Геомоделирование производства и потребления минеральных ресурсов на базе нечеткой логики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Внукова, Екатерина Анатольевна

• Внукова, Екатерина Анатольевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Внукова, Екатерина Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Моделирование глобальных экономических процессов.

1.1 Современные тенденции развития экономики минерального сектора.

1.2 Экономико-математическое моделирование глобальных процессов Дж. Форрестера.

1.3 Глобальные модели Д.Медоуза, Месаровича — Пестеля, Леонтьева, ПЮ1.

1.4 Задачи исследований.

Глава 2 Создание механизма геомоделирования потребления МР с использованием аппарата нечеткой логики.

2.1 Минеральная и экономическая модели Л.А. Пучкова.

2.2 Общая концепция моделирования геоинформационной системы производства и потребления МР.

2.3 Использование аппарата нечеткой логики.

Выводы.

Глава 3 Геомоделирование производства и потребления МР.

3.1 Формирование совокупной модели использования МР.

3.2 Алгоритм имитационного моделирования.

3.3 Метод формирования правил нечеткой логики.

3.4 «Вертикальные» и «горизонтальные» интерфейсы геоинформационной модели.

Глава 4 Реализация системы геомоделирования.

4.1 Построение системы уровневых моделей.

4.2 Вывод результатов моделирования вычислительных экспериментов

4.3 Архитектура геоинформационной модели.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геомоделирование производства и потребления минеральных ресурсов на базе нечеткой логики»

Актуальность проблемы. Главной- задачей для современной экономики является обеспечение ее устойчивого развития без ограничений со стороны минерально-сырьевой базы (МСБ), т.е. гармонизация основных материальных характеристик мировой системы. В экономике любой страны мира основную роль играет минерально-сырьевой комплекс, и с каждым годом растут объемы и спектр потребляемых минеральных продуктов (МП) в связи с развитием новых технологий и усложнением производимых изделий.

В связи с этим необходимо грамотное планирование и прогнозирование перспектив развития МСБ. Используемые в настоящее время методики прогнозирования не позволяют в достаточной мере учесть социально-политические, экономические, экологические и другие катаклизмы, что существенно влияет на качество таких прогнозов.

Поэтому создание аппарата моделирования динамики сложных природно-технических систем в части добычи и потребления минерально-сырьевых ресурсов (MCP), в том числе с целью проведения всестороннего анализа влияния горнопромышленных систем на основные макроэкономические показатели стран и регионов с разным уровнем развития экономики, является актуальной задачей современности.

Целью исследования является разработка методики прогнозирования развития экономики на основе производства и потребления минеральных ресурсов с использованием компьютерного моделирования, методов и моделей с нечеткой логикой.

Идея работы заключается* в агрегировании каскадных моделей потребления MCP с использованием механизма индикаторов и применением аппарата нечеткой логики в моделях прогнозирования потребления MCP для оценки влияния МСБ на основные макроэкономические показатели стран и регионов.

Объектом исследования являются компьютерные модели стратегического прогнозирования.динамики развития МСБ.стран, регионов и мира в целом.

Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Разработаны модели и алгоритмы- прогнозирования развития МСБ горнодобывающих стран, отличающиеся использованием каскадных систем уровневых балансовых моделей на основе методов нечеткой логики и позволяющие при разреженных матрицах исходных данных осуществлять комплексную оценку динамики развития экономики.

2. Предложен индикаторный метод комплексного компьютерного моделирования использования MCP, заключающийся в упрощении структуры потребления группы однотипных минералов (геопоказателей) и. позволяющий с достаточной точностью оценить потребление' совокупности MCP соответствующей группы в организационно-технических системах.

3. На основе разработанного метода построения системы уровневых моделей с нечеткой' логикой создана методика прогнозирования потребления MCP странами и регионами, позволяющая с высокой степенью точности предсказать динамику их развития в долгосрочной перспективе.

Достоверность научных положений, сформулированных в диссертации, подтверждается корректным использованием методов системного анализа, статистических исследований и компьютерного моделирования, сопоставимостью результатов модельных расчетов по разработанным методам и реально полученных на практике.

Научная значимость работы заключается в разработке моделей, методов и алгоритмов компьютерного моделирования потребления MCP странами и регионами, позволяющих оценивать и прогнозировать развитие экономики стран и регионов в части потребления >МСР ]

Методы исследований. В • работе использованы методы: системного анализа; имитационного моделирования, объектно-ориентированной методологии; теории вероятностей и математической статистики; методы нечеткой логики, ГИС-методы пространственного анализа.

Практическая значимость работы состоит в разработке методик, применение и использование которых позволяет системно оценивать и прогнозировать развитие экономики стран и регионов в части потребления MCP.

Теоретической и методологической основами исследования явилось научное наследие отечественных и зарубежных ученых в области экономической теории, системного анализа, экономико-математического моделирования: Гранберга А.Г., Егорова В.А., Канторовича JT.H., Кайи И., Клейна JI.P., Леонтьева В.В., Линнемана Г., Матросова В.М., Медоуза Д., Мензи Д., Месаровича М., Моисеева-Н.Н., Немчинова B.C., Неймана Дж.Ф., Новожилова,H.A., Пестеля Э., Пучкова Л.А., Редкозубова С.А., Робертса П., Стебница В1, Тинбергена Я., Форрестера Дж., Эрреры А.

Информационной базой для теоретических выводов явились материалы аналитических и статистических центров: данные Госкомстата РФ; Геологической Службы США (US Geological Survey) [89-94] и Горного Бюро США (US Bureau of Mines)' [82-87, 95-96]; «Мировые данные по горной промышленности» (World Mining Data) [78-81], ежегодно издаваемые Министерством экономики и труда Австрии (Federal Ministry for Economy and Labour of the Republic of Austria); Всемирного Банка (World Bank) (финансовой группы, состоящей из Международного банка реконструкции и развития (МБРР) и Международной ассоциации развития (MAP)); ежегодника издательства Глюкауф (Jahrbuch), Германия.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах ЦСИ МГГУ, научно-практических конференциях: "Неделя горняка-2007", "Неделя горняка-2008", "Неделя горняка-2009" .

Разработанные модели и алгоритмы используются в Центре стратегических исследований Московского государственного горного университета и учебном процессе.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, все в издательствах, входящих в список рекомендованных ВАКом для публикации результатов исследований по диссертационным работам.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, включает 12 таблиц, 48 рисунков, список литературы из 97 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Внукова, Екатерина Анатольевна

Основные выводы и результаты работы, полученные лично автором:

1. В ходе работы проведен анализ влияния горнопромышленных систем на основные макроэкономические показатели стран и регионов с разным уровнем развития экономики.

2. На основе проведенного анализа выбран наиболее рациональный способ моделирования динамики сложных природно-технических систем, отличающийся использованием нечеткой логики.

3. Предложен метод формирования моделей, состоящий в составлении систем уровневых уравнений, решая совокупность которых, можно моделировать цикл/процесс потребления МСР.

4. Разработана общая концепция моделирования на основе предложенной системы из балансовых уравнений, отображающей процессы создания материальных объектов и организационно-технических систем в части потребления МСР.

5. Создан механизм построения компьютерных моделей производства и потребления МСР с применением аппарата нечеткой логики (индикаторный метод).

6. Разработана методика, практическая реализация которой дает возможность осуществлять прогноз и планирование эффективного развития экономики горнодобывающих стран.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе решена актуальная научная задача разработки методики прогнозирования перспективного развития экономики в части производства и потребления минеральных ресурсов с помощью компьютерного моделирования с использованием моделей и методов нечеткой логики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Внукова, Екатерина Анатольевна, 2009 год

1. Аверин А.Н. и др. Нечёткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А. Поспелова. М.: Наука, 1986.-312 с.

2. Аврамчук Е.Ф., Вавилов A.A., Емельянов C.B. и др. Технология системного моделирования. М.: Машиностроение; Берлин: Техник, 1988. -520 е.;

3. Акофф Р., Сасиени М., Основы исследования операций: Пер. с англ. В.Я. Алтаевой, Под редакцией H.A. Ушакова -М.: Мир, 1971.-535с.

4. Аналитический доклад о состоянии природных ресурсов за 2004 г. Фонды ВИЭМСhttp://ptc.ainf.ru/viems/index 1 .htm

5. Ашманов С. А. "Введение в математическую экономику" М.: Наука, 1984 год

6. Багриновский К. А., Бусыгин В. П. Математика плановых решений. М. Наука. 1980.

7. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // В кн.: Вопросы анализа и процедуры принятия решений. М.: Мир, 1976.

8. Борисов А.Н. и др. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной, Рига: Зинатне, 1982.

9. Борисов А.Н., Крумберг O.A., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования. Рига: Зинатне, 1990.

10. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. -400 е.;

11. Внукова Е.А. Иерархия моделей процессов потребления минеральных ресурсов // Информатизация и управление-1: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитическогобюллетеня. М.: Издательство «МИР ГОРНОЙ КНИГИ» - 2008. -С. 56-64.

12. Внукова Е.А. Методы моделирования экономических систем и процессов //Информатизация и управление-1: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. М.: Издательство «МИР ГОРНОЙ КНИГИ» - 2008. -С. 178-187.

13. Внукова Е.А. Прогноз построения минеральных ресурсов с применением имитационных моделей // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ - 2008. - №6. - С. 144-149.

14. Внукова Е.А., Шек В.М. Балансовые модели потребления минеральных ресурсов с применением нечеткой логики // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ - 2008. -№8.-С. 202-205.

15. Внукова Е.А., Шек В.М. Моделирование производства и потребления минеральных ресурсов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ - 2008. - №9. - С. 200-205.

16. Глушков В.М. Введение в АСУ. Киев: Техника, 1974.

17. Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики. -М.: Физматлит, 2000.

18. Громыко Г.Л., Теория статистики: Учебник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ИНФРА-М, 2006. - 476 с.

19. Джонс М.Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях М.: ДМК Пресс, 2006 - 312 с.:ил.

20. Дли М.И., Круглов В.В., Осокин М.В. Локально-аппроксимационные модели социально-экономических систем и процессов. М.: Наука, Физматлит, 2000. - 224 с.

21. Дьяконов В.П., Круглов В.В. МАТЬАВ 6.5 8Р1/7/7 БР1/7 БР2 + БппиИпк 5/6 Инструменты искусственного интеллекта и биоинформатики. Серия «Библиотека профессионала». -М.:

22. СОЛОН-ПРЕСС, 2006. 456с.: ил.

23. Егоров В.А., Каллистов Ю.Н., Митрофанов В.Б., Пионтковский A.A. Математические модели глобального развития. — Л.: Гидрометеоиздат, 1980'.

24. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и ее применение к принятию приближенных решений. М.:Наука, 1976. 165с.

25. Заде Л.А. Группы данных для нечеткой логики (Zadeh ДюФю Fuzzy sets // Information and Control, 8:338-53, 1965)

26. Закс Л. Статистическое оценивание. M., «Статистика», 1976 г.

27. Ивин A.A. Логика времени // Неклассическая логика. М.: Наука, 1979.

28. Карганов С.А. Об ошибочности использования в народнохозяйственном планировании экономико-математической модели В.Леонтьева и межотраслевых балансов «Затраты — Выпуск»http://www.aup.rU/articles/economics/12.htm# ftnl

29. Кобринский Н.Е., Майминас Е.З., Смирнов А.Д. Экономическая кибернетика: Учебник. М.: Экономика, 1982. — 408 с.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) М., «Наука», 1974 г., 832с., с илл.

31. Корнеев В.В., Греев А.Ф., Васютин C.B., Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Нолидж, 2000.-352с.

32. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.:Мир, 1982. 432с.

33. Кофман А., Хил Алуха X. Введение теории нечетких множеств в управлении предприятиями, Минск: Вышэйшая школа, 1992.

34. Круглов В.В., Дли М.И., Голунов Р.Ю. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети: Учеб. пособие. М.: Физматлит, 2001.-224 с.

35. Кузин Jl.T. Основы кибернетики. М.: Энергия, Т. 2.- 584 е.;

36. Левашов В.К. Устойчивое развитие общества: парадигма, модели, стратегия. -М.: Academia, 2001.

37. Леоненков A.B. Нечёткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - С. 207.

38. Макаров И.М., Виноградская Т.М., Рубчинский A.A., Соколов В.Б., Теория Выбора и принятия решений: Учебное пособие. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982.- 328 с.

39. Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР М.: Энергоатомиздат, 1991.

40. Масалович А.И. Этот нечеткий, нечеткий, нечеткий мир / PC Week/RE N. 16,1995

41. Матросов В.М., Матросов И.В. Глобальное моделирование с учетом динамики биомассы и сценарии устойчивого развития. / Новая парадигма развития России (Комплексные исследования проблем устойчивого развития). М.: Academia, МГУК, 1999.

42. Матросова К.В. Устойчивое развитие в модифицированной математической модели "Мировая динамика". / Новая парадигма развития России (Комплексные исследования проблем устойчивого развития). -М.: Academia, МГУК, 1999.

43. Модель межотраслевого баланса (модель Леонтьева) http://www.allmath.ru/appliedmath/micro/labs/micro-labs6.htm

44. Моисеев Н.,Александров В.,Тарко А. Человек и биосфера. М Наука 1985г.

45. Моисеев H.H. "Система "Гея" и проблема "запретной черты". Журнал "Наука и жизнь" №2, 1986 г. С.58-68

46. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 е.;

47. Моудер, Элмаграби, Исследование операций, Том 1, Методологические основы и математические методы

48. Мутанов Г.М. Куликов В.П., Математическое моделирование экономических процессов: Учебное пособие. Алматы: Экономика,1999.-356 с.

49. Непейвода H.H. Прикладная логика. Новосибирск: Изд-во НГУ,2000.

50. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации М.: Наука, 1981.

51. Основы математической экономики: модель Леонтьева http://www.csu.ac.ru/~ruseai-/ME Ruda/Chapter6/par6 2.html

52. Пападимитриу X., Стайлиц К., Комбинаторная оптимизация. Алгоритмы и сложность: Пер. с англ. — М.: Мир," 1985. — 512 с.

53. Поспелова Д.А. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта М., 1986.

54. Потемкин В.Г. Введение в MATLAB. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000, 247с.

55. Потемкин В.Г. Инструментальные средства MATLAB 5.x. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000, 336 с.

56. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.х:В 2т. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999,Т.2, 366с.

57. Птускин A.C., Решение стратегических задач в условиях размытой информации: Монография. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2003. - 240с.

58. Пучков Л.А. Минеральные модели экономики, статья в инженерную академиюhttp://www.slaviza.ru/texts/Puchkov.pdf

59. Пучков Л.А. О системе горных наук // Горный журнал №7, 1995

60. Резниченко С.С., Ашихмин Ä.A. Математические методы и моделирование в горной промышленности. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1997. — 404 с.

61. Рыжов А.П. Элементы теории нечетких множеств и измерениянечеткости. M.: Диалог-МГУ, 1998.

62. Салманов О.Н., Эконометрика: учеб. Пособие. М.: Экономистъ, 2006.-320с.: ил.

63. Селигмен Б. Основные течения современной экономической мысли. М. "Прогресс". 1968.

64. Справочная книга по математической логике. Ч. 1-4 / Под ред. Дж. Барвайса. М.: Наука, 1982.

65. Степанов В.Г. Статистика, Часть 2, Учебный курс: http://www.e-college.ru/xbooks/xbook056/book/part-003/page.htm

66. Судоплатов C.B., Овчинникова Е.В. Математическая логика и теория алгоритмов: Учебник. М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 224 с.

67. Терехов JI.JI., Шарапов А.Д., Бернштейн A.C., Сиднев С.П. Математические методы и модели в планировании. Киев: Вища школа, 1981.-272 е.;

68. Трухаев Р.И. Модели принятия решений в условиях неопределенности. М.: Наука, 1981.

69. Тэтано Т., Асаи К., Сугэно Прикладные нечеткие системы М: Мир, 1993.358 с.

70. Форрестер Дж. Мировая динамика. М.: Наука, 1978

71. Форрестер Дж. Основы кибернетики предприятия. М.: Прогресс, 1971.

72. Шеннон Р. "Имитационное моделирование систем искусство и наука" М.: Мир, 1978

73. Янг С. Системное управление организацией. Пер. с англ. М.: Советское радио, 1972. 456 е.;

74. Янтцсн Я. Руководство по нечеткой логике (Jantzen J. Tutorial to Fuzzy Logic // Technical report no 98-E 868. University of Denmark, Department of Automation, 1998)

75. Aluminum Association Inc., 1976-2003, Aluminum statistical review, 1975-2002.,

76. FI.JG1 Global Model 7.0 A New Frontier Science of Global Economic Modeling, Economic & Financial;Computing, Vol.3 Number 1 Spring 1993, A Journal of European Economics and Financial Center, pp. 3-67.

77. L.Weber, G.Zsak, World Mining Data, Volume 20 Minerals Production, Vienna 2005

78. L.Weber, G.Zsak, World Mining Data, Volume 21 Minerals Production, Vienna 2006

79. L.Weber, G.Zsak, World Mining Data, Volume 22 Minerals Production, Vienna 2007

80. U.S. Bureau of Mines, 1927-34, Mineral Resources of the United States, 1924-31.

81. U.S. Bureau of Mines, 1933-96, Minerals Yearbook, 1932-94.

82. U.S. Bureau of Mines, 1962-77, Commodity Data Summaries, 1962-77.

83. U.S. Bureau of Mines, 1978-95, Mineral Commodity Summaries, 197895.

84. U.S. Bureau of Mines, 1993, Statistical Compendium, 1975-90.

85. U.S. Bureau of Mines, 1993-96, Minerals Yearbook, v. I, 1991-94.

86. U.S. Department of Commerce, 1956, Materials Survey—ALUMINUM, compiled for the Office of Defense Mobilization.

87. U.S. Geological Survey and U.S. Bureau of Mines, 1996, Mineral Commodity Summaries, 1996.

88. U.S. Geological Survey, 1901-27, Mineral Resources of the United States, 1900-23.

89. U.S. Geological Survey, 1997-2005, Minerals Yearbook, v. I, 19952003.

90. U.S. Geological Survey, 1997-2006, Mineral Commodity Summaries, 1997-2006.

91. U.S. Geological Survey, 1997-2006, Minerals Yearbook, v. I, 19952004.

92. U.S. Geological Survey, 1999, Metal Prices in the United States through 1998.

93. USA Department of the interior, Bureau of Mines, Bureau of Mines Cost Estimating System, Handbook. Part 1. Surface and Underground Mining

94. USA Department of the interior, Bureau of Mines, Bureau of Mines Cost Estimating System, Handbook. Part 2. Mineral processing

95. Zadeh L.A. Fuzzy sets as a basis for a theory of possibility // Fuzzy Sets and Systems. 1978. - Vol.1, №1.