У розділі 1 – „Стан та проблеми створення інформаційних систем в сільськогосподарському виробництві (огляд літератури)”описано етапи розробки, стан та проблеми створення інформаційних систем в сільськогосподарському виробництві. Він складається з таких підрозділів: історія розвитку питання; особливості об’єкту досліджень; підходи до вивчення складних систем; вибір задачі; математичне моделювання як метод пізнання і засіб управління; сучасний стан та досягнення науки у вирішенні питання.
Першою публікацією в області математичного моделювання вважається стаття Монсі і Саєті (1938), де зроблено спробу кількісного описання процесу фотосинтезу посівів. Хоча, ще у 1931 році Е.А. Мітчерліх на основі вегетаційних дослідів сформулював у математичній формі закон урожаю, або дію факторів урожаю.
Великий вклад у створення теорії продукційного процесу внесли такі вітчизняні вчені як А.У.. Будаговський, А.А. Нічіпорович, Ю.К. Росс, Х.Г. Тоомінг.
В подальшому організацію наукових досліджень по програмуванню урожаїв займались такі відомі вчені як І.С. Шатілов, М.Ф. Бондаренко, С.В. Нерпін, Р.А. Полуектов, С.Д. Лисогоров та інші. Впровадження цього методу у виробництво показало досить високі результати.
Великий вклад у застосування економіко-математичних методів в сільськогосподарському виробництві (на рівні річного планування) зробили М.Є. Браславець, Р.Г. Кравченко, Г.І. Новиков.
Аналіз досвіду створення інформаційних систем зарубіжними і вітчизняними вченими, де особливо слід відзначити сучасні роботи М.І. Ромащенка, О.І. Жовтоног, П.І. Ковальчука, Є.К. Міхеєва і В.А. Платонова, показав правильність вибору напрямку.
На сучасному етапі розвитку питання при розробці програмно-інформаційного комплексу системи точного землеробства (ПІК СТЗ), для умов південного регіону автоматизована система зрошуваного землеробства (ПІК АСЗЗ), основою повинна стати база знань (БЗ) в зрошуваному землеробстві.
У розділі 2 - „Умови та методика проведення досліджень” описано умови та методику проведення досліджень. Він складається з таких підрозділів: грунтово-кліматичні умови зони зрошення; методика проведення досліджень (вивчення об’єкту досліджень); теорія дослідження операцій як теоретична основа створення АСУ; принципи побудови баз даних (БД) і баз знань (БЗ); принципи побудови АСУ-сільгосп.
Надається характеристика грунтово-кліматичних умов посушливого Степу півдня України. Це зона ризикованого землеробства, яка характеризується такими несприятливими кліматичними умовами як суховії, висока сонячна радіація, різке коливання середньодобових температур повітря, низька відносна вологість ґрунту, нерівномірність і недостатність опадів. До цього слід додати, що ґрунти цієї зони підлягають всім видам водної і вітрової ерозії, тому для отримання стабільних урожаїв с.-г. культур необхідне зрошення.
Методичну основу розробок складали принципи системного підходу до досліджень визначених об’єктів. Польові досліди проводились по методикам Горянського, 1965 і Доспєхова, 1968; аналіз даних зональних наукових установ, статистична обробка інформації за методиками кореляційного і регресійного аналізу.
Нормативи розроблялись за методиками, розробленим ВАСГНІЛ, ВНДІ агрохімії і ґрунтознавства, Центрального інституту агрохімічного обслуговування сільського господарства, ВНД конструкторським і проектно-технологічним інститутом органічних добрив і торфу, НДІ планування і нормативів.
Наведено основи теорії дослідження операцій як теоретична основа створення АСУ, де розкриваються основні поняття і принципи дослідження операцій. Наводяться математичні моделі. Описуються задачі дослідження операцій та підходи до їх вирішення, де особливе місце відводиться найбільш перспективним напрямкам - вирішенню багатокритеріальних задач та методу створення експертних систем.
Описано загальні принципи побудови баз даних, та АСУ-сільгосп. Аналізуються методи розрахунку можливого економічного ефекту від застосування АСУ-сільгосп.
Розділ 3 – „Обґрунтування та розробка регіональної бази знань „Зрошуване землеробство” для умов південного Степу України”. Він складається з двох підрозділів: ;
ІЗПР УААН та іншими науковими установами накопичено великий обсяг інформації, який використовувався малоефективно – усереднені рекомендації для усереднених умов.
При переході до вищого рівня управління необхідні інші методологічні підходи до організації і обробки даних отриманих в дослідах, які повинні базуватись на принципах системного підходу до вивчення об’єкту досліджень. Для цього, перш за все, слід систематизувати накопичений дослідний матеріал, розробити форми представлення інформації та сформувати комплекс довідників. Це необхідно з тих міркувань, що основою кожної автоматизованої системи є інформаційний фонд. Це комплекс довідників в яких знаходиться інформація необхідна для функціонування системи. Перші автоматизовані системи вирішували окремі вузькі питання і обходились формуванням особистих баз даних. Лише при розробці комплексних систем, вирішуючих широке коло питань, виникла необхідність створення універсального регіонального інформаційного фонду в галузі землеробства.
Тому в лабораторії математичного моделювання Інституту землеробства південного регіону УААН було розроблено концепцію та методичні основи побудови бази знань в зрошуваному землеробстві та визначено шляхи практичного вирішення цієї задачі.
Концептуальні основи створення бази знань в зрошуваному землеробстві.
База знань (БЗ) – система організації і обробки нормативно-довідкової та понятійної інформації, яка завдяки структурній побудові надає можливість її диференційованого використання на різних рівнях доступу.
Мета – концентрація теоретичних і емпіричних знань в єдиний універсальний інформаційний фонд регіону, як основи для розробки автоматизованої системи управління технологіями вирощування с.-г. культур та для використання його у вигляді електронного довідника у навчальному процесі, виробництві і науковій роботі.
Мета досягається шляхом створення регіональної бази знань „Зрошуване землеробство” для умов південного Степу України.
Методологія і методи вирішення задачі
Основні задачі створення інформаційного забезпечення АСУ:
1. Визначення видів i обсягів даних.
2. Формалізація представлення інформації - вибір структури i методів організації.
3. Розробка уніфікованих форм вхідної і вихідної документації.
4. Розробка системи управління базою даних (СУБД).
– методична єдність;
– інформаційна суцільність;
– інтеграція обробки даних: єдинократне введення інформації з послідуючим багатократним її використанням при вирішенні різноманітних задач;
– гнучкість структури, що дає можливість перебудови інформаційного забезпечення у вiдповiдностi розвинення системи;
– блочнiсть структури інформаційного забезпечення ;
– достовірність інформації, відсутність дублюючих даних;
– можливість безпосереднього спілкування користувача з інформацією
1.Комплекс технічних засобів для збереження, обробки i введення виведення даних.
2. База даних ( БД ).
3.Системи управління базою даних i знань ( СУБД ).
4.Мовні засоби спілкування з БД, що виконують функції звернення до БД.
5.Комплекс організаційних заходів, що забезпечують функцiонування БД.
Загальна характеристика бази знань
База знань (БЗ) складається з дев'яти автономно діючих блоків–розділів та окремої підсистеми “Ерозія”, об'єднаних загальною системою управління (СУБД). Блок-схема структури БЗ представлена на рис. 1.
Розробка кожного блоку проводилась в таких напрямках:
а) організація інформації для електронного довідника;
б) формування комплексу довідників у інформаційний фонд для комп’ютерних програм.
Підсистема “Ерозія”. Структурна схема підсистеми близька до структури загальної системи, але має свою специфіку.
База даних „EROZIYA” розрахована для створення комп’ютерної програми: „Ґрунтозахисна система землеробства посушливого Степу півдня України”.
Блок-розділ "Характеристика ґрунтів і клімату зон зрошуваного землеробства" – вміщує інформацію про їх агрокліматичні особливості, яка необхідна для побудови моделей прогнозу і програм планування агрозаходів.
Блок-розділ "Система сівозмін" пропонує роботу з трьома основними підрозділами.
У підрозділі "Загальні знання" дається визначення сівозмін та їх значення в системі землеробства. Другий підрозділ дає змогу ознайомитись з загальною схемою агротехнічної оцінки попередників с.-г. культур у сівозміні, або одержати оцінку конкретного попередника для обраної культури. Довідники (підрозділ 3) пропонує вибір типу сівозмін по сільськогосподарському призначенню. Зробивши вибір типу надаються схеми кількох варіантів сівозмін.
Блок-розділ "Сільгосп. машини та механізми". У цьому розділі зібрана інформація як про окремі машини і механізми з їх технічними характеристиками так і по цілих системах для комплексної механізації.
Блок-розділ "Система обробітку ґрунту" вміщує загальні відомості (типи, види обробітку ґрунту, їх характеристики, мета проведення то що). Використовуючи цей блок, можна отримати пораду про проведення обробітку ґрунту в будь-який період, з усіма необхідними параметрами виконання запропонованої технологічної операції.
Блок-розділ "Зрошення". Використання цього розділу БЗ дає можливість фахівцю отримати інформацію про орієнтовні зрошувальні норми і режими зрошення основних сільськогосподарських культур степової зони України, для років з 75% вологозабезпеченістю , як оптимальні, так і водозберігаючі.
Крім того, в цьому підрозділі можна ознайомитись з розрахунковими методами призначення строків і норм проведення поливів, а також з автоматизованою системою "Полив". В підрозділі "Загальні знання" наведена така інформація, як критичні періоди культур по вологозабезпеченості, % НВ по типах ґрунтів, об'ємна маса та інші знання необхідні, фахівцям для вирощування с.-г. культур на зрошуваних землях.
Блок-розділ "Добрива". Користуючись цим розділом можна знайти інформацію про рекомендовані дози внесення поживних речовин (N,Р,К) під основні с.-г. культури в залежності від попередників.
В підрозділі "Методи розрахунку доз добрив під запланований урожай" можна ознайомитись з балансовим і нормативним методами та з автоматизованою системою "Добрива".
В підрозділі "Загальні відомості" наведені критичні періоди потреби с.-г. культур у фосфорі , азоті, калії, коефіцієнти використання поживних речовин із ґрунту та добрив.
Окремим підрозділом наведені види добрив з їх характеристиками та інша інформація необхідна, фахівцям для забезпечення нормального режиму живлення рослин.
Блок-розділ "Захист рослин". У підрозділі загальних знань накопичується інформація з основ токсикології, ентомології, фітопатології, хімічного і біологічного захисту рослин та ін.
Окремими підрозділи виділено "Діагностику", де вміщуються визначники хвороб, шкідників, бур'янів та методики відбору зразків для визначення виду і ступеню пошкодження рослин і зараження ґрунту.
Крім того, виділено в окремі підрозділи інформацію по прогнозуванню і супутнім розрахункам.
Блок-розділ “Технолог” - наведено довідники з типових технологій вирощування основних сільськогосподарських культур на зрошуваних землях південного регіону України. По окремих культурах створено бази даних технологій вирощування в залежності від варіантів можливих агрокліматичних умов.
Для оперативного управління технологічними процесами вирощування с.-г. культур підключаються інші необхідні підрозділи бази знань.
Блок-розділ "Економіка". В довідниках цього розділу передбачається вміст загальних знань з економіки сільськогосподарського виробництва, середньої урожайності основних сільськогосподарських культур за останні 10 років по регіонам зрошуваного землеробства, витрат на його отримання, вартості товарної продукції, ціни води, електроенергії, добрив, пестицидів, насіння, норми виробітку сільгоспагрегатів та інша інформація, необхідна для проведення економічних розрахунків.
В процесі організації даних багаторічних досліджень в БД було визначено ряд невивчених або мало вивчених питань необхідних для побудови математичних моделей росту і розвитку рослин, що стало підставою проведення спеціальних теоретичних, аналітичних і експериментальних досліджень.
З метою вивчення у просторі і часі складної системи – землеробства було розроблено загальну теоретичну модель процесу формування урожаю с.-г. культур. Розглянемо її.
Будь-яка культура з її біологічним потенціалом – Уп при вирощуванні в конкретному агрокліматичному регіоні - Кр, дає певний регіональний рівень урожаю (Уп·Кр=Ур), який буде синтезом біологічного потенціалу культури з регіональними агрокліматичними умовами та реакцією на фактори впливу. Запишемо це так:
Уф = Ур + ∑ТоКо – [∑HBKBtB + (∑OBKOBtOB)],
де Уф – фактичний урожай, ц/га; ∑То – сума технологічних операцій процесу вирощування с.-г. культур;
Ко – коефіцієнт додатку урожаю від проведення операції, ц/га; ∑HB – сума негативних впливів на процес вирощування с.-г. культур; ∑OB – сума залишкових впливів на процес формування урожаю; КВ, КОВ – коефіцієнти впливу від негативного і залишкового впливів, ц/га; tB, tOB – тривалість впливу в часі, діб.
Як бачимо з цього рівняння урожайність, в основному, залежить від таких показників, як КО – науково-технічні досягнення і tB, tOB – тривалість негативного впливу.
Але в формулі не видно впливу управляючих дій. Це тому, що вони виражені не прямо, а опосередковано, через такі рівняння, як ОВ = НВКУО, де КУО – ефективність управляючої дії та tB = tПР + tУО, де tПР – час прийняття рішення і tУО – час на проведення управляючої операції.
Вплив негативних факторів і управляючих дій можна побачити на наведеному рис. 2, де показано вплив або реєстрацію впливу на рослини (“чорний ящик”), в результаті чого отримуємо певний результат на виході.
(УФ – фактичний урожай сільськогосподарської культури; УПРО – проектний урожай; ТОУ – управляюча операція; КОУ – ефективність управляючої операції.)
На рис. 3, де зображено процес формування урожаю при сприятливих і несприятливих умовах, можна спостерігати коливання тенденцій урожаю до підвищення і зниження під впливом зовнішніх факторів.
УР – регіональний рівень врожаю в усереднених умовах;
УПРО – запланований рівень урожаю
УФ1 – фактичний урожай за сприятливих умов;
УФ2 – фактичний урожай за несприятливих умов;
1 – негативний вплив; 2 – управляюча дія; 1 + 2 – час витрачений на прийняття рішення і проведення технологічної операції; 3 – залишкова дія від неправильного прийняття рішення або неякісного проведення технологічної операції.
Як бачимо з рисунків, ефективність процесу виробництва с.-г. продукції багато в чому залежить від швидкості і якості прийняття рішень та швидкості і якості проведення технологічних операцій.
Для цього необхідно визначити основні фактори впливу на формування врожаю і автоматизувати процес їх регулювання через створення автоматизованих систем різного рівня – автоматизовані робочі місця спеціалістів (АРМ), системи підтримки прийняття рішень (СППР), автоматизовані системи планування технологій (АСПТ) та інші, які б можна було об’єднати в галузеву автоматизовану систему управління.
Виявити роль окремих факторів дає змогу багатофакторний дослід. У спеціальному досліді можна виявити закономірності дії та взаємодії окремих факторів і частку їх участі у змінах урожаю.
Та перш ніж поставити такий дослід, доцільно вивчити закономірності дії факторів в різних дослідах, які вже проведено у науково-дослідних установах протягом тривалого часу. Всі такі досліди, виконані різними відділами установ, можна вважати за один великий розгалужений дослід і піддати його дані математичному аналізу.
Узагальнюючи математичний аналіз сумарних даних чисельних дослідів з кукурудзою і кормовим буряком, проведених різними підрозділами ІЗПР УААН (УНДІЗЗ) протягом п'яти років, приходимо до висновку, що для опанування продуктивними процесами необхідно перш за все, глибше вивчати закономірності дії та взаємодії визначених факторів.
Проведення аналітичних та експериментальних досліджень надало можливість отримати результати необхідні для управління процесами формування урожаю с.-г. культур. | 
