بخشی از مقاله
چکیده
کاهش بهرهوری کشاورزی در ایران موجب بیکاری کشاورزان و عدم توسعه یافتگی روستاها، افزایش مهاجرت از روستا به شهر و در نتیجه آن باعث ایجاد شکاف درآمدی شهری و روستایی می گردد. با توجه به این که توانایی و زمینه بهبود و توسعه کشاورزی در کشور وجود دارد. یکی از زمینههای که در امر کشاورزی به آن بیتوجه می شود عدم به کارگیری الگوی کشت مناسب برای جلوگیری از هدر رفت منابع میباشد. بهینهسازی برنامه تولید یکی از مسائل مهم تصمیمگیرندگان است. برنامه ریزی تجدیدپذیر نیز یکی از روشهایی است که با توجه به محدودیتهای بودجه الگوی بهینه را تعیین میکند. در این مطالعه به معرفی برنامهریزی تجدیدپذیر - - De Novo در شرایط عدم قطعیت بازهای برای مسائل چندهدفه پرداخته میشود، و از رویکرد دو مرحله ای و الگوریتم ژنتیک به طور جداگانه در فرایند حل آن، برای تعیین الگوی کشت بهینه استفاده میگردد. در نهایت میزان اثر بخشی رویکرد دومرحلهای و الگوریتم ژنتیک مورد مقایسه قرار میگیرد.
واژههای کلیدی: برنامهریزی چندهدفه، برنامهریزی تجدیدپذیر - De Novo - ، برش- ، رهیافت بازهای، الگویکشت، رویکرد دو مرحلهای، الگوریتم ژنتیک
مقدمه
محصولات کشاورزی در همه کشورهای دنیا اهمیت دارند. در بسیاری از کشورها - به خصوص کشورهای جهان سوم - ، سهم عمده فعالیتهای اقتصادی در بخش کشاورزی متمرکز شده است و کشاورزی را می توان منشأ تزریق ارز خارجی به اقتصاد این کشورها به شمار آورد. از طرفی دیگر کشاورزی فرایندی است که هر لحظه از زمان با مسئله ریسک و نبود قطعیت دست به گریبان است. زیرا ماهیتی وابسته به طبیعت دارد که در کنترل کشاورزان نمی باشد. بازار نیز تأثیر زیادی بر کشاورزی دارد و به وسیله عواملی خارج از کنترل آنها تعیین میشود - دبرتین،ٌَّْ - . کمبود مواد غذایی و تولیدات کشاورزی از یک طرف و رشد جمعیت از طرف دیگر لزوم توجه به بخش کشاورزی را در کشورشدیداً مورد تأکید قرار میدهند.
همه ساله مقادیر بسیار زیادی ارز جهت خرید و واردات محصولات کشاورزی هزینه میگردد در حالی که امکانات تولید در خود کشور وجود دارد - زاهدیکیوان،ٌََّ - .بهینه سازی تولید یکی از مؤثرترین و در عین حال ساده ترین روشهای کمی در مدیریت و تصمیمگیری میباشد. این کار با روشهای برنامهریزی ریاضی صورت میگیرد - حمدی طه،ٌَْْ - . اما این روشهای برنامهریزی با توجه به محدودیتها و منابع مشخص، اهداف را بهینه میکنند - زلنی، ًًٍِ - . در حالی که یکی از اهداف برنامهریزان تلاش برای یافتن راهی است که بتوان با محدودیتهای متغیر راهحل مناسبی ارائه دهند. برنامهریزی تجدیدپذیر یکی از روشهایی است که با توجه به محدودیتهای متغیر را هحل بهینه را ارائه میدهد - شی، ٌُُِ - . روش تجدیدپذیر مقدار منابع را محدود نکرده و تنها محدودیت را بودجه میداند و به همین دلیل بودجه یکی از متغیرهای مهم در این برنامهریزی است.
به همین دلیل گفته میشود برنامهریزی تجدیدپذیر به جای بهینه سازی سیستم موجود به طراحی یک سیستم بهینه میپردازد - فیالا، ًٌٌٍ - . این روش میتواند قبل از شروع تولید، استفاده شود تا با استفاده از برنامه تولیدی مناسب بتوان مقدار نهادههای لازم برای تولید بهینه را پیشنهاد داد . هچنین از مزایای استفاده از برنامهریزی تجدیدپذیر در تصمیمگیریهای چندهدفه این است که محدودیت منابع را طوری تعدیل میکند که راهحلهای غیر ممکن یا آرمانی را با بودجه موجود یا مقداری کمتر از آن ممکن میکند - بابیچ، ًًٍِ - . در نتیجه این روش راحلی مناسبتر از روشهای معمولی ارائه خواهد کرد - زلنی،ٌَُّ - .هچنین بخش کشاورزی بیشتر از سایر بخشهای اقتصادی دارای شرایط ریسک و نبود قطعیت است - بیسواس و برانپال ،ًًٍُ - . و برای در نظر گرفتن این مشکل میتوان از نظریههای فازی و بازهای استفاده نمود - زیمرمن، ٌَُّ - .
تکنیک مورد استفاده در این پژوهش برنامه ریزی خطی بازهای میباشد. این تکنیک به طراحان و برنامهریزان این امکان را میدهد تا شرایط ریسک و دادههای غیرقطعی و نادقیق را در نتایج نهایی تصمیمگیری های زراعی دخالت دهند و مناسب ترین الگوی بهینه کشت محصول را با توجه به شرایط ریسک و نبود قطعیت بیابند - تاکشی و همکاران،ًًٍَ - . در ادامه به برخی از مطالعات انجام شده در زمینه تعیین الگوی کشت با استفاده از برنامهریزی ریاضی اشاره میگردد:آزادگان و همکاران - ٌٍَُ - ، به تعیین الگوی بهینه زراعی در شهرستان سبزوار با توجه به اهداف حداقل نمودن آب آبیاری، کود مصرفی و حداکثر کردن بازده ناخالص کشاورز در سه مزرعه کوچک، متوسط و بزرگ با استفاده از برنامهریزی فازی تجدیدپذیر، تجدیدپذیر و برنامهریزی خطی پرداختند .
نتایج نشان داد که با توجه به اهداف زیست محیطی و محدودیتهای اعمال شده در مدل، بازده ناخالص کشاورز، در مزارع کوچک و بزرگ با استفاده از برنامه ریزی فازی تجدیدپذیر بیشترین مقدار را نسبت به برنامه ریزی تجدیدپذیر و خطی ساده دارا می باشد .همچنین نتایج بیانگر آن بود که کشاورزی در هر گروه مزارع بایستی به سمت تخصصی شدن الگوی کشت و حذف محصول جو آبی از الگوی کشت پیش رود. برادرانسیرجانی و همکاران - ٌََُ - ، در مطالعه برای تعیین الگوی بهینه کشت و تخصیص بهینه منابع آب در بخش مرکزی شهرستان مشهد - دهستان توس - از برنامه ریزی خطی فازی چند هدفه دو مرحله ای استفاده شد.
نتایج نشان میدهد مدل برنامهریزی خطی فازی چند هدفه دو مرحلهای در مقایسه با مدل خطی فازی چند هدفه نتایج بهتری در تعیین الگوی بهینه کشت و تخصیص آب آبیاری در منطقه مورد مطالعه دارد. کانگ و همکارانش - ًًٌٍ - ، کاربرد برنامهریزی خطی فازی چندهدفه را برای تعیین الگوی بهینه کشت در منطقه لیانگ زو در شمال غرب چین مورد بررسی قرار دادند. یافتههای تحقیق نشان داد در تکنیک برنامهریزی خطی فازی چندهدفه بر خلاف برنامهریزی خطی چندهدفه سود خالص کشاورزی و کارایی استفاده از آب بیشتر است. شارما و همکاران - ًًٍْ - ، با استفاده از روش برنامه ریزی آرمانی فازی به چاره جویی تخصیص بهینه زمین در کشاورزی پرداختند.این پژوهش، با هدف تخصیص بهینه سطح زیر کشت برای کشاورزان و ارائه یک طرح سالانه برای کشاوری صورت پذیرفت. در فرمول سازی مدل، هدف هایی از جمله تولید محصول، سود خالص، محدودیت آب، ثبات نیروی کار و استفاده از ماشین ها مد نظر قرار گرفت .
همچنین با استفاده از روش برنامهریزی آرمانی فازی و نرمال سازی به هر یک از این هدف ها وزن های متفاوتی داده شد. نتایج نشان دهنده افزایش سود خالص، کاهش مصرف آب، افزایش هزینه تولید و تخصیص بهینه زمین می باشد.هدف از مطالعه حاضر استفاده برنامهریزی تجدیدپذیر با رویکرد دومرحلهای و الگوریتم ژنتیک برای حل مسائل چندهدفه تعیین الگوی بهینه کشت می باشد، چرا که در پژوهشهای انجام شده در این زمینه از رویکرد دو مرحله ای در برنامه تجدیدپذیر برای مسائل چندهدفه الگوی کشت، در شرایط عدم قطعیت بازهای استفاده نشده، همچنین از الگوریتم های فراابتکاری مانند الگوریتم ژنتیک و... برای همگرایی سریع برنامه تجدیدپذیر به جواب بهینه در مسئله تعیین الگوی کشت چندهدفه مورد استفاده قرار نگرفته است، این در حالی است که مسائل کشاورزی دارای ماهیتی در ابعاد بزرگ هستند و روشهای دقیق در دستیابی به جواب بهینه به مشکل برمیخورند.
مواد و روشها
ساختار مدل برنامه ریزی تجدیدپذیریک مساله چندهدفه ساده به صورت معادله - ٌ - فرموله میشود - زلنی، ًًٍِ - :که در آن بردار ضرایب هدف، بردار منابع، بردارمتغیرهای تصمیم، ماتریس ضرایب محدودیتها میباشند. نقطه ایدهآل برای این معادله است. اگربوده وباشد، در این صورت راه حل ایده آل نامیده میشود - زلنی ، ًًٍِ - .وقتی هدف طراحی سیستم بهینه به جای بهینه کردن سیستم موجود برای به دست آوردن نقطه ایده آل باشد، منابع ثابت باید افزایش یابند. در این راستا، برنامه ریزی تجدیدپذیر به صورت زی تعریف میشود - بابیچ و پاویچ، ٌُُّ - :که در معادله - ٍ - ، بردار قیمت منابع و B بودجه موجود برای منابع است. با حل معادله فوق مقدارB* به دست خواهد آمد که حداقل بودجه برای رسیدن به Z* با وجود x* و b* به دست میاید.اگر B* > B به دست آید، نسبت بهینه برای رسیدن به نقطه بهینه با بودجه موجود به صورت زیر تعریف میشود - بابیچ و پاویچریا، ٌُُّ - :و سپس مقدار بهینه سیستم برای طراحی - c,b,Z - به صورت زیر محاسبه میشود:نسبت - َ - ابزاری ساده و مناسب برای به دست آوردن طراحی بهینه برای سیستمهای خطی بزرگ مقیاس است - ژانگ و همکاران، ًًٍُ - .
برش
در این پژوهش از اعداد فازی مثلثی استفاده شده و برای ساخت این عداد، فرض می شود دامنه اعداد مثلثی در هر طرف به میزان دو برابر انحراف معیار هر پارامتر باشد - چن و هانگ ، ًًٍُ - . عداد فازی مثلثی با تابع عضویت مثلثی با نماد ، و به صورت سه پارامتر bL,bm,bu نشان داده میشود که به ترتیب بیانگر حد نوسان بالا، مقدار متوسط و حد نوسان پایین مربوط به این عدد فازی میباشند. تابع عضویت این عدد به صورت رابطه زیر است:با توجه به مجموعههای برش در اعداد فازی، میتوان یک مدل با ضرایب فازی را به یک مساله برنامهریزی بازهای تبدیل نمود. در واقع محاسبات بهینهسازی در مجموعههای فازی بر اساس برش بر روی تابع عضویت تعریف میشود که این برش برای یک مجموعهی فازی بین صفر و یک است - بهرامی نسب و همکاران،ٌٍَُ - . با اعمال عملیات برش بر روی توابع عضویت محدب فازی، توابع عضویت به بازه بستهای تبدیل میشوند و بر این اساس، محاسبات بر روی بازهها و با استفاده از ریاضیات بازهای انجام خواهد شد - ایشباچی و همکاران، ٌُُُ - . برش برای است به صورت بازه
