Система поддержки принятия решений на основе геоинформационного моделирования гидрогеологических объектов природно-техногенного характера

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире одними из актуальных проблем являются моделирование сезонных изменений мелиоративных и экологических состояний гидрогеологических объектов природно-техногенного характера и создание высокоэффективных систем управления на основе достижений геоинформационных технологий. «Каждый год в природно-техногенных объектах наблюдается нехватка воды на 6-7 млн. гектарах земли, вместе с тем на нашей планете на основе геоинформационных технологий достигнуто улучшение мелиоративного состояния 1,5 млд. гектара земель до уровня 75-78% с учетом их географического расположения и экологических особенностей»3.
В Республике Узбекистан осуществляются широкомасштабные научно-исследовательские работы по совершенствованию системы поддержки принятия управляющих решений по улучшению мелиоративного состояния и повышения производительности интенсивно используемых земель природнотехногенного характера. В этом отношении проведен ряд научно-исследовательских работ, в том числе по улучшению мелиоративного состояния земель, используемых в разных областях сельского хозяйства, по моделированию процессов восстановления плодородия земель и управлению мелиоративными системами, а также по их эффективному использованию.
В мире важное значение приобретают вопросы разработки математических моделей гидрогеологических объектов природнотехногенного характера на основе геоинформационных технологий и формирования баз геоданных изменений сезонных и экологических состояний техногенных территорий. В связи с этим осуществление целенаправленных научных исследований по направлениям, включающим разработку моделей принятия разнохарактерных решений в условиях нечеткой информации, разработку схемы расположения коллекторнодренажных систем с учетом почвенно-мелиоративных свойств и глубины залегания уровней грунтовых вод, разработку алгоритмов и программных средств моделирования исследований взаимосвязей разнохарактерных решений (предупредительные, локализационные, восстановительные) на основе принципов теории нечеткой логики, разработку геоинформационных моделей границ на основе растрового изображения, считается одной из важных задач. Проведение научных исследований по вышеприведенным научно-исследовательским направлениям подтверждает актуальность темы данной диссертации.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1989 от 27 июня 2013 года «О мерах по дальнейшему развитию национальной информационно-коммуникационной системы», постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан №82 от 19 марта 2013 года «Порядок водопользования и водопотребления в Республике Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследований является разработка геоинформационно-аналитической системы поддержки принятия решений для гидрогеологических объектов природно-техногенного характера в условиях разнородной информации.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
разработана информационно-аналитическая компьютеризированная система, предназначенная для сбора, хранения, обработки и моделирования данных на основе геоинформационных технологий и интеллектуализации принятия решений для гидрогеологических объектов природно-техногенного характера;
разработаны модели принятия управленческих решений, основанные на оценках и обобщении состояний гидрогеологических объектов природнотехногенного характера с учетом принципов теории нечетких множеств;
разработаны алгоритмы и программные средства получения информации от изображений гидрогеологических объектов природно-техногенного характера и параллельной обработки изображений;
разработаны алгоритмы и программные средства для компьютеризированной системы поддержки принятия решений, основанные на создании электронных карт взаимосвязи между тематическими слоями геоинформационной модели гидрогеологических объектов природнотехногенного характера;
разработаны модели, алгоритмы и программные средства для оценки взаимосвязи решений восстановительного, локализационного или предупредительного характера, определяемых по ситуациям гидрогеологических объектов природно-техногенного характера в условиях нечеткой информации;
разработаны алгоритмы оперативной параллельной обработки изображений гидрогеологических объектов природно-техногенного характера, а также алгоритмы формирования геоинформационной модели территорий на основе растровых изображений и оценки ситуаций;
разработаны алгоритмы и комплекс программ принятия управленческих решений и созданы карты корреляционных взаимосвязей между тематическими слоями на основе геоинформационной модели.
Заключение
Результаты исследований по докторской диссертации на тему «Система поддержки принятия решений на основе геоинформационного моделирования гидрогеологических объектов природно-техногенного характера» сводятся к следующим выводом:
1. Разработаны концепция геоинформационно-аналитической комплексной системы обработки данных (числового, качественного, лингвистического, растрового, территориального характера и т.д.), алгоритмы и лингвистическое представление полученных решений. Структура компьютеризированной системы включает геоинформационную, нечетко-информационную и экспертно-аналитическую составляющие, разработаны алгоритмы и программные средства информационного обмена между составляющими компьютеризированной системы.
2. Предлагаются методы, алгоритмы и программный комплекс для формализации и агрегирования опыта, знаний и интуиций экспертов гидрогеологов на нечетко-множественной основе с применением метода Саати.
3. Разработаны и обоснованы модели принятия решений, основанные на обобщении решений по состояниям (мелиоративное, водоохранное и экологическое) гидрогеологических объектов природно-техногенного характера и позволяющие принимать разнохарактерные решения: предупредительного, восстановительного и локализационного характера.
4. Разработаны алгоритмы нечеткой оценки взаимосвязи принимаемых решений на основе ситуационного анализа результатов геоинформационного моделировании. Предлагается модель принятия общего решения, состоящая из решений, имеющих характер усиления, уменьшения и неизменения.
5. Предложены алгоритмы и программные средства извлечения информации из изображений гидрогеологических объектов, распараллеливания цифровой обработки изображений гидрогеологических объектов.
6. Предложены принципы построения геоинформационной модели гидрогеологических объектов природно-технического характера на базе данных растрового характера.
7. Предложены алгоритм и программный код формирования корреляционных полей взаимосвязи между двумя или тремя тематическими слоями геоинформационной модели гидрогеологических объектов природнотехногенного характера на основе метода «Скользящее окно».
8. Разработанная компьютеризированная информационноаналитическая система применена для проведения мониторинговых исследований территории Северной зоны Республики Каракалпакстан.
9. На основе геоинформационной модели проведены вычислительные эксперименты по оценке влияния изменений уровней грунтовых вод и их минерализаций на другие объекты территории Северной зоны Республики Каракалпакстан.
10. Пространственно-временной анализ результатов геоинформационного моделирования осуществлялся с помощью пакета Spatial Analyst среды Arg GIS.
11. Полученные результаты показывают уменьшение глубин уровней грунтовых вод и повышение их минерализации в северном направлении на период с 2010 по 2015 гг. Проведена цифровая обработка космических снимков по территории СЗРК на два периода времени (2000 и 2015 гг.) с помощью программного пакета ERDAS IMAGINE. Полученные результаты в целом идентичны результатам, полученным на основе геоинформационной модели территории.