CC BY
44
УДК 681.3:631.171:631.471
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИННОВАЦИОННОМ РАЗВИТИИ АПК
B.В. АЛЬТ, член-корреспондент РАН, доктор технических наук, главный научный сотрудник (е-mail:[email protected])
C.Н. ОЛЬШЕВСКИЙ, кандидат технических наук, директор (e-mail: [email protected])
Сибирский физико-технический институт аграрных проблем, пос. Краснообск, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация
Резюме. Показана роль информационных технологий как межотраслевого направления науки. На основе закона о круговороте вещества в природе и диалектической взаимосвязи объектов сельскохозяйственного производства: земли, растений, животных, машин, окружающей среды и социума сформулирована гипотеза о возможности единого их информационного описания. Взаимосвязь этих ресурсов и её оптимальность (рациональность) можно обеспечить на основе использования информационных технологий, что во многом определяет эффективность аграрного производства. Эти положения объединяет парадигма информационного обеспечения технологических процессов сельскохозяйственного производства, которая включает совокупность объективной информации (приборы, измерительно-вычислительные комплексы, информационно-измерительные системы, базы данных и знаний) и субъективной информации, используемой при создании приборов, информационных систем, экспертных систем и систем искусственного интеллекта. Представлены разработанные авторами информационные модели машинотракторного агрегата и агрофитоценоза. Модели созданы на базе системообразующего блока с шестью информационными потоками, которые обладают системным единством. Целенаправленность, однозначность и динамичность предложенных моделей доказана путем создания ряда баз данных по объектам живой и неживой природы совместно с научными учреждениями Сибирского региона. Приведены примеры информационных баз данных в растениеводстве (по сортам и защите растений), животноводстве, ветеринарии, механизации. Представлена информация об интернет-ориентированной поисковой базе данных инновационных разработок сибирских учёных. Эти результаты показывают горизонты потенциальных возможностей объединения научных коллективов на междисциплинарном уровне.
Ключевые слова: диалектическая общность, информационное обеспечение, парадигма информационного обеспечения, информационные модели, потоки информации, базы данных.
Дляцитирования:АльтВ.В., Ольшевский С.Н. Информационные технологии в инновационном развитии АПК//Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №4. С. 67-69.
На сегодняшний день сложилось довольно четкое понимание предметной и системообразующей отрасли знаний и их роли в формировании валового внутреннего продукта. Предметные науки определяют перспективы конкретных отраслей и служат основными генераторами их развития и качественного роста. Информационные технологии - это в определённом понимании системные знания межотраслевого характера, направленные на создание добавочной стоимости, как на отраслевом, так и на межотраслевом уровнях.
Не следует отожествлять информационную технологию с технологией (-ями) информатики. Технология информатики лишь часть информационной технологии [1], так как последняя - это отрасль знаний, а первая - совокупность приемов (в том
числе компьютерные программы) и средств (приборы, информационно-измерительные системы, компьютеры и др.).
По аналогии мы разделяем подходы к агроинфор-матике и агроинформационным технологиям. Этим подчёркивается отраслевой характер агроинфор-матики в общей системе информатики, связанный с единством объектов рассмотрения в аграрной сфере. С учётом этого необходимо сформулировать общий подход к информационному обеспечению объектов агроинформатики в виде парадигмы.
Условия, материалы и методы. Решение задач систематизации знаний и данных с последующим выявлением закономерностей существования объектов живой и неживой природы характерно для большинства предметных отраслей, но только в сельскохозяйственной производственной системе они объединяются на диалектической общности объектов - земля, растения, животные, машины, окружающая среда и, конечно же, социум. Информационные технологии в аграрной сфере необходимо создавать не только с учётом диалектической общности объектов, но и с обязательным учётом перекрёстных взаимных связей и взаимовлияния этих объектов.
Определения информационной технологии как бы подспудно заранее предусматривает применение компьютера как средства реализации этих технологий и инструментария для обработки информации. Современный компьютер во всей совокупности программных и технических компонентов - это универсальный комплекс по решению математических, функциональных, информационных и натуральных (в виртуальном виде) моделей технологических процессов и объектов живой и неживой природы, позволяющий осуществлять имитационное моделирование. Вопросы компьютерного моделирования мы рассматриваем при решении задач инженерного моделирования, при создании баз данных и экспертных систем. Имитационные модели соединили в себе математические, функциональные и информационные модели в едином алгоритмическом и программном пространстве. Компьютерное моделирование стало единственным способом комплексного моделирования, соединившим всю совокупность возможных моделей, позволяющих создавать, проводить вычислительные эксперименты и мониторинг объектов природы [2].
В Сибирском федеральном округе достигнутый уровень компьютеризации позволяет ставить перед наукой задачи по созданию корпоративных сетей и информационных продуктов для функционирования корпоративной среды как информационного консультационного компьютерного пространства для сельхозтоваропроизводителей. Решение задач поиска инновационных предложений может осуществляться с использованием интернеторентированных банков и баз данных инновационных разработок и передового опыта (технологии, кадры для новых технологий и машин, сорта, породы, машины, приборы, компьютерные программы и др.). Разработка информационного сопровождения сельскохозяй-
ственного производства в целом не только не сужает задачи поиска оптимальных решений, а наоборот несравненно расширяет поиск многокритериального оптимума. Такой подход позволит минимизировать экологические издержки сельскохозяйственного производства и сократить на 20-30% затраты на единицу продукции [3].
Информационные методы и телекоммуникационные технологии, переход к широкомасштабному применению современных информационных систем в сферах науки, образования, производства и бизнеса обеспечивают принципиально новый уровень получения и обобщения знаний, их распространения и использования. Эти процессы можно характеризовать как смену парадигмы в профессиональном мировоззрении специалистов, связанную с нарастающими тенденциями интеграции информационного обеспечения научно-исследовательской, педагогической, производственной и коммерческой деятельности. Если в недалёком прошлом считалось, что информационные технологии охватывают только анализ табличного исходного материала, то сегодня стало возможным вести анализ и синтез лингвистического материала, изображений живой и неживой материи [3-7]. Это совершенно меняет место информатики как науки при проведении системных исследований в ходе решения как научных, так и чисто практических задач сельского хозяйства.
Гипотетическая возможность таких решений заложена самой общностью объектов исследований в сельскохозяйственной науке и объектов использования в аграрном производстве.
Мы предложили парадигму информационного обеспечения технологических процессов сельскохозяйственного производства как совокупность взглядов на решение какой-либо задачи на современном этапе развития. Парадигма охватывает всё многообразие информации (измерительная, эвристическая, в виде наблюдаемых переменных и знаний экспертов), характеризующей объект, а также предусматривает включение экспертных систем и систем искусственного интеллекта в состав управляющего звена путём выработки заключения для систем принятия управленческих решений (СПУР). Такой автоматизированный метод управления позволяет перейти к управлению технологическими процессами (в почве, растениях, животных, машинах, социально-экономических отношениях и др.) не по отклонению какого-то из параметров или группы параметров от принятой нормы, а в соответствии с функцией назначения объекта управления. Одновременно к объекту управления будут применены ограничения, накладываемые экологической обстановкой, сезонным характером работ, взаимным влиянием составляющих объекта, характером воздействия внешних факторов [5, 6].
Синтез информационных систем во многом определяется моделями объектов. Исходя из необходимости создания информационных систем (базы данных и знаний, экспертные системы и системы искусственного интеллекта) необходимо создание соответствующих моделей в предметных областях знаний, сочетающих информационные и морфологические модели.
В ФГБНУ СибФТИ разработан ряд информационных моделей [5, 8], которые использовали при создании экспертных систем диагностики состояния посевов пшеницы и технического состояния трак-
торного двигателя, автоматизированной системы определения болезней, вредителей и сорняков злаковых колосовых Сибири, а также при создании баз данных сельскохозяйственного назначения.
Эмпирическая гипотеза о возможности единого информационного описания подтверждена в нашем институте при создании более чем 20 баз данных сельскохозяйственного назначения [9].
Такой подход к синтезу информационных систем во многом определил возможность использования единых инструментальных программных оболочек для создания экспертных систем сельскохозяйственных объектов и баз данных для агропромышленного комплекса.
Результаты и обсуждение. В СибФТИ создана гамма информационных продуктов, ориентированных на решение задач, как для научно-образовательных учреждений, так и для сельхозтоваропроизводителей. Их уникальность состоит в применении многоуровневых моделей представления знаний с системой главного и подчиненного меню; наличии взаимодействия с автоматизированными системами различных уровней и функционального назначения; возможности пополнения, совершенствования и обновления составных частей информационного фонда; возможности реализации отдельных блоков в виде автономных модулей. Предусмотрена возможность быстрого поиска информации (режим одного «клика»).
Для сопровождения производства продукции растениеводства совместно с учреждениями СибНИ-ИРС, СибНИИЗиХ, Красноярским НИИСХ, СибНИИЖ, СибИМЭ разработаны программы: «Автоматизированное рабочее место агронома-землеустроителя», «Автоматизированное рабочее место агронома-технолога», база данных «Ресурсосберегающие технологии производства зерна», предусматривающие разработку адаптивно-ландшафтной системы земледелия для конкретного хозяйства с использованием ГИС-технологий, формирование и экономику севооборотов, формирование кормовой базы, учет оборота стада КРС, выбор технологий и подбор техники по технологическим операциям в растениеводстве с учетом срока выполнения работ, расхода ГСМ и экономических затрат. Для автоматизированного выбора наиболее эффективных сортов пшеницы (50 сортов) и ячменя (25 сортов) по 62 признакам (урожайность, устойчивость к стрессовым факторам, качество зерна, почвенные особенности возделывания, зоны районирования и др.) предложены базы данных «Сорта пшеницы» и «Сорта ячменя».
Разработан комплект поисковых систем баз данных по уходу за посевами: «Сорняки в посевах зерновых культур», «Вредители посевов зерновых культур», «Болезни зерновых культур», «Гербициды. Зерновые культуры» для автоматизированной диагностики и экологического мониторинга наиболее распространенных и вредоносных сорных растений, вредителей, болезней зерновых культур в Сибирском регионе и выбора с учетом конкретной ситуации мер защиты посевов, а также созданы базы данных по картофелю (сорта, болезни и вредители).
Для инженерных работ, технического сервиса совместно с СибИМЭ и НГАУ разработан «Программный комплекс инженера-механика» с экспертными системами по техническому обслуживанию, диагностированию и испытанию дизельных двигателей
внутреннего сгорания, поисковые базы данных «Тракторы сельскохозяйственного назначения», «Зерноуборочные комбайны», «Сельскохозяйственная техника для производства зерна» для рационального подбора и использования импортной и отечественной сельскохозяйственной техники нового поколения для производства зерна.
Для реализации ветеринарных мероприятий в животноводстве совместно с ИЭВСиДВ разработаны экспертные системы «Биохимия возбудителей инфекционных болезней молодняка сельскохозяйственных животных, «Диагностика болезней КРС», «Гельминто-зы жвачных животных», автоматизированная система «Лейкоз», база данных «Особо опасные болезни животных», предназначенные для оперативной идентификации возбудителей инфекционных болезней молодняка сельскохозяйственных животных, мониторинга эпизоотической ситуации, диагностики, профилактики болезней сельскохозяйственных животных.
Для эффективного освоения научной продукции в практике хозяйствования необходимо предоставить сельхозтоваропроизводителю непосредственный доступ к результатам научно-технической деятельности и помочь ему выбрать лучшее технологическое решение (сорт, порода скота, агротехника и др.). В СибФТИ совместно с ФГБУ СО АН разработана база данных научно-технической продукции институтов сельскохозяйственного профиля Сибирского региона, которая представлена в открытом доступе на сайте www.catalog.sorashn.ru в сети Интернет. Основное
ее назначение - классификация и систематизация научно-технической продукции; поддержка принятия решений по подбору и использованию научных разработок в сельскохозяйственном производстве. На сегодняшний день в базе данных представлено 1110 разработок 30 институтов Сибирского отделения Россельхозакадемии с 2003 по 2013 гг. Она имеет вид многоуровневого тематического каталога. Все разработки сгруппированы в 8 основных разделах и 42 подразделах. Для каждого из разделов определена своя собственная структура данных.
Кроме того, в институте проводятся исследования по оценке устойчивости сортов зерновых культур к комплексу стрессоров, созданы системы управляемого климата БИОТРОН и ФОТОТРОН, индикаторы определения влажности пантов марала ПАНТОТЕСТ, индикаторы определения усилия отрыва и раздавливания ягод ПЛОДТЕСТ-1 и ДИНА-3, агрорегуляторы серии ТУМАН для автоматизации полива, освещения, вентиляции, обогрева.
Выводы. Сформулирована парадигма информационного обеспечения технологических процессов сельскохозяйственного производства, на основе которой созданы базы данных сельскохозяйственных объектов живой и не живой природы. Перечисленные разработки широко используют в научно-исследовательских учреждениях, аграрных вузах и сельхозпредприятиях Сибирского федерального округа, Республики Саха (Якутия), Тюменской области и Ханты-Мансийского автономного округа.
Литература.
1. Губарев В.В. Концептуальные основы информатики: учеб. пособие/Сущностные основы информатики//Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. Ч.1. С. 149.
2. Ксеневич И.П., ОрсикЛ.С., Шевцов В.Г. Концепция непрерывной информационной поддержки жизненного цикла (CALS-технологии) сельскохозяйственных мобильных энергетических средств. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2004. С. 144.
3 Ксеневич И.П. Экологическая безопасность сельскохозяйственной техники в полном жизненном цикле / Приводная техника. 2000. № 2. С. 14-45.
4. Ракович А.Г. Информационные процессы и технологии в проектировании средств технологического оснащения: Науч.-техн. сб. АН Белорусси / под ред. Танаева В.С. и др. Минск: Институт техн. кибернетики, 1995. С. 18-42.
5. Альт В.В. Контроль и управление параметрами тракторных двигателей в эксплуатационных условиях: автореф. дис. д-ра техн. наук. Новосибирск, 1995. 27 с.
6. Информационная база «Сорняки в посевах зерновых» / В.Ю. Березина, Т.А. Гурова, Л.А. Колпакова, И.Г. Гребенникова и др. // Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: Материалы регион. науч. - практ. конф. «АГРОИНФО - 2000» Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 2000. Ч1. С. 171-175.
7. Денисюк С.Г. Особенности построения баз данных по плодово - ягодным культурам// Методы и технические средства исследований физических процессов в сельском хозяйстве: сб. науч. тр. Новосибирск, 2001. С.130-135.
8. Альт В.В. Информационное обеспечение и компьютеризация селекционного процесса // Задачи селекции и пути их решения в Сибири: Докл. и сообщ. генет. селекц. школы. Новосибирск: РАСХН. Сиб. отд-ние, 2000. С. 24-28.
9. Программные продукты ФГБНУ СибФТИ//Информационные ресурсы: сайт. СибФТИ. URL: http://www.sorashn.ru/index. php?id=2723 (дата обращения: 03.03.2016).
INFORMATION TECHNOLOGIES IN INNOVATION DEVELOPMENT OF AGROINDUSTRIAL COMPLEX
V.V. Alt, S.N.Olshevskyi
Siberian Physical and Technical Institution of Agrarian Problems, pos. Krasnoobsk, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation Summary. The role of information technologies as intersectoral direction of science is shown. On base of law of cycle of matter in nature and dialectical correlation of farm production objects: land, plants, animals, machines, environment and society the hypotheses about possibility of its united informational description is formulated. The interconnection of these resources and its optimality (rationality) can be ensure on base of application of information technologies, that in many respects defines the efficiency of agrarian production. These regulations are united by the paradigm of information support of technological processes in agriculture production. It includes the complex of objective information (devices, measuring and computing complexes, information-measuring systems, databases and knowledge) and subjective information used at creation of devises, information systems, expert systems and intelligence system. The information models of machine and tractors aggregate and agrophytocoenosis, created by the authors, are presented. The models are created on the base of backbone block with six information flows that have system union. The purposefulness, unambiguity and dynamism of the proposed models are proved by the creation of some databases on objects of animate and inanimate nature in collaboration with research institutions of Siberian region. The examples of information databases in crop production (on varieties and plant protection), animal husbandry, veterinary science, mechanization are given. The information about internet-oriented searching database of innovation products of Siberian researchers is presented. These results show prospects of union research teams at interdisciplinary level. Keywords: dialectical generality, information support, paradigm of information support, information models, data flows, databases. Author Details: V.V. Alt, corresponding member of the RAS, D. Sc. (Tech.), chief research fellow (e-mail: [email protected]); S.N. Olshevskyi, Cand. Sc. (Tech.), director (e-mail: [email protected])
For citation: Alt V.V., Olshevskyi S.N. Information Technologies in Innovation Development of Agroindustrial Complex. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 4. Pp. 67-69 (In Russ.).
