Методология и программно-математический инструментарий информационного обеспечения точного земледелия

• Автор: Буре, Владимир Мансурович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 317 с. : ил.

1.1. Точное земледелие новый этап в развитии производства растениеводческой продукции

1.1.1. Предыстория.

1.1.2. Концепция и подсистемы

1.1.3. Специфика реализации агротехнологических приемов в поле.

1.2. Проблемы внедрения систем точного земледелия в производство

1.3. Инструментальные средства информационного обеспечения точного земледелия и перспективы их развития.

1.4. Цели и задачи исследований

Глава 2. Вероятностатистическое моделирование в задачах оптимизации агротехнологических решений и оценки пространственной неоднородности сельскохозяйственных угодий по урожайности.
2.1. Математическая постановка и решение оптимизационной задачи выбора сроков проведения агротехнологических операций

2.1.1. Методические основы.

2.1.2. Алгоритм оценки оптимального момента времени проведения технологических операций с известной функцией распределения
2.1.3. Минимаксный подход в решении оптимизационной задачи.
2.1.4. Выбор оптимального решения в случаях представления функции распределения в виде конечной смеси
2.1.5. Статистическая оценка функции распределения по имеющимся
натурным данным за предыдущие годы.
2.2. Оценка пространственной изменчивости и выделение однородных зон на сельскохозяйственном поле по урожайности
2.2.1. Методические основы.
2.2.2. Оценка биоэквивалентности двух участков на сельскохозяйственном поле.
2.2.3. Выделение однородных зон на сельскохозяйственном поле по урожайности отдельных участков.
2.3. Информационное обеспечение прецизионного внесения удобрений на основе электронных карт урожайности.
2.3.1. Технологические основы
2.3.2. Решение задачи
Глава 3. Адаптивные методы прогнозирования и методология применения бинарной регрессии в анализе продуктивности сельскохозяйственных культур.
3.1. Адаптивное прогнозирование.
3.1.1. Схема построения адаптивных моделей прогнозирования.
3.1.2. Экспоненциальное сглаживание. Метод Брауна
3.1.3. Методы прогнозирования, использующие модификацию метода Брауна
л
3.1.4. Примеры программной реализации адаптивного прогнозирования
временных рядов.
3.2. Бинарная регрессия. Логит и пробит анализы.
3.2.1. Логит и пробит модели
3.2.2. Оценивание моделей.
3.2.3 Программная реализация логит и пробит анализов
3.2.4. Схема применения логит и пробит анализов в точном земледелии 8 Глава 4. Экспериментальные исследования и статистические методы обработки и анализа натурных данных в точном земледелии
4.1. Методические основы организации экспериментальных исследований
по изучению и управлению агроэкосистемами.
4.1.1 Прецизионные эксперименты и современные методы точного земледелия в информационном обеспечении агротехнологий
4.2. Методология статистической обработки и анализа экспериментальных данных.
4.3. Классификация рекомендуемых к применению параметрических и непараметрических процедур в системном анализе экспериментальных данных
Глава 5. Алгоритмические и программные реализации нпараметрических методов
5.1. Непараметрические процедуры проверки статистических гипотез алгоритмы
5.1.1. Схема испытаний Бернулли.
5.1.2. Критерий знаков для одной выборки
5.1.3. Анализ парных повторных наблюдений. Непараметрический критерий знаков
5.1.4. Анализ парных повторных наблюдений. Непараметрический критерий Уилкоксона
5.1.5. Непараметрический критерий Уилкоксона
5.1.6. Непараметрический критерий МаннаУитни.
5.1.7. Однофакторный дисперсионный анализ.
5.1.8. Двухфакторные таблицы дисперсионного анализа.
5.1.9. Непараметрический критерий однородности двух выборок КолмогороваСмирнова.
5.1 Непараметрический критерий независимости Хефдинга.
5.1 Непараметрический критерий двумерной симметрии Холлендер .
5.1 Непараметрический критерий новое лучше старого ХоллендерПрошан
5.1 Непараметрический критерий независимости Кендэла
5.1 Оценка коэффициента Кендэла т. Доверительный интервал для коэффициента г.
5.1 Задача о регрессии и угле наклона.
5.1 Непараметрический критерий для углового коэффициента Тейла .
5.1 Непараметрическая оценка Тейла для углового коэффициента линии
регрессии
5.2. Программный комплекс анализа экспериментальных данных с помощью непараметрических критериев.
5.2.1. Интерфейс реализации программного комплекса
5.2.2. Описание непараметрических инструментов обработки и анализа данных.
Глава 6. Процедуры построения и верификации регрессионных зависимостей
6.1. Квантильная регрессия
6.1.1. Постановка задачи квантильной регрессии
6.1.2. Алгоритм построения оценок.
6.1.3. Программная реализация и графическое представление результатов.
6.1.4. Численные эксперименты.
6.2. Множественная регрессия
6.2.1. Спецификация модели множественной регрессии
6.2.2. Множественная линейная регрессия. Оценка параметров
6.2.3. Статистические свойства оценок. Проверка статистической значимости в множественной линейной регрессии. Надежность выводов. .
6.2.4. Доверительные интервалы для оценок параметров. Доверительные интервалы прогноза в множественной линейной регрессии
6.2.5. Использование множественной регрессии при изучении нелинейных зависимостей.
6.2.6. Практическое построение регрессионных зависимостей средствами
6.3. Критерий неоднородности экспоненциально распределенных наблюдений
Заключение
Литература


На этапе реализации технологической операции чипкарта вводится в бортовой компьютер, смонтированный на движителе тракторе. Движитель оснащен навигационным оборудованием и соответствующим агрегатом, который способен автоматически менять по команде уровень технологического воздействия на заданном участке поля в ходе движения. С помощью специализированного программного обеспечения бортовым компьютером постоянно производится оперативное определение места нахождения агрегата, а по информации, записанной на чипкарте, определяется уровень технологического воздействия на этом участке поля с последующей выработкой управляющей команды и обеспечивается синхронный контроль ее выполнения. Отметим, что в точном земледелии режим i применяется обычно для технологических операций, которые планируются заранее нормы высева при севе, дозы удобрений и извести. Однако этот режим может быть использован и в оперативных мероприятиях по уходу за посевами. Например, с помощью мобильного радиоуправляемого самолета, смонтированных на нем приемника и видеокамеры можно получить информацию о распределении сорняков в пределах заданного поля. Подобная информация уже позволит оперативно построить электронную карту распределения сорняков по полю, определить дифференцированные дозы тех или иных гербицидов для их подавления, а затем реализовать их внесение в режиме i. Вместе с тем, для реализации оперативных решений в точном земледелии, уже нашел практическое применение специальный режим режим i. Для его реализации в бортовой компьютер вводится карта агротребований для заданной операции. Карта агротребований для заданной операции это таблица, которая устанавливает взаимосвязь между сигналом, полученным от датчика, установленного на технике, например, на комбайне или тракторе, и нормой технологического воздействия на иоле. На рис. Реализация операции в рассматриваемом режиме обязательно предполагает наличие датчика датчиков определения состояния среды обитания посева и принципиальной возможности по измеренному сигналу принять решение. Формирование карты агротребований может осуществляться двумя способами. Рис. Сформированная таким образом информация на стационарном компьютере записывается на технический носитель и является картой агротребований по заданной технологической операции с заранее определенным набором датчиков, который должен быть смонтирован на движителе. На практике в настоящее время используется и другой способ, предполагающий непосредственный ввод в бортовой компьютер информации, которую должна содержать карта агротребований. Режим непосредственного ввода управленческой информации в бортовой компьютер удобен также при корректировке норм воздействия в полевых условиях. На этапе выполнения технологической операции в режиме i с помощью специального программного обеспечения бортовым компьютером синхронно осуществляется оперативное управление датчиками по определению состояния среды обитания, выработка на основе карты агротребований и полученных в ходе движения измерительных сигналов управленческого решения и контроль за его реализацией. Важно отметить, что для реализации технологических операций в режиме i принципиально не требуется навигационного оборудования. Наличие же приемников совершенно необходимо для рассмотренного выше режима i. Вместе с тем наличие навигационного оборудования в режиме i позволяет формировать электронные карты, характеризующие уровни осуществленного технологического воздействия на тех или иных участках внутри поля. Подобная информация может оказаться полезной при анализе результатов и выработке новых решений по заданному полю. Проблемы внедрения систем точного земледелия в производство. В развитии и расширении сельскохозяйственного производства растениеводческой продукции переход к дифференцированным адресным технологиям точного земледелия, безусловно, сейчас является самым перспективным направлением. В основе ТЗ, если говорить о реализации в полном объеме, лежит управление продуктивностью посевов, учитывающего вариабельность сферы обитания растений.