Разработка и испытание прототипа цифрового двойника агропромышленного предприятия с функцией он-лайн прогнозирования урожайности, нештатных ситуаций и обеспечения поддержки решения

Реферат - стр.100, ч.11, рис.65, табл.2, прил.4 - Перечень ключевых слов; Цифровой двойник, технологическая карта, имитационное моделирование, прогнозирование урожайности, поддержка принятия решения, выбор оптимальной культуры. В заключительном научно-техническом отчете представлены результаты разработок по выполнению НИОКР первого года (этапа) реализации проекта «Разработка и испытание прототипа цифрового двойника агропромышленного предприятия с функцией онлайн прогнозирования урожайности, нештатных ситуаций и обеспечения поддержки принятия решения» по договору 2ГС1ИИС12-D7/71362 от 13.12.2021. Фонда Содействия Инновациям. Цель работы – разработка и испытание прототипа цифрового двойника агропромышленного предприятия с функцией онлайн прогнозирования урожайности, нештатных ситуаций и обеспечения поддержки принятия решения. Цифровой двойник создается с целью моделирования деятельности сельхозпроизводителя на основе методов искусственного интеллекта. Цифровой двойник позволит подбирать эффективную бизнес-модель, планировать какую культуру лучше выращивать на конкретном поле в предстоящем вегетативном периоде с учетом максимизации возможного дохода для сельхозпредприятия принимая во внимание погодные условия, прогнозные цены, себестоимость и логистику, а также понимать, в какие моменты что ему может понадобиться и быстрее реагировать на ситуацию. Область применения цифрового двойника агропредприятия охватывает несколько целевых сегментов: - торговые платформы/маркетплейсы смогут получать информацию о прогнозируемой стоимости будущего урожая; - сельхозпроизводители всех форм собственности и размера получат инструмент снижения себестоимости и повышении рентабельности деятельности; - кредитные банковские и небанковские организации, страховые компании получат инструмент мониторинга рисков; - покупатели сельхозпродукции получат инструмент мониторинга рисков в разрезе качества продукции. С помощью разрабатываемого коллективом цифрового двойника агропредприятия агропредприятия смогут добиться повышения урожайности (в среднем) на 24%, сократить затраты за счет оптимизация процессов на 12% и за счет выявления нарушений на 5%, и увеличить прибыль за счет оптимального выбора культуры для возделывания - на 16%. В результате проведенной работы коллектив выбрал архитектуру построения цифрового двойника сельхозпредприятия как комплекса цифровых двойников: цифрового двойника поля, техники, культуры, растений и т.д. В качестве базовой архитектуры была выбрана модель, состоящая из следующих слоев: физический уровень, уровень поступления данных, уровень хранения, уровень выводов и заключений, уровень обслуживания и уровень потребления данных. Была определена структура первичных данных: - ГИС-данные, - БИО-данные, - БИЗ-данные. Разработана структура межсерверного взаимодействия, основанная на взаимодействии пользователя с рабочими компонентами микросервисов через промежуточный слой. А также исследованы различные методологии моделирования урожайности, что позволило выбрать оптимальные для разработки прототипа. В результате дальнейшей реализации проекта был разработан модуль имитационного моделирования, состоящий из двух частей, выполненный в виде микросервиса: модель урожайности собственной разработки, основанная на модели влияния на урожайность на базе экспертных оценок провизорных потерь урожая в зависимости от проводимых агротехнических мероприятий с учетом погодных факторов, учетом соответствия характеристик поля планируемой к возделыванию культуре, и модели Эватранспирации. Разработка оптимизационного модуля позволило создать распределенные приложения в виде набора независимо разрабатываемых и развертываемых небольших сервисов, запускаемых как один или несколько изолированных процессов и оптимизировать все описанные процессы, влияющие как на разработку, так и на эксплуатацию информационного ресурса, особенно в части модернизации. В разработанной структуре хранилища данных, состоящей из восьми баз данных, программные модули производят информационное взаимодействие. Управление имитационными моделями производится с помощью разработанного промежуточного слоя «Gateway». Модуль многомерного анализа данных состоит из 6 частей и осуществляется с помощью микросериса ForecastManager. Модуль визуализации реализован на технологии вэб-интерфейса и хранится на клиент-серверном приложении. Обеспечение работоспособности цифрового двойника реализовано на основании разработанного бизнес-процесса и минимального количества ролей, увязывающих свои взаимоотношения через web- интерфейс, путем использования распределенной базы данных и набора микросервисов. Доступ к платформе реализован через сайт www.agrodigitaltwin.com В текущий момент закончена работа над прототипом. Дальнейшая разработка по проекту будет связана с доработкой прототипа до готового продукта, проведении испытания в реальных полевых условиях в вегетационном периоде с дополнительной интеграцией со сторонними сервисами со стороны получения входных сигналов от платформ мониторинга за техникой. Коллектив подал заявку на регистрацию прототипа как программу ЭВМ. Проведенное тестирование прототипа подтвердило работоспособность и заложенный функционал. Все работы по проекту выполнены в срок в соответствии с календарным планом.