Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов, 2005 – главная страница

Адрес монографии в сети – http://gnatukvi.ru/ind.html

 

 

 

Приложение 2

 

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

 

 

Таблица исходных данных. Общее описание информационно-аналитического комплекса. База данных комплекса. Банк данных информационно-аналитического комплекса. Расчетно-графические модули комплекса. Интерактивная виртуальная оболочка комплекса. Алгоритм работы информационно-аналитического комплекса.

 

 

Информационно-аналитический комплекс «Модель оптимального управления электропотреблением техноценоза» представляет собой управляемые единой виртуальной оболочкой развитую базу данных по электропотреблению объектов техноценоза, включающую банк и СУБД, а также расчетные и графические модули. Комплекс может успешно использоваться при планировании и прогнозировании, а также позволяет оперативно отслеживать информацию о потребителях электроэнергии, обновлять исходные данные для анализа практически в реальном масштабе времени. По запросу оператора из базы данных может быть получена любая информация о потребителях электроэнергии с необходимой степенью визуализации, детализации и обобщения.

Реализация разработанной методики оптимального управления электропотреблением техноценозов осуществлялась применительно к одному из крупных инфраструктурных объектов, существующих на территории Калининградской области. Инфраструктура включает 69 слабосвязанных объектов с годовым электропотреблением от нескольких тысяч до миллионов кВт·ч. В электронной таблице (...\mono.files\iak.files\tab_p2.xls) представлены собранные данные по электропотреблению объектов в период с 1995 (год формирования техноценоза) по 2004 годы, которые составляют банк данных разработанного для техноценоза информационно-аналитического комплекса. Кроме того, здесь же приведен ключевой код, который служит для идентификации объектов. В базе данных поле кода является ключевым (инвариантным к операциям программной трансформации и реляционного сегментирования основной таблицы).

В качестве системы управления данными в информационно-аналитическом комплексе используется СУБД стандартного приложения Windows MS Access. Графические и аналитические модули комплекса реализованы в программной среде Mathcad (п. 5.1 – 5.4). Функции макроуправления выполняет разработанная в среде Visual Basic специальная виртуальная оболочка.

Программно-аппаратные требования к компьютеру, на котором воспроизводится информационно-аналитический комплекс, следующие. Это должен быть IBM совместимый компьютер: Pentium, 200 MHz, 32 Mb RAM, 8xCD-ROM (минимально); Pentium-II, 350 MHz, 64 Mb RAM, 40xCD-ROM, Sound Card (оптимально). Операционная системаОС Windows 98/NT/2000/XP, MS Office (Word, Excel, Access), Visual Basic, Mathcad-2001i. На жестком диске должно быть до 100 Mb свободного пространства. Комплекс не инсталлируется в системе, а размещается на жестком диске прямым копированием. Оболочка и база данных комплекса, а также его расчетно-графические модули программно зависимы.

База данных комплекса (рис. П2.1) состоит из трех функциональных модулей (СУБД, коррекции, банка данных) и четырех программных генераторов (стохастизма, транзактов, динамики, расчетно-графических модулей).

 

 

Рис. П2.1.

Структура базы данных информационно-

аналитического комплекса

 

СУБД информационно-аналитического комплекса включает следующие элементы: главную кнопочную форму, 10 реляционно связанных таблиц, 5 форм, 5 запросов, 10 отчетов и 15 локальных вычислительных модулей. Модуль коррекции базы данных предназначен для реализации динамических обратных связей, изменяющих банк данных и, в отдельных случаях, элементы СУБД (в зависимости от промежуточных результатов моделирования процессов электропотребления объектов техноценоза).

Функционирование модуля коррекции обеспечивается четырьмя программными генераторами: стохастизма, транзактов, динамики, расчетно-графических модулей. Генераторы являются, своего рода, посредниками между базой данных, с одной стороны, и виртуальной оболочкой комплекса, а также расчетно-графическими модулями, с другой. С точки зрения программной реализации, генераторы отдельными своими единицами входят в состав виртуальной оболочки. Генератор стохастизма обеспечивает модельную реализацию случайных процессов, приводящих к изменению базы данных. Генератор транзактов выполняет функции источника и поглотителя событий, требующих коррекции базы данных. Генератор динамики обеспечивает устойчивость вектора модельного времени и правильность реализации квазипараллелизма транзактов. Генератор расчетно-графических модулей (РГ-модулей) обеспечивает динамическую связь базы данных с расчетно-графическими модулями комплекса.

Банк данных разработанного информационно-аналитического комплекса составляет информационную основу базы данных. Он включает глубоко структурированную иерархически построенную именованную совокупность данных по электропотреблению объектов техноценоза (рис. П2.2).

 

 

Рис. П2.2.

Состав банка данных по электропотреблению

одного из объектов техноценоза

 

Данные по электропотреблению каждого из объектов техноценоза включают так называемые внутреннюю и внешнюю части. Внутренняя часть формируется из трех базовых элементов: системы управления, а также данных по электрическим счетчикам (в кВт·ч) и структуре объекта. Данные по счетчикам систематизируются по годам, а внутри каждого года – по кварталам и месяцам. Внешняя часть данных содержит динамическую информацию о системе управления техноценоза и каждого объекта, а также тарифной политике на рынке электроэнергии. В системе управления по каждому объекту имеются две взаимосвязанные подсистемы: управления самого объекта и системы управления техноценоза в его отношении.

В параграфах 5.1 – 5.4 в полнотекстовом виде приведены расчетно-графические модули, составляющие основу информационно-аналитического комплекса и реализующие разработанную методологию применительно к исследуемому техноценозу в пакете прикладного программного обеспечения Mathcad-2001i (исходные файлы модулей можно найти в сети Интернет по адресу: http://gnatukvi.ru/zip_files/task_mcd.zip):

 

1.

Импорт, сортировка и визуализация данных.

2.

Верификация исходной базы данных по электропотреблению.

3.

Проверка данных на соответствие критериям Н-распределения.

4.

Аппроксимация ранговых распределений.

5.

Интервальное оценивание процесса электропотребления объектами техноценоза.

6.

Прогнозирование электропотребления в техноценозе G-методом на основе ДВР.

7.

Прогнозирование электропотребления в техноценозе G-методом на основе АГК.

8.

Прогнозирование электропотребления в техноценозе Z-методом на основе ТЦМ.

9.

Нормирование электропотребления объектами техноценоза.

10.

Оценка потенциала энергосбережения техноценоза.

11.

Определение первоочередных объектов для углубленного обследования.

12.

Оценка адекватности работы динамической адаптивной модели.

13.

Обработка ранговой параметрической поверхности методом SSA.

14.

GZ-анализ рангового параметрического распределения по электропотреблению.

15.

Классификация объектов техноценоза по электропотреблению.

 

Все расчетно-графические модули алгоритмически сгруппированы в четыре этапа реализации методологии:

 

5.1. Первичная обработка статистической информации по техноценозу (этап 1).

5.1.1. Импорт, сортировка и визуализация данных.

5.1.2. Верификация исходной базы данных по электропотреблению.

5.1.3. Проверка данных на соответствие критериям Н-распределения.

5.1.4. Аппроксимация ранговых распределений.

5.2. Построение статической модели электропотребления (этап 2).

5.2.1. Интервальное оценивание процесса электропотребления объектами техноценоза.

5.2.2. Прогнозирование электропотребления в техноценозе:

- G-метод прогнозирования (с использованием ДВР);

- G-метод прогнозирования (с использованием АГК);

- Z-метод прогнозирования (с использованием ТЦМ).

5.2.3. Нормирование электропотребления объектами техноценоза.

5.3. Реализация динамической модели электропотребления (этап 3).

5.3.1. Оценка потенциала энергосбережения техноценоза.

5.3.2. Определение первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования.

5.3.3. Оценка адекватности работы динамической адаптивной модели.

5.4. Выполнение тонких процедур рангового анализа (этап 4).

5.4.1. Обработка ранговой параметрической поверхности методом «Singular spectrum analysis».

5.4.2. GZ-анализ рангового параметрического распределения по электропотреблению.

5.4.3. Классификация объектов техноценоза по электропотреблению.

 

На первом этапе осуществляется импорт информации из базы данных техноценоза по электропотреблению, формирование рабочих матриц и векторов, верификация данных и проверка их на соответствие критериям Н-распределения. После этого делается вывод о том, является ли исследуемый объект техноценозом в полном смысле этого слова. Если критерии Н-распределения выполняются и объект обладает техноценологическими свойствами, осуществляется построение и аппроксимация ранговых параметрических распределений по электропотреблению.

Второй этап реализации методологии позволяет построить статическую модель электропотребления техноценоза. На этом этапе осуществляется интервальное оценивание объектов, прогнозирование их электропотребления и нормирование на предстоящий год функционирования техноценоза.

На третьем этапе статическая модель дополняется стохастической обратной связью и методикой оценки эффективности процесса электропотребления, основанной на уравнениях закона оптимального построения техноценозов. Это позволяет моделировать процесс с учетом вероятных изменений внутри самого техноценоза и во внешних системах. На основе этого может быть получен устойчивый прогноз электропотребления на глубину 5 – 7 лет и более, оценен потенциал энергосбережения техноценоза на среднесрочную перспективу и определены первоочередные объекты для углубленного энергетического обследования.

Четвертый этап посвящен специальным тонким процедурам рангового анализа. Здесь реализуются: дифлекс-анализ (на этапе интервального оценивания), GZ-анализ (на этапе прогнозирования) и ASR-анализ (на этапе нормирования). В качестве предварительных процедур осуществляются обработка ранговой параметрической поверхности методом «Singular spectrum analysis» и классификация объектов техноценоза по электропотреблению.

Информационно-аналитический комплекс непрерывно реализуется в динамическом стохастическом режиме под управлением разработанной в среде Visual Basic интерактивной виртуальной оболочки по следующему алгоритму (рис. П2.3). На первом этапе осуществляется импорт из банка данных по электропотреблению техноценоза, сортировка и визуализация информации. Это выполняется с помощью первого расчетно-графического модуля комплекса. После этого данные верифицируются и проверяются на строгое соответствие критериям Н-распределения (второй и третий расчетно-графические модули). Далее осуществляется построение и аппроксимация ранговых параметрических распределений (четвертый модуль). Посредством пятого модуля производится интервальное оценивание данных с целью выявления объектов, аномально потребляющих электроэнергию. Если таковые не выявлены, то дальше осуществляется реализация технических мер по энергосбережению и корректирование базы данных на новом временном интервале. Если же «аномальные» объекты будут зафиксированы, то в работу на втором этапе алгоритма последовательно включаются шестой – одиннадцатый расчетно-графические модули. При этом выполняются следующие процедуры: прогнозирование и нормирование электропотребления, а также оценка потенциала энергосбережения техноценоза и выявление первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования. Двенадцатый расчетно-графический модуль предназначен для постоянного мониторинга адекватности процесса моделирования. С помощью тринадцатого – пятнадцатого расчетно-графических модулей осуществляются тонкие процедуры рангового анализа, дополняющие и уточняющие расчеты на всех этапах алгоритма. Далее производится корректирование базы данных, и расчеты повторяются, составляя часть постоянного мониторинга электропотребления техноценоза.

 

 

Рис. П2.3.

Алгоритм работы информационно-

аналитического комплекса

 

Предусмотрены и программно реализованы два основных варианта использования информационно-аналитического комплекса. В первом варианте комплекс применяется как основная часть модели электропотребления техноценоза и позволяет оценивать вероятный потенциал энергосбережения на среднесрочную перспективу (до 5 – 7 лет). Во втором варианте комплекс рассматривается как инструмент практического управления техноценозом. При этом реализация его алгоритма должна осуществляться непрерывно в замкнутом цикле, составляя часть постоянного мониторинга электропотребления.

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru

При использовании материалов ссылки обязательны

Все права защищены © Гнатюк В.И., 2005

E-mail: mail@gnatukvi.ru