сотрудник
Оренбург, Оренбургская область, Россия
сотрудник
Оренбург, Оренбургская область, Россия
сотрудник
Оренбург, Оренбургская область, Россия
ГРНТИ 73.37 Воздушный транспорт
Разработан алгоритм целевого выбора воздушного судна. Теоретические исследования выполнены с применением методов системного анализа, теории моделирования, математических методов, методов объектно-ориентированного программирования. Разработанный алгоритм использован применительно к выбору сельскохозяйственного воздушного судна для распределения химических веществ в зависимости от размеров сельскохозяйственных участков и ландшафта.
алгоритм, целевой выбор, воздушное судно, минимизация затрат
Введение
Кризис экономики в современном мире привёл к нехватке объемов сельскохозяйственного производства. В итоге уменьшилась степень продовольственной, а как следствие, и экономической безопасности страны. Более качественное производство возможно при применении прогрессивных технологий, которые подразумевают применение высокопроизводительной техники, соблюдающих все агротехнические требования при производстве основных операционных технологий. В настоящее время интенсивно используется обработка сельскохозяйственных участков с помощью авиационной техники [1]. Целью обработки является борьба с вредителями сельскохозяйственных культур или подкормка различными видами удобрений, а также авиаразведка очагов пожаров и возгораний. Основными преимуществами использования авиационной техники перед наземными средствами обработки [3] являются скорость проведения операций, возможность работы на труднодоступных участках, а также отсутствие механического повреждения растительного покрова обрабатываемого участка. С учетом высокой стоимости применения авиационной техники важным является выбор типа воздушного судна для обработки полей различных геометрических размеров и конфигураций по критерию минимальных затрат на его использование [6; 8].
Методы исследования
Задача заключается в том, чтобы определить наиболее эффективный тип воздушного судна. Необходимо учесть, что на выбор рациональных вариантов оказывает влияние большое количество факторов, значит, следует определить их оптимальное количество, обеспечивающее выполнение объемов авиационных работ в установленные сроки, а также определить для каждого типа воздушного судна наиболее рациональное распределение по работам. Учитывая ландшафт [2], рассмотрим индивидуально взятое фермерское хозяйство, которое имеет участков, подлежащих обработке химическими веществами. Каждый из этих участков имеет длину
(м) и ширину
(м), где
принимает значения от 1 до
. Если i-й участок имеет форму трапеции, то за протяжённость
принимается средняя длина по ширине участка. При этом площадь каждого участка
(м2).
Сведения по фермерским хозяйствам обеспечивают реализацию задач по запросу нужных данных о выполнении работ для пользователя и находятся под управлением специализированного программного средства - системы управления базами данных [4]. Применение баз данных в фермерских хозяйствах позволяет:
- легко наращивать функции системы, используя ядро данных;
- моделировать функции управления в технологии производства при авиационном внесении химических веществ;
- выполнять анализ различных факторов, влияющих на проведение сельскохозяйственных работ;
- повысить эффективность хранимых данных за счет универсальности, согласованности и неделимости, проверки достоверности поступающей информации;
- удалить в прикладных программах роль непосредственного регулирования данных на компьютерных носителях и расширить функции логики обработки информации;
- типизировать основной процесс работы с информацией (ввод и редактирование данных, поиск и извлечение данных, формирование отчетов);
- снизить трудозатраты персонала по ведению учета и уменьшить расход вычислительных ресурсов.
Для авиационной обработки участков существует вероятность эксплуатировать один из n типов воздушного судна, имеющих среднюю скорость (м/ч), ширину захвата, изменяемую в пределах от
до
(м), и время разворота
(ч). Известна стоимость одного часа лётного времени каждого воздушного судна
(руб./ч), j принимает значения от 1 до
. Требуется определить тип оптимального по критерию минимума затрат воздушного судна для обработки каждого участка и всего набора участков при условии, что все участки будут обрабатываться одним и тем же типом воздушного судна.
Расчёт осуществляется по следующему алгоритму.
Округляя до большего целого частное от деления на
, находят количество пролётов j-го воздушного судна над i-м обрабатываемым участком
.
Для исключения повторной обработки части участка изменяется ширина захвата j-го воздушного судна при обработке им i-го участка:
,
где - дробная часть частного от деления
на
.
Тогда
,
где - суммарный налёт j-го воздушного судна при обработке им i-го участка, м.
При этом количество часов, затраченное на обработку i-го участка j-м воздушным судном,
,
а стоимость обработки i-го участка j-м воздушным судном
(руб.).
То воздушное судно, для которого стоимость минимальна (обозначим её символом
), и будет являться наиболее выгодным в стоимостном отношении для обработки i-го участка.
В случае использования одного воздушного судна для обработки всего набора участков, имеющихся в хозяйстве, стоимость обработки j-м воздушным судном всего набора участков
.
Оптимальным для применения будет j-е воздушное судно, стоимость обработки которым всего набора участков имеет минимальное значение.
Стоимость обработки всего набора участков при обработке каждого из них оптимальным воздушным судном
.
Выбор варианта обработки всех участков воздушным судном одного типа или набором летательных аппаратов, каждый из которых оптимален для данного участка, делается в пользу минимальной из стоимостей и
.
Алгоритм расчёта стоимости обработки участка и выбора оптимального воздушного судна приведен на рис. 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Запись Увеличение содержимого |
|
да |
|
|
|
да |
|
|
|
да |
|
|
|
|
|
Запись |
|
Вывод содержимого матрицы на печать |
|
начало |
|
Увеличение содержимого
|
|
конец |
Рис. 1. Алгоритм расчёта стоимости обработки участков и выбора воздушного судна,
оптимального по критерию минимума затрат
Результаты исследования
В соответствии с изложенной методикой и алгоритмом расчёта затрат в качестве примера произведём выбор типа воздушного судна из перечня, представленного в табл. 1 [5; 7; 9; 10], по минимуму затрат на обработку всех участков и каждого участка в отдельности (параметры указаны в табл. 2).
Результаты расчётов стоимости обработки каждого из участков каждым из воздушных судов (табл. 1) приведены в табл. 3.
Наиболее выгодным для обработки 1-го участка является воздушное судно типа МИ-2 (S15=5430 руб.), а для обработки остальных участков - СУ38. Анализ затрат на обработку 1-го, 2-го, 3-го и 4-го полей каждым из воздушных судов легче всего осуществить, воспользовавшись диаграммами, представленными на рис. 2.
Таблица 1
Тактико-технические данные воздушных судов
|
j |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
ВС |
АН-2 |
СУ38 |
Т-115 |
Ка226 |
МИ-2 |
R44 |
|
v, км/ч |
150 |
140 |
145 |
50 |
40 |
45 |
|
s, р/ч |
38000 |
22500 |
30000 |
35000 |
24500 |
22000 |
|
tр, мин |
1,5 |
1,3 |
1,4 |
1,1 |
1,3 |
8 |
|
bmax, м |
31 |
20 |
17 |
39 |
40 |
25 |
Таблица 2
Параметры участков
|
i |
В, м |
Lср, м |
|
1 |
250 |
400 |
|
2 |
750 |
2000 |
|
3 |
2000 |
2500 |
|
4 |
2500 |
3600 |
Таблица 3
Стоимость обработки участков каждым из типов воздушных судов
|
j |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
- |
jmin |
|
|
Тип ВС |
АН-2 |
СУ38 |
Т-115 |
Ка-226 |
МИ-2 |
R44 |
- |
- |
|
|
i |
Si1, руб. |
Si2, руб. |
Si3, руб. |
Si4, руб. |
Si5, руб. |
Si6, руб. |
Sijmin, руб. |
- |
|
|
1 |
9462 |
7173 |
11741 |
6451 |
5430 |
31288 |
|
5 |
|
|
2 |
36416 |
30739 |
50120 |
40833 |
33360 |
117333 |
30739 |
2 |
|
|
3 |
102916 |
88928 |
143634 |
124366 |
103104 |
332444 |
88928 |
2 |
|
|
4 |
150822 |
133258 |
213834 |
205508 |
172357 |
469333 |
133258 |
2 |
|
|
Sj, руб. |
299617 |
260100 |
419331 |
377160 |
314253 |
950400 |
258357 |
- |
|
|
- |
- |
Sjmin ↑ |
- |
- |
- |
- |
SΣ ↑ |
- |
Рис. 2. Затраты на обработку каждого из участков попеременно каждым
из имеющихся воздушных судов
Рис. 3. Затраты на обработку всех участков попеременно
каждым из имеющихся воздушных судов
Анализ данных, приведенных на рис. 2 и 3, позволяет решить вопрос выбора воздушного судна для обработки сельскохозяйственных участков. Выбранные по минимуму затрат для каждого участка воздушные суда могут быть различного типа, но для всех участков целесообразно заказать одно воздушное судно. Необходимо учитывать, будут ли оправданы потери от такого упрощения. В нашем примере (табл. 3) минимум затрат при обработке полей оптимальным для каждого поля аппаратом SΣ составляет 258357 руб., а при обработке одним летательным аппаратом Sjmin=260100 руб. Экономически выгодно использовать одно воздушное судно, если затраты на перелёт к месту проведения работ и обратно не превысят 9743 руб.
Вывод
Разработанный алгоритм целевого выбора воздушного судна позволяет осуществить комплексный анализ как воздушных судов (характерные особенности, технические и лётные характеристики), из расчёта минимума затрат на обработку сельскохозяйственного участка, так и геометрии (размеры и конфигурация) подлежащих обработке участков.
Заключение
В статье показано, что алгоритм выбора воздушного судна зависит от индивидуально взятого фермерского хозяйства с набором участков со своим индивидуальным ландшафтом, размерами и конфигурацией на разном удалении друг от друга. Выбор воздушного судна является наиболее оптимальным для каждого конкретного набора участков и осуществляется по критерию минимальных затрат на проведение работ, эксплуатацию и обслуживание воздушного судна. В алгоритме выбора воздушного судна рассматриваются летательные аппараты, специально предназначенные для проведения сельскохозяйственных работ, и учитываются все летно-технические и технико-экономические показатели воздушных судов, что обеспечивает более рациональное их использование.
Предложенная методика и алгоритм выбора оптимального по минимуму затрат воздушного судна позволяют посредством разработанной на этой основе программы решить вопрос автоматизированного выбора оптимального воздушного судна для обработки имеющегося набора участков. Оптимальными по затратам для каждого участка могут быть воздушные суда различного типа, но целесообразно для всех участков заказать воздушное судно одного и того же типа. Расчет обоснования целесообразности авиационного внесения химических веществ показал более высокую эффективность производства, что отражается в стоимости обработки поля, которая ниже по сравнению с наземной за счет высокой рабочей скорости и производительности. Это позволяет в короткие сроки отслеживать количество вредителей, а во время снеготаяния выполнять обработку ранних культур, что наземной техникой осуществлять не целесообразно.
1. Авиационно-химические работы: реф. сб. науч. тр. ГосНИИ ГА. - М.: ГосНИИ ГА, 1974. - Вып. 6. - 210 с.
2. Арманд, Д.Л. Наука о ландшафтах / Д.Л. Арманд. - М.: Мысль, 1975. - 386 с.
3. Зонов, Б.Д. Машины для внесения минеральных удобрений и химических средств защиты растений: настройка и регулировка / Б.Д. Зонов. - М.: Агропромиздат, 1989. - 40 с.
4. Компьютеризация сельскохозяйственного производства / В.Т. Сергованцев, Е.А. Воронин, Т.И. Воловник, Н.Л. Катасонова. - М.: Колос, 2001. - 272 c.
5. Методика планирования авиационных работ в народном хозяйстве / Министерство гражданской авиации. - М.: Воздушный транспорт, 1989. - 75 c.
6. Припадчев, А.Д. Разработка метода выбора рационального сельскохозяйственного летательного аппарата для распределения химических веществ / А.Г. Магдин, А.Д. Припадчев // Сельский механизатор. - 2017. - № 2. - С. 12-13.
7. Указания по технологии авиационно-химических работ в сельском и лесном хозяйстве // Министерство гражданской авиации. - М.: Воздушный транспорт, 1982. - 120 с.
8. Усик, В.В. Моделирование эффективного использования летательных аппаратов в сельском хозяйстве (на примере Оренбургской области): автореф. дис. ... канд. экон. наук / В.В. Усик. - Ижевск, 2012. - 21 с.
9. Рекомендации по эффективному применению вертолетов КА-126 сельскохозяйственной модификации на авиационно-химических работах / Р.Т. Абдрашитов, Л.П. Карташов, А.П. Локтионов, Н.З. Султанов. -Оренбург: ОГАУ, 1997. - 48 с.
10. Руководство по авиационно-химическим работам гражданской авиации / Министерство гражданской авиации. - М.: Воздушный транспорт, 1984. - 63 с.
