Модели пространственного влияния для оценки эффективности развития торфяной промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Кутузова, Ольга Александровна

• Кутузова, Ольга Александровна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кутузова, Ольга Александровна

Введение

1. Оценка перспектив промышленного использования торфяных месторояедений

1.1. Основные технологические аспекты развития торфяной промышленности l.l. L Направления расхода торфа

1.1.2. Экологическая составляющая использования торфа как топлива

1.1.3. Торфяная промышленность Костромской области - тенденции развития

1.1.4. Охрана торфяных месторождений

1.1.5. Задачи анализа эффективности развития торфяной промышленности

1.2. Анализ возможности использования программных средств для решения задач оценки эффективности развития торфяной промышленности, исходя из свойств территории

1.3.Перспективы применения ГИС - технологий 23 1 АПерспективы применения СППР и экспертных систем 29 1.5. Выводы и результаты 3 О

2. Определение моделей пространственного влияния объектов, входящих в систему использования торфяных ресурсов

2.1.Состав библиотеки моделей пространственного влияния объектов

2.2. Методика определения моделей пространственного влияния объектов на основе использования нечетких (размытых) множеств

2.3.Взаимосвязь функций пространственного влияния и функций принадлежности. Типовые разновидности функций

2.4. Определение параметров моделей пространственного влияния объектов

2.4.1. Модель объекта «Торфяное месторождение»

2.4.1.1. Модель объекта «Торфяное месторождение», учитывающая объем запасов

2.4.1.2. Модель объекта «Торфяное месторождение», учитывающая транспортную составляющую

2.4.1.3. Модель объекта «Торфяное месторождение», учитывающая область хозяйственного использования

2.4.1.4. Модель пространственного влияния объекта «Заповедник»

2.4.2. Модель объекта «Транспортный путь»

2.4.2.L Модель объекта «Транспортный путь», учитывающая грузоподъемности и скорость транспортной единицы

2.4.2.2. Модель объекта «Транспортный путь», учитывающая удаленность от месторождения

2.4.3. Модель объекта «Потребитель»

2.4.3.1. Модель объекта «Потребитель - Котельная»

2.4.3.2. Модель объекта «Потребитель - Торфопредпрштие»

2.4.4. Модель объекта «Населенный пункт»

2.4.5. Модели пространственного влияния естественных препятствий

2.5.Типовые задачи по оценке перспективности развития торфяной промышленности с помощью моделей пространственного влияния

2.6.Выводы и результаты

3. Разработка СППР для интегральной оценки свойств территории и планирования промышленного освоения торфяных залежей на основе ГИС «Торфяные месторождения Костромской области»

3.1.Разработка ГИС «Торфяные месторождения Костромской области»

3.1.1. Информационное обеспечение ГИС. Источники данных

3.1.2. Создание пространственной базы данных 75 3^.Функциональные возможности ГИС

3.2.1. Общие аналитические операции

3.2.2. Пространственное моделирование

3.3. Разработка структуры СППР

3.3.1. Системный подход к проектированию. Требования к СППР

3.3.2. Описание структуры СППР

3.4. Дифференцированный анализ влияния отдельных факторов на эффективность развития торфяной промышленности

3.4.1. Оценка обеспеченности торфяными ресурсами

3.4.2. Анализ транспортной доступности

3.4.3. Анализ влияния населенных пунктов

3.5. Выводы и результаты

4. Оценка эффективности развития различных направлений торфяной промышленности

4.1. Многокритериальные задачи и методы их решения

4.2. Технология применения метода анализа иерархии для определения эффективности развития торфяной промышленности

4.2.1. Структуризация

4.2.2. Попарные сравнения и вычисление коэффициентов согласованности

4.3.Определение перспективности территории для производства и использования различных видов торфяной продукции

4.3.1. Определение перспективности производства торфа как топлива

4.3.1.1. Построение иерархии целей, факторов и объектов, их порождающих

4.3.1.2. Попарные сравнения альтернатив

4.3.2. Производство сельскохозяйственного торфа

4.3.2.1. Построение иерархии целей, факторов и объектов

4.3.2.2. Попарные сравнения альтернатив

4.3.3. Промышленная переработка торфа

4.3.3.1. Построение иерархии целей, факторов и объектов

4.3.3.2. Попарные сравнения альтернатив 122 4.4. Выводы и результаты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели пространственного влияния для оценки эффективности развития торфяной промышленности»

Актуальность проблемы. Принятие наиболее рациональных управленческих решений по планированию, развитию и управлению территориально - распределёнными промышленным производствами и комплексами является актуальной проблемой. К таким комплексам относятся объекты производственные системы, сети торговли, инфраструктуры (дорожно-транспортные сети, тепло - и энергоснабжение) и т.д. Их отличительной особенностью является то, что главным фактором, влияющим на процессы проектирования, создания и управления такими объектами является территориальная распределенность, в значительной степени определяющая взаимодействие составляющих эти комплексов и эффективность их функционирования.

Данными причинами обусловлено появление в последние десятилетия целого направления в теории и практике принятия решений при проектировании и управлении таких комплексов - это системный, интеграционный подход к анализу и учёту пространственного фактора как определяющего их функционирование. Одними из основоположников такой методологии в нашей стране являются представители Московской научной школы геоинформатики - Тикунов B.C., Кошкаров А.В. Их работы, посвященные пространственному моделированию развития территориальных комплексов, по существу являются примерами системного анализа с учётом пространственного фактора как главенствующего. В частности, Тикуновым B.C. была предложена «гравитационная модель» пространственного взаимодействия населённых территорий, моделирование свойств территорий с помощью полигонов Тиссена и ряд других методов пространственного анализа, которые перекликаются с идей профессора Колесникова А. А. (Санкт -Петербургский политехнический университет) об информационном поле взаимодействия объектов. Системный подход к анализу свойств территорий в той или иной степени рассматривались в работах Цветкова В.А., Кулагина

В.П., Иванкова А.Д. Наиболее системно и методически обосновано идея анализа свойств территориально - распределённых объектов была I сформулирована профессором Удмурдского государственного университета Голевым, которую он оформил в виде метода определения топологических объектных свойств территории (ТОСТ - метод). В дальнейшем этот метод был развит проф. Староверовым Б.А. как технология использования функций пространственного влияния объектов. Эта технология нашла своё применение в работах Гнатюк А.Б. и Ершова В.Н. по системам автоматизированного проектирования электроэнергетических объектов. Моделями, методами и средствами пространственного анализа электроснабжения городов были посвящены также работы профессора Ивановского энергетического университета Косякова С.В., в которых он даёт формальное описание на языке теории множеств пространственной структуры территориально -распределённых систем, технологию определения альтернатив и поиск рациональных решений на основе «пространственных критериев».

Однако, не смотря на появление в последнее время работ по анализу и проектированию территориально - распределённых объектов, в том числе объектов промышленного производства, ряд проблем научного и практического характера остался не решённым. Их перечень наиболее ярко выявился при решении задач планирования промышленного освоения местных ресурсов в региональном масштабе, в частности при оценке перспектив развития промышленного освоения торфяных залежей Костромской области.

Таким образом, целесообразность использования торфа является сложной проблемой, связанной с решением ряда противоречивых экономических, социальных, организационных и экологических задач. Этим объясняется та неопределённость, которая наблюдается в настоящее время в решении вопросов использования торфа на государственном, региональном и местом уровне. Это хорошо видно на примере Костромской области. После периода интенсивной добычи торфа в 40- 60-х годах XX столетия торфяная отрасль в период, когда уголь и газ стали дешёвыми энергоресурсами и транспортные издержки также были незначительными, оказалась на грани полной ликвидации. С повышением стоимости энергоресурсов и транспортных издержек интерес к торфу вновь возродился. Была принята специальная программа по возрождению торфодобычи. Но её выполнение свелось к отдельным точечным мероприятиям, которые не привели к осязаемым результатам в развитии торфяной промышленности кате единого регионального комплекса. Одной из главных причин является бессистемность в анализе и планировании и не учёта ряда существенных факторов, особенно, таких как территориальная удалённость мест залегания и мест использования торфа, состояния дорожно-транспортной инфраструктуры. В связи с этим решить данную проблему можно только методами системного анализа, при этом главенствующую роль должен играть пространственный фактор -территориальная распределенность.

Следовательно, объектом исследования является региональный территориально-распределённый комплекс торфяной промышленности, предметом исследования - система поддержки принятия управленческих решений по промышленному использованию местных ресурсов на примере разработки торфяных месторождений.

В связи с этим целью работы является определение целесообразности использования торфяного месторождения на основе их комплексной оценки при планировании развития торфяной промышленности в масштабе региона.

В соответствии с этой целью основными задачами работы являются:

1. Формирование описания предмета исследования в виде системы объектов, функционально связанных пространственным взаимовлиянием.

2. Определение моделей пространственного влияния объектов как основы системного анализа эффективности территориально - распределённых комплексов промышленного использования торфяных месторождений.

3. Разработка методики принятия управленческих решений по использованию торфяных месторождений и промышленной переработки торфа с использованием моделей пространственного влияния в виде иерархи геоинфомационных моделей.

4. Модернизация инструментальных средств пространственного анализа для поддержки принятия управленческих решений по планированию развития территориально - распределённых промышленных комплексов использования торфяных месторождений и практическая апробация этих средств на примере Костромской области.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы системного анализа, теория и методы принятия решений, экспертного анализа, теория множеств, методология объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Научная новизна работы заключается в разработке системной оценки влияния факторов территориальной распределенности на функционирование промышленных комплексов при принятии управленческих решений по развитию торфяной промышленности, а именно:

1. В представлении территориально распределённого комплекса промышленного освоения местных природных ресурсов в виде иерархической системы стратифицированных геомоделей пространственного влияния объектов, входящих в этот комплекс;

2. В разработке библиотеки моделей пространственного влияния объектов торфяной промышленности, получаемых в виде функций принадлежности нечетких множеств с коэффициентами значимости, определяемыми методом анализа иерархии;

3. В разработке системы поддержки принятия решений по развитию торфяной промышленности, состоящей из геоинформационной системы, пространственной базы данных, структурированной в виде тематических слоев, и модуля пространственного анализа и моделирования;

4. В разработке технологии получения комплексной оценки территории для определения перспектив развития промышленного производства торфа в зависимости от цели его использования на основе применения геоинфомационных моделей пространственного влияния.

5. На защиту выносятся следующие результаты:

1. иерархическая структура стратифицированных моделей территориально-распределенных объектов торфяной промышленности как основа системного анализа их пространственной взаимосвязи;

2. библиотека функций и моделей пространственного влияния объектов торфяной промышленности и метод определения их параметров на основе экспертных оценок;

3. структура системы поддержки принятия решений по развитию торфяной промышленности, состоящей из геоинформационной системы и пространственной базы данных, структурированной в виде тематических слоев;

4. технология оценки альтернатив развития торфяной промышленности на региональном уровне с помощью специализированного программного модуля.

Практическая ценность результатов работы определяется: - повышением эффективности оценки территориально-распределенных производственных комплексов торфяной промышленностью благодаря созданию системы поддержки принятия решений «Торфяные месторождения Костромской области», позволяющей проводить информационные запросы, топологический анализ, пространственное моделирование;

- снижением временных и ресурсных затрат при планировании освоения торфяных месторождений за счет автоматизации построения моделей пространственного взаимовлияния объектов, входящих в региональный комплекс торфяной промышленности.

Реализация результатов работы.

Разработанный метод и программный комплекс моделирования на основе ГИС «Торфяной комплекс Костромской области» применяется Костромской торговопромышленной палатой, ОАО «Костромагеофизика» и ОАО «Костромарегионторф» для оценки торфяных запасов Костромской области и определения перспективности развития торфяной промышленности.

Программный комплекс пространственного моделирования используется при преподавании дисциплины «Информационные технологии в управлении» в Костромском государственном технологическом университете. Практическая ценность работы подтверждена актами внедрения.

Апробация работы. Работа выполнялась в рамках тематического плана НИР Костромского технологического университета по теме «Совершенствование теории региональной экономической политики. Устойчивое развитие экономики Костромского региона», номер государственной регистрации темы 01200800137, а также в рамках госбюджетных и хоздоговорных НИР. Результаты работы докладывались и обсуждались на межрегиональный научных конференциях 2006 -2009 гг. в Костроме, Иванове, Пензе, а также на заседаниях Комиссии администрации Костромской по промышленному использованию местных ресурсов, в , торговопромышленной палате Костромской области.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 54 наименований; содержит 36 рисунков, 18 таблиц, 3 приложения. Общий объём составляет 156 страниц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Кутузова, Ольга Александровна

4.4. Выводы и результаты

1. Комплексная оценка территории с целью определения эффективности развития торфяной промышленности требует учитывать одновременно разнокачественные критерии и факторы. Для этого необходимо осуществлять перевод качественных показателей в количественные. На основании анализа различных методов решения многокритериальных задач выбора альтернатив определено, что для решаемого класса задач наиболее подходит метод анализа иерархии.

2. Технология применения метода анализа иерархии адаптирована для решения задач для оценки эффективности развития торфяной промышленности на рассматриваемой территории. В рамках этой технологии обобщённая иерархическая структура целей, факторов и объектов, влияющих на развитие добычи и промышленной переработки торфа.

3. Для оценки перспективности территорий для производства различных видов торфяной продукции методом анализа иерархии определены весовые коэффициенты влияния различных факторов и объектов, порождающие эти факторы. Путем свертки (суммирования) различных тематических слоёв с использованием полученных весовых коэффициентов с помощью модуля пространственного моделирования получена комплексная территориальная оценка перспективности производства торфа в зависимости от цели его использования: как местного топливного ресурса; для сельскохозяйственного применения в виде удобрения и торфяного грунта; для производства торфяных топливных брикетов, газогенераторного топлива, торфяного воска, торфяного кокса.

4. Анализ оценки перспективности территории для развития торфяной промышленности представляется в виде тематических карт, что значительно повышает наглядность результатов моделирования и значительно упрощает процесс принятия управленческих решений.

Заключение

1. Определено, что для поиска эффективных путей промышленного использовании торфяных месторождений необходима комплексная оценка свойств территории, учитывающая естественные (природные) характеристики залежей, транспортную доступность, а также потребность в торфяном сырье для различных отраслей производства.

2. Многофакторность и неоднозначность поставленной задачи требует применение системной методологии, суть которой состоит в объединении системы поддержки принятия решений и экспертной системы, построенной на основе пространственно-ориентированной геоинформационной системе.

3. Определён состав моделей объектов, влияющих на эффективность промышленной разработки и использования торфа.

Разработана метода построения моделей пространственного влияния этих объектов, основанный на объединении характеристик значимости объектов и их территориального влияния этих объектов в виде функции принадлежности нечетких множеств.

Получены функции территориального влияния наиболее значимых объектов.

4. Разработан способ интеграции моделей влияния объектов, входящих в торфяной промышленный комплекс, относящихся к одному тематическому слою в виде суммы значений оценочных величин. Создана методика объединения моделей объектов, принадлежащих однофакгорным тематическим слоям, и представление их в виде монорельефов как геоинформационной интерпретации результатов моделирования пространственного влияния.

5. Создана ГИС по обеспеченности Костромской области торфяными ресурсами как основа СППР. Сформирована пространственная база данных, которая структурирована в виде тематических слоев, формируемых суммированием влияний отдельных объектов. Определены источники и структура данных, составлен перечень пространственных данных, определён базовый тип пространственных объектов, что позволяет проводить многовариантный поиск и анализ альтернатив на основе атрибутивной и пространственной информации.

6. Предложена структура СППР на базе ГИС, и разработан интерфейс рабочего места для анализа решений о перспективности промышленного использования торфяных залежей. Для решения данных задач применён модуль пространственного влияния GisDat, оперирующий большим количеством пространственно-распределённых объектов.

7. Методом анализа иерархии определены весовые коэффициенты влияния различных факторов влияния и объектов, порождающие это влияние. Путем использования полученных весовых коэффициентов с помощью модуля пространственного моделирования получена комплексная территориальная оценка перспективности производства торфа в зависимости от цели его использования. Выделены территории, наиболее перспективные для освоения месторождений и создания новых объектов торфяной промышленности.

Таким образом, в результате проделанной работы были решены задачи по созданию методики и разработаны инструментальные средств системного анализа для поддержки принятия управленческих решений по развитию территориально распределённых промышленных комплексов освоения торфяных месторождений и проведена практическая апробация этих средств на примере Костромской области.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кутузова, Ольга Александровна, 2009 год

1. Александров Д.В. Методы и модели информационного менеджмента; под ред. А.В. Кострова. Текст. / Александров Д.В., Костров А.В., Макаров Р.И., Хорошева Е.Р. М.: Финансы и статистика, 2007.-336 е.: ил.

2. Алтунин А.Е., Семухин М.В. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях: Монография. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2000, 352 с.

3. Бабушкин А.Г., Геннадиник В.Б., Паньшин А.Е. «Современные информационные технологии в управлении природопользованием: задачи мониторинга и экологической паспортизации». Инфотех-2008. Тезисы докладов «Первой тюменской выставки информационных технологий».

4. Борисов А.Н. и др. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной. Рига: Зинатне, 1982. - 256с.

5. Волкова В.Н., Денисов А. А. Теория систем. М.:Высш. шк., 2006. 511с.

6. Высоцкий К.П., Ларионов B.C., Самойлов П.П. Транспорт торфа. М.:Госэнергоиздат, 1955.

7. ГИС в системе поддержки принятия решений для страхования. М.: «Геоинформатика», №3,2007.

8. Гнатюк А.Б. (ИГТУ) Построение пространственных моделей оценки территории на основе ГИС.// Кограф-96. Тезисы докладов международной конференции по компьютерной геометрии и графике (Н.-Новгород 21-24 мая, 1996 г.) Н.-Новгород, 1996.

9. Гнатюк А.Б., Староверов Б.А. Геоинформационные системы и их применение в управлении территориально распределёнными объектами: учебное пособие. Кострома: Изд-во КГТУ, 2006.-115 с.

10. Грачёв В.А., Стойлик М.А. Железнодорожный транспорт торфяной промышленности. М.:Госэнергоиздат, 1960.

11. Гусев JI. А., Смирнова И.М. Размытые множества. Теория и приложения (обзор). Автоматика и телемеханика, N 5, 1973, с.66-85.

12. Демочко В. Можно ли сделать внедрение ГИС-технологии успешным. -М: «САПР и графика», №1, 2002.

13. Ершов В.Н. Технология построения пространственных моделей для проектирования территориально-распределенных объектов (на примере энергетических систем). — Дис.канд. тех. наук: 05.13.12 Кострома, 2002.

14. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М: Мир, 1976, 165 с.

15. Заде Л.А. Размытые множества и их применение в распознавании образов и кластер-анализе. В сб.: Классификация и кластер. М: Мир, 1980, с.208-247.

16. Зюзин В.А., Крюков И.Н. Разработка торфяных месторождений. М.:Госэнергоиздат, 1947.

17. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Геоинформатика. М.МАКС Пресс, 2001. - 349 с.

18. Кадастр «Торфяные месторождения Костромской области».

19. Калиткин Н.Н. «Численные методы»; под ред. А.А. Самарского. — Москва: Наука 1997.

20. Кандель А., Байатт У.Дж. Нечеткие множества, нечеткая алгебра, нечеткая статистика. Труды американского общества инженеров-радиоэлекгроников, т. 66, 1978, N12, с.37-61.

21. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М: Радио и связь, 1981, 560 с.

22. Костров А.В. Основы совершенствования системы управления машиностроительным предприятием. Текст. / А.В. Костров, С.А. Морев, Владимир: «Демиург», 2003. -287 с.

23. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М: Радио и связь, 1982, 432 с.

24. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений,- М.: Логос, 2000 -296 с.

25. Липггван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: «Наука и техника», 1975.

26. Месарович М., Мако Д., Такахара Я. Теория иерархических многоуровневых систем. М: Мир, 1973.

27. Мюювидов Н.В., Фартукова И.С. Повышение эффективности управления пространственно-распределёнными ресурсами регионов.-М.:ГИС-Ассоциация, Управление развитием территории, №3, 2008.

28. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн 1: Учебное пособие для студ. вузов / Под ред. B.C. Тикунова.- М.: «Академия»,2004. — 352 с.

29. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации Пер. с польского И.Д. Рудинекого. М.: Финансы и статистика, 2002. - 344 с.

30. Подкопаева Н.Р. Организационно-экономические аспекты диверсификации топливных ресурсов региона. — Дис. канд. экон. наук: 08.00.05 Кострома, 2005.

31. Потапычев С.Н., Панькин А.В. Геоинформационная система как основа поддержки принятия решений. М.: "Инновации", №8, 2003.

32. Рынок торфа европейской части РФ. Информационный обзор. -Череповец: ЦМИ «Норд Лайн», 2007.

33. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. -М.: Радио и Связь, 1993.

34. Система поддержки принятия решений по управлению водными объектами с использованием ГИС. ArcReview №1,2008.36.39