Рогачев Дмитрий Алексеевич, кандидат техн. наук, ведущий научный сотрудник отдела природоохранных и информационных технологий,
ул. Большая Академическая, д. 44, корпус 2, г. Москва, 127434,
Rogachev.soft@gmail.com
Dmitry A. Rogachev, PhD in Engineering, leading researcher, the Department of Environmental Protection and Information Technologies,
Bolshaya Akademicheskaya str., 44, building 2, Moscow, 127434,
Rogachev.soft@gmail.com
Цель исследования – усовершенствовать управление системным водопользованием для повышения эффективности управляющих воздействий в условиях ограничения природных ресурсов и финансирования эксплуатационных мероприятий. Материалом исследований служили публикации, фондовые материалы; сведения о работе межхозяйственных оросительных систем, технологиях назначения и критериях оценки эффективности управленческих решений; правила распределения воды и другие материалы, необходимые для достижения цели исследования. В ходе работы для оптимизации технологических процессов водопользования применены методы математического моделирования и прогнозирования, основанные на вероятностных подходах, а также методы математического и генетического программирования, нейросетевого моделирования, машинного обучения и обработки большого объема данных. Разработана интеллектуальная информационно-советующая компьютерная система поддержки принятия решений по управлению системным водопользованием, сочетающая многокритериальное оптимизационное моделирование с методами искусственного интеллекта и современными геоинформационными технологиями. Она объединяет несколько ключевых подсистем: Управление водораспределением, Техническая эксплуатация, ГИС-интеграция, Прогнозирование, Цифровой двойник управления водохозяйственной организации, Администрирование. Автоматизированное планирование распределения воды в условиях её дефицита осуществляли на основе экономико-математического моделирования. В процессе использовали многокритериальную функцию и генетический алгоритм оптимизации, что позволяло достичь максимальной эффективности. Для оптимизации процедур планирования мероприятий по технической эксплуатации применяли дискретную математическую модель, представляющую собой частный случай общей транспортной задачи математической оптимизации. Результаты апробирования АСУ на материалах службы эксплуатации мелиоративного водохозяйственного комплекса показали значительное повышение эффективности использования воды и надёжности сооружений оросительных систем. Это стало возможным благодаря развитию информационной и технологической поддержки управленческих решений водохозяйственных организаций. Так, эффективность планирования водораспределения в сложных метеорологических условиях, когда наблюдается дефицит воды, повышается на 10 % по сравнению с традиционным методом, который подразумевает сокращение подачи воды в зависимости от уровня водообеспеченности оросительной системы. Реализация многокритериального экономико-математического моделирования и искусственного интеллекта при выборе первоочередных объектов ремонтно-восстановительных работ снизила возможный ущерб на 10–15 % в сравнении с однокритериальными решениями, которые основываются на максимизации площади орошаемых земель, доходности водохозяйственной организации или сокращении потерь поливной воды.
Тhe purpose of the study is to improve the management of systemic water use, ensuring an increase in the effectiveness of control actions, which is especially critical in conditions of limited natural resources and financing of operational measures. The research materials were publications, stock materials; information on the operation of inter-farm irrigation systems, technologies for their purpose and criteria for evaluating the effectiveness of management decisions; rules for water distribution and other materials necessary to achieve the purpose of the study. In the course of the research, mathematical modeling and forecasting methods based on probabilistic approaches, as well as methods of mathematical and genetic programming, neural network modeling, machine learning and big data processing were used to optimize technological processes of water use. An intelligent information and advisory computer decision support system for managing systemic water use has been developed, combining multi-criteria optimization modeling with artificial intelligence methods and modern geoinformation technologies. It combines several key subsystems: Water distribution management, Technical operation, GIS integration, Forecasting, Digital twin of water management organization, Administration. Automated planning of water distribution in conditions of water scarcity is carried out on the basis of economic and mathematical modeling. The process uses a multi-criteria function and a genetic optimization algorithm, which allows for maximum efficiency. A discrete mathematical model is used to optimize the planning procedures for technical operation, which is a special case of the general transport task of mathematical optimization. The results of testing automated control systems on the materials of the meliorative water management complex operation service showed a significant increase in water use efficiency and reliability of irrigation system structures. This became possible due to the development of information and technological support for management decisions of water management organizations. Thus, the efficiency of water distribution planning in difficult meteorological conditions, when there is a shortage of water, increases by 10 % compared to the traditional method, which involves reducing water supply depending on the level of water availability of the irrigation system. The implementation of multi-criteria economic and mathematical modeling and artificial intelligence in the selection of priority repair and restoration facilities reduced possible damage by 10–15 % compared to singlecriteria solutions that are based on maximizing the area of irrigated land, profitability of a water management organization or reducing irrigation water losses.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.