Метод программирования урожаев сельскохозяйственных культур. Программирование урожая Материалы к биобиблиографии деятелей

Программирование – процесс создания программы. Программа – последовательность указаний (команд или описаний и операторов), задающая алгоритм вычислительной машине. Программа указывает, в каком порядке, над какими данными и какие операции должны быть выполнены и в какой форме должен быть выдан результат.

Программное обеспечение различается по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. В этом смысле программное обеспечение – сложная, достаточно уникальная программная система.

Общие принципы, которые следует использовать при разработке программного обеспечения:

· частотный принцип – основан на выделении в алгоритмах и в обрабатываемых структурах действий и данных по частоте использования. Для действий, которые часто встречаются при работе программного обеспечения, обеспечиваются условия их быстрого выполнения. К данным, к которым происходит частое обращение, обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать более короткими;

· принцип модульности. Под модулем в общем случае понимают функциональный элемент рассматриваемой системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами или элементами более высокого уровня данной или другой системы. Способы обособления составных частей программного обеспечения в отдельные модули могут быть различными. Чаще всего разделение происходит по функциональному признаку. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования программного обеспечения;

· принцип функциональной избирательности является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программного обеспечения, объем которого существенно превосходит имеющийся объем оперативной памяти. В программном обеспечении выделяется некоторая часть важных модулей, которые постоянно должны быть в состоянии готовности для эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть программного обеспечения называют ядром или монитором. При формировании состава монитора требуется удовлетворить двум противоречивым требованиям. В состав монитора, помимо чисто управляющих модулей, должны войти наиболее часто используемые модули. Программы, входящие в состав монитора, постоянно хранятся в оперативной памяти. Остальные части программного обеспечения постоянно хранятся во внешних запоминающих устройствах и загружаются в оперативную память только по вызову, перекрывая друг друга при необходимости;

· принцип генерируемости определяет такой способ исходного представления программного обеспечения, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя;

· принцип функциональной избыточности учитывает возможность проведения одной и той же работы (функции) различными средствами. Особенно важен учет этого принципа при разработке пользовательского интерфейса для выдачи данных из-за психологических различий в восприятии информации;

· принцип «умолчания» применяется для облегчения организации связей с системой как на стадии генерации, так и при работе с уже готовым программным обеспечением. Принцип основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих условия работы с программным обеспечением. Эту информацию программное обеспечение использует в качестве заданной, если пользователь забудет или сознательно не конкретизирует ее.

· принцип включения предусматривает, что требования к созданию, функционированию и развитию программного обеспечения определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;

· принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития программного обеспечения его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;

· принцип развития предусматривает в программном обеспечении возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;

· принцип комплексности заключается в том, что программное обеспечение обеспечивает связность обработки информации, как отдельных элементов, так и для всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;

· принцип информационного единства, т.е. во всех подсистемах, средствах обеспечения и компонентах программного обеспечения используются единые термины, символы, условные обо­значения и способы представления;

· принцип совместимости – язык, символы, коды и средства обеспечения программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех его подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;

· принцип инвариантности предопределяет, что подсистемы и компоненты программного обеспечения инвариантны к обрабатываемой информации, т.е. являются универсальными или типовыми.

Программирование включает в себя анализ требований к программе и все стадии ее разработки и реализации: выбор алгоритма, структуры данных и системы программирования; написание (кодирование) программы и подготовка данных; отладка и тестирование программы; разработка документации.

Академик ВАСХНИЛ И. С. Шатилов дал следующее определение этому направлению в агрономической науке.

Программирование урожаев - это разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и качественное выполнение которых обеспечивает получение предельно возможной урожайности сельскохозяйственных культур заданного качества. При этом ход формирования урожаев предопределяется программой, составленной заранее с учетом почвенно-климатических условий района и биологических особенностей растений. В установленной последовательности и в оптимальные сроки применяют агроприемы, необходимые для достижения на каждом этапе предусмотренных количественных и качественных показателей роста, развития растений и продуктивности агрофитоценозов. Программирование урожаев предусматривает также корректировку хода формирования фитоценоза по этапам органогенеза растений на основании оперативно получаемой информации.

Отсутствие ГОСТ послужило причиной возникновения и других определений и. самое главное, отождествления программирования, прогнозирования и планирования. Собственно программирование стали называть ресурсным.

Цели и задачи, стоящие перед программированием, позволяют дать такое определение. Программирование урожаев - это определение продуктивности земли по почвенно-климатическим ресурсам и разработка интенсивных технологий возделывания, обеспечивающих наиболее полное использование генетического потенциала сортов и гибридов сельскохозяйственных культур.

Следовательно, программирование урожаев предусматривает полную реализацию потенциальной продуктивности сорта при оптимизации основных факторов жизнедеятельности растений в регулируемом земледелии и рациональное использование ресурсов климата и почв при условии лимитирования продуктивности посевов каким-нибудь фактором.

Прогнозирование урожаев - это научно обоснованное предсказание продуктивности сельскохозяйственных культур на ряд лет или на перспективу. При использовании метода корреляционно-регрессионного анализа в прогнозировании урожаев пользуются линейной формой уравнения

где у - средний урожай, ц с 1 га;

а - свободный член уравнения;

b - коэффициент регрессии;

х - фактор времени.

Уравнение предусматривает ежегодный прирост урожайности в зависимости от различных почвенно-климатических факторов, доз удобрений, способов и глубины обработки почвы и т. д.

Многолетние экспериментальные исследования и обобщение результатов работ по фотосинтезу, минеральному питанию, водному режиму, продуктивности культурных растений, использованию посевами фотосинтетически активной радиации (ФАР) позволили академику ВАСХНИЛ И. С. Шатилову обосновать экологические, биологические и агротехнические условия программирования урожаев. Им предложено десять принципов программирования.

Первые пять принципов предназначены для определения величины возможного урожая на основе следующих факторов:

1) прихода ФАР и использования ее посевами;

2) биоклиматических показателей;

3) влагообеспеченности посевов;

4) фотосинтетического потенциала посевов;

5) потенциальных способностей культуры, агрофитоценоза и набора культур в пожнивных и поукосных посевах.

Остальные принципы составляют технологическую схему программированного возделывания культур:

6) разработка системы удобрения с учетом эффективного плодородия почвы и потребности растений в питательных элементах, обеспечивающих получение запрограммированного урожая высокого качества;

7) разработка комплекса агротехнических мероприятий для каждой культуры, направленных на получение запрограммированных урожаев;

8) всесторонний учет и правильное применение основных законов и закономерностей земледелия и растениеводства;

9) разработка конкретных мер по борьбе с болезнями и вредителями растений;

10) использование ЭВМ для определения оптимального варианта агротехнических комплексов, обеспечивающих получение высокого урожая.

Получение высоких, заранее рассчитанных урожаев- новый шаг в агрономической науке. Всесторонний учет всех факторов, определяющих уровень урожайности, позволяет подойти с научных позиций к получению высоких урожаев с одновременный ростом плодородия почв. Повышение культуры земледелия, выведение качественно новых сортов, разработка интенсивных технологий возделывания полевых культур и другие достижения в области агрономической науки, а также накопление исходных данных о взаимосвязи с различными факторами роста и развития растений позволили сформулировать новые принципы программирования урожаев: физиологические, биологические, агрохимические, агрофизические, агрометеорологические и агротехнические. Такое разделение несколько условно, но эти принципы широко применяются в решении задачи практического программирования урожаев специалистами различных отраслей агрономической науки и смежных с ней наук.

Одна из главных проблем в разработке программного обеспечения – борьба с возрастающей сложностью системы. Решением этой проблемы занимаются с времен появления первых программ. Результатами являются языки, всё более упрощающие взаимодействие с машиной, парадигмы программирования вроде ООП, паттерны. В этой статье будут рассмотрены принципы программирования, позволяющие уменьшить сложность и облегчить сопровождение системы.

1. Инкапсулируйте то, что изменяется.
Это основа всего ООП. Надо выделить компоненты, которые могут измениться, и отделить их от части системы, которая останется неизменной. Инкапсуляция позволит изменить или расширить выделенные компоненты без изменения остальной части системы. Основная проблема здесь в том, как лучше всего разделить приложение на части. Все паттерны проектирования занимаются ответом на этот вопрос.

2. Предпочитайте композицию наследованию.
При композиции поведение не наследуется, а предоставляется для использования правильно выбранным объектом. Так же композиция позволяет изменить поведение объекта, если он подключен не напрямую, а через интерфейс (см. след. принцип). Естественно, везде фанатично применять композицию и совсем отказаться от наследования было бы неразумно.

3. Код должен зависеть от абстракций, а не от конкретных реализаций.
Высокоуровневые компоненты не должны зависеть от низкоуровневых, и те и другие должны зависеть от абстракций. Авторы этой книги называют его принципом инверсии зависимостей (Inversion of Control, IoC) . Лучше выделить контракт класса в интерфейс, а затем реализовать его. Например вместо:

Private ArrayList < String > someList = new ArrayList < String > ();

Надо писать:

Private List < String > someList= new ArrayList < String >();

Соответственно, в аксессорах, в вызовах методов должны использоваться абстракции, а не реализации. Теперь при необходимости изменить поведение списка на двусвязный достаточно поменять только одну строку:

Private List < String > someList= new LinkedList < String >();

4. Стремитесь к слабой связности взаимодействующих объектов.
Чем меньше объекты знают друг о друге, тем гибче система. Одному компоненту нет необходимости знать о внутреннем устройстве другого.

5. Классы должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения.
Это так называемый принцип «Открытости/закрытости ». В разные периоды времени его реализовывали разным образом. Бертран Мейер предлагал в своей книге не изменять созданную реализацию класса, а при необходимости внесения изменений расширять класс посредством создания наследников. Позже была выдвинута идея использовать интерфейсы, реализации которых могут быть полиморфно заменены одна на другую при необходимости.

6. Взаимодействуйте только с близкими друзьями.
Это принцип минимальной информированности . При проектировании класса надо обращать внимание на количество классов, с которыми будет происходить его взаимодействие. Чем меньше таких классов, тем гибче система.

7. Не вызывайте нас – мы сами вас вызовем.
Или голливудский принцип . По Фаулеру – это синоним принципа IoC. Согласно идеи, компоненты высокого уровня (например, интерфейсы) определяют за компоненты низкого уровня (реализации), как и когда им подключаться к системе. Авторы Head First Design Patterns допускают, что согласно этому принципу компоненты низкого уровня могут участвовать в вычислениях без формирования зависимостей с компонентами высокого уровня, и в этом состоит отличие от более жесткого IoC.

8. Класс (или метод) должен иметь только одну причину для изменения.
Это так называемый «принцип одной обязанности ». Чем больше причин для изменения, тем больше вероятность изменения. А изменение – причина массы проблем. Принцип указывает на то, что классу (как и методу) должна быть выделена только одна обязанность. Например, в хорошо спроектированной системе с трехслойной архитектурой: один метод DAO делает ровно один запрос в базу, один метод сервиса выполняет ровно одну задачу бизнес-логики, один метод контроллера вызывает сервис ровно один раз.

Практически все принципы пересекаются друг с другом, у всех задача одна и та же – уменьшение сложности системы и, как следствие, жизни программистов. Хочется верить, что чья-то жизнь станет легче после прочтения =)

Upd.: Господа, которые ссылаются на Head First Java Patterns: это не первая и не последняя книга, в которой были описаны эти принципы. В этом можно убедиться, прочитав, например.

Недостающее количество того или иного фактора может быть компенсирова- но соответствующими приемами агротехники. Агротехническими приемами можно ослабить или усилить влияние факторов жизни на рост, развитие растений и формирование урожая.

Принципы программирования урожаев (по И. С. Шатилову)

Первый принцип предусматривает при определении уровня урожайности использование гидротермических показателей среды.

Второй принцип учитывается при определении потенциальной урожайности с/х. растений и основывается на зависимости урожайности от прихода ФАР и коэффициента использования растениями ФАР.

Третий принцип предусматривает определение потенциальных возможнос- тей культуры и отбор для возделывания в конкретных природных условиях сортов по их потенциальным возможностям.

Четвертый принцип заключается во взаимосвязи урожайности со сформиро-ванным в агрофитоценозе фотосинтетическом потенциалом (ФП) и предполагает формирование такого фотосинтетического потенциала, который обеспечивает получение высокого урожая.

Пятый принцип предполагает обязательное и правильное применение основных законов научного земледелия и растениеводства.

Шестой принцип состоит в разработке системы удобрения, учитывающей эффективное плодородие почвы, а также потребность растений в питательных веществах, необходимых для выращивания программированного урожая вы-сокого качества.

Седьмой принцип состоит в разработке и применении комплекса агротех-нических мероприятий, учитывающего требования культуры (сорта) к условиям произрастания, а также условия агрометеорологической обстановки. Четкая реализация разработанного комплекса агротехнических мероприятий должна обеспечить получение программированного урожая.

Восьмой принцип предусматривает обеспечение растений влагой в оптима-льных количествах, в неорошаемых условиях – определение и поддержание уров-ня урожайности, исходя из климатических условий и особенностей зоны.

Девятый принцип – принцип обязательной защиты растений от вредителей, болезней, сорняков, обеспечивающей выращивание здоровых растений.

Десятый принцип предусматривает создание банка данных о биологических особенностях полевых культур, условиях их произрастания, экспериментальных материалах, оценивающих различные агротехнические приемы и операции, использование современной вычислительной техники.

Уровни урожайности, принятые в методе программирования

В методе программирования урожайности расчеты ведут на следующие ее уровни:

1. Потенциальная урожайность (ПУ) – предельно возможный уровень урожайности; лимитируется приходом ФАР, ее КПД и биологическими особенностями культуры, сорта;

2. Климатически обеспеченная урожайность (КОУ) – урожайность, которая может быть получена в конкретных климатических условиях при оптимизации всех остальных факторов жизни растений. Лимитируется КОУ элементами климата, погодой.

3. Действительно возможная урожайность (ДВУ) – максимальная урожайность, которая может быть получена на конкретном поле, с его реальным плодородием в складывающихся метеорологических условиях. Лимитируется ДВУ плодородием почвы.

4. Программируемая урожайность (ПрУ) – это урожайность, которую планируют получить на конкретном поле в соответствии с комплексом разработанных агротехнических мероприятий. Уровень ПрУ определяется через величину КОУ и ДВУ путем оптимизации питательного режима почвы.

5. Урожайность в производстве (УП) – это фактически достигнутый уровень урожайности в конкретном хозяйстве.

Агрометеорологические условия региона и обеспеченность ячменя

климатическими факторами

Радиационный режим

Таблица 1. Приход солнечной радиации

Приход ФАР за вегетацию ячменя– 29.3 ккал/см 2 , ккал/м 2 2.93 , ккал/га 0.293.

Температурный режим

Таблица 2. Средняя температура воздуха по декадам

Таблица 3. Даты наступления средних суточных температур воздуха выше определенных пределов и число дней с температурой, превышающей эти пределы.

Вывод: Проанализировав таблицу 3, можно сделать вывод о том, что температурный режим позволяет высевать ячмень в оптимальные сроки.

Водный режим

Таблица 4. Сумма осадков по декадам

Годовая сумма осадков 580 мм

Почвенные влагозапасы:

Весной (на дату посева) в метровом слое почвы 189

Уровень залегания грунтовых вод, м 0,6

Вывод: Проанализировав данные таблицы 4, можно сделать заключение о том, что водный режим довольно благоприятный для возделывания ячменя в данном регионе.

Определение потенциальной урожайности (ПУ) по А.А. Ничипоровичу.

ПУ – потенциальная биологическая урожайность абсолютно сухой биомассы, т/ га;

∑Qфар – приход суммарной ФАР за период вегетации культуры в зоне, млрд. ккал/ га (кДж/ га);

К – планируемый КПД ФАР;

q- калорийность 1 кг сухой биомассы урожая, ккал/ кг.

Для пересчета урожая на стандартную влажность:

,

В ст. – стандартная влажность;

ПУ СТ. ВЛ. =100=192ц/га.

ПУ хозяйственно ценной части урожая (зерно, клубни и др.):

ПУ хоз. ст.вл. ,

С – сумма составляющих урожая(зерно + солома).

ПУ ХОЗ. СТ.ВЛ. =×100=87.2ц/га.

Величину ПУ зерна или другой основной продукции можно также рассчитать с помощью уравнения, предложенного профессором Х. Г. Тоомингом:

ПУ хоз. = 10 4 × К фар × К m ×

ПУ ХОЗ – потенциальная урожайность зерна или другой продукции при стандартной влажности;

∑Q ФАР – суммарный приход ФАР за период вегетации культуры ккал/ см 2 ;

К m – коэффициент хозяйственной эффективности урожая.

ПУ ХОЗ. = 10 4 ×2.5×0.553×=91.6ц/га.

Определение климатически обеспеченной урожайности(КОУ).

Определение КОУ по ресурсам влаги (КОУ w ) .Методика основана на определении соотношения количества влаги