Модель Agrotool

Программный комплекс для динамического моделирования   продукционного процесса сельскохозяйственных культур «Agrotool».

С современным состоянием данной темы рекомендуем ознакомится по ссылке.

Программный комплекс «Agrotool v. 4.0» предназначен для проведения модельных расчетов динамики продукционного процесса сельскохозяйственных культур. Принципиальная структура комплекса включает в себя два независимых исполняемых программных компонента и реляционную базу данных.


Концептуальная  архитектура системы информационного  моделирования «Agrotool»

База  данных полевого опыта и параметров модели представляет собой набор нормализованных таблиц данных, содержащих информацию двух основных типов. К первому типу относятся представляющие самостоятельную ценность фактические сведения о характеристиках условий выращивания растений в наблюдаемом полевом опыте или производственных посевах – погодные данные, параметры почв, структура севооборота, описание используемых агротехнологий, а также результаты обследований посевов и данные об урожайности в конкретные годы в конкретной местности. Эта информационная составляющая Стационарной Базы Данных может рассматриваться как база данных полевого опыта. Ко второму типу относятся сведения, имеющие специализированную направленность и относящиеся непосредственно к информационному обеспечению задач моделирования, например специфические для модели параметры сельскохозяйственных культур и сортов.

Программа формирования сценария текущего расчета  «Agrotool - Select» осуществляет выбор варианта конкретного расчета модели продукционного процесса. В ходе выполнения данной программы происходит непосредственное обращение к Стационарной Базе Данных, что позволяет пользователю в интерактивном режиме задать основные аспекты предстоящего расчета – выбрать местность, год, культуру и технологию возделывания из возможной совокупности данных факторов, определяемой данными реальных наблюдений, отраженных в реляционной структуре СБД. Результатом работы программы «Agrotool - Select» является сформированная в ходе его работы т.н. Оперативная База Данных или ОБД, представляющая собой набор независимых таблиц в среде Microsoft Excel, которые отображают описание выбранного конкретного варианта расчета в жестком предустановленном формате, определенном соглашениями и требованиями формата входа самой динамической модели. Необходимо отметить, что процедура трансформации данных из СБД в ОБД отнюдь не ограничивается механическим переносом выбранного набора данных из одного постоянного хранилища в другое. В ходе данной трансформации осуществляются различные преобразования и пересчеты параметров, измеренных в ходе фактических наблюдений в параметры, необходимые для расчета модели. Так, например, число вертикальных слоев стратификации почвы по физическим параметрам и текстуре приводится к эталонному модельному значению, для чего слои почвы, используемые в эксперименте «объединяются» или, наоборот, «разбиваются» в зависимости от степени детальности соответствующих полевых наблюдений. Отдельным этапом трансформации данных выступает пересчет имеющихся в наличии гидрофизических характеристик почвы в набор специфических показателей для модели. Для этой цели, в зависимости от полноты исходных данных, используются различные логические алгоритмы более или менее точного оценивания, унаследованные из ранних версий специализированной программы «Агрогидрология», разработанной в лаборатории математического моделирования Агроэкосистем АФИ группой сотрудников под руководством д.т.н. Терлеева В.В. Таким образом процедуры выбора необходимой информации из СБД, ее трансформации в данные, необходимые для расчета модели и их физическая запись в структуру ОБД составляет суть бизнес-логики приложения «Agrotool - Select».

Возможно, формат этой картинки не поддерживается браузером.

Головное  окно программы «Agrotool - Select»

Программа модельных расчетов «Agrotool - Model» заключает в себе непосредственно саму среду и бизнес-логику динамической модели. Главной алгоритмической составляющей программы является реализация эволюционного оператора, позволяющего итерационно вычислять вектор значений всех определяющих характеристик моделируемого объекта (агроэкосистемы) на следующем шаге расчета, если известно состояние этого вектора на предыдущем шаге. Иными словами, реализуемый алгоритм моделирования динамики агроэкосистемы формально записывается в виде:

Возможно, формат этой картинки не поддерживается браузером.

где x – вектор состояния модели; a – вектор постоянных параметров; u – вектор контролируемых внешних воздействий (агротехника); w –  вектор неконтролируемых внешних воздействий (погода); k –  временной шаг модели, L - составляющий логическую суть модели эволюционный оператор. Тогда конечный (имеющий практическую ценность) результат моделирования (например, урожай) определяется как некая функция от вектора состояния в конечный момент моделирования k=T, то есть на момент уборки. Все внешние характеристики, необходимые для проведения процесса расчета (текущие значения векторов агротехники и погоды u и w на каждом шаге, вектор постоянных параметров a и начальное значение вектора внутренних характеристик x0), соответствующие текущему сценарию читаются моделью из предварительно сформированной Оперативной Базы Данных.

Основным  качественным отличием текущей версии динамической модели Agrotool от предыдущей является принципиальный объектно-ориентированный характер соответствующей информационной модели, то есть метод представления состояния агроэкосистемы (вектора определяющих параметров x) в пространстве бизнес-логики программного приложения. Структурная декомпозиция агроэкосистемы в виде иерерхически упорядоченных объектов позволила, в частности, организовать интерфейс пользователя программы моделирования таким образом, чтобы обеспечить визуальный контроль динамики произвольных характеристик агроэкосистемы на любом уровне.

Возможно, формат этой картинки не поддерживается браузером.

Головное  окно модели в ходе выполнения пошагового расчета

    Основные  функциональные возможности, предоставляемые моделью:

    1. Пошаговый расчет динамики агроэкосистемы с возможностью контроля ее состояния на каждом временном шаге.
    2. Полный расчет динамики продукционного процесса на всем протяжении вегетационного периода (от посева до уборки).
    3. Учет как предопределенных планов технологических воздействий (жестко назначенные даты и нормы), так и исследование гибких условных алгоритмов агротехнических мероприятий, основанных на триггерных схемах их применения (запуск по достижению тех или иных условий, определяемых состоянием агроэкосистемы).
    4. Использование единой алгоритмической модели продукционного процесса третьего уровня продуктивности для описания различных типов сельскохозяйственных культур. Переключение от одного типа культур к другому осуществляется исключительно выбором набора параметров в ОБД. Моделирование в единой среде яровых и озимых злаковых культур, корнеплодов и многолетних трав (с учетом возможной множественности укосов)
    5. Табличная и графическая визуализация результатов расчета в полностью настраиваемой и управляемой в RunTime режиме графической среде
    6. Оформление внутренней бизнес логики модели в виде набора функций, обеспечивающих ее базовый функционал и зарегистрированных в рамках выделенной динамически подключаемой библиотеки dll. Последнее дает возможность использовать (вызывать) модель из произвольных внешних оболочек и средств моделирования, предоставляемых сторонними разработчиками.

    Графическое представление результатов расчета

    Технические требования к конфигурации оборудования для его совместимости с комплексом «Agrotool v. 2.0»

    • Процессор Pentium II 300 МГц и выше
    • RAM 128 Mb
    • 12 Мб свободного места на жестком носителе
    • OS Microsoft Windows 98, 2000, XP