегатирование;

определить стоимость дополнительной продукции полеводства, получаемой за счет сокращения сроков полевых работ вследствие увеличения производительности сельскохозяйственной техники;

рассчитать показатели экономического обоснования устрой­

ства территории севооборотов; определить потери продукции полеводства с площади, занятой

под дорогами, поворотными полосами, треугольниками, клиньями; определить дополнительный выход продукции за счет сниже­

ния уклонов по рабочим направлениям; рассчитать снижение себестоимости полевых механизирован­

ных работ за счет увеличения длины гона, снижения уклонов по рабочим направлениям, сокращения простоев техники;

получить сводные показатели оценки намеченного варианта использования земель в хозяйстве;

выбрать наилучший вариант проекта, а также выявить эффек­ тивность землеустройства при сравнении по сопоставимым пока­ зателям с результатами производственной деятельности хозяйства на год землеустройства и эффективность компьютерного обосно­ вания проектов внутрихозяйственного землеустройства.

Расчет показателей при экономическом обосновании севообо­ ротов хозяйства и устройства его территории производится по данным многовариантного землеустроительного проектирования, которое является частью подсистемы оценки вариантов земле­ устройства и выбора наилучшего из них.

4 . П Р И М Е Р Ы П Р И М Е Н Е Н И Я А С « К О Л О С »

Рассмотрим автоматизированную технологию разработки про­ ектов внутрихозяйственного землеустройства на примере органи­ зации территории внутрихозяйственного подразделения «Утешково», входящего в АОЗТ «Кузьминичи» Куйбышевского района Ка­ лужской области. Оно было организовано в 1995 г. в форме сель­ скохозяйственного кооператива и работает начиная с 1996 г.

На территории подразделения расположено 7 населенных пун­ ктов, в которых проживает 125 жителей, из них 48 трудоспособ­ ных. Общая площадь по проекту составляет 2976 га, из них сельс­ кохозяйственных угодий 1375 га (46,2 %), что соответствует сред­ нему уровню освоенности территории для данной зоны. Распаханность сельскохозяйственных угодий составила 82,3 %, площадь пашни 1132 га, сенокосов — 122, пастбищ — 121 га.

Основное производственное направление подразделения на перспективу — производство молока и репродукция крупного ро­ гатого скота. К дополнительным отраслям в животноводстве отно­ сится производство мяса крупного рогатого скота, в растениевод­ стве — производство кормов, картофеля, гречихи, семян много­ летних трав.

Агроэкономическое обоснование проектного решения можно производить по двум направлениям. Первый граф обработки со­ держит совокупность модулей Oborot, Korma, Zel, Conveer, PLO,

позволяющих определить структуру посевных площадей под кор­ мовыми культурами.

Производство мяса и среднегодовое поголовье скота определя­ ются с использованием программного модуля Oborot. Для расчета оборота стада КРС необходимо подготовить исходную информа­ цию, представленную в табл. 4.

* Выход молодняка 90 %.

Результаты решения задачи приведены в табл. 5.

Модуль Korma позволяет определить потребность в кормах в расчете на среднегодовое поголовье по всем видам и группам ско­ та с учетом страхового фонда на основе нормативной базы, зало­ женной в БД программы (по нормам кормления на среднюю фу­ ражную голову, условную голову скота, на 1ц производимой про­ дукции, структурам кормовых рационов), а также с учетом сло-

5. Результаты расчета оборота стада крупного рогатого скота

if*

I I

I 1 1

J L

1ч

Ш и

1!|

!

I

ы

I тMS'

J im

жившихся рационов и норм кормления в конкретном хозяйстве (возможно редактирование как норм, так и рационов кормлеьия).

Программа содержит следующие режимы работы: ввод данных с использованием нормативной базы; ввод данных (в натуральных единицах измерения); корректировка данных; решение задачи;

распечатка структуры рационов по хозяйству, исходных и ре­ зультирующих данных.

Для каждой выпасной группы скота (гурта, отары, табуна), ис­ ходя из суточной нормы кормления, в модуле Zel рассчитывается потребность в зеленом корме на всю продолжительность паст­ бищного периода. Модуль Conveer позволяет определить площади культур, включенных в зеленый конвейер; под другими кормовы­ ми культурами они определяются в модуле PLO.

Второй граф обработки основан на симплексном и распредели­ тельном методах линейного программирования. Все перечисленные расчетные манипуляции можно оптимизировать в рамках ЭММ.

Структура посевных площадей — один из главных показателей агроэкономического обоснования проекта внутрихозяйственного землеустройства. Сейчас, в условиях полной хозяйственной само­ стоятельности, предприятия имеют возможность установить такой состав сельскохозяйственных культур и площади их посева, кото­ рые наилучшим образом соответствовали бы биоклиматическому потенциалу его земель, природным условиям территории и давали бы максимальный эффект.

Рациональная структура посевных площадей должна обеспечи­ вать выполнение целого ряда требований —экологических, эко­ номических, организационно-хозяйственных, агрономических, технологических.

С точки зрения экологии структура посевных площадей хозяй­ ства должна обеспечивать такую интенсивность использования пашни, которая способствовала бы воспроизводству почвенного плодородия, созданию наилучших условий для размещения сельс­ кохозяйственных культур с учетом качества земель, обеспечивала бы соответствие биологических особенностей растений плодоро­ дию почв, позволяла бы осуществлять систему противоэрозионных мероприятий. Оптимальная структура посевов должна исхо­ дить также и из экологически обоснованного состава и площадей остальных видов угодий, рационального соотношения пашни, кормовых угодий, лесов и др.

Экономические и организационно-хозяйственные требования диктуют необходимость учета конъюнктуры рынка, специализа­ ции производства, имеющихся в хозяйстве ресурсов рабочей силы, денежно-материальных средств, основных и оборотных фондов, соблюдения определенных пропорций в структуре производства, ассортименте продукции и т. д.

Агрономические требования обусловливают необходимость

размещения сельскохозяйственных культур по наилучшим предшественникам, возможность формирования рекомендуемых для зоны расположения хозяйства схем чередования культур в намеча­ емых севооборотах, а также освоения всех элементов научно обо­ снованной системы земледелия.

С технологической стороны структура посевов должна обеспе­ чивать необходимые взаимосвязи между отраслями растениевод­ ства и животноводства, способствовать наилучшей организации кормопроизводства, применению оптимальных норм кормления, схем зеленого конвейера и т. д.

Всельскохозяйственном предприятии необходимо найти такой состав и площади сельскохозяйственных культур, которые будут для хозяйства самыми выгодными, обеспечат неуклонное повы­ шение плодородия почв, выполнение намеченной производствен­ ной программы, договоров по производству продукции и будут исходить из имеющихся в хозяйстве лимитов денежно-материаль­ ных средств, качества и количества земельных и трудовых ресур­ сов, сельскохозяйственной техники.

Вэкономико-математической задаче оптимальной структуры посевных площадей в качестве основных переменных выступают только площади сельскохозяйственных культур. Поголовье скота при этом считается известным, и основные объемы ограничений

по кормам, зеленому конвейеру и органическим удобрениям фор­ мируются исходя из предварительных расчетов по потребности в кормах и по накоплению органических удобрений.

Общий вид задачи в матричной форме представлен в табл. 6. Количество переменных и ограничений в зависимости от поста­ новки и наличия исходной информации может быть разным. Для ее решения используется программный модуль S1M, реализую­ щий симплексный метод линейного программирования.

Для дифференцированного размещения культур по полям и рабо­ чим участкам используется модуль PASP, реализующий распредели­ тельный метод линейного программирования. Оценки в матрице экономико-математической задачи рассчитывают с учетом эродированности и внутрихозяйственной оценки земель. По результатам ре­ шения определяют оптимальное размещение культур по полям и ра­ бочим участкам сельскохозяйственного предприятия. В качестве критерия оптимальности используют максимум валовой продукции в стоимостном выражении или минимум смыва почвы.

Тесная связь организации сельскохозяйственных угодий и се­ вооборотов с организацией производства в целом и технологичес­ ких процессов в отдельных отраслях приводит к необходимости разрабатывать несколько вариантов проекта. Составлению проек­ та предшествует детальное изучение территории хозяйства с ис­ пользованием материалов почвенного и землеустроительного об­ следований, материалов агроэкологической оценки земель. Осо­ бенно внимательно изучают рельеф местности (крутизну, форму,

функция)